RU211294U1 - Симулятор колесной нагрузки (циклос) - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области испытаний автомобильных дорог, а именно к средствам испытаний дорожных одежд и элементов конструкций. Задачей полезной модели является разработка симулятора колесной нагрузки (СКН) для внедрения и развития ускоренных методов испытаний в Российской Федерации с уменьшением весогабаритных параметров, требований к точности изготовления и сборки элементов конструкции, упрощения доступа к внутренним элементам конструкции, а также увеличением объема информации, получаемой об испытываемом участке, осуществление импортозамещения за счет использования упрощенных (требующих меньшей точности при изготовлении) деталей установки. Техническим результатом является повышение ремонтопригодности и технического обслуживания внутренних элементов, снижение экономических затрат, а также увеличение количества измеряемых параметров поверхности испытываемого участка, и как следствие, повышение точности проводимых исследований и качества испытаний. Технический результат достигается за счет того, что установка включает металлоконструкцию, внутри которой расположен трек с испытательными, промежуточными и измерительной тележками. На противоположных сторонах металлоконструкции установлены опоры с гидроцилиндрами, причем на нижней внешней поверхности металлоконструкции установлены инфракрасные нагревательные элементы. Испытательные тележки оборудованы нагрузочными колесами с пневмоподушками. Внутри металлоконструкции расположен силовой привод с коническо-цилиндрическим мотором-редуктором, реечной цевочной передачей, цепной передачей, гидравлической насосной станцией, а также блок управления, электрические провода и рукава высокого давления. Металлоконструкция покрыта тентом, выполненным из полимерного материала и с возможностью обеспечения доступа к внутренним элементам установки. 7 ил.

Description

Полезная модель относится к области испытаний автомобильных дорог, а именно к средствам испытаний дорожных одежд и элементов конструкций.

Симулятор является передвижным нагрузочно–измерительным комплексом и предназначен для непрерывного приложения заданного закона изменения нагрузки на дорожную одежду и комплексной автоматизации дискретно-непрерывного измерения величины приложенной нагрузки, количества циклов нагружения, температуры и колейности дорожной одежды в ходе испытаний, а также видео фиксации поверхности испытательного участка, хранения, обработки и формирования массива цифровых данных в унифицированном виде для дальнейшей передачи и обработки полученных данных.

В настоящее время в РФ направление по разработке и созданию испытательных полигонов дорожных конструкций с применением установок циклического нагружения существенно уступает зарубежному, как в плане разнообразия, так и по своей технологичности. Тем не менее, в богатой истории отечественной дорожной отрасли имеется опыт создания подобных объектов. В Советском Союзе активно использовались кольцевые стенды для испытания дорожных одежд, главным образом, в СоюздорНИИ (г. Балашиха), СибАДИ (г. Омск) и ГосдорНИИ (г. Киев).

Известен стенд [Патент RU № 184296, МПК G01M 17/013, опубл. 22.10.2018] для определения характера износа испытуемого материала и автомобильного колеса с учетом массы транспортного средства, а также характеристик динамики движения и торможения, содержащий раму с электродвигателями испытуемого материала и автомобильного колеса, которые в совокупности функционально образуют динамическую систему, дополнительно стенд содержит вал для закрепления на нем испытуемого материала, выполненного в виде цилиндра с центральным отверстием, который посредством муфты соединен с электродвигателем и имеет тормоз, при этом испытуемый материал взаимодействует с колесом автомобиля, которое закреплено на испытательном стенде посредством регулируемой планки, на которой закреплен вал автомобильного колеса, который соединен с электродвигателем автомобильного колеса и имеет тормоз вала автомобильного колеса.

Главным недостатком данного стенда является отдаленность от реальных условий эксплуатации автомобильной дороги, что не позволяет достоверно и качественно провести испытания. Также существенным является испытание только материалов покрытий автомобильных дорог, что не позволяет оценить долговечность всей дорожной конструкции.

Известен испытательный комплекс для исследования физико-механических характеристик дорожных покрытий [Патент RU № 96657, МПК G01M 7/00, опубл. 10.08.2010], содержащий испытательную площадку с исследуемым дорожным покрытием; непосредственно испытательный стенд, кинематически связанные с движителем, который в совокупности функционально образуют динамическую систему.

Комплекс располагается на двух испытательных площадках диаметром 40 м каждая. На площадке №1 смонтирован стенд для моделирования процессов, происходящих в контакте шины легкового автомобиля с дорожной одеждой, на площадке №2 – шины грузового автомобиля с дорожной одеждой. Конструкция легкового стенда следующая: в центре площадки №1 расположена поворотная опора, на которой установлены четыре трубчатые динамические лопасти длиной 10–16 м. На другом конце каждой динамической лопасти закреплена тележка стенда, представляющая элементы передней подвески и привода колеса легкового автомобиля. Нагрузка на тележку стенда составляет около 600 кг и может изменяться. Технические возможности стенда позволяют моделировать различные режимы воздействия легкового автомобильного транспорта на дорожное покрытие при скорости движения до 140 км/ч.

Таким образом, стенд позволяет проводить следующие виды испытаний:

определение уровня шума при движении колес по покрытиям из различных материалов;

определение износостойкости нескольких образцов конструкций дорожной одежды и автомобильных шин в одних и тех же условиях;

определение влияния антигололедных химических реагентов на долговечность материалов покрытия и изменение коэффициентов сцепления;

определение влияния воздействия шипов автомобильных шин на материалы дорожного покрытия и их устойчивость к износу и образованию колеи;

испытание материалов дорожной разметки на долговечность;

определение влияния на коэффициент сцепления степени износа протектора пневматической шины и т.д.

Основным недостатком являются большие габариты испытательного стенда, высокая себестоимость испытаний, направленность на изучение свойств только покрытий дорожных одежд. Кроме этого, уличное расположение по факту не позволяет контролировать условия проведения испытаний (температура, влажность), что увеличивает погрешность при сравнении результатов серии испытаний в различных сезонах года.

Ближайшим известным аналогом, принятым за прототип, является установка нагружения, моделирующее подвижную нагрузку MLS - Mobile Load Simulator [Электронный ресурс - Интернет, сайт: https://pavetesting.com/pavemls3/ Pave®MLS30]. В данной установке нагрузка создается четырьмя колесами, поочередно проезжающими по опытной секции. Каждое колесо прикладывает нагрузку на покрытие до 60 кН. За час установка способна прикладывать около 6000 приложений нагрузок.

Размеры Pave®MLS30 составляют: 12,5 м в длину; 3,3 м в ширину и от 3,5 до 4,5 м в высоту, масса 40 тонн.

Установка Pave®MLS30 использует колеса, установленные в тележках, тележки приводится в движение бесконтактными линейными асинхронными двигателями (LIM). Эксплуатация возможна при подключении сетевого электричества или с дизельным генератором.

Недостатком является отсутствие модульности конструкции, сложность изготовления деталей трека ввиду большей точности для осуществления работы линейного асинхронного двигателя, высокая стоимость оборудования, получение малого количества информации об испытываемом участке, неудобство обслуживания внутренних элементов, скрытых металлическими панелями.

Задачей полезной модели является разработка симулятора колесной нагрузки (СКН) для внедрения и развития ускоренных методов испытаний в Российской Федерации с уменьшением весогабаритных параметров, требований к точности изготовления и сборки элементов конструкции, упрощения доступа к внутренним элементам конструкции, а также увеличением объема информации, получаемой об испытываемом участке, осуществление импортозамещения за счет использования упрощенных (требующих меньшей точности при изготовлении) деталей установки.

Техническим результатом является увеличение количества измеряемых параметров поверхности испытываемого участка, и, как следствие, повышение точности проводимых исследований и качества испытаний.

Технический результат достигается за счет того, что установка включает металлоконструкцию, внутри которой расположен трек с испытательными, промежуточными и измерительной тележками. На противоположных сторонах металлоконструкции установлены опоры с гидроцилиндрами, причем на нижней внешней поверхности металлоконструкции установлены инфракрасные нагревательные элементы. Испытательные тележки оборудованы нагрузочными колесами с пневмоподушками. Внутри металлоконструкции расположен силовой привод с коническо-цилиндрическим мотором-редуктором, реечной цевочной передачей, цепной передачей, гидравлической насосной станцией, а также блок управления, электрические провода и рукава высокого давления. Металлоконструкция покрыта тентом, выполненного из полимерного материала и с возможностью обеспечения доступа к внутренним элементам установки.

Уменьшение массы установки достигнуто за счет уменьшения металлоемкости рамной конструкции установки, а также за счет использования ПВХ тента (функционально аналогичный тентам для грузовых транспортных средств), который закрывает снаружи всю металлоконструкцию установки. При этом применение тента позволяет достичь большей влагозащищенности внутренних элементов по сравнению с обшивкой металлическими панелями.

За счет скручивания части элементов тента (в форме двери) обеспечивается быстрый доступ к внутренним частям симулятора для их ремонта и/или замены, что снижает экономические и временные затраты.

Применение коническо-цилиндрического мотор-редуктора, приводящего в движение конвейерную систему из соединенных между собой тележек при помощи реечной цевочной передачи, позволило снизить требования, предъявляемые как к точности изготовления деталей трека, так и к возможным отклонениям при сборке трека, что снижает экономические затраты. Увеличение количества измеряемых параметров поверхности испытываемого участка реализовано за счет применения измерительной тележки, на которой установлены измерительные системы, которые позволяют получить динамику изменения состояния поверхности испытываемого участка и повысить объем получаемых данных и качество испытаний.

Техническая сущность и принцип действия СКН «ЦИКЛОС» поясняются чертежами.

На Фиг. 1 представлен симулятор в транспортном положении.

На Фиг. 2 представлен общий вид симулятора (слева) и в разрезе (справа).

На Фиг. 3 представлен общий вид металлоконструкции (слева), поперечный разрез трека с направляющими для движения кареток (посередине), а также трек с направляющими (справа).

На Фиг. 4 представлена конструкция промежуточной (справа) и испытательной (слева) тележек испытательного модуля.

На Фиг. 5 представлен симулятор в разрезе.

На Фиг. 6 представлен общий вид симулятора.

На Фиг.7 представлена измерительная тележка.

Установка включает металлоконструкцию 1, трек 2 с направляющими (на фигурах не обозначены), испытательные 3, промежуточные 4, измерительную 10 тележки, опоры 5 с гидроцилиндрами, инфракрасные нагревательные элементы 6, нагрузочные колеса 7 с пневмоподушками 8 испытательной 3 тележки; силовой привод с коническо-цилиндрическим мотором-редуктором 11, реечной цевочной передачей 12, цепной передачей 13, гидравлической насосной станцией 9, а также блок управления (на фигурах не показан), электрические провода (на фигурах не показаны) и рукава высокого давления (на фигурах не показаны). Сверху металлоконструкция 1 покрыта тентом (на фигурах не обозначен), выполненным из полимерного материала. В тенте выполнены прорези, позволяющие обеспечить свободный доступ к внутренним элементам установки.

Основным несущим элементом симулятора является металлоконструкция 1, представляющая собой сварную несущую рамную конструкцию. Металлоконструкция 1 устанавливается на 4-х опорах 5 с гидроцилиндрами и воспринимает вертикальные и осевые нагрузки при движении испытательных тележек 3 и промежуточных тележек 4 в процессе циклических испытаний. На металлоконструкции 1 установлен трек 2, состоящий из двух частей, между которыми закреплены направляющие, по которым движутся катки 14 испытательных 3 и промежуточных тележек 4. Испытательные 3 и промежуточные тележки 4 расположены внутри металлоконструкции 1.

Внутри металлоконструкции 1 помимо испытательных тележек 3, промежуточных тележек 4 и измерительной тележке 10 расположены гидравлическая насосная станция 9, а также блок управления, электрические провода и рукава высокого давления. Гидравлическая насосная станция 9 служит для создания и поддержания давления масла в гидроцилиндрах. В состав силового привода входят: коническо-цилиндрический мотор-редуктор 11, реечная цевочная передача 12, цепная передача 13.

Крутящий момент с вала мотора-редуктора 11 передается на звездочку 21 цевочной передачи 12 реечного типа через натяжитель 22 цепной передачи 13 (привода).

Металлоконструкция включает опорно-балансировочную систему (на фигурах не показан), состоящая из гидравлической насосной станции 9, четырех опор 5 с гидроцилиндрами с элементами (на фигурах не показан) механической фиксации и гидрозамка (на фигурах не показан), блока управления гидросистемой (на фигурах не показан), трубопроводов (на фигурах не показан), гибких рукавов высокого давления (на фигурах не показан).

Опорно-балансировочная система предназначена для подъема и удержания симулятора весом около 20 тонн на заданную величину в заданной плоскости.

Опоры 5 с гидроцилиндрами в положении транспортировки убираются вовнутрь симулятора.

Трек выполнен из двух частей, между которыми расположены направляющие. По направляющим трека 2 свободно перемещаются испытательные тележки 3 и промежуточные тележки 4, а также измерительная тележка 10. На противоположных сторонах металлоконструкции 1 установлены опоры 5 с гидроцилиндрами. На нижней внешней поверхности металлоконструкции 1 установлены инфракрасные нагревательные элементы 6. Испытательные тележки 3 оборудованы нагрузочными колесами 7 с пневмоподушками 8. Внутри металлоконструкции 1 расположен силовой привод (на фигурах не обозначен), состав которого входят: коническо-цилиндрический мотор-редуктор 11, реечная цевочная передача 12, цепная передача 13,

Инфракрасные нагревательные элементы 6 закреплены внизу металлоконструкции 1 на поворотных кронштейнах (на фигурах не показаны), позволяющие выставлять угол излучения на покрытие и рабочей стороной, и направлены на поверхность испытываемого покрытия. Инфракрасные нагревательные элементы 6 соединены между собой и вместе с терморегулятором (на фигурах не обозначен) образуют автоматическую систему (на фиг. не обозначен) нагрева поверхности испытываемого покрытия и при достижении заданной температуры, с помощью реле отключаются. Инфракрасные нагревательные элементы 6 расположены внизу металлоконструкции 1 таким образом, что воздействуют тепловым инфракрасным излучением равномерно на всю поверхность участка.

Измерительные системы интегрированы в СКН «ЦИКЛОС» и предназначены для измерения, фиксации и контроля изменений дорожного покрытия и передачи данных в систему сбора и обработки СКН. Системы измерения устанавливаются на измерительную тележку 10 и включают датчики, для получения данных о поперечном профиле (колейности), температуре поверхности покрытия и фотовидеофиксации дефектов в процессе испытаний.

Промежуточная 4 и испытательная 3 тележки представляют собой рамную конструкцию с катками 14 и рейками 15 цевочной передачи 12. На каждой рейке 15 размещено 10 шт. роликовых цевок 16. На испытательных 3 тележках дополнительно установлены нагрузочные колеса 7, рычаги 17, пневмоподушки 8 и амортизаторы 18. Рычаги 17, пневмоподушки 8 и амортизаторы 18 образуют систему подвески испытательной 3 тележки. Нагрузка на поверхность покрытия испытуемого участка передается нагрузочным колесом 7, нагруженным через рычаг 17 с двумя пневмоподушками 8 массой установки, перераспределенной между опорами 5 с гидроцилиндрами и нагрузочными колесами 7. Амортизаторы 18 обеспечивают затухание колебаний нагрузочных колес 7 при перепадах нагрузок при движении по верхнему и нижнему участку трека 2.

Четыре испытательные 3 тележки, семь промежуточных 4 тележек и одна измерительная тележка 10 образуют замкнутый конвейер при помощи соединения замков звеньев 19 тележек.

Система подвески, включающая рычаги 17, пневмоподушки 8 и амортизаторы 18 имитирует работу подвески грузовых автомобилей, оснащенных пневмоподвеской с емкостями со сжатым воздухом 20. Применение в конструкции испытательных 3 тележек и пневмоподушек 8 обусловлено возможностью регулировки величины нагрузки, передаваемой на поверхность дорожной одежды испытательной секции, а также частичной компенсации деформации покрытия (постепенного накопления колейности) в процессе проведения испытаний. Прогрессивная нагрузочная характеристика пневмоподушек 8 и емкостей со сжатым воздухом 20 обеспечивает сохранение нагрузки при износе покрышки нагрузочного колеса 7 и появления колейности дорожных одежд во время испытаний.

Рассмотрим работу установки.

Установка доставляется на место дислокации путем расположения на полуприцепе тягача.

Испытания допускается проводить при температуре окружающего воздуха от -5°С до +40°С.

Температура слоев дорожного покрытия при проведении испытания может варьироваться в пределах от 0°С до +60°С.

Питание установки осуществляется путем его поступления от любого источника энергии (например, подключение установки через силовые провода или от дизельной электростанции).

Когда установка прибывает на место дислокации, полуприцеп выставляется над испытательным участком, опоры 5 с гидроцилиндрами разворачиваются наружу и выдвигаются на полный вылет, поднимая установку над полуприцепом. При этом под пяту каждой опоры 5 с гидроцилиндром устанавливается подпятник 23. Удержание уровня в заданном положении осуществляется за счет гидрозамков в конструкции гидроцилиндров. После того, как из-под установки выезжает полуприцеп, она опускается за счет перемещения гидроцилиндров в опорах 5 на заданную рабочую высоту (зазор между поверхностью испытательного участка и шиной нагрузочного колеса – не менее 25 мм), при этом гидроцилиндры имеют возможность плавного перемещения вверх или вниз относительно рабочей высоты с шагом 1 мм для осуществления установки в рабочее положение. При необходимости включается система терморегулирования температуры поверхности покрытия с помощью инфракрасных нагревателей 6 и термостатирование до заданной температуры. После выставления установки параллельно поверхности испытательного участка включается мотор-редуктор 11 (с блока управления), который приводит в движение конвейерную систему из соединенных между собой тележек при помощи реечной цевочной передачи 12.

После начала движения конвейерной системы, при помощи опорно-балансировочной системы гидроцилиндры плавно опускают установку вниз, до достижения заданной нагрузки на покрытие испытываемого участка. В дальнейшем в процессе эксплуатации при появлении на поверхности покрытия деформаций (колейности) опорно-балансировочная система осуществляет автоматическое регулирование нагрузки, путем опускания установки и компенсации величины деформаций. С заданной периодичностью включаются измерительные системы, установленные на измерительной тележке 10, и происходит фиксация изменений поверхности покрытия. Данная периодичность устанавливается с помощью программного обеспечения.

Испытательные 3, промежуточные 4 и измерительная 10 тележки в конвейерной системе движутся непрерывно. Испытательные 3 тележки имитируют расчетную нагрузку от грузового автомобиля на испытуемый участок.

Полученная информация от измерительных систем, путем беспроводной передачи данных может передаваться в информационно-вычислительный комплекс, который выполняет функции графического отображения данных, их обработки и хранения.

При проведении испытаний предусматривается после каждых 23 часов непрерывной работы остановка установки и осуществление технического осмотра, контроля работоспособности всех систем, и корректировки уровня нагрузки при его отклонении от заданного. При необходимости (отклонении от заданного) устанавливают другие параметры при помощи блока управления и программного обеспечения.

После выполнения цикла испытаний установка выключается. Данную команду можно установить при помощи программного обеспечения блока управления либо оператором.

Claims (1)

1. Симулятор колесной нагрузки, включающий металлоконструкцию, внутри которой расположены трек с испытательными, промежуточными и измерительной тележками, которые образуют замкнутый конвейер при помощи соединения замков звеньев тележек, причем на нижней внешней поверхности металлоконструкции установлены инфракрасные нагревательные элементы, а испытательные тележки оборудованы нагрузочными колесами с пневмоподушками; внутри металлоконструкции расположен силовой привод с коническо-цилиндрическим мотором-редуктором, реечной цевочной передачей, цепной передачей, а также блок управления, причем металлоконструкция включает опорно-балансировочную систему, имеющую опоры с гидроцилиндрами, установленные на противоположных сторонах металлоконструкции, а трек состоит из двух частей, между которыми закреплены направляющие, по которым движутся катки испытательных и промежуточных тележек, а также измерительная тележка.

Images