Стенд для испытаний колёс и подвесок мобильных роботов
Владельцы патента RU 2778737:
Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) (RU)
Стенд содержит поворотную раму, устройство для имитации веса, в конкретной реализации выполненное в виде набора пружин постоянного усилия, имитационные грузы и барабаны, движение которых имитирует движение дорожного полотна относительно испытываемого колеса. Стенд дополнительно содержит кинематическую пару «рейка-шестерня», редуктор, предпочтительно планетарный, тихоходный вал которого закреплен на шестерне, а на быстроходном валу установлены имитационные грузы и устройство имитации веса. Также стенд содержит конвейерную ленту с грунтозацепами и канал, заполненный грунтом, причем конвейерная лента приводится в движение барабаном. Технический результат – расширение возможностей по имитации различных параметров транспортного средства и дорожного покрытия. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к стендовому оборудованию для испытаний колесных транспортных средств и их подвесок.
Целью изобретения является удешевление испытаний подвески колесного транспортного средства, а также расширение возможностей по имитации различных параметров транспортного средства и дорожного покрытия.
Известен стенд "Грунтовой канал" (патент на полезную модель RU98812 U1, МПК G01M 17/013, опубл. 16.07.2010), представляющий собой канал с грунтом, по которому прокатывают колесо, закрепленное на подвеске, и снабженное гидротрансмиссией. Стенд оснащен датчиками замера различных усилий реакции, а также имитатором подрессоренной массы в виде пружины.
Недостатками вышеописанного транспорта являются:
- имитация веса, но не массы образца, поскольку пружина не воспроизводит инерционные свойства машины, а следовательно, частота колебаний системы «подвеска - имитатор машины» будет отличаться от реальной частоты колебаний подрессоренной машины;
- естественные ограничения на длину грунтового канала не позволяют проводить длительные испытания, например, на усталостную прочность.
Наиболее близким по своей технической сути к заявляемому изобретению устройством, принимаемым в качестве ближайшего аналога, является «Многофункциональный напольный стенд для исследования подвесок колесных машин», патент на полезную модель RU186039 U1 (МПК G01M 17/04, опубл. 26.05.2016).
Многофункциональный напольный стенд для исследования подвесок колесных машин содержит раму, закрепленную на бетонном основании с помощью амортизаторов и фундаментных болтов. Параллелограммный механизм с верхней опорной поворотной рамой с грузами закреплен на вертикальной стенке стенда. Гидронасосная станция, пневмогидравлический аккумулятор и гидрораспределитель установлены на основании стенда. Нижняя опорная поворотная рама с установленными на ней барабанами шарнирно закреплена на основании стенда. Гидроцилиндр нижним концом шарнирно закреплен на вертикальной стойке. Барабаны выполнены с возможностью размещения в них сменных имитаторов неровностей с параметрами - высотой hпр и шириной lпр в количестве от одного и более штук, имитирующих неровности дороги в обе стороны в пределах от 20 до 80 градусов.
С точки зрения заявляемого изобретения, способ имитации веса не имеет существенного значения. В заявляемом изобретении вместо гидроцилиндров используются пружины постоянного усилия. Грузы, имитирующие подрессоренную массу, в заявляемом изобретении установлены не на раме, а на выходном валу редуктора, однако выполняют ту же функцию. «Напольный стенд» позволяет задавать произвольные скорость движения, профиль неровностей, вес и массу транспортного средства, а также испытывать ведущие и ведомые колеса по отдельности.
В то же время известный «напольный стенд» обладает рядом недостатков:
- для имитации веса и массы используются натурные эквиваленты, что увеличивает массу и габариты стенда, предъявляя повышенные требования к месту его установки,
- имитатор грунта (барабан с неровностями) не воспроизводит явление подвижности грунта, в результате чего столкновение колеса и грунта всегда происходит с меньшими потерями импульса, чем в реальности (ближе к упругому удару, чем к неупругому).
Для устранения отмеченных выше недостатков заявителем предлагается «Стенд для испытаний колес и подвесок мобильных роботов», который, как и ближайший аналог, содержит поворотную раму, устройство для имитации веса, в конкретной реализации выполненное в виде набора пружин постоянного усилия, имитационные грузы, и барабаны, движение которых имитирует движение дорожного полотна относительно испытываемого колеса, но, в отличие от ближайшего аналога, дополнительно содержит кинематическую пару «рейка-шестерня», редуктор, предпочтительно планетарный, тихоходный вал которого закреплен на шестерне, а на быстроходном валу установлены имитационные грузы и устройство имитации веса, а также содержит конвейерную ленту с грунтозацепами и канал, заполненный грунтом, причем конвейерная лента приводится в движение барабаном.
В результате предлагаемого технического решения достигается:
-уменьшение габаритов и потребной мощности стенда за счет применения редуктора, снижающего требуемый момент инерции имитационных грузов в n2 раз, а требуемый момент пружин-имитаторов в п раз, где п - передаточное отношение редуктора,
- повышение достоверности испытаний на грунтах за счет применения реального грунта, в отличие от имитирующего его движение жесткого барабана,
- возможность имитации режима буксования колеса и режима скольжения по грунту в процессе нормального торможения.
Суть предлагаемого изобретения в одном из возможных (но не единственном) вариантов реализации поясняется на фиг. 1-4. На фиг. 1 представлен общий вид стенда, на фиг. 2 приведен разрез конвейерной части в месте контакта колеса и грунта, на фиг. 3 показаны датчики, установленные в месте крепления подвески к стенду, на фиг. 4 показаны основные узлы устройства имитации веса и массы.
Колонна 1 с установленным на ней устройством имитации веса и массы 2 жестко прикреплена к полу испытательного цеха, например, фундаментными болтами. На устройстве имитации веса и массы установлено испытываемое колесо 3 в подвеске 4. Колесо опирается на ленту 5 конвейера 6, выполненного на подвижной раме 7. Подвижность рамы 7 обеспечена роликовыми опорами 8 и стойками регулируемой высоты 9. Конвейерная лента приводится в движение приводом 10, и оснащена грунтозацепами 11. Колесо 3 опирается на грунт, распределенный между грунтозацепами конвейерной ленты, передавая силу реакции на датчик силы 12, установленный на раме 7. При этом подвижность опорных роликов 13, поддерживающих ленту 5, обеспечена установкой этих роликов на подшипниках в корпусах с направляющей скольжения, аналогичных корпусам подшипников для барабанов натяжения конвейеров. Корпус подвески 4 закреплен на зубчатой рейке 14, передающей свое движение шестерне 15. Зубчатая рейка 14 установлена на линейных направляющих 16, одна из которых совмещена с абсолютным датчиком линейного положения 17. Корпуса линейных подшипников 18 направляющих 16 опираются на многокомпонентные датчики усилия и момента 19, измеряющие все силы, действующие на подвеску, кроме собственно силы реакции подвески. На вал шестерни 15 установлен датчик момента 20, определяющий мгновенное значение силы реакции со стороны машины на подвеску. Этот вал жестко закреплен на тихоходном валу планетарного редуктора 21 с передаточным отношением п. На быстроходном валу редуктора 21 установлен пакет грузов 22, чей суммарный момент инерции в n2 раз меньше, чем момент инерции подрессоренной массы, приведенный к шестерне. Следом на быстроходном валу редуктора 21 установлен пакет пружин постоянного усилия 23, при необходимости взводимый на несколько оборотов червячным редуктором 24. Усилие взвода в п раз меньше, чем момент от веса машины, приходящийся на шестерню 15.
Порядок испытаний и работы стенда в целом аналогичен порядку работы прототипа.
1. Стенд для испытаний колес и подвесок мобильных роботов, содержащий поворотную раму, устройство для имитации веса, в конкретной реализации выполненное в виде набора пружин постоянного усилия, имитационные грузы и барабаны, движение которых имитирует движение дорожного полотна относительно испытываемого колеса, отличающийся тем, что дополнительно содержит кинематическую пару «рейка-шестерня», редуктор, предпочтительно планетарный, тихоходный вал которого закреплен на шестерне, а на быстроходном валу установлены имитационные грузы и устройство имитации веса, а также содержит конвейерную ленту с грунтозацепами и канал, заполненный грунтом, причем конвейерная лента приводится в движение барабаном.
2. Стенд для испытаний колес и подвесок мобильных роботов по п. 1, отличающийся тем, что имитационные грузы выполнены с возможностью регулировки радиуса, на котором они установлены.
3. Стенд для испытаний колес и подвесок мобильных роботов по п.1 или 2, отличающийся тем, что привод барабана конвейера выполнен с возможностью регулировки скорости вращения.
4. Стенд для испытаний колес и подвесок мобильных роботов по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что в конструкции дополнительно предусмотрены датчики усилия для измерения реакции колеса, реакции подвески, боковой силы, крутящего момента поворота, силы тяги или тормозной силы, а также произвольной координаты механизма подвески, например хода штока подвески, и углового положения колеса.
