Zkušební stolice

Oblast techniky

Vynález se týká zkušební stolice silničních motorových vozidel.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy zkušební stolice motorových vozidel, na nichž lze měřit základní dynamické vlastnosti vozidel, včetně některých reakcí na neočekávané změny poměrů na vozovce. Známé zkušební stolice obsahují otočné opery ve tvaru válců, na něž se umístí zkoušené vozidlo. Síly, které panují mezi vozidlem a vozovkou, se zjišťují pomocí známých siloměmých prostředků, jakými jsou dynamometry nebo tenzometry. V rámci této koncepce se nedají s dostatečnou přesností zjistit skutečné poměry, které ovlivňují pohyb vozidla po vozovce, a to proto, že rotace kol není svázána přímo mezi sebou jako na vozovce, ale zprostředkovaně přes externí zdroje pohybu kol. Odchýlení od reality je největší nevýhodou známých zkušebních stolic.

Podstata vynálezu

Uvedená nevýhoda je podstatně zmenšena zkušební stolicí silničních motorových vozidel podle vynálezu, která obsahuje hlavní rám, v němž je suvně ve směru podélné osy, rovnoběžné s hlavní osou zkoušeného vozidla, uložen přední rám a/nebo zadní rám, uzpůsobený pro zaaretování vůči hlavnímu rámu. V předním rámuje pro každé přední kolo vozidla vytvořena dvojice otočných oper. Stejně tak v zadním rámuje pro každé zadní kolo vozidla vytvořena obdobná dvojice otočných opěr. Každá dvojice otočných opěr sestává z předního válce a zadního válce. Osa otáčení předních válců a zadních válců je v podstatě rovnoběžná s osou otáčení kola zkoušeného vozidla. Podstata vynálezu spočívá v tom, že zadní válce předního rámu jsou spřaženy pomocí mechanického zařízení pro přenos točivého momentu se zadními válci alespoň jednoho zadního rámu. Mezi každým zadním válcem jak předního rámu, tak zadního rámu a mechanickým zařízením pro přenos točivého momentu je vložena ovladatelná spojka. Ovladatelná spojka je opatřena jednak prvním přenosovým ústrojím uzpůsobeným pro přenos kroutícího momentu, včetně řízeného prokluzu, a jednak měřicím ústrojím kroutícího momentu. Na hlavním rámuje umístěn setrvačníkový rám s otočně uloženým setrvačníkem. Setrvačník je spřažen s mechanickým zařízením pro přenos točivého momentu. Spřažení je provedeno přes řízenou spojku, která je opatřena druhým přenosovým ústrojím, uzpůsobeným pro přenos kroutícího momentu, včetně řízeného prokluzu. Alespoň zadní válce předního rámu i zadního rámu jsou osazeny otáčkoměry.

Při tomto základním uspořádání lze zkušební stolici přesunutím předního rámu a/nebo zadního rámu, resp. u vícenápravových vozidel zadních rámů přizpůsobit rozteči kol vozidel se souosými nápravami tak, aby každé kolo se umístilo mezi přední válec a zadní válec příslušné otočné opěry. U takto ustaveného vozidla roztočením jeho poháněcím kol se začnou otáčet přední a zadní válce, na nichž poháněči kola spočívají, čímž se uvede do činnosti mechanické zařízení pro přenos točivého momentu se roztočí zbývající zadní, ale i přední válce, čímž se roztočí i zbývající kola vozidla, a je tak přiblížen kinematický stav jako při jízdě na vozovce. Úkol simulovat setrvačnou hmotnost vozidla plní setrvačník, napojený též na mechanické zařízení pro přenos točivého momentu. Záměrným působením na ovladatelné spojky jednotlivých zadních válců a vyhodnocováním jejich měřicích ústrojí se zjistí fyzikální parametry, které ovlivňují jízdu vozidla jak v ustáleném stavu při konstantní adhezi všech kol, tak při proklouznutí některého kola.

Mechanické zařízení pro přenos točivého momentu je tvořeno ohebným nekončitým pásem, kterým je opásán jednak první obváděcí buben, otočně uložený na předním rámu souose se zadními válci, jednak druhý obváděcí buben, otočně uložený na setrvačníkovém rámu a jednak poháněči

- 1 CZ 303961 B6 buben, otočně uložený na každém zadním rámu souose se zadními válci. S prvním obváděcím bubnem a poháněcím bubnem jsou spojeny první části přináležejících ovladatelných spojek, jejichž druhé části jsou spojeny se zadními válci. S druhým obváděcím bubnem je spojena první část řízené spojky, jejíž druhá část je spřažena se setrvačníkem. Je zřejmé, že ohebným nekončitým pásem může být hladký předmět typu řemene, gurty pásového dopravníku apod., ale též např. řetěz. V posledně uvedeném případě se místo příslušných bubnů použijí řetězy.

Prostorově výhodné uspořádání setrvačníku spočívá v tom, že osa druhého obváděcího bubnu je rovnoběžná s osou prvního obváděcího bubnu i osou poháněcího bubnu, zatímco osa setrvačníku je svislá a do spřažení mezi druhým obváděcím bubnem a setrvačníkem je vloženo kuželové soukolí.

V nejjednodušších případech je spojení ovladatelných spojek se zadními válci provedeno tak, že druhé části přináležejících ovladatelných spojek jsou naklínovány na zadních válcích předního rámu i na zadních válcích zadního rámu.

Pro případ, že zkoušené vozidlo je opatřeno vyosenými zadními polonápravami, je zkušební stolice upravena tak, že zadní rám je alespoň u jedné podélné strany opatřen pomocným rámem, který je na zadním rámu suvně přestavitelný ve směru podélné osy. Na pomocném rámu je umístěna dvojice otočných opěr sestávající z předního válce a zadního válce. Druhá část ovladatelném spojky zadního válce pomocného rámuje s tímto zadním válcem spojena pomocí kloubového hřídele.

Za účelem změny momentu setrvačnosti je mezi řízenou spojku a setrvačník vložena převodovka s přestavitelným převodovým poměrem.

Rovněž za účelem změny dynamických poměrů je setrvačník spřažen s brzdou.

Napínání nekončitého pásu je s výhodou provedeno tak, že setrvačníkový rám je na hlavním rámu uložen suvně ve směru podélné osy, přičemž mezi hlavním rámem a setrvačníkovým rámem je upraveno napínací ústrojí.

Aby přenos síly mezi pneumatikami zkoušeného vozidla a zadními válci byl spolehlivý, tj. bez nechtěného prokluzu, jsou zadní válce opatřeny zdrsňujícím adhezním povrchem.

S prokluzem souvisí úprava spočívající vtom, že nejen zadní válce, ale i přední válce předního rámu i zadního rámu jsou osazeny otáčkoměry, z jejichž údajů lze zjistit poznatky o prokluzu.

Aby bylo možno na zkušební stolici zjistit chování jedoucího vozidla při bočním smyku, je přední rám i zadní rám opatřen servomotory s přímočarým pohybem výstupního členu ve směru rovnoběžném s osou otáčení předního válce i zadního válce. Servomotory jsou umístěny tak, že výstupní člen každého servomotoru je v akčním dosahu boku pneumatiky vozidla.

Zkušební stolici lze přizpůsobit nejen rozteči náprav, resp. polonáprav zkoušeného vozidla, ale též i průměru jeho kol. Za tím účelem rozteč mezi zadním válcem a předním válcem jak předního rámu, tak zadního rámu je stavitelná.

Zkušební stolicí podle vynálezu lze zjišťovat dynamické účinky vznikající při jízdě vozidla nejen v ustálených poměrech, ale i při výskytu mimořádných situací. Tím, že roztočením jednoho kola vozidla se roztočí i zbývající kola a setrvačník, zkušební stolice věrně imituje ubíhající vozovku s vozidlem o odpovídající hmotnosti. Příslušná měření mohou pak být téměř tak přesná jako na reálné vozovce.

-2 CZ 303961 B6

Přehled obrázků na výkresech

Na připojených výkresech je schematicky znázorněn příklad provedení zkušební stolice podle vynálezu, kde značí obr. 1 půdorysný pohled, obr. 2 bokorysný pohled s jednoduše zavěšeným setrvačníkem, obr. 3 řez A-A z obr. 1, ale se setrvačníkem spřaženým s převodovkou a brzdou, obr. 4 zvětšený půdorysný pohled na zadní válce zadního rámu v jiném provedení než na obr. 1.

Příklad provedení vynálezu

Základní součástí zkušební stolice podle vynálezu je hlavní rám I, který je s výhodou zakotven do podlahy zkušebny. Na hlavním rámu 1 lze definovat podélnou osu 15, která je rovnoběžná s hlavní osou neznázoměného zkoušeného vozidla, usazeného svými pneumatikami 2 na zkušební stolici. Na hlavním rámu I je pevně uložen přední rám 11 a suvně ve směru podélné osy 15 zadní rám 13. Je však též možno, že na hlavním rámu 1 je pevně uložen zadní rám 13, zatímco přední rám lije uložen suvně, popřípadě že suvným uložením disponují jak přední rám 11, tak zadní rám 13. Přední rám 11 i zadní rám 13 v případě své pohyblivosti jsou uzpůsobeny pro zaaretování vůči hlavnímu rámu 1. Na hlavním rámu 1 je též umístěn setrvačníkový rám 74 s otočně uloženým setrvačníkem 7. Setrvačníkový rám 74 je na hlavním rámu I uložen suvně ve směru podélné osy 15 a ve stálé napjatosti je udržován napínacím ústrojím 76, které je upraveno mezi hlavním rámem 1 a setrvačníkovým rámem 74.

Pro každé přední kolo vozidla je v předním rámu H vytvořena dvojice otočných opěr, která obsahuje přední válec 4 a zadní válec 5. Totožně pro každé přední kolo vozidla je v zadním rámu 13 vytvořena obdobná dvojice otočných opěr rovněž obsahující přední válec 4 a zadní válec 5. Osa 14 otáčení předních válců 4 a zadních válců 5 je v podstatě rovnoběžná s osou 21 rotace kola zkoušeného vozidla. Zadní válce 5 jsou opatřeny zdrsňujícím adhezním povrchem, zatímco přední válce 4 jsou hladké. Rozteč t mezi zadním válcem 5 a předním válcem 4 jak předního rámu 11, tak zadního rámu 13 je stavitelná. Alespoň zadní válce 5 jak předního rámu 11, tak i zadního rámu 13 jsou osazeny otáčkoměry 51. Je účelné, jsou-li otáčkoměry 51 upraveny i u předních válců 4 předního rámu U i zadního rámu 13 (obr. 1). Z uvedeného popisu lze dovodit, že vícenápravová vozidla mají v předním rámu 11 i zadním rámu 13 pro každé kolo dvojici otočným opěr. V neznázoměné alternativě vícenápravových vozidel je však možné, jestliže v oblasti zadních kol je uspořádáno tolik shodných zadních rámů Í3, kolik zadních náprav má vozidlo.

Zadní válce 5 předního rámu 11 jsou spřaženy pomocí mechanického zařízení 6 pro přenos točivého momentu se zadními válci 5 zadního rámu 13, resp. zadních rámů 13 a se setrvačníkem 7. Mechanické zařízení 6 pro přenos točivého momentu je v příkladu provedení tvořeno ohebným nekončitým pásem 8, kterým je opásán jednak první obváděcí buben 81, otočně uložený na předním rámu Π. souose se zadními válci 5, jednak druhý obváděcí buben 75, otočně uložený na setrvačníkovém rámu 74, a jednak poháněči buben 82, otočně uložený na zadním rámu 13 souose se zadními válci 5. Pro přítlak pásu 8 k poháněcímu bubnu 82 slouží přítlačné kladky 83 (obr. 2). V rámci spřažení jednotlivých členů kinematického řetězce je mezi každým zadním válcem 5 jak předního rámu H, tak zadního rámu J_3 a mechanickým zařízením 6 pro přenos točivého momentu vložena ovladatelná spojka 52. Ovladatelná spojka 52 je opatřena jednak prvním přenosovým ústrojím 53, uzpůsobeným pro přenos kroutícího momentu, včetně řízeného prokluzu, a jednak měřicím ústrojím 54 kroutícího momentu. Spřažení setrvačníku 7 je realizováno prostřednictvím řízené spojky 71 (obr. 3), jež je opatřena druhým přenosovým ústrojím 56 pro přenos kroutícího momentu, včetně řízeného prokluzu. Funkci jak ovladatelné spojky 52, tak řízené spojky 71 nejlépe splní elektromagnetická třecí spojka. Jak ovladatelná spojka 52, tak řízená spojka 71 má dvě základní části, určené k připojení spojovaných částí.

Připojení ovladatelných spojek 52 a řízené spojky 71 pro případ mechanického zařízení 6 pro přenos točivého momentu v podobě pásu 8 spočívá v tom, že s prvním obváděcím bubnem 81 a poháněcím bubnem 82 jsou spojeny první části přináležejících ovladatelných spojek 52, jejichž druhé části jsou spojeny se zadními válci 5. S druhým obváděcím bubnem 75 je spojena první část řízené spojky 71, jejíž druhá část je spřažena se setrvačníkem 7. Spřažení řízené spojky 71 se setrvačníkem 7 je provedeno tak, že osa druhého obváděcího bubnu 75 je rovnoběžná s osou prvního obváděcího bubnu 81 i osou poháněcího bubnu 82, zatímco osa setrvačníku 7 je svislá a do spřažení mezi druhým obváděcím bubnem 75 a setrvačníkem 7 je vloženo kuželové soukolí 77 (obr. 3). Mezi řízenou spojku 71 a setrvačník 7 je vložena převodovka 72 s přestavitelným převodovým poměrem. Převodovka 72 spolu s kuželovým soukolím 77 jsou s výhodou uzavřeny v převodové skříni 78, v níž je též uložena řízená spojka 71 a z níž vystupuje povrch druhého odváděcího bubnu 75. Pod převodovou skříní 78 je zavěšen setrvačník 7, který je spřažen s brzdou 73, jejíž nehybná část je zakotvena do setrvačníkového rámu 74.

Spojení druhých částí ovladatelných spojek 52 se zadními válci 5 je provedeno tak, že v případě zadních válců 5 předního rámu 11 jsou druhé části přináležejících ovladatelných spojek 52 naklínovány na zadních válcích 5. U zadního rámu J_3 záleží na tom, pro jaký typ vozidla je zkušební stolice určena. Jedná-li se o vozidlo se souosou zadní nápravou, nebo souosými nápravami, pak postačuje, jestliže v souladu s obr. 1 druhé části přináležejících ovladatelných spojek 52 jsou naklínovány na zadních válcích 5 zadního rámu 13. Jestliže však vozidlo je opatřeno vyosenými polonápravami, zadní rám J_3 je alespoň u jedné podélné strany opatřen pomocným rámem J_2, který je na zadním rámu 13 suvně přestavitelný ve směru podélné osy 15. Pomocný rám 12 je opatřen aretačním ústrojím 16. Na pomocném rámu 12 je umístěna dvojice otočných opěr sestávající z předního válce 4 a zadního válce 5. Přední válec 4 i zadní válec 5 mají z hlediska polohy svých os i charakteru povrchu stejné znaky jako v předcházejících příkladech provedení. V případě aplikace pomocného rámu 12 druhá část ovladatelné spojky 52 zadního válce 5 pomocného rámu 12 je s tímto zadním válcem 5 spojena pomocí kloubového hřídele 55 (obr. 4).

Ať je vzájemné propojení zadních válců 5 mezi sebou a se setrvačníkem 7 provedeno pomocí jakéhokoliv mechanického zařízení 6 pro přenos točivého momentu, jsou při potřebě vyvolat umělý smyk vozidla přední rám 11 i zadní rám 13 opatřeny servomotory 3 s přímočarým pohybem výstupního členu ve směru rovnoběžném s osou 14 otáčení předního válce 4 i zadního válce 5. Servomotory 3 jsou umístěnými tak, že výstupní člen každého z nich je v akčním dosahu boku pneumatiky 2 vozidla.

Před započetím činnosti zkušební stolice se nejprve nastaví vzdálenost mezi předním rámem JJ. a zadním rámem 13, resp. zadními rámy 13 tak, aby odpovídala vzdálenosti náprav zkoušeného vozidla. Pak se v závislosti na průměru pneumatiky 2 nastaví rozteč t mezi předním válcem 4 a zadním válcem 5 každé otočné opery. Nastavením rozteče t lze vytvořit u nenaloženého měřeného vozidla přítlačnou sílu na kola, která odpovídá vozidlu plně naloženému. Na zkušební stolici nejede vozidlo v takové orientaci, že jeho přední kola spočinou na předním rámu 11. Zapnou se jak ovladatelné spojky 52 všech zadních válců 5, tak řízená spojka 71 setrvačníku 7. U vozidla se uvedou do otáčivého pohybu jako hnací kola. Tento rotační pohyb se přenáší přes zadní válce 5, nad nimiž jsou usazena hnací kola vozidla, pomocí mechanického zařízení 6 pro přenos točivého momentu na zadní válce 5 pod nepoháněnými koly. Spolehlivé přenos točivého momentu zajistí řádně přiléhající pás 8, kjehož napnutí slouží napínací ústrojí 76. Pro roztočení všech zadních válců 5, jež je doprovázeno roztočením všech předních válců 4, se zjistí, zda nedochází k nepřípustnému prokluzu kol vozidla. Za tím účelem se porovnají údaje z otáčkoměrů 51, a to jak otáčkoměrů 5]_ umístěných u zadních válců 5, tak otáčkoměrů 5J umístěných u předních válců 4. V případě zjištěného prokluzu se upraví rozteč t mezi prokluzujícím zadním válcem 5 a předním válcem 4. Při měření lze zjistit, jak se chová zatížené vozidlo, aniž by bylo nutno opatřovat je skutečným nákladem. Simulování zátěže vozidla lze provádět změnou otáček setrvačníku 7, a to zejména změnou převodového poměru v převodovce 72. Silové poměry při rozjezdu vozidla lze přiblížit skutečnosti působením řízené spojky 71, u níž lze ovládat její prokluz. Poměry při zpomalování vozidla přizpůsobí skutečnosti účinkování brzdy 73. Je-li potřeba vyšetřit chování vozidla při prokluzu některého kola na vozovce, což může ve skutečnosti nastat při nerovnoměrném účinku brzd, nasimuluje se tento stav tak, že se vypne příslušná ovladatelná

-4CZ 303961 B6 spojka 52, příp. se nechá řízené prokluzovat. Stranové smyky vozidla se dají vyvolat vytrčením výstupního členu servomotoru 3 do boku pneumatiky 2.

Průmyslová využitelnost

Zkušební stolice podle vynálezu umožní vyšetřovat okamžité chování všech kol, resp. celého vozidla při různých situacích jako na skutečné vozovce. Jedná se o chování při jízdě po homogenní vozovce, ale zejména při různých mimořádnostech, vyvolaných např. proměnlivým povrchem vozovky, rozdílnosti vozovky pod jednotlivými koly, bočními nárazy do kol a následně vzniklým tzv. losím efektem apod. Cílem měření je mj. zjistit stabilitu vozidla na vozovce.