RU2003964C1 - Способ определени жесткости пневматической шины - Google Patents

Description

ровочной зависимости определ ют величину давлени  в шине (а.с. СССР Ms 1397757, 1986).

Хот  данный способ претендует на измерение давлени  в шине, здесь также мож- но говорить об измерении жесткости, Тарировочна  зависимость, по которой определ ют давление, сн та дл  эталонной шины определенного качества с определенной степенью износа протектора и т.п. Дл  реальной шины все это, конечно, будет другое . Поэтому можно говорить об интегральной оценке жесткости шины как за счет внутреннего давлени  воздуха, так и за счет покрышки (Кнороза В.П., Кленников Е.В, Шины и колеса. М., 1975, с. 68 - 72),

Однако известный способ измерени  жесткости шины характеризуетс  низкой точностью и чувствительностью измерени . Низка  точность объ сн етс  тем, что жес- ткость шины определ етс  по измеренной собственной частоте колебаний шины, котора  зависит не только от жесткости, но и е равной степени от массы шины. За счет возможности изменени  массы в реальной шине и возникает погрешность измерени  жесткости при фиксации жесткости не напр мую , а косвенно - через собственную частоту, причем эта погрешность случайна и никак не может быть учтена.

Низка  чувствительность объ сн етс  тем, что собственна  частота в качестве регистрируемого параметра содержит информацию не только о жесткости, но и о массе шины, котора  значительна по величине. Этим снижаетс  крутизна изменени  частоты при изменении жесткости, т.е. снижаетс  чувствительность измерени . Кроме того, известный способ предусматривает необходимость возбуждени  в свободных коле- баний всей шины, причем ударное устройство и измеритель колебаний шины разнесены. Поэтому мала  интенсивность ударного возбуждени  обуславливает низкую чувствительность самого способа изме- рени ,требуетприменени 

высокочувствительного датчика дл  регистрации свободных колебаний шины. Увеличение же интенсивности ударного возмущени  приведет к еще большему сни- жению точности измерени , так как при зна- чительной интенсивности начнут про вл тьс  не линейные свойства шины (с возрастанием нагрузки жесткость шин возрастает , т.е. начинает про вл тьс  нелиней- ность).

Желательно было бы разработать способ измерени  жесткости пневматиче- скойшины, при реализации которого жесткость шины измер етс  не косвенно по

времени контактировани  либо собственной частоте шины, а непосредственно, при этом в измерительную цепь никоим образом не должна входить масса шины, так как этот параметр плавающий и при экспресс-методе измерени  жесткости не может быть учтен . Кроме того, дл  получени  максимально возможной чувствительности и возможности получени  заранее заданной чувствительности измерени  в качестве регистрируемого параметра должен использоватьс  параметр, не содержащий такие неинформативные параметры, как масса шины, снижающие чувствительность измерени , который, к тому же не может быть выбран заранее с целью получени  заданной чувствительности измерени .

Цель изобретени  - повышение точности и чувствительности процесса измерени  жесткости пневматической шины.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе измерени  жесткости пневматической шины, включающем возбуждение свободных колебаний и определение жесткости шины по зафиксированной частоте колебаний , ввод т в контакт с шиной с заданным усилием поджати  упруго закрепленный груз дополнительной механической колебательной системы с известными параметрами массы m и жесткости С, возбуждают импульсным воздействием свободные колебани  данной системы, измер ют частоту wсвободных колебаний, после чего определ ют жесткость шины Сш на основании зависимости

Сш со2 m - с.

Предложенный способ по сравнению с аналогами отличаетс  принципиальной новизной . Здесь . не измер ютс  динамические характеристики шины: ни собственна  частота, ни врем  контактировани  с ней, что практически то же, что собственна  частота . Измер ютс  динамические характеристики дополнительной колебательной механической системы, параметры массы и жесткости которой могут быть подобраны любыми с высокой точностью дл  обеспечени  заданной точности и чувствительности процесса измерени . Шина просто включаетс  в измерительную цепь как дополнительный элемент, вли ющий на изменение динамических характеристик эталонной дополнительной колебательной системы. На данное изменение характеристик пр мо вли ет тот параметр шины, который надо измер ть, а именно жесткость шины. Подчеркиваем , что вли ет он напр мую, именно жесткость шины определ ет собственную частоту дополнительной колебательной системы . Этим сразу устран ютс  все проблемы . Во-первых, достигаетс  точность, так как сразу из рассмотрени  исключаетс  масса шины, она вообще не вли ет на процесс и результат измерени , играет роль только масса дополнительной колебательной системы и жесткости; во вторых, достигаетс  высока  чувствительность, причем ее можно заранее регулировать.

На фиг.1 приведена структурна  схема устройства дл  реализации способа измерени  жесткости; на фиг.2 - обобщенна  физическа  модель процесса измерени .

Устройство дл  измерени  содержит колебательную систему, состо щую из цилин- дримеского груза 1, выполненного в виде намагниченного в осевом направлении посто нного магнита и закрепленного одним торцом на винтовой цилиндрической пружине 2 с продольной жесткостью С, Груз 1 установлен концентрично в осевых отверсти х катушки возбуждени  3, подключенной к выходу дифференцирующей цепи 4, и катушки измерени  5, подключенной к частотомеру б. Катушки закреплены по наруж- ному диаметру внутри немагнитного полого стакана 7, имеющего резьбовую крышку 8 с одного торца и отверстие 9 с другого. Основание пружины 2 жестко прикреплено к резьбовой крышке 8, а на противоположном от пружины торце груза 1 закреплен немагнитный (пластмассовый) шток 10, имеющий возможность свободного перемещени  в отверстии 9 стакана 7 и вхождени  в контакт с шиной 11. Соотношение диаметра пру- жины 2 с ее высотой выполнено достаточ- ным дл  обеспечени  устойчивости продольного перемещени  пружины без радиальных деформаций

Способ измерени  с помощью данного устройства осуществл ет следующим образом . В начальный момент при отсутствии шины 11 пружина 2 находитс  п свободном состо нии и конец штока 10 череп отверстие 9 выступает наружу стакана 7, Величина этого выступани  может быть отрегулирована перемещением резьбовсй крышки 8 относительно стакана 7. Конец штока 10 ввод т в контакт с шиной 11 и прижимают с усилием поджати  Fn до полного ухода штока 10 в отверстие 9 и упора шины 11 в дно стакана 7. Таким образом, необходимое усилие поджати  штока 10 к шине 11 может быть заранее отрегулировано перемещением резьбовой крышки 8. Масса m груза, 1 и продольна  жесткость с пружины 2 известны с требуемой степенью точности. Замыканием ключа (не показан) подают с выхода дифференцирующей цепи 4 в катушку возбуждени  3 электрический импульс типа короткий удар, длительность которого меньше периода колебаний механической колебательной системы. За счет взаимодействи  импульсного пол  с посто нным магнитом возникают свободные колебани  груза 1, зажатого между двум  пружинами: пружиной 2 и пружиной, роль которой выполн ет шина 11 (фиг.2). Частотомером б фиксируетс  частота свободных колебаний са , после чего жесткость шины Сш вычисл етс  на основании зависимости Сш о m - С.

При заданных параметрах Сит колебательной системы шкала частотомера б непосредственно градуируетс  в единицах жесткости Сш. т.е. нет необходимости каждый раз проводить вычисление. Как видно из принципа измерени , практически исключена возможность по влени  погрешности изменени : величины Сит задаютс , а величина со измер етс  с любой степенью точности, что обеспечивает требуемую точность процесса измерени . Усилие Fn предварительного поджати  штока 10 к шине 11 выбираетс  из совокупности условий:оно не должно быть очень велико, так как шток 10 вдавливаетс  о шину 11 внутрь стакана 7 вручную при значительных деформаци х шины возникает нелинейность, что вызовет погрешность при определении а). но с другой стороны, не должно быть очень малым, чтобы при заданной интенсивности возбуждающего электрического импульса при колебани х системы не происходит отрыв штока 10 от поверхности шины 11. Вывод расчетной зависимости Как известно, собственна  частота колебательной системы ш - VG,/m, где Сэ - эквивалентна  жесткость. Дл  данной схемы подключени  механической системы

(фиг.2) Сэ С + Сш. Тогда а (С + Сш)/т, откуда и получаем расчетную зависимость дл  определени  Сш.

Сравнение чувствительности.

В известном способе (прототипе) дл  определени  жесткости Сш шины используетс  зависимость а) /Сш/тш , гДе тш - масса шины. Правда, там измер етс  не жесткость , а Р - давление воздуха в шине, однако на самом деле измер ют Сш. но считают дл  эталонного колеса, что это одно и то же (что, естественно, приводит к погрешности измерени  дл  реального колеса). Так как и у нас и в прототипе фиксируемый параметр (о, а информативный параметр Сш. то, определ   чувствительность измерени  в том и другом способах как do /dcui S,

получим дл  прототипа S 0 . Дл 

СшТ1ш

1

предлагаемого способа S .-+ сТт

Дл  обозначени  чувствительности в предложенном способе в знаменателе вместо массы шины стоит масса груза, т.е. чувствительность в несколько раз больше. К жесткости шины прибавл етс  в знаменателе жесткость пружины, что несколько уменьшает чувствительность, однако несмотр  на это чувствительность значительно повышаетс .

Пример реализации способа измерени 

Реализаци  способа была проведена дп  шины легкового автомобил  размером 6,45-13. В устройстве дл  измерени  масса груза m 0,04 кг, жесткость пружины С - 3000 Н/м, шток выступает на 0,01 м, т.е. усилие поджати  дл  его полного углублени  в стакан Fn 30 Н, длительность импульса с дифференцирующей цепи т 20- с. Измеренное значение частоты f 130,57

Гц ( ш 820 с ). Вычисл ем по формуле жесткость шины Сш 23900 Н/м.

Вычислим чувствительность способов при указанных данных по приведенным

выше формулам: дл  способа-прототипа S 0,0026 с/кг, дл  предлагаемого способа ,015 с/кг. Таким образом, чувствительность предлагаемого способа практически в шесть раз выше чувствительности прототипа.

Построив график зависимости жесткости шины Сш от давлени  Р воздуха в шине дл  эталонной шины, данный способ, как и способ-прототип, можно использовать дл 

измерени  давлени  воздуха в шине. Однако такое измерение весьма приближенно и может быть использовано только дл  приближенной экпресс-оценки давлени  воздуха .

(56) Авторское свидетельство СССР № 1397757, кл. G 01 М 17/02, 1986.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ, включающий возбуждение свободных колебаний и определение жесткости шины по зафиксированной частоте колебаний, отличающийс  тем, что ввод т в контакт с шиной с заданным усилием поджати  упруго закреплен

   ный груз дополнительной механической колебательной системы с заданными параметрами массы m и жесткости С, возбуждаютимпульснымвоздействием

   свободные колебани  данной системы, измер ют частоту си свободных колебаний, а жесткость шины Сш определ ют на основании зависимости Сш - w2m - С.

   Фиг I