RU222005U1 - Симулятор колесной нагрузки с линейным перемещением - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области испытаний автомобильных дорог, а именно к средствам испытаний дорожных одежд и элементов конструкций, осуществляемых с линейным перемещением. Задачей полезной модели является разработка симулятора колесной нагрузки с возможностью осуществления линейного перемещения для внедрения и развития ускоренных методов испытаний в Российской Федерации с увеличением объема и достоверности информации, получаемой об испытываемом участке, осуществления импортозамещения за счет использования упрощенных (требующих меньшей точности при изготовлении) деталей установки. Техническим результатом является расширение диапазона возможных законов изменения приложения нагрузки, повышение достоверности условий проведения испытаний с реальными условиями эксплуатации и, как следствие, повышение точности проводимых исследований и качества испытаний. Технический результат достигается за счет того, что симулятор колесной нагрузки с линейным перемещением включает симулятор колесной нагрузки и два одинаковых модуля устройства перемещений, установленные вне зоны приложения нагрузки и жестко соединенные с металлоконструкцией симулятора на противоположных ее сторонах; внутри металлоконструкции симулятора расположены трек с испытательными, промежуточными и измерительной тележками, испытательные тележки оборудованы нагрузочными колесами с пневмоподушками; внутри металлоконструкции расположен силовой привод с конически-цилиндрическим мотором-редуктором, реечной цевочной передачей, цепной передачей, насосная станция для устройств перемещения; снаружи металлоконструкции установлена опорно-балансировочная система, а также блок управления устройством линейных перемещений.

Description

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

В реальных условиях эксплуатации дорожные одежды нагружаются переменными динамическим нагрузками при проезде автомобильного транспорта, при этом нагружение происходит не строго по линиям полос наката, а из-за флуктуации линии движения колеса наблюдается увеличения ширины колеи в следствии смещения автомобилей поперек полосы движения. При этом для оценки остаточного ресурса эксплуатируемых дорог или расчета новых используется приведенная интенсивность движения, численно равная количеству одиночных осей с расчетной нагрузкой, равноценное по разрушающему воздействию на дорожную одежду фактической или прогнозируемой интенсивности движения.

Симуляторы нагрузки предназначены для проведения ускоренных натурных испытаний модельных и полноразмерных конструкций дорожных одежд с использованием катящегося колеса для приложения нагрузки, эквивалентной заданной приведенной интенсивности движения, тем самым имитируя многолетнюю транспортную нагрузку дорожных одежд всего за несколько месяцев испытаний.

Симулятор колесной нагрузки является передвижным нагрузочно-измерительным комплексом и предназначен для непрерывного приложения заданного закона изменения нагрузки на дорожную одежду и комплексной автоматизации поддержания величины приложенной нагрузки, количества циклов нагружения, температуры и колейности дорожной одежды в ходе испытаний, а также видео фиксации поверхности испытательного участка, в унифицированном виде для дальнейшей передачи и обработки полученных данных. Причем приложение заданного закона изменения нагрузки на дорожную одежду производится при поперечном и вертикальном перемещении симулятора.

Известен симулятор колесной нагрузки (Циклос) [Патент RU №211294, МПК G01M 7/00, опубл. 30.05.2022], 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.

Недостатком является отсутствие возможности автоматического линейного поперечного и вертикального перемещения, что ограничивает диапазон возможных законов изменения приложения нагрузки и снижает уровень соответствия и достоверность условий проведения испытаний с реальными условиями эксплуатации, и, как следствие, приводит к понижению точности проводимых исследований и качества испытаний.

Задачей полезной модели является разработка симулятора колесной нагрузки с возможностью осуществления линейного перемещения для внедрения и развития ускоренных методов испытаний в Российской Федерации с увеличением объема и достоверности информации, получаемой об испытываемом участке, осуществления импортозамещения за счет использования упрощенных (требующих меньшей точности при изготовлении) деталей установки.

Техническим результатом является расширение диапазона возможных законов изменения приложения нагрузки, повышение достоверности условий проведения испытаний с реальными условиями эксплуатации и, как следствие, повышение точности проводимых исследований и качества испытаний.

Технический результат достигается за счет того, что симулятор колесной нагрузки с линейным перемещением включает симулятор колесной нагрузки и два одинаковых модуля устройства перемещений, установленные вне зоны приложения нагрузки и жестко соединенные с металлоконструкцией симулятора на противоположных ее сторонах; внутри металлоконструкции симулятора расположены трек с испытательными, промежуточными и измерительной тележками, испытательные тележки оборудованы нагрузочными колесами с пневмоподушками; внутри металлоконструкции расположен силовой привод с конически-цилиндрическим мотором-редуктором, реечной цевочной передачей, цепной передачей, насосная станция для устройств перемещения; снаружи металлоконструкции установлена опорно-балансировочная система, а также блок управления устройством линейных перемещений.

Устройство линейный перемещений представляет собой два одинаковых модуля, каждый из которых состоит из установочного корпуса с одним горизонтальным гидравлическим цилиндром (ГГЦ), двумя подвижными опорными горизонтальными плитами с установленными на них вертикальными гидравлическими цилиндрами (ВГЦ) и датчиками линейных перемещения штоков гидроцилиндров.

Гидроцилиндры модулей линейных перемещений соединены с гидравлической насосной станцией через группу управляющих гидроклапанов, штоки вертикальных гидравлических цилиндров жестко соединены с контейнерными замками металлоконструкции симулятора, а шток горизонтального - с подвижными опорными горизонтальными плитами модулей перемещений.

Блок управления устройством перемещений симулятора обеспечивает управление работой группы гидроклапанов, осуществляя выдвижение/втягивание штоков гидроцилиндров с заданной скоростью, тем самым перемещая симулятор колесной нагрузки в горизонтальном или вертикальном положении в соответствии с заданным амплитудно-временным законом изменения приложения нагрузки как по величине, так и месту ее приложения к испытательному участку.

Расширение диапазона возможных законов изменения приложения нагрузки и повышение достоверности условий проведения испытаний, и как следствие, повышение точности проводимых исследований и качества испытаний достигнуто за счет закрепления с двух сторон (спереди и сзади) симулятора колесной нагрузки модулей устройства перемещений, обеспечивающих линейное (поперечное и вертикальное) перемещение симулятора. Линейное вертикальное перемещение симулятора позволяет выставить заданную нагрузку (постоянную или меняющуюся во времени) и осуществить испытание дорожной одежды в автоматическом режиме, компенсируя образование колеи при испытаниях. Линейное горизонтальное перемещение симулятора позволяет осуществить автоматический режим испытаний с имитацией флуктуации движения колес с характерной шириной колеи в натурных условиях в следствии смещения автомобилей поперек полосы движения.

На Фиг. 1 представлено рисунок симулятора колесной нагрузки с линейным перемещением.

На Фиг. 2 представлен модуль устройства перемещения.

Симулятор колесной нагрузки с линейным перемещением включает в себя собственно симулятор колесной нагрузки, соединенный с устройством линейных перемещений с двумя одинаковыми модулями перемещений (фиг. 1).

Симулятор колесной нагрузки состоит из металлоконструкции, внутри которой расположены трек с испытательными, промежуточными и измерительной тележками, 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 симулятора, причем металлоконструкция включает опорно-балансировочную систему.

Устройство линейных перемещения представляет собой конструкцию, состоящую из двух одинаковых модулей (фиг. 2), каждый из которых состоит из установочного корпуса с одним горизонтальным гидравлическим цилиндром, двумя подвижными опорными горизонтальными плитами с установленными на них вертикальными гидравлическими цилиндрами и датчиками линейных перемещения штоков гидроцилиндров.

Гидроцилиндры соединены с гидравлической насосной станцией через группу управляющих гидроклапанов, штоки вертикальных гидравлических цилиндров жестко соединены с контейнерными замками металлоконструкции симулятора, а шток горизонтального - с подвижными опорными горизонтальными плитами устройств перемещения.

Блок управления модулями устройства перемещений симулятора обеспечивает управление работой группы гидроклапанов, осуществляя выдвижение/втягивание штоков гидроцилиндров с заданной скоростью, тем самым перемещая симулятор в горизонтальном или вертикальном положении в соответствии с заданным амплитудно-временным законом изменения приложения нагрузки как по величине, так и месту ее приложения к испытательному участку.

Установочный корпус модуля устройства перемещения представляет из себя сварную металлоконструкцию, оснащенную восьмью регулируемыми стойками с сферическими опорами. В центре металлоконструкции устройства перемещений установлен гидроцилиндр горизонтального перемещения, шток которого жестко соединен с двумя подвижными опорными горизонтальными плитами с установленными на них гидравлическими цилиндрами вертикального перемещения.

Также в состав устройства перемещений входят шесть датчиков линейных перемещений, два из них установлены на первом и втором модулях вдоль горизонтальных штоков гидроцилиндров и четыре установлены вдоль вертикальных штоков гидроцилиндров.

Насосная станция, расположенная внутри симулятора, предназначена для подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам и обеспечивает гидросистему поперечного и горизонтального перемещения рабочей жидкостью с заданным рабочим давлением.

На насосной станции установлены два дросселя, обеспечивающих управление скоростью перемещения горизонтальных гидроцилиндров.

Регулирование скорости выдвижения и втягивания штока каждого из четырех гидроцилиндров вертикального перемещения обеспечивается четырьмя блоками регулирования расходом, установленных на симуляторе. Каждый блок состоит из гидравлической плиты и двух регуляторов расхода.

На симуляторе также установлены шесть блоков гидравлических замков, обеспечивающих запирание гидравлической жидкости в гидроцилиндрах при отсутствии подачи гидравлической жидкости от насосной станции. Также каждый блок замков оснащен быстро разъемным соединением.

Работа симулятора колесной нагрузки с модулями устройства перемещений осуществляется через систему управления, обеспечивающую выполнение последовательности действий, необходимых для поперечного и вертикального перемещения, а также для обеспечения совместной работы симулятора и модулей устройства перемещений при испытаниях.

Система управления состоит из щита силового, щита управления, коммутационной коробки, а также шести датчиков линейных перемещений. Также система управления выполняет мониторинг уровня рабочей жидкости и температуры рабочей жидкости насосной станции. Также может осуществляться ручное управление системой или автоматическое при помощи программного обеспечения (ПО) с заданными параметрами:

максимальный шаг поперечного смещения;

амплитуда поперечного смещения (относительно начального положения);

периодичность поперечного смещения (относительно количества нагрузок).

Рассмотрим работу симулятора колесной нагрузки с линейным перемещением.

Питание симулятора колесной нагрузки с линейным перемещением осуществляется путем его поступления от любого источника энергии (например, подключение установки через силовые провода или от дизельной электростанции).

Установочный корпус каждого модуля устройства перемещения при помощи восьми регулируемых ног с сферическими опорами выставляется под противоположными концами симулятора колесной нагрузки параллельно нижним несущим балкам металлоконструкции симулятора, так чтобы штоки вертикальных гидроцилиндров были соосны с замковыми отверстиями.

Все гидроцилиндры модулей устройства перемещений соединены шлангами высокого давления с блоком гидравлических замков при помощи быстро разъемных соединений. Таким образом гидроцилиндры оказываются подключены к гидростанции и к системе управления работой гидростанции и системой перемещений симулятора. Датчики линейных перемещений соединяются электрическими кабелями с системой управления симулятором, по которым осуществляется как их питание, так и передача аналоговых сигналов, соответствующих положению штоков гидроцилиндров. В системе управления аналоговые сигналы оцифровываются и являются управляющими сигналами для выработки команд на выдвижение/втягивание штоков гидроцилиндров.

Далее производится исходная выставка симулятора колесной нагрузки по ширине испытательного участка в соответствии с задачами испытаний (обычно по центру) и осуществляется корректировка вертикального положения симулятора колесной нагрузки с целью выставления симулятора параллельно поверхности испытательного участка и достижения заданной начальной величины нагрузки на покрытие испытываемого участка.

В соответствии с заданным амплитудно-временным законом проведения испытаний устанавливается закон изменения скорости перемещения установки в горизонтальной плоскости в поперечном к оси движения нагрузочных колес направлении (величина скорости может быть в общем случае отличной от константы функцией времени).

В дальнейшем в процессе эксплуатации при появлении на поверхности покрытия деформаций (колейности) устройство перемещения осуществляет автоматическое регулирование нагрузки, путем опускания установки и компенсации величины деформаций. С заданной периодичностью включаются измерительные системы, установленные на измерительной тележке, и происходит фиксация изменений поверхности покрытия. Данная периодичность устанавливается с помощью программного обеспечения.

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

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

Процесс испытаний происходит следующим образом:

Симулятор установлен на опорах системы перемещения в начальное положение. То есть:

выставлен в начальное положение по центру ширины испытательного участка (ИУ) - это означает, что штоки горизонтальных гидроцилиндров (ГГЦ) каждого модуля выдвинуты примерно наполовину, показания датчиков линейного перемещения ГГЦ выставили в нулевое положение.

выставлен в начальное положение по высоте относительно плоскости испытательного участка (ИУ) (на той высоте, которая соответствует заданной нагрузке на ИУ) - это означает, что штоки вертикальных гидроцилиндров (ВГЦ) каждого модуля выдвинуты примерно на 80%, показания датчиков линейного перемещения ВГЦ выставили в нулевое положение.

Запускается конвейер с тележками (скорость движения может быть постоянной, может меняться - это записано в программе испытаний и занесено в автоматику (в ПО управления). При этом положение ВГЦ не меняется, а положение ГГЦ изменяется - сначала в одно крайнее положение, затем в противоположное и так далее, как установлено программой испытания и занесено в автоматику (в ПО управления). При этом контролируется изменение вертикального положения тележек конвейера относительно выбранной первоначальной величины (заданной нагрузки). Например, выбран следующий режим:

постоянная скорость движения конвейера, соответствующая линейной скорости движения нагрузочного колеса, равной 8 км/час;

показания датчиков линейного перемещения нагрузочной тележки не менее 20 мм (высота пневмоподушки 260-270 мм) при проезде всего ИУ, критичной выбрано показание датчиков линейного перемещения 5 мм;

перемещение вправо/влево от центра 200 мм, средняя скорость бокового перемещения 5 мм/мин, сначала вправо, затем влево. Это означает, что каждую минуту поступает команда на открытие выдвижных гидроклапанов ГГЦ и шток ГГЦ выдвигается на 5 мм, затем выдвижные гидроклапаны ГГЦ закрываются, это повторяется каждую минуту, пока в сумме перемещение не составит 200 мм (40 минут), выдержка в этом положении в течение 1 минуты, затем на 42 минуте поступает команда на открытие втягивающих гидроклапанов ГГЦ, шток ГГЦ втягивается на 5 мм, затем втягивающие гидроклапаны ГГЦ закрываются, это повторяется каждую минуту, пока в сумме перемещение не составит 400 мм (80 минут), выдержка в этом положении в течении 1 минуты, затем на 122 минуте поступает команда на открытие выдвижных гидроклапанов ГГЦ и шток ГГЦ выдвигается на 5 мм, пока в сумме перемещение не составит 400 мм (80 минут), выдержка в этом положении в течении 1 минуты и все повторяется.

Через 23 часа испытаний производится остановка, осмотр, контроль - снова запуск конвейера с тележками. Повтор операций, описанных в пп. 2, 3, пока не наберется заданное количество циклов нагружения, например, 1500000 циклов (это около 46 суток испытаний).

Если в какой-то момент времени показания датчиков линейного перемещения нагрузочной тележки снизились до величины 5 мм (в любой точке ИУ), то без остановки вращения конвейера поступает команда на открытие гидравлических клапанов ВГЦ и они втягиваются, пока показания датчиков линейного перемещения нагрузочной тележки не поднимутся до величины 20 мм (ориентировочно штоки втягиваются на 7,5 мм).

Claims (1)

1. Симулятор колесной нагрузки с линейным перемещением, включающий модули устройства перемещения, соединенные с симулятором, состоящим из металлоконструкции, внутри которой расположены трек с испытательными, промежуточными и измерительной тележками, испытательные тележки оборудованы нагрузочными колесами с пневмоподушками; внутри металлоконструкции расположен силовой привод с конически-цилиндрическим мотором-редуктором, реечной цевочной передачей, цепной передачей, а также блок управления, причем на металлоконструкции установлена опорно-балансировочная система, а модуль устройства перемещения состоит из установочного корпуса с горизонтальным гидравлическим цилиндром, двух подвижных опорных горизонтальных плит с вертикальными гидравлическими цилиндрами и датчиками перемещения опор, причем гидравлические цилиндры соединены с гидравлической насосной станцией симулятора, а вертикальные гидравлические цилиндры соединены с контейнерными замками металлоконструкции симулятора; блок управления симулятора соединен с гидравлическими цилиндрами.