ES2323298B1 - Banco de ensayos para ejes de vehiculos. - Google Patents
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Abstract
Banco de ensayos para ejes de vehículos.
El banco de ensayos de la invención permite la
reproducción de los esfuerzos: vertical, lateral y longitudinal y
además introduce el efecto que provoca el desplazamiento de la
dirección aplicando cargas en todo el recorrido de la misma y con
ello la validación de los componentes se puede realizar en un
entorno de comportamiento real.
El sistema de accionamiento vertical (5) se
produce mediante un actuador hidráulico (6) y se trasmite a través
de palancas (7, 7'') a un sistema de rodamiento esférico
interponiendo una célula de carga (10), aplicándose la fuerza al
punto de contacto de rueda. Los accionamientos horizontales (4)
debidos a cargas laterales y longitudinales se efectúan mediante
actuadores hidráulicos y accionadores horizontales (17) definidos
por cabezas de rótula (20, 20'') y bridas (21, 21'') con
acoplamientos (22, 22''). El sistema de accionamiento de dirección
(3) se efectúa con un tercer actuador en el brazo de la
dirección.
Description
Banco de ensayos para ejes de vehículos.
La presente invención, según lo expresa el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un banco de
ensayos para ejes de vehículos, y más especialmente para ejes
delanteros de vehículos pesados, camiones o autobuses, siendo
sistemas de laboratorio que permiten reproducir el comportamiento
real de estos elementos y acelerar su deterioro. De esta manera, es
posible determinar tanto la funcionalidad como la vida útil del
eje.
Es un objeto de la invención el ofrecer un banco
de ensayos que permita la aplicación de las cargas en todo el
recorrido de la dirección, y con ello la validación de los
componentes se puede realizar en un entorno de comportamiento
real.
Los bancos actuales permiten el ensayo de los
elementos de suspensión y montaje mediante la aplicación de cargas
dinámicas al eje, con control en lazo cerrado de fuerza. La
fijación del eje al banco se realiza montando el mismo en una
estructura metálica, lo suficientemente rígida.
Actualmente los bancos de ensayo para ejes
delanteros de vehículos pesados permiten la reproducción de los
siguientes esfuerzos: vertical, lateral y longitudinal. Sin
embargo, la posibilidad de introducir el efecto que provoca el
desplazamiento de la dirección es nula o, en el mejor de los casos,
está limitada a valores no reales.
En líneas generales, el banco de ensayos de
vehículos, objeto de la invención, incluye una combinación de
distintos sistemas de accionamiento en la mangueta de dirección, de
componentes horizontales debidas a cargas laterales y
longitudinales provocadas por la toma de curvas y las frenadas, así
como componentes verticales como resultante de la fuerza de reacción
de la carretera sobre el eje. Estos sistemas de accionamiento son
provocados por unos actuadores hidráulicos en las direcciones
oportunas.
El accionamiento vertical se realiza aplicando
la fuerza del actuador hidráulico en dirección horizontal, sobre
una palanca acodada oscilante por un punto central en el chasis del
banco de ensayos. El otro brazo de palanca presiona sobre otra
palanca vertical que se desplaza debidamente guiada en barras
verticales fijas y casquillos deslizantes. La presión se mide
mediante una célula de carga, manifestándose verticalmente en una
placa de apoyo que actúa sobre un subconjunto orientable de un
mecanismo con rodamiento esférico para que el esfuerzo resultante
sea axial exclusivamente.
El subconjunto puede desplazarse en la
superficie de la placa de apoyo como sucede realmente cuando la
rueda es girada por la dirección. Este subconjunto incluye una
placa deslizante que apoya directamente sobre la placa de apoyo
citada; un rodamiento esférico y un vástago de rueda axial que le
une con la rueda simulada.
Los accionamientos horizontales debidos a las
cargas laterales y longitudinales al reproducir los efectos del
comportamiento al tomar curvas y frenadas, son laterales y
longitudinales y se realizan sobre el vástago de rueda mediante dos
actuadores horizontales hidráulicos conectados a este vástago a
distinto nivel, uno sobre otro, siendo la conexión a través de
rótulas, teniendo así orientaciones independientes para permitir
variaciones angulares entre ellos.
El movimiento de la dirección en el rango de
+37º/-53º, se hace mediante otro actuador lineal hidráulico
acoplado al brazo de dirección.
El sistema de cubo de rueda es el elemento de
unión de los anteriores sistemas y define la posición del radio de
rodadura con carga estática (S.L.R). La rueda simulada queda
conectada al vástago de rueda, vertical, y a la "rótula de
dirección comercial".
Existe un sistema de control para los
movimientos de actuadores hidráulicos y dispositivos de medición
(células de carga y transductores de posición). Los primeros actúan
sobre el espécimen a ensayar, mientras que los segundos recogen
los datos necesarios para el análisis y la progresión del ensayo.
Es necesario, por tanto, una coordinación entre las señales
captadas y los comandos enviados a la actuación del banco, para que
las magnitudes del ensayo se mantengan en los valores
especificados.
En el caso concreto del banco de ensayo diseñado
acorde con la invención, el sistema utilizado es el conocido como
control de señal por lazo cerrado de corriente.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte integrante de esta
memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas
figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente:
Figura 1.- Es una vista en perspectiva de un eje
delantero de autobús, que va a ser dispuesto en el banco de ensayo
objeto de la invención.
Figura 2.- Es una vista parcial del eje
delantero de la figura 1, para observar las cargas que actúan en la
mangueta de dirección.
Figura 3.- Es una vista en perspectiva del banco
de ensayos para ejes de vehículos acorde con la invención.
Figura 4.- Es una vista parcial en perspectiva
de lo mostrado en la figura 3, en la zona de actuación de los
diferentes sistemas de accionamiento.
Figura 5.- Es una vista parcial en perspectiva
de lo mostrado en la figura 3, en la zona de conexión del actuador
del sistema de accionamiento vertical.
Figura 6.- Es una vista parcial de lo mostrado
en la figura 3, en la zona de actuación de una carga vertical,
definida por la placa de apoyo y el subconjunto orientable
vertical.
Figura 7.- Es una vista en perspectiva
explosionada del subconjunto orientable vertical de la figura
6.
Figura 8.- Es una vista esquemática de los
esfuerzos con componentes horizontales provocados por la toma de
curvas y las frenadas, que actúan sobre la rueda.
Figura 9.- Es una vista parcial de lo mostrado
en la figura 3, donde se encuentran los actuadores que reproducen
las cargas horizontales.
Figura 10.- Es una vista en perspectiva
explosionada de uno de los actuadores de la figura 9.
Figura 11.- Es una vista en perspectiva
explosionada del acoplamiento de la barra de actuación para el
accionamiento de dirección, según la figura 3.
Figura 12.- Es una vista explosionada del cubo
de rueda de la figura 3.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en
las figuras y en especial con relación a la figura 1, podemos ver
un eje delantero (1) de autobús que será montado en el banco de
ensayos objeto de la invención, referenciado con (2) en la figura
3.
En la figura 2 se muestran las cargas en la
mangueta de dirección, en las direcciones componentes F_{x},
F_{y} y F_{z} y el momento M respecto al eje vertical.
En la figura 4 se muestra la combinación de los
diferentes sistemas de accionamiento (sobre la mangueta de
dirección según lo muestra flecha 3, los accionamientos
horizontales según lo indica la flecha 4 y accionamientos
verticales como lo indica la flecha 5) con sus correspondientes
actuadores hidráulicos, quedando así definida la composición del
banco de ensayos (2).
En cuanto a los accionamientos verticales, la
condiciones reales de ensayo requieren que el banco permita
introducir una carga de hasta 150 KN sobre la mangueta de
dirección, con una dirección igual a la que supone la fuerza de
reacción de la carretera sobre el eje. Con el diseño del banco de
ensayos objeto de la invención, la fuerza realizada por el
"actuador" (6) se transmite en relación 1:1 a través del
sistema "palancas" (7-7'), guiándose de manera
vertical por medio de casquillos deslizantes (8) y guías verticales
(9); se cuantifica mediante una "célula de carga" (10) y se
incorpora al punto de contacto de rueda utilizando un "sistema de
rodamiento esférico". De esta manera el esfuerzo soportado por
la célula de carga (10) es exclusivamente axial, de forma que
lectura corresponde, solamente, a la carga introducida sobre el
componente de ensayo. Asimismo, el empleo de guías (9) y casquillos
(8) lineales aísla de reacciones transversales a la citada célula
de carga (10).
El acoplamiento de carga sobre el espécimen
(figura 6), permite que el punto de aplicación de carga pueda
trasladarse, en función de posicionamiento de la mangueta de
dirección, en todo su rango de desplazamiento.
El conjunto está formado por la placa de apoyo
(11) con desplazamiento vertical únicamente, y el "subconjunto
orientable" (12) de transmisión hacia el espécimen. Con este
sistema se permite que el subconjunto se pueda desplazar sobre la
placa de apoyo, tal y como sucede cuando la rueda de un vehículo es
girada por la dirección del mismo sobre el suelo. De igual manera
posibilita introducir las reacciones habidas en la circulación del
vehículo y debidas al peso y a la carga del mismo.
\newpage
El subconjunto orientable (12) se compone de los
siguientes elementos (figura 7):
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
\vskip1.000000\baselineskip
En cuanto a los accionamientos horizontales, es
conocido que en un vehículo se producen también esfuerzos de
componentes horizontales (figura 8), con respecto al plano
terrestre, debidos a cargas laterales F_{y} y longitudinales
F_{x}, provocadas por la toma de curvas y las frenadas. Ello
conlleva que el banco de ensayos tiene que tener la posibilidad de
reproducir estos comportamientos.
El conjunto debe permitir la introducción de una
carga lateral y una longitudinal, sobre un punto concreto de la
geometría del espécimen. Este punto es el denominado "Pt
S.L.R", donde se produce el contacto de la rueda del vehículo
con el suelo, cuando este último se encuentra con carga. S.L.R. son
las siglas de la denominación anglosajona de STATIC LOAD RADIUS
(radio de rodadura con carga estática), que se define como la
distancia entre el punto de contacto de la rueda con el suelo, con
el vehículo cargado, y el eje de la mangueta.
Para reproducir las cargas horizontales, el
banco de ensayos (2) está dotado de un conjunto de
"accionamientos horizontales" como serán en general
referenciados con el número (17) en la figura 9 y sus actuadores
hidráulicos correspondientes fijados a la estructura del banco de
ensayos (2) (figura 3). El diseño anterior supone un sistema muy
modular y sencillo de montar, que está formado por dos sistemas de
acoplamiento idénticos (figura 10) uno para cada tipo de esfuerzo a
realizar: cargas laterales Fy en la dirección marcada por la flecha
(19) y cargas longitudinales FX en la dirección de la flecha (18).
Cada sistema está formado por una cabeza de rótula (20), ó (20'),
que permite la orientación de la carga ante los desplazamientos de
la mangueta y las deformaciones del eje, una brida (21), ó (21')
como elemento de unión, y un acoplamiento de actuador (22), ó (22')
que permite la introducción de la fuerza mediante el montaje del
actuador hidráulico. Ambos sistemas de actuadores se acoplan al
vástago común o vástago de rueda (15) (figura 7). El motivo de esta
duplicidad es que cada uno de los esfuerzos horizontales tenga su
propia orientación independiente, dado que al estar empotradas las
rótulas (20) base de los actuadores y producirse un desplazamiento
circular del "Pt SLR" al girar la dirección, se produce una
variación en el ángulo que forman los
actuadores.
actuadores.
El problema que supone este diseño es que ahora,
ambas fuerzas no inciden sobre el mismo punto (SLR). Sin embargo,
este inconveniente es salvable adaptando la fuerza al nuevo (SLR),
de manera que se mantenga el momento resultante original, sobre la
mangueta del eje (1). Refiriéndonos ahora a la figura 11, el
movimiento de en el rango especificado (+37º/-53º) se realiza
mediante el acoplamiento de un actuador lineal hidráulico conectado
a la barra (23) en el brazo de dirección (25).
El sistema de accionamiento de dirección está
formado pues por una "rótula de dirección comercial" (24) que
permite el montaje del actuador al "brazo de dirección" (25)
mediante el eje vertical (26) y la tuerca de bloqueo (27). Mediante
el control electrónico de este actuador se consigue desplazar la
mangueta a las posiciones requeridas y medir los momentos
resultantes.
En cuanto al sistema de cubo de rueda (figura
11), puede verse que está diseñado para ser el elemento de unión
de los sistemas anteriores de accionamiento de dirección, de
aplicación de carga, con la mangueta de dirección. Su diseño define
la posición del denominado "radio de rodadura con carga
estática" (SLR), en el componente de ensayo. Por otra parte, la
rueda simulada (28) debe de estar colocada con respecto al eje de
la mangueta, en la distancia que marca la "vía" (TL), del
vehículo.
El "cubo de rueda simulado" está diseñado
como un sistema particular a cada uno de los modelos que pueden
formar la gama del producto de ensayo. Esto es, tanto la rueda (28)
(ver figura 12) como el "calce" (29) son función del modelo a
ensayar. La rueda (28) varía su longitud en función del SLR del
modelo; el espesor del calce (29) define la posición de la vía
(TL).
El elemento "acoplamiento vástago" (30) se
diseña como componente universal del banco de ensayos y permite el
montaje del "vástago de rueda" (15), también universal,
definido en los sistemas de introducción de carga vertical y
horizontal.
\newpage
El banco de ensayos presenta preferentemente las
siguientes capacidades de ensayo:
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
Claims (5)
1. Banco de ensayos para ejes de vehículos, en
particular para ejes delanteros de vehículos pesados, reproduciendo
esfuerzos verticales, laterales y longitudinales sobre la mangueta
de dirección, acelerando su deterioro para determinar tanto la
funcionalidad como la
vida útil del eje, caracterizado porque
comprende:
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
2. Banco de ensayos para ejes de vehículos,
según reivindicación 1, caracterizado porque el acoplamiento
de la carga sobre el espécimen incluye una placa de apoyo (11) con
desplazamiento vertical únicamente y un subconjunto orientable (12)
de transmisión hacia el espécimen.
3. Banco de ensayos para ejes de vehículos,
según reivindicación 2, caracterizado porque el subconjunto
orientable (12) se compone de una placa deslizante (13) sobre la
que asienta un rodamiento esférico (14) dispuesto entre dos
carcasas de montaje (16) y un vástago de rueda (15) dispuesto
verticalmente, de unión con el sistema de rueda simulada (28).
4. Banco de ensayos para ejes de vehículos,
según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las
dos cabezas de rótulas (20) de los sistemas de accionamiento
horizontales (4) están ensartadas en el vástago de rueda (15) del
subconjunto orientable (12).
5. Banco de ensayos para ejes de vehículos,
según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
rueda simulada (28) del sistema de cubo de rueda simulado, está
conectada al vástago de rueda (15) mediante un soporte de
acoplamiento (30) intermedio.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090710 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2323298B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180924 |