RU222408U1

RU222408U1 - Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с ферромагнитной поверхностью

Info

Publication number: RU222408U1
Application number: RU2023109692U
Authority: RU
Inventors: Олег Васильевич Шарков; Сергей Иванович Корягин; Николай Леонидович Великанов
Filing date: 2023-04-14
Publication date: 2023-12-22

Abstract

Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности к средствам измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с твердым покрытием, и может быть использована для транспортных средств. Задача полезной модели - увеличение количества параметров, учитываемых при определении коэффициента сцепления за счет одновременной реализации эффектов качения и скольжения колеса на различных типах опорных поверхностей и действия боковой силы. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство состоит из рамы, опорной площадки, колесных шасси, которые соединены с тяговым и нагружающим устройствами. На колесном шасси установлен электродвигатель.

Description

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к средствам измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с твердым покрытием.

К специальным транспортным средствам относятся различные типы роботов и робототехнических устройств на колесном шасси, предназначенные для перемещения по ферромагнитным поверхностям. Для их расчета и проектирования необходимо знать величины коэффициентов сцепления, реализующихся в контакте колеса и ферромагнитной поверхности. В настоящее время наиболее широко разработаны и предложены методы и устройства для определения коэффициентов сцепления автомобильных колес с типовыми дорожными покрытиями - асфальт, бетон и т.п. [1, 2]. Однако они не в полной мере позволяют учесть особенности как механики движения робототехнических устройств по ферромагнитной поверхности, так и свойства последней (покраску, коррозию, наличие обрастания, специфических пленок в виде нефтепродуктов и т.п.)

Известен способ определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью искусственного покрытия [3], реализуемый методом торможения, когда по поверхности искусственного покрытия катят измерительное колесо, которое тормозят в соответствии с состоянием поверхности покрытия.

Недостатками данного изобретения является отсутствие возможности учитывать влияние боковых сил (перпендикулярных направлению движения) и проскальзывание в боковом направлении.

В качестве прототипа выбрана система для проверки устройств, измеряющих коэффициент сцепления колес с опорной площадкой [4], включающая раму на которой крепится опорная площадка с установленным на ней колесным шасси, которое с помощью троса соединено с тяговым устройством, состоящим из барабана, редуктора и электродвигателя. Определение коэффициента сцепления проводится в процессе сдвига колесного шасси за счет выборки троса при блокировке его колес.

Недостатками данного изобретения являются: низкая достоверность определения величины коэффициента сцепления, т.к. он определяется при заблокированном колесе, что не в полной мере соответствует реальной картине взаимодействия колеса и поверхности (одновременное качение и скольжение); определение коэффициента сцепления только в контакте колеса с одним типом опорной площадки и при действии силы, направленной только перпендикулярно оси пары колес.

Задачей заявляемой полезной модели является расширение количества параметров, учитываемых при определении коэффициента сцепления за счет одновременной реализации эффектов качения и скольжения колеса на различных типах опорных поверхностей и действии боковой силы.

Поставленная задача решается тем, что на колесном шасси установлен электродвигатель, приводящий в движение через механические передачи колеса, которые контактируют со сменной ферромагнитной опорной площадкой, крепящейся на раме, причем на последней закреплено нагрузочное устройство в виде винтовой пары, штанги, динамометра и приводимого в движение маховичком.

Выполнение колесного шасси с электродвигателем, приводящим в движение колеса, позволяет обеспечить вращение колес в процессе испытаний с заданной скоростью.

Выполнение опорной площадки сменной позволяет определять коэффициент сцепления с различными типами ферромагнитных поверхностей - крашенной; корродированной, с масляной пленкой и т.п.

Выполнение нагрузочного устройства в виде винтовой пары, штанги и динамометра позволяет, при необходимости, нагружать колесное шасси боковой силой, действующей параллельно оси пары колес.

На фиг. 1 показана кинематическая схема устройства для определения коэффициента сцепления колес с ферромагнитной поверхностью; на фиг. 2 - схема скоростей, реализующихся на колесе в процессе испытаний; на фиг. 3 - схема сил, действующих на колесо в процессе испытаний.

Устройство для определения коэффициента сцепления колес с ферромагнитной поверхностью включает раму 1, на которой размещен регулируемый привод, состоящий из реверсивного электродвигателя 2 с регулируемой частотой вращения, который посредством конической передачи 3 связан с тяговым барабаном 4, на который наматывается трос 5, взаимодействующий с динамометром 6, закрепленным на передней поверхности базового шасси 7. Базовое шасси 7, имеет четыре сменных колеса 8, установленные на переднем 9 и заднем 10 валах, которые посредством конических передач 11 и 12, связаны с реверсивным электродвигателем 13 с регулируемой частотой вращения, имеющего два выходных вала. Колеса 8 тяговой тележки 7 взаимодействуют со сменной опорной ферромагнитной площадкой 14, закрепленной на раме 1. На раме 1 закреплено нагрузочное устройство, включающее винтовую пару 15, приводимую в движение маховичком 16, которая посредством шарнира 17 взаимодействует с нагрузочной штангой 18, взаимодействующей с боковой поверхностью базового шасси 7 с помощью шарнира 19. На нагрузочной штанге 18 закреплен динамометр 20.

Устройство для определения коэффициента сцепления работает следующим образом. Предварительно на раме 1 закрепляется сменная опорная ферромагнитная площадка 14, на которую устанавливается базовое шасси 7. После этого за счет вращения маховичка 16 с помощью винтовой пары 15 через штангу 18 и шарнир 17, 19 задается боковая сила, действующая на базовое шасси 7, величина которой определяется динамометром 20.

Затем подается питание на электродвигатель 2 и с помощью регулируемого привода устанавливается заданная частота вращения барабана 4 и трос 5 начинает разматываться вправо с линейной скоростью ν_T. Одновременно подается питание на электродвигатель 13 базового шасси 7 вследствие чего устанавливается и поддерживается заданная угловая скорость вращения валов 9 и 10, колеса 8 вращаются с окружной скоростью ω_К и колесное шасси перемещается вправо.

При этом скорость линейного перемещения базового шасси 7 должна быть несколько больше линейной скорости ν_T разматывания троса 5. Базовое шасси 7, перемещаясь вправо, начинает натягивать трос 5 с силой и за счет разности скоростей ν_T и ν_К, колеса 8 базового шасси начинают пробуксовывать со скоростью ν=ν_К-ν_Т. Таким образом, в контакте колеса 8 и поверхности ферромагнитной площадки 14 одновременно реализуется качение и скольжение. В этот момент по динамометру 6 производится измерение силы тяги .

Линейная скорость разматывания троса 5 (окружная скорость точки обода барабана) и точки обода колеса 8 определяются соответственно по формулам

ν_T=0,5D_Бω_Б и ν_К=0,5D_Кω_К,

где D_Б - диаметр барабана 4; D_К - диаметр качения (принимается равным реальному диаметру колеса 8); ω_Б - угловая скорость барабана 4; ω_К - угловая скорость колеса 8.

Коэффициент сцепления определяется согласно рекомендациям ГОСТ 33078- 2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием» как

, (1)

где F_C - сила сцепления колеса 8 с ферромагнитной поверхностью 14 равная силе тяги базового шасси 7, F_C=F_T; F_N - нормальная реакция ферромагнитной поверхности 14 в точке контакта с колесом 8; m - масса тяговой тележки 7; g - ускорение свободного падения; ƒ - коэффициент трения качения в контакте шарнира 19 с боковой поверхностью базового шасси, ƒ=0,0015…0,0020.

При расчете коэффициента сцепления по формуле (1) сделано допущение, что все силы равномерно распределяются между всеми колесами.

Использование заявляемой полезной модели позволяет улучшить испытательные возможности устройства за счет возможности определять коэффициент сцепления при различных комбинациях заданных параметров.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Сильянов В.В., Домке Э.Р. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц. - Москва: Академия, 2009. - 352 с.

2. Волков Е.В. Теория эксплуатационных свойств автомобиля. - Санкт-Петербург: Лань, 2022. - 284 с.

3. Патент Россия №2538839. МПК G01M 17/02, G01M 17/013, G01N 19/02. Способ определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью искусственного покрытия / Н.И. Луканов, опубликовано в БИ, 2015, №1.

4. А.с. СССР №1555630 А1. МПК G01M 17/00. Система для проверки устройств, измеряющих коэффициент сцепления колеса с опорной поверхностью / М.А. Печерский, В.А. Шмагин, СП. Хорошаев, А.И. Анисимов, А.П. Виноградов, опубликовано в БИ, 1990, №13.

Claims

Устройство для определения коэффициента сцепления колес с ферромагнитной поверхностью, включающее раму, на которой крепится опорная площадка с установленным на ней колесным шасси, которое с помощью троса соединено с тяговым устройством, состоящим из барабана, редуктора и электродвигателя, отличающееся тем, что на колесном шасси установлен электродвигатель, приводящий в движение через механические передачи колеса шасси, которые контактируют со сменной опорной площадкой, крепящейся на раме, причем на последней закреплено нагрузочное устройство, нагружающее колесное шасси боковой силой.