CN113390350A - 可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机 - Google Patents
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Abstract
一种可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,包括机架、模拟路面、模拟路面驱动机构、用于安装轮胎的轮辋;模拟路面驱动机构安装在机架上,模拟路面安装在模拟路面驱动机构上,轮辋可拆卸地安装在机架上,模拟路面位于轮辋前方,轮胎滚动试验机还包括尺寸试验装置。本发明全部实现或部分实现了轮胎断面宽度及其变化、轮胎断面水平轴位置的变化、轮胎断面水平轴位置及其变化、轮胎断面水平轴倾斜角及其变化、轮胎动负荷半径及其变化、轮胎周长及其变化这些轮胎几何物理量的动态跟踪、记录、辨析和描述;避免了人为测量带来的误差;保障了试验人员的人身安全;同时,保护罩还能够保护激光位移传感器,避免激光位移传感器损坏。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎滚动试验设备,更具体地说涉及一种可在轮胎滚动时动态跟踪、记录、辨析和描述轮胎几何尺寸,包括轮胎断面宽度及其变化、轮胎断面水平轴位置的变化、轮胎断面水平轴位置及其变化、轮胎断面水平轴倾斜角及其变化、轮胎动负荷半径及其变化、轮胎周长及其变化的轮胎滚动试验机。
背景技术
轮胎是飞机、车辆唯一接触地面的部件,承担飞机、车辆负载并滚转移动。轮胎滚动性能试验是轮胎各种力学性能、疲劳性能及其它性能试验中不可或缺的一环,这些包括轮胎高速耐久试验、轮胎滚动阻力试验、轮胎力和力矩试验等。这些试验的共同点是轮胎在一定载荷作用下,从动或主动在路面或模拟路面上滚转移动(简称滚动)。在这些试验过程中,轮胎断面宽度及其变化、轮胎断面水平轴位置的变化、轮胎断面水平轴位置及其变化、轮胎断面水平轴倾斜角及其变化、轮胎动负荷半径及其变化、轮胎周长及其变化,都是车辆设计师、轮胎设计师特别关注的重要物理量。
现有的测试手段,都是通过在试验中或试验后,暂停轮胎滚动,通过手工或半手工方式,对上述轮胎几何物理量进行测量。这种作业方式,不能动态跟踪、记录、辨析和描述上述几何物理量;由于轮胎滚动状态和静态下热环境的变化(轮胎在滚动过程中自身的高速旋转会形成气流,这种气流客观上对轮胎起到帮助散热、冷却的作用,而轮胎一旦停止旋转,散热气流消失,散热速度变慢,导致轮胎迅速升温,气压膨胀),不可避免带来与时间有关的测量误差。更重要的是,上述轮胎热环境的变化,使轮胎处于一种不稳定状态,随时可能出现意外爆破,威胁作业人员人身安全。
因此,一些知名实验室都有停机一段时间内禁止靠近受测轮胎的规定,相关的国际标准、国家标准对延后测定的时间也做了严格的规定(如GB/T4502-2016轿车轮胎性能室内试验方法5.4.2.4)。就安全保障而言,延时检测当然不失为一种方法。但是,测量数据的准确性得不到保障,规律性(试验后有关气压和温度与时间的变化关系)无从了解,操作人员能否及时记录上述轮胎几何物理量,也成为测量误差的重要因素。
发明内容
本发明的目的,是提供一种可在轮胎滚动时动态跟踪、记录、辨析和描述轮胎几何尺寸,包括或部分包括轮胎断面宽度及其变化、轮胎断面水平轴位置的变化、轮胎断面水平轴位置及其变化、轮胎断面水平轴倾斜角及其变化、轮胎动负荷半径及其变化、轮胎周长及其变化的轮胎滚动试验机。
采用的技术方案如下:
一种可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,包括机架、模拟路面、模拟路面驱动机构、用于安装轮胎的轮辋;模拟路面驱动机构安装在机架上,模拟路面安装在模拟路面驱动机构上,轮辋可拆卸地安装在机架上,模拟路面位于轮辋前方,其特征在于:轮胎滚动试验机还包括尺寸试验装置,尺寸试验装置设置在轮辋的正后方,尺寸试验装置包括保护罩、激光位移传感器、信号采集和传输模块、数据分析系统,保护罩安装在机架上,并且保护罩位于轮辋后方,激光位移传感器安装在保护罩内。
一种较优的方案,所述激光位移传感器为二维激光位移传感器,二维激光位移传感器的测量平面通过轮胎旋转轴线,并垂直指向轮胎模拟路面。
使用二维激光位移传感器的尺寸试验装置,可以动态跟踪、记录、辨析和描述轮胎几何尺寸,包括轮胎断面宽度及其变化、轮胎断面水平轴位置的变化、轮胎断面水平轴位置及其变化、轮胎断面水平轴倾斜角及其变化、轮胎动负荷半径及其变化、轮胎周长及其变化。试验前,试验机加载机构将轮胎压向转鼓或其它模拟路面,产生足够小载荷时,通过二维激光位移传感器测量得到二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离L0,轮胎左右最外侧的点A和点B的坐标(Ya0,Za0)和(Yb0,Zb0),二维激光位移传感器到轮胎外表面的垂直距离l0。开始进行高速耐久等滚转试验,通过任意i时刻二维激光位移传感器测量得到二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离Li,轮胎左右最外侧的点A和点B的坐标(Yai,Zai)和(Ybi,Zbi),二维激光位移传感器到轮胎外表面的垂直距离li。同理,通过轮胎初始断面宽度、轮胎断面水平轴高度、轮胎断面水平轴侧倾角、轮胎初始自由半径的计算公式,分别得到任意时刻的轮胎断面宽度SWi,轮胎断面水平轴高度H2i,轮胎断面水平轴侧倾角θ0,轮胎动负荷半径di。试验结束时,通过轮胎初始周长计算公式得到轮胎周长CT。
更优的方案,所述轮胎断面宽度的计算公式如下:
SW=Yb-Ya
式中:
SW:轮胎初始断面宽度,单位为毫米(mm);
Yb:轮胎右侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm);
Ya:轮胎左侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm)。
更优的方案,所述轮胎断面水平轴高度的计算公式如下:
式中:
H2:轮胎断面水平轴高度,即其到到模拟路面的垂直距离,单位为毫米(mm);
L:二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离,单位为毫米(mm);
Zb:轮胎右侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm);
Za:轮胎左侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm)。
更优的方案,所述轮胎断面水平轴侧倾角的计算公式如下:
式中:
θ:轮胎断面水平轴侧倾角,单位为度(°);
Yb:轮胎右侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm);
Ya:轮胎左侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm);
Zb:轮胎右侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm);
Za:轮胎左侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm)。
更优的方案,所述轮胎自由半径或动负荷半径的计算公式如下:
式中:
d:轮胎自由半径或动负荷半径,单位为毫米(mm);
L:二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离,单位为毫米(mm);
l:二维激光位移传感器到轮胎外表面的距离,单位为毫米(mm)。
更优的方案,所述轮胎周长的计算公式如下:
CT=π(L-l)
式中:
CT:轮胎初始周长,单位为毫米(mm);
L:二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离,单位为毫米(mm);
l:二维激光位移传感器到轮胎外表面的距离,单位为毫米(mm)。
另一种方案,所述激光位移传感器为一维激光位移传感器,所述尺寸试验装置还包括可移动定位座,保护罩具有前侧壁板、底面板,保护罩的前侧壁板开有通孔,可滑动定位座安装在保护罩底面板的顶面上,一维激光位移传感器安装在可滑动定位座上并且激光位移传感器位于通孔内。
更优的方案,一维激光位移传感器发出一维激光的测量方向,通过轮胎旋转轴线,并垂直指向轮胎模拟路面。采用一维激光位移传感器的尺寸试验装置用于测量轮胎周长。
试验前先通过可移动定位座,将测量点尽量移动到轮胎胎面中间并避开花纹沟、装饰线的合理位置。试验时,试验机加载机构将轮胎压向转鼓或其它模拟路面,产生足够小载荷时,测量并记录一维激光位移传感器到轮胎外表面的距离l0,轮胎旋转中心到模拟路面的距离d0,开始进行高速耐久等滚转试验。当需要测量测量轮胎周长时,试验机加载机构卸载,轮胎离开模拟路面,轮胎由于惯性作用,在若干分钟内依然保持滚动状态,测量并记录一维激光位移传感器到轮胎外表面的距离l1,得到其平均值
更优的方案,所述轮胎周长的计算公式如下:
式中:
CT:轮胎在测量时刻的周长,单位为毫米(mm);
l0:一维激光位移传感器到轮胎外表面的初始距离,单位为毫米(mm);
d0:轮胎初始自由半径,单位为毫米(mm);
本发明对照现有技术的有益效果是,全部实现或部分实现了轮胎断面宽度及其变化、轮胎断面水平轴位置的变化、轮胎断面水平轴位置及其变化、轮胎断面水平轴倾斜角及其变化、轮胎动负荷半径及其变化、轮胎周长及其变化这些轮胎几何物理量的动态跟踪、记录、辨析和描述;避免了人为测量带来的误差;保障了试验人员的人身安全;同时,保护罩还能够保护激光位移传感器,避免激光位移传感器损坏。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图;
图2是图1所示实施例1的使用状态参考图;
图3是图1所示实施例1轮胎定位单元、轮胎施压单元、尺寸试验装置的结构示意图;
图4是图1所示实施例1尺寸试验装置的结构示意图;
图5是图4拆掉密封盖板的结构示意图;
图6是图5拆掉激光位移传感器、可滑动定位座、锁定件的结构示意图;
图7是图1所示实施例1激光位移传感器、可滑动定位座、锁定件的结构示意图;
图8是图1所示实施例1激光位移传感器、可滑动定位座、锁定件另一个角度的结构示意图;
图9是图1所示实施例1的电路原理方框图;
图10是本发明实施例2的轮胎左右最外侧的点A、B的示意图;
图11是本发明实施例2的使用状态参考图。
具体实施方式
实施例1
如图1-9所示,本实施例中的可在检查时同步检测轮胎周长的高速耐久试验机,包括机架1、轮辋2、转鼓驱动机构3、尺寸试验装置4、模拟路面5,模拟路面驱动机构3安装在机架1上,模拟路面5安装在模拟路面驱动机构3上,轮辋2可拆卸地安装在机架1上,模拟路面5位于轮辋2前方。本实施例中,所述模拟路面驱动机构3具有转轴,该转轴一侧安装有模拟路面5。
本实施例中,所述机架1上安装有轮胎定位单元6和轮胎施压单元7(本实施例中采用气缸),轮胎定位单元6可沿机架1前后移动地安装在机架1上,轮胎施压单元7安装在机架1上并且轮胎施压单元7位于轮胎定位单元6后方,轮胎施压单元7抵住轮胎定位单元6并对轮胎定位单元6施加压力。由于试验时模拟路面5对轮胎前侧施加压力,而轮胎施压单元7则对轮胎定位单元6施加压力,使得轮胎定位单元6通过轮辋2对轮胎施加向前的压力,能够用于模拟不同负重情况下轮胎的运行情况。
所述尺寸试验装置4包括保护罩401、激光位移传感器402、可滑动定位座403、锁定件404、信号采集和传输模块405、数据分析系统406,保护罩401安装在机架1上,并且保护罩401位于轮辋2后方,保护罩401具有前侧壁板4011、底面板4012、顶面板4013、右侧壁板4014和密封盖板4015,保护罩401的前侧壁板4011开有通孔40111,可滑动定位座403安装在保护罩401底面板4012的顶面上,激光位移传感器402、信号采集和传输模块405、数据分析系统406安装在可滑动定位座403上并且激光位移传感器402前端位于通孔40111内。所述轮胎安装到轮辋2上以后,组成的轮胎轮辋2组合体,再安装到机架1上。激光位移传感器402安装在轮胎后方,并与模拟路面5旋转中心、轮胎旋转中心在同一个水平面上,激光位移传感器402测量激光位移传感器402到轮胎的距离,从而得出轮胎的平均半径,以此换算轮胎的周长。使用尺寸试验装置4,可以代替操作人员在试验结束后对温度和气压的手工检测,避免安全事故的发生,大大提高安全性能,而且测出的轮胎的周长很准确。
所述顶面板4013、前侧壁板4011、底面板4012依次连接而成(本实施例中,顶面板4013、前侧壁板4011、底面板4012一体制成),右侧壁板4014内侧壁分别连接顶面板4013、前侧壁板4011、底面板4012右端,形成开口朝向后方的容纳腔,密封盖板4015安装在容纳腔的开口上并将该容纳腔密封。由于保护罩401安装在机架1上,因此容纳腔左侧为机架1,容纳腔左侧被机架1挡住,容纳腔的开口朝向后方。
所述底面板4012开有导向滑槽40121、锁定件滑槽40122,可滑动定位座403底面具有导向片4031和锁定槽4032,导向片4031插入导向滑槽40121内并可沿着导向滑槽40121滑动,锁定件404包括把手4041、螺钉4042,把手4041固定在螺钉4042底端,螺钉4042顶端穿过底面板4012的锁定件滑槽40122并与可滑动定位座403的锁定槽4032螺纹连接,将可滑动定位座403紧紧锁在底面板4012上。
所述可滑动定位座403右侧安装有拉杆4033,所述保护罩401的右侧壁板4014开有拉杆孔40141,可滑动定位座403右侧的拉杆4033从拉杆孔40141伸出保护罩401。
所述模拟路面驱动机构3包括电机、皮带传动机构,电机通过皮带传动机构带动模拟路面5转动。
所述激光位移传感器402(即一维激光位移传感器)发出一维激光的测量方向,通过轮胎旋转轴线,并垂直指向轮胎模拟路面。本实施例采用一维激光位移传感器的尺寸试验装置用于测量轮胎周长。
所述高速耐久试验机将一维激光位移传感器测量的数据通过信号采集和传输模块405、数据分析系统406进行处理,以获得轮胎周长(即轮胎在测量时刻的周长)。
下面结合图1-9介绍一下工作过程:
安装尺寸试验装置4以后,通过调节可滑动定位座403,将测量点尽量移动到轮胎胎面中间并避开花纹沟、装饰线的合理位置。
试验时,试验机加载机构将轮胎压向转鼓或其它模拟路面,产生足够小载荷时,测量并记录一维激光位移传感器到轮胎外表面的距离l0,轮胎旋转中心到模拟路面的距离d0,开始进行高速耐久等滚转试验。当需要测量测量轮胎周长时,试验机加载机构卸载,轮胎离开模拟路面,轮胎由于惯性作用,在若干分钟内依然保持滚动状态,测量并记录一维激光位移传感器到轮胎外表面的距离l1,得到其平均值
当发现轮胎8的胎面与激光位移传感器402的间距明显较小或发生周期性波动时,有可能是激光位移传感器402的位置正好对准了轮胎8的胎面上的胎纹,需要调节激光位移传感器402的位置,调节过程如下:
此时,可以松开锁定件404,用手拉动拉杆4033,迫使可滑动定位座403底面的导向片4031沿着导向滑槽40121滑动,从而微调可滑动定位座403的位置,使得激光位移传感器402的位置跟着可滑动定位座403变化,避开轮胎8的胎面上的胎纹。然后,再拧紧锁定件404。继续试验。对激光位移传感器402的调节不用让轮胎8停止转动,操作非常方便快捷,使用效果非常好。
所述轮胎周长的计算公式如下:
式中:
CT:轮胎在测量时刻的周长,单位为毫米(mm);
l0:一维激光位移传感器到轮胎外表面的初始距离,单位为毫米(mm);
d0:轮胎初始自由半径,单位为毫米(mm);
实施例2
如图11所示,本实施例中的可在检查时同步检测轮胎周长的高速耐久试验机与实施例1的区别在于:
所述尺寸试验装置4没有可移动定位座。
所述激光位移传感器402为二维激光位移传感器,二维激光位移传感器的测量平面通过轮胎旋转轴线,并垂直指向轮胎模拟路面。
使用二维激光位移传感器的尺寸试验装置,可以动态跟踪、记录、辨析和描述轮胎几何尺寸,包括轮胎断面宽度及其变化、轮胎断面水平轴位置的变化、轮胎断面水平轴位置及其变化、轮胎断面水平轴倾斜角及其变化、轮胎动负荷半径及其变化、轮胎周长及其变化。
试验前,试验机加载机构将轮胎压向转鼓或其它模拟路面,产生足够小载荷时,通过二维激光位移传感器测量得到二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离L0。如图10所示,轮胎左右最外侧的点A和点B的坐标(Ya0,Za0)和(Yb0,Zb0),二维激光位移传感器到轮胎外表面的垂直距离l0。开始进行高速耐久等滚转试验,通过任意i时刻二维激光位移传感器测量得到二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离Li,轮胎左右最外侧的点A和点B的坐标(Yai,Zai)和(Ybi,Zbi),二维激光位移传感器到轮胎外表面的垂直距离li。同理,通过轮胎初始断面宽度、轮胎断面水平轴高度、轮胎断面水平轴侧倾角、轮胎初始自由半径的计算公式,分别得到任意时刻的轮胎断面宽度SWi,轮胎断面水平轴高度H2i,轮胎断面水平轴侧倾角θ0,轮胎动负荷半径di。试验结束时,通过轮胎初始周长计算公式得到轮胎周长CT。
所述轮胎断面宽度的计算公式如下:
SW=Yb-Ya
式中:
SW:轮胎初始断面宽度,单位为毫米(mm);
Yb:轮胎右侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm);
Ya:轮胎左侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm)。
所述轮胎断面水平轴高度的计算公式如下:
式中:
H20:轮胎断面水平轴高度,即其到到模拟路面的初始垂直距离,单位为毫米(mm);
L0:二维激光位移传感器到模拟路面的初始垂直距离,单位为毫米(mm);
Zb0:轮胎右侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm);
Za0:轮胎左侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm)。
所述轮胎断面水平轴侧倾角的计算公式如下:
式中:
θ0:轮胎断面水平轴侧倾角,单位为度(°);
Yb0:轮胎右侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm);
Ya0:轮胎左侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm);
Zb0:轮胎右侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm);
Za0:轮胎左侧最外点的垂向坐标,单位为毫米(mm)。
所述轮胎初始自由半径的计算公式如下:
式中:
d0:轮胎初始自由半径,单位为毫米(mm);
L0:二维激光位移传感器到模拟路面的初始垂直距离,单位为毫米(mm);
l0:二维激光位移传感器到轮胎外表面的初始距离,单位为毫米(mm)。
所述轮胎初始周长的计算公式如下:
CT0=π(L0-l0)
式中:
CT0:轮胎初始周长,单位为毫米(mm);
L0:二维激光位移传感器到模拟路面的初始垂直距离,单位为毫米(mm);
l0:二维激光位移传感器到轮胎外表面的初始距离,单位为毫米(mm)。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其各部分名称等可以不同,凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,包括机架、模拟路面、模拟路面驱动机构、用于安装轮胎的轮辋;模拟路面驱动机构安装在机架上,模拟路面安装在模拟路面驱动机构上,轮辋可拆卸地安装在机架上,模拟路面位于轮辋前方,其特征在于:轮胎滚动试验机还包括尺寸试验装置,尺寸试验装置设置在轮辋的正后方,尺寸试验装置包括保护罩、激光位移传感器、信号采集和传输模块、数据分析系统,保护罩安装在机架上,并且保护罩位于轮辋后方,激光位移传感器安装在保护罩内。
2.如权利要求1所述的可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,其特征在于:所述激光位移传感器为一维激光位移传感器,所述尺寸试验装置还包括可移动定位座,保护罩具有前侧壁板、底面板,保护罩的前侧壁板开有通孔,可滑动定位座安装在保护罩底面板的顶面上,一维激光位移传感器安装在可滑动定位座上并且激光位移传感器位于通孔内。
3.如权利要求2所述的可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,其特征在于:一维激光位移传感器发出一维激光的测量方向,通过轮胎旋转轴线,并垂直指向轮胎模拟路面。
5.如权利要求1所述的可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,其特征在于:所述激光位移传感器为二维激光位移传感器,二维激光位移传感器的测量平面通过轮胎旋转轴线,并垂直指向轮胎模拟路面。
6.如权利要求5所述的可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,其特征在于:所述轮胎断面宽度的计算公式如下:
SW=Yb-Ya
式中:
SW:轮胎初始断面宽度,单位为毫米(mm);
Yb:轮胎右侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm);
Ya:轮胎左侧最外点的轴向坐标,单位为毫米(mm)。
10.如权利要求5所述的可进行轮胎尺寸测量的轮胎滚动试验机,其特征在于:所述轮胎周长的计算公式如下:
CT=π(L-l)
式中:
CT:轮胎初始周长,单位为毫米(mm);
L:二维激光位移传感器到模拟路面的垂直距离,单位为毫米(mm);
l:二维激光位移传感器到轮胎外表面的距离,单位为毫米(mm)。
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CN117073981A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 中国飞机强度研究所 | 一种飞机轮胎断面光学运动测量装置及测量方法 |
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2021
- 2021-07-09 CN CN202110780754.3A patent/CN113390350A/zh active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117073981A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 中国飞机强度研究所 | 一种飞机轮胎断面光学运动测量装置及测量方法 |
CN117073981B (zh) * | 2023-10-16 | 2024-01-09 | 中国飞机强度研究所 | 一种飞机轮胎断面光学运动测量装置及测量方法 |
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