RU2388865C1 - Portable device to measure coefficient of wheel-to-road coating adhesion - Google Patents
Portable device to measure coefficient of wheel-to-road coating adhesion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388865C1 RU2388865C1 RU2009109843/03A RU2009109843A RU2388865C1 RU 2388865 C1 RU2388865 C1 RU 2388865C1 RU 2009109843/03 A RU2009109843/03 A RU 2009109843/03A RU 2009109843 A RU2009109843 A RU 2009109843A RU 2388865 C1 RU2388865 C1 RU 2388865C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring wheel
- adhesion
- force
- moment
- wheel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для определения коэффициента сцепления колеса на сооружаемых и эксплуатируемых дорогах, а также на аэродромах и может быть использовано при расследовании дорожно-транспортных происшествий.The invention relates to a device for determining the coefficient of adhesion of the wheel on the constructed and operated roads, as well as at airfields and can be used in the investigation of traffic accidents.
Известен портативный измеритель коэффициента сцепления ИКСп, который используется при строительстве, ремонте и текущем контроле состояния дорожных покрытий. Устройство содержит: вертикальную штангу, башмак-имитатор автомобильной шины и грузKnown portable meter coefficient of adhesion IKSp, which is used in the construction, repair and routine monitoring of the condition of road surfaces. The device contains: a vertical bar, a shoe simulator of a car tire and cargo
Принцип действия устройства основан на определении величины горизонтального перемещения по увлажненному покрытию башмака - имитатора автомобильной шины. Имитатор автомобильной шины прижимается к дорожному покрытию под углом 45 градусов. В качестве источника для перемещения башмака - имитатора - используется кинетическая энергия груза, свободно падающего по вертикальной штанге. Величина горизонтального перемещения прижимаемого к увлажненному дорожному покрытию башмака - имитатора - зависит от коэффициента сцепления, в долях которого проградуирована отсчетная шкала прибора.The principle of operation of the device is based on determining the magnitude of the horizontal movement on the wetted surface of the shoe - a car tire simulator. The car tire simulator is pressed against the road surface at an angle of 45 degrees. The kinetic energy of a load freely falling along a vertical bar is used as a source for moving a shoe - a simulator. The horizontal movement of the shoe pressed against the moistened road surface - the simulator - depends on the coefficient of adhesion, in the proportions of which the reading scale of the device is graduated.
К недостаткам известного портативного устройства относятся: низкая точность проводимых измерений, измерения проводятся только в летний период времени и малая производительность в работе при измерении коэффициента сцепления.The disadvantages of the known portable device include: low accuracy of the measurements, measurements are carried out only in the summer period of time and low productivity in the work when measuring the coefficient of adhesion.
Другим известным измерителем коэффициента сцепления дорожных покрытий является портативный прибор ППК-МАДИ-ВНИИБД (ТУ 78.1.004-87, номер государственного реестра 10912-87). Устройство содержит:Another well-known measure of the coefficient of adhesion of road surfaces is the portable device PPK-MADI-VNIIBD (TU 78.1.004-87, state register number 10912-87). The device contains:
имитаторы автомобильных шин, толкающие штанги, муфту, направляющую штангу, увлажнитель, груз, шкалу отсчета и измерительную шайбу.car tire simulators, push rods, clutch, guide rod, humidifier, load, reference scale and measuring washer.
Устройство устанавливают на дорожное покрытие так, чтобы имитаторы шин возвышались над поверхностью дорожного покрытия на 10-12 мм. Затем дорожное покрытие под имитаторами увлажняют. Сбрасывают груз, который скользит по направляющей штанге и ударяет по муфте. Через толкающие штанги и шарниры ударный импульс передается на имитаторы шин, которые взаимодействуют с дорожным покрытием. Коэффициент сцепления определяют по шкале отсчета при помощи измерительной шайбы.The device is installed on the road surface so that tire simulators rise 10-12 mm above the surface of the road surface. Then the road surface under the simulators is moistened. Dump the load, which slides along the guide rod and hits the clutch. Through the push rods and hinges, the shock pulse is transmitted to tire simulators that interact with the road surface. The adhesion coefficient is determined on a reference scale using a measuring washer.
Однако и данное устройство имеет ряд существенных недостатков:However, this device also has a number of significant disadvantages:
- большой предел допустимой основной приведенной погрешности измерения;- a large limit of permissible basic reduced measurement error;
- недостаточны пределы измерения коэффициента сцеплении (0,05-0,65);- insufficient limits for measuring the coefficient of adhesion (0.05-0.65);
- значительная продолжительность одного цикла измерений;- significant duration of one measurement cycle;
- измерения проводятся только в летнее время.- measurements are taken only in the summer.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является "Устройство для измерения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием ", имеющее максимальное количество сходных существенных признаков с признаками заявленного устройства и поэтому принятого за прототип (патент Российской Федерации RU 2244057 С1, 7 Е01С 23/07).Closest to the claimed invention in technical essence is a "Device for measuring the coefficient of adhesion of the wheel with the road surface" having the maximum number of similar significant features with the features of the claimed device and therefore adopted as a prototype (patent of the Russian Federation RU 2244057 C1, 7 Е01С 23/07) .
Известное устройство - прототип (фиг.1) содержит: измерительное колесо 1, вспомогательное колесо 2, раму 3, подшипниковые опоры 4, датчик 5 числа оборотов, соединенный с блоком регистрации 6, нагрузочное устройство 7, вращающуюся электромагнитную порошковую муфту 8 с обмоткой управления 9, привод 10, блок питания 11, управляемый блок питания 12. При этом нагрузочное устройство 7 устанавливается на раме 3. Ведущая часть электромагнитной муфты 8 соединена с приводом 10, а ведомая - с измерительным колесом 1. Привод 10 соединен с блоком питания 11. Обмотка управления 9 подключена к управляемому блоку питания 12.The known device is a prototype (figure 1) contains: a
Известное устройство работает следующим образом.The known device operates as follows.
Перед проведением измерений поверхность дорожного покрытия увлажняют. На привод 10 подается питание от блока питания 11. Вращающий момент от привода 10 через шеетеренную передачу будет передаваться на вращающуюся электромагнитную порошковую муфту 8. Величина момента измерительного колеса 1 зависит от величины управляющего сигнала управляемого блока питания 12. С блока регистрации 6 подается сигнал управления, который плавно увеличивает мощность управляемого блока питания 12 от 0 до максимального значения. Начало буксования измерительного колеса 1 регистрируется датчиком 5 числа оборотов. Сигнал с датчика 5 числа оборотов передается в блок регистрации 6, в котором регистрируется начало буксования и величина сигнала управления, соответствующего моменту, который передается на измерительное колесо 1 через вращающуюся электромагнитную порошковую муфту 8. Момент, передаваемый вращающейся электромагнитной порошковой муфтой 8, прямо пропорционален величине управляющего сигнала блока регистрации 6. Коэффициент сцепления определяется по моменту, необходимому для приведения измерительного колеса 1 из состояния покоя в режим буксования. Для получения достоверных данных о величине коэффициента сцепления перед началом использования устройства необходимо получить экспериментальным путем зависимость величины управляющего сигнала от величины коэффициента сцепления. Для этого проводят измерения на участках с известным коэффициентом сцепления и фиксируют величину сигнала, идущего на обмотку управления 9 вращающейся электромагнитной порошковой муфты 8.Before taking measurements, the surface of the road surface is moistened. The
Недостатком известного устройства - прототипа является:A disadvantage of the known device prototype is:
- значительный предел допустимой абсолютной погрешности измерения, который объясняется сложностью определения начала пробуксовки измерительного колеса;- a significant limit of permissible absolute measurement error, which is explained by the complexity of determining the beginning of the slipping of the measuring wheel;
- диапазон рабочих температур +1…+50 градусов. Измерения проводятся только в летнее время, так как исследуемая поверхность дорожного покрытия требует ее увлажнения.- operating temperature range + 1 ... + 50 degrees. Measurements are carried out only in the summer, since the investigated surface of the pavement requires moisture.
Целью предлагаемого устройства (фиг.2) является повышение точности измерений коэффициента сцепления путем введения двух датчиков крутящего момента: датчика измерения момента силы (Mg) сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия и датчика измерения момента силы (М) торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом. Непосредственное измерение, а затем сравнение моментов силы (Mg) сцепления и силы (М) торможения позволяет точнее определить начало пробуксовки измерительного колеса и диапазон заданной пробуксовки, что повышает точность измерения коэффициента сцепления.The aim of the proposed device (figure 2) is to increase the accuracy of measuring the coefficient of adhesion by introducing two torque sensors: a sensor for measuring the moment of force (Mg) of the adhesion of the measuring wheel to the surface of the artificial coating and a sensor for measuring the moment of force (M) of braking of the measuring wheel with an electromagnetic brake. Direct measurement and then comparison of the moments of adhesion force (Mg) and braking force (M) allows you to more accurately determine the start of slipping of the measuring wheel and the range of the specified slip, which increases the accuracy of measuring the coefficient of adhesion.
Поставленная цель в "Портативном устройстве измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием" достигается тем, что в нем, как в прототипе, содержится: измерительное колесо, рама, блок регистрации, блок питания и управляемый блок питания. При этом первый выход блока регистрации подключен к первому входу управляемого блока питания,The goal in the "Portable device for measuring the coefficient of adhesion of the wheel with artificial turf" is achieved by the fact that it, as in the prototype, contains: a measuring wheel, a frame, a registration unit, a power supply and a controllable power supply. In this case, the first output of the registration unit is connected to the first input of the controlled power supply,
Дополнительно в устройство включены: первый и второй датчики крутящего момента, электромагнитный тормоз, датчик угловой скорости, датчик времени с дисплеем и блок памяти. При этом первый механический выход измерительного колеса соединен с первым датчиком крутящего момента, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам блока регистрации. Второй механический выход измерительного колеса через второй датчик крутящего момента соединен с ротором электромагнитного тормоза. Блок питания через управляемый блок питания подключен к электромагнитному тормозу. Датчики угловой скорости, времени и второй датчик крутящего момента подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока регистрации, второй и третий выходы которого соответственно соединены с дисплеем и блоком памяти. Шестой свободный вход блока регистрации является входом динамометра роликового тормозного стенда. При этом первый датчик крутящего момента измеряет момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, а второй датчик крутящего момента - момент силы (М) торможения измерительного колеса. Аппаратура устройства размещается на раме, которая опирается на измерительное колесо и воздействует на поверхность искусственного покрытия как нормальная сила нагрузки Р. Коэффициент сцепления определяется при условии, когда М-Mg=ΔМ, и вычисляется по формулеAdditionally, the device includes: first and second torque sensors, electromagnetic brake, angular velocity sensor, time sensor with display and memory unit. In this case, the first mechanical output of the measuring wheel is connected to the first torque sensor, the first and second outputs of which are respectively connected to the first and second inputs of the registration unit. The second mechanical output of the measuring wheel through the second torque sensor is connected to the rotor of the electromagnetic brake. The power supply through a controllable power supply is connected to an electromagnetic brake. The angular velocity, time and second torque sensors are connected respectively to the third, fourth and fifth inputs of the registration unit, the second and third outputs of which are respectively connected to the display and the memory unit. The sixth free input of the registration unit is the input of the dynamometer of the roller brake stand. In this case, the first torque sensor measures the moment of force (Mg) of adhesion of the measuring wheel with the surface of the artificial coating, and the second torque sensor measures the moment of force (M) of braking of the measuring wheel. The equipment of the device is placed on a frame that rests on the measuring wheel and acts on the surface of the artificial coating as a normal load force P. The adhesion coefficient is determined provided that M-Mg = ΔM, and is calculated by the formula
Ксцп.=F/Р; F=Mg/r;KSCP. = F / P; F = Mg / r;
Ксцп.макс.=Ксцп×k; k=Mg*/Mg;Kstsp.maks. = Kstsp × k; k = Mg * / Mg;
где Ксцп. - значение коэффициента сцепления;where is KSCP. - the value of the coefficient of adhesion;
Ксцп.макс. - максимальное значение коэффициента сцепления;Kstsp.maks. - the maximum value of the coefficient of adhesion;
F - сила сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Н;F is the adhesion force of the measuring wheel to the surface of the artificial coating, N;
Р - нормальная сила нагрузки измерительного колеса на поверхность искусственного покрытия, Н;P is the normal load force of the measuring wheel on the surface of the artificial turf, N;
Mg - момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм;Mg is the moment of adhesion of the measuring wheel to the surface of the artificial coating, Nm;
М - момент силы торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом, Нм;M is the moment of braking force of the measuring wheel with an electromagnetic brake, Nm;
ΔМ - дискрет момента силы, обеспечивающий начало пробуксовки измерительного колеса, Нм;ΔМ - discrete moment of force, providing the beginning of the slipping of the measuring wheel, Nm;
r - радиус измерительного колеса, м;r is the radius of the measuring wheel, m;
k - коэффициент пробуксовки, вычисляют при тарировании устройства;k is the slip coefficient, calculated by taring the device;
Mg* - максимальный момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм.Mg * - maximum moment of adhesion force of the measuring wheel with the surface of the artificial coating, Nm.
В известных технических решениях признаков, сходных с отличительными признаками заявленного устройства, не обнаружено, вследствие чего можно считать, что предлагаемое устройство соответствует изобретательскому уровню.In the known technical solutions, features similar to the distinguishing features of the claimed device are not found, as a result of which it can be considered that the proposed device corresponds to the inventive step.
Использование данного устройства при его реализации позволит повысить точность определения коэффициента сцепления на искусственном покрытии, создать портативные устройства, которые могут использоваться при эксплуатации и ремонте дорожных покрытий, при расследовании дорожно-транспортных происшествий, а также осуществлять контроль за состоянием искусственных покрытий дорог и аэродромов.The use of this device in its implementation will improve the accuracy of determining the coefficient of adhesion on artificial turf, create portable devices that can be used in the operation and repair of road surfaces, in the investigation of road traffic accidents, and also monitor the condition of artificial surfaces of roads and airfields.
Сущность предлагаемого "Портативного устройства измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием" поясняется чертежами, где представлены:The essence of the proposed "Portable device for measuring the coefficient of adhesion of the wheel with artificial turf" is illustrated by drawings, which show:
на фиг.1 - структурная схема прототипа;figure 1 is a structural diagram of a prototype;
на фиг.2 - структурная схема предлагаемого устройства;figure 2 is a structural diagram of the proposed device;
на фиг.3 - алгоритм измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием;figure 3 - algorithm for measuring the coefficient of adhesion of the wheel with artificial turf;
на фиг.4 поясняется работа первого 13 и второго 14 датчиков крутящего момента.figure 4 explains the operation of the first 13 and second 14 torque sensors.
Предлагаемое "Портативное устройство измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием", как прототип, содержит: измерительное колесо 1, раму 3, блок регистрации 6, блок питания 11 и управляемый блок питания 12. При этом первый выход блока регистрации 6 подключен к первому входу управляемого блока питания 12,The proposed "Portable device for measuring the coefficient of adhesion of the wheel with artificial turf", as a prototype, contains: measuring
Дополнительно в устройство включены: первый 13 и второй 14 датчики крутящего момента, электромагнитный тормоз 15, датчик угловой скорости 16, датчик времени 17 с дисплеем 18 и блок памяти 19. При этом первый механический выход измерительного колеса 1 соединен с первым 13 датчиком крутящего момента, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам блока регистрации 6. Второй механический выход измерительного колеса 1 через второй датчик 14 крутящего момента соединен с ротором электромагнитного тормоза 15. Блок питания 11 через управляемый блок питания 12 подключен к электромагнитному тормозу 15. Датчики угловой скорости 16, времени 17 и второй датчик 14 крутящего момента подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока регистрации 6, второй и третий выходы которого соответственно соединены с дисплеем 18 и блоком памяти 19. Шестой свободный вход блока регистрации 6 является входом динамометра роликового тормозного стенда. При этом первый датчик 13 крутящего момента измеряет момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия. Второй датчик 14 крутящего момента - момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Аппаратура устройства размещается на раме 3, которая опирается на измерительное колесо 1 и воздействует на поверхность искусственного покрытия как нормальная сила нагрузки Р. Коэффициент сцепления определяется при условии, когда М-Mg=ΔМ, и вычисляется по формулеAdditionally, the device includes: first 13 and second 14 torque sensors,
Ксцп.=F/Р; F=Mg/r;KSCP. = F / P; F = Mg / r;
Ксцп.макс.=Ксцп×k; k=Mg*/Mg;Kstsp.maks. = Kstsp × k; k = Mg * / Mg;
где Ксцп. - значение коэффициента сцепления;where is KSCP. - the value of the coefficient of adhesion;
Ксцп.макс. - максимальное значение коэффициента сцепления;Kstsp.maks. - the maximum value of the coefficient of adhesion;
F - сила сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Н;F is the adhesion force of the measuring wheel to the surface of the artificial coating, N;
Р - нормальная сила нагрузки измерительного колеса на поверхность искусственного покрытия, Н;P is the normal load force of the measuring wheel on the surface of the artificial turf, N;
Mg - момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия. Нм;Mg is the moment of adhesion of the measuring wheel to the surface of the artificial coating. Nm;
М - момент силы торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом, Нм;M is the moment of braking force of the measuring wheel with an electromagnetic brake, Nm;
ΔМ - дискрет момента силы, обеспечивающий начало пробуксовки измерительного колеса, Нм;ΔМ - discrete moment of force, providing the beginning of the slipping of the measuring wheel, Nm;
r - радиус измерительного колеса, м;r is the radius of the measuring wheel, m;
k - коэффициент пробуксовки, вычисляют при тарировании устройства;k is the slip coefficient, calculated by taring the device;
Mg* - максимальный момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм.Mg * - maximum moment of adhesion force of the measuring wheel with the surface of the artificial coating, Nm.
Конструктивное исполнение предлагаемого устройстваThe design of the proposed device
Заявленное портативное устройство выполнено на одном измерительном колесе 1, на которое устанавливают раму 3. Измерительное колесо 1, рама 3 и размещенная на ней аппаратура устройства составляют нормальную силу (Р) нагрузки измерительного колеса 1 на поверхность искусственного покрытия. Нормальная сила Р известна и остается постоянной в процессе эксплуатации устройства. Нормальная сила Р заносится в память блока регистрации 6 для вычисления коэффициента сцепления.The claimed portable device is made on one
- Измерительное колесо 1 - авиационное или автомобильное шасси через второй датчик 14 подключено к ротору электромагнитного тормоза 15.- Measuring wheel 1 - aircraft or automobile chassis through a
- Первый датчик 13 крутящего момента размещается на измерительном колесе 1 и используется для измерения момента силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия. Датчик 13 снабжен телеметрической системой передачи полезного сигнала. Датчик 13 имеет два выхода, по первому выходу передается момент силы (Mg), по второму - частота вращения измерительного колеса 1. Первый и второй выходы датчика 13 крутящего момента подключены соответственно к первому и второму входам блока регистрации 6.- The
- Второй датчик 14 крутящего момента размещается между измерительным колесом 1 и электромагнитным тормозом 15 и используется для измерения момента силы (М) торможения измерительного колеса 1. Момент силы (М), приложенный между концами вала датчика 14 крутящего момента (между измерительным колесом 1 и ротором электромагнитного тормоза 15), создает механическую деформацию, которая измеряется мостовой тензометрической системой. Момент силы (М), пропорциональный крутящему моменту электромагнитного тормоза 15, поступает на пятый вход блока регистрации 6.- A
- Электромагнитный тормоз 15 имеет два соосных элемента: корпус, содержащий катушку электромагнита и внутренний ротор, отделенный от корпуса кольцевым зазором. Кольцевой зазор содержит ферромагнитный порошок, который становится активным, когда возбуждается электромагнит. Возбужденная катушка электромагнита создает приводную связку между ротором и корпусом. Сила приводной связки зависит от величины постоянного тока, подводимого к катушке электромагнитного тормоза 15 от блока питания 11. Момент силы (М), передаваемый электромагнитным тормозом 15, прямо пропорционален току возбуждения и изменяется бесступенчато управляемым блоком питания 12 в соответствии с сигналами управления блока регистрации 6. Скорость вращения измерительного колеса 1 не влияет на момент силы (М), передаваемый электромагнитным тормозом 15. Момент силы (М) для портативного устройства выбирается в пределах 30…50 Нм. Для устройств, которые определяют состояние дорожного покрытия или взлетно-посадочной полосы аэродрома, момент сипы торможения электромагнитного тормоза выбирается в соответствии с нормальной нагрузкой на измерительное колесо.- The
- Датчик угловой скорости 16 - пьезокерамический гироскоп - предназначен для определения углов поворота и наличия вибрации устройства, имеет высокую скорость отклика, компактный. Информация датчика угловой скорости 16 поступает на третий вход блока регистрации 6, а затем в соответствии с программным обеспечением блока регистрации 6 дополняет информацию о состоянии искусственного покрытия и записывается блок памяти 19.- Angular velocity sensor 16 - piezoceramic gyroscope - designed to determine rotation angles and the presence of vibration of the device, has a high response speed, compact. The information of the
- Датчик времени 17 с дисплеем 18 имеет собственный источник питания, который обеспечивает оперативную работу с устройством при частом выключении и включении портативного устройства. Информация с датчика времени 17 поступает в блок регистрации 6. На дисплее 18 отображается реальное время и информация о техническом состоянии устройства, поступающая с второго выхода блока регистрации 6.- The
- Блок памяти 19 выполнен на микросхеме энергонезависимой памяти. В блок памяти 19 записывается: дата, время, Ксцп., Ксцп.макс., скорость движения V, пройденное расстояние S, углы поворота, наличие вибрации. Для детального анализа проведенных измерений блок памяти 19 снимают и подключают к персональному компьютеру.- The
- Блок регистрации 6 выполнен на микроконтроллере семейства PIC18. Микроконтроллер имеет программируемую память, оперативное запоминающее устройство, аналого-цифровые преобразователи, встроенные интерфейсы, таймеры, таймер реального времени, входы и выходы для ввода и вывода информации.- The
- Управляемый блок питания 12 - силовой блок, который по сигналам управления блока регистрации 6 формирует ток возбуждения обмотки электромагнита электромагнитного тормоза 15.- Managed
Тарирование устройстваDevice taring
Тарирование устройства проводят при его изготовлении, а затем с периодичностью, определяемой инструкцией по эксплуатации на данное устройство. Тарирование устройства осуществляется с целью проверки правильности работы устройства - соответствия заложенным техническим параметрам, точности определения коэффициента сцепления (Ксцп.), определения коэффициента пробуксовки (k) для вычисления максимального значения коэффициента сцепления (Ксцп.макс.). Для проведения тарирования используют роликовый тормозной стенд. Роликовый тормозной стенд содержит: раму, на которой размещают роликовый агрегат, электродвигатель, балансный редуктор и датчики силы. Результаты измерений поступают на динамометр. По датчикам силы определяют нормальную силу (Р) давления измерительного колеса 1 на роликовый агрегат. Ролики роликового агрегата покрывают фрикционным материалом с известным коэффициентом сцепления. Ролики роликового агрегата приводятся во вращение электродвигателем через балансный редуктор. Рама балансного редуктора под действием реактивного момента, пропорционального моменту силы (М) торможения измерительного колеса 1, поворачивается и воздействует на динамометр. По показаниям динамометра тормозного стенда делается вывод о силе сцепления (F) измерительного колеса с покрытием роликового агрегата.Calibration of the device is carried out during its manufacture, and then with a frequency determined by the operating instructions for this device. Calibration of the device is carried out in order to verify the correct operation of the device - compliance with the technical parameters laid down, the accuracy of determining the coefficient of adhesion (KSCP.), Determine the slip coefficient (k) to calculate the maximum value of the coefficient of adhesion (KSCP.max.). For taring use a roller brake stand. The roller brake stand contains: a frame on which the roller unit, an electric motor, a balanced gearbox and force sensors are placed. The measurement results are sent to a dynamometer. The force sensors determine the normal force (P) of the pressure of the
Методика тарирования устройстваDevice calibration method
Измерительное колесо устанавливают на роликовый агрегат. Включают режим тарирования устройства. К свободному входу 6 блока регистрации 6 подключают динамометр роликового тормозного стенда. Датчиками силы определяют нормальную силу Р давления измерительного колеса 1 на роликовый агрегат. Включают электродвигатель тормозного стенда. Ролики роликового агрегата начинают вращаться, измерительное колесо 1 также начинает вращаться, при этом поступательная скорость вращения измерительного колеса 2…2,5 км/час.The measuring wheel is mounted on a roller assembly. Turn on the device taring mode. To the
Увеличивают ток возбуждения электромагнита электромагнитного тормоза 15, соответственно возрастает момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Датчиком крутящего момента 13 определяется момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью роликов роликового агрегата. При условии М-Mg=ΔM дальнейшее увеличение тока возбуждения электромагнита электромагнитного тормоза 15 прекращается. ΔМ - момент силы, соответствующий начальной пробуксовке измерительного колеса 1. Определяется сила сцепления (F) измерительного колеса 1 с поверхностью роликов роликового агрегата F=Mg/r (r - радиус измерительного колеса). При равенстве силы сцепления (F) показаниям динамометра тормозного стенда - датчики крутящего момента 13 и 14 исправны и соответствуют техническим условиям. Следовательно, вычисленный по формуле (Ксцп.=F/Р) коэффициент сцепления имеет достоверное значение.The excitation current of the electromagnet of the
Для определения максимального значения коэффициента сцепления (Ксцп.макс.) определяют коэффициент пробуксовки (k). Для чего при начальной пробуксовке (ΔМ) измерительного колеса 1 запоминают значение момента силы (Mg). Затем, увеличивают момент силы (М) торможения электромагнитным тормозом 15, определяют максимальное значение момента силы (Mg*) сцепления измерительного колеса 1. Максимальное значение момента силы (Mg*) запоминают. (Максимальное значение момента силы (Mg*) определяют при поступательной скорости вращения измерительного колеса 1, равной 65 км/час.) Коэффициент пробуксовки (k) равен отношению максимального значения момента силы (Mg*) к моменту силы (Mg)To determine the maximum value of the coefficient of adhesion (Kstsp.maks.) Determine the coefficient of slipping (k). Why, with the initial slip (ΔM) of the
k=Mg*/Mg.k = Mg * / Mg.
Максимальное значение коэффициента сцепления вычисляют по формулеThe maximum value of the coefficient of adhesion is calculated by the formula
Ксцп.макс.=Ксцп×k.Kstsp.maks. = Kstsp × k.
Определяется быстродействие устройства, по полученному быстродействию с учетом скорости движения устройства задают период (Т) определения коэффициента сцепления.The speed of the device is determined, according to the speed obtained, taking into account the speed of movement of the device, the adhesion coefficient determination period (T) is set.
Работа устройстваDevice operation
Перед определением коэффициента сцепления проводится подготовительная работа: выставляется дата, время проведения измерения, включается режим "измерение" (Фиг.3).Before determining the coefficient of adhesion, preparatory work is carried out: the date, time of the measurement are set, the "measurement" mode is turned on (Figure 3).
Скорость движения устройства при измерении коэффициента сцепления определяется произвольно и может устанавливаться от 0,5 до 65 км/час, изменение скорости движения в момент проведения измерений не влияет на качество определения коэффициента сцепления. При проведении измерений возможны остановки, при этом информация о состоянии дорожного покрытия, полученная до остановки, запоминается. С возобновлением движения отсчет коэффициента сцепления продолжается от ранее записанной информации. С началом движения в каждом периоде (Т) измерения ток катушки возбуждения электромагнитного тормоза увеличивается в соответствии с управляющими сигналами блока регистрации 6. С увеличением тока возбуждения пропорционально увеличивается момент силы (М) торможения электромагнитного тормоза 15. Момент силы (М) торможения оказывает тормозное воздействие на измерительное колесо 1.The speed of the device when measuring the coefficient of adhesion is determined arbitrarily and can be set from 0.5 to 65 km / h, a change in speed at the time of measurement does not affect the quality of determination of the coefficient of adhesion. During the measurements, stops are possible, while the information about the state of the road surface obtained before the stop is stored. With the resumption of movement, the cohesion coefficient counting continues from previously recorded information. With the beginning of movement in each measurement period (T), the current of the electromagnetic coil excitation coil increases in accordance with the control signals of the
Крутящий момент силы (М) торможения, действующий на измерительное колесо 1, измеряется датчиком 14 крутящего момента. Измеренный момент силы (М) торможения поступает в блок регистрации 6. Одновременно датчиком 13 крутящего момента измеряется момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия. Момент силы (Mg) сцепления поступает в блок регистрации 6. В блоке регистрации 6 момент силы (Mg) сцепления сравнивается с моментом силы (М) торможения. Если момент силы (Mg) сцепления больше момента силы (М) торможения (Mg>M), то пробуксовка измерительного колеса 1 отсутствует. В этом случае воздействие сигналов управления блока регистрации 6 на управляемый блок питания 12 увеличивает ток возбуждения электромагнита электромагнитного тормоза 15. Увеличивается момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Когда момент силы (М) торможения станет больше момента силы (Mg) сцепления (Mg<M), увеличение тока возбуждения электромагнита прекращается. При этом обеспечивается условие начала пробуксовки измерительного колеса 1, когда М-Mg=ΔМ, ΔМ момент силы заданного начала пробуксовки, которое поддерживается сигналами управления блока регистрации 6. При выполнении условия М-Mg=ΔМ вычисляется сила сцепления (F) измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия F=Mg/r (r - радиус измерительного колеса 1). Нормальная сила (Р) давления измерительного колеса 1 на поверхность покрытия известна. Вычисляется коэффициент сцепления. Ксцп.=F/Р.The torque of the braking force (M) acting on the
При определении состояния взлетно-посадочной полосы в соответствии с требованиями ИКАО (международной организации гражданской авиации) определяется максимальный коэффициент сцепления, который вычисляют по формуле Ксцп.макс.=Ксцп.×k,When determining the condition of the runway in accordance with the requirements of ICAO (International Civil Aviation Organization), the maximum coefficient of adhesion is determined, which is calculated by the formula Ksst.max. = Ksts. × k,
где k - коэффициент пробуксовки, определяемый при тарировании устройства.where k is the slip coefficient determined during calibration of the device.
С второго выхода датчика 13 крутящего момента в блок регистрации 6 поступает сигнал частоты вращения измерительного колеса, по которому определяют скорость движения (V) и пройденное расстояние (S). Скорость движения устройства определяется по формуле V=ω×r,From the second output of the
где V - скорость движения, м/сек;where V is the speed of movement, m / s;
ω - угловая скорость вращения измерительного колеса 1, рад/сек;ω is the angular speed of rotation of the
r - радиус измерительного колеса 1, м.r is the radius of the
Пройденное расстояние определяется по формуле S=Vt,The distance traveled is determined by the formula S = Vt,
где S - пройденное расстояние при определении состояния искусственного покрытия, м;where S is the distance traveled when determining the state of artificial turf, m;
V - скорость движения, м/сек;V is the speed of movement, m / s;
t - время проведения измерений, сек.t is the measurement time, sec.
Смачивание искусственного покрытия при определении коэффициента сцепления не требуется. Сигналами управления блока регистрации 6 в соответствии с программным обеспечением момент силы (М) торможения изменяется на величину ΔМ. Изменение момента силы (М) торможения изображено на фиг.4. Изменение момента силы (М) торможения на заданную величину (ΔМ), при которой обеспечивается начальная пробуксовка измерительного колеса, позволяет постоянно следить за величиной момента силы (Mg) сцепления с поверхностью искусственного покрытия. Изменение момента силы (М) торможения на ΔМ также несколько уменьшает тепловое воздействие на измерительное колесо 1.Wetting artificial turf when determining the coefficient of adhesion is not required. By the control signals of the
При определении коэффициента сцепления в блок памяти записывают: дату, время проведения измерений, значение коэффициента сцепления, скорость движения, измеренное расстояние, наличие поворотов и вибрации.When determining the coefficient of adhesion, the following is recorded in the memory unit: date, time of measurements, value of the coefficient of adhesion, speed, measured distance, the presence of turns and vibration.
Положительный эффект то реализации предложенного устройства заключается в повышении точности определения коэффициента сцепления. Точность измерений повышается использованием одновременно двух датчиков крутящего момента. Первый датчик 13 измеряет момент силы (Mg) сцепления, а второй датчик 14 - момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Результаты измерений датчиков сравниваются. По результатам сравнения осуществляют управление электромагнитным тормозом 15. В результате, электромагнитный тормоз 15 отслеживает начало пробуксовки измерительного колеса 1 в заданном диапазоне (ΔМ), повышая точность определения коэффициента сцепления.The positive effect of the implementation of the proposed device is to increase the accuracy of determining the coefficient of adhesion. Measurement accuracy is enhanced by using two torque sensors simultaneously. The
Реализация предложенной структурной схемы устройства позволяет создать портативное устройство малого размера, весом 20…25 кг, с моментом силы торможения 30…50 Нм, которые могут использоваться при ремонте дорожных покрытий или расследовании дорожно-транспортных происшествий. Или для создания крупногабаритных устройств, которые перемещаются с использованием транспортного средства и используются для определения состояния дорожных или аэродромных покрытий.Implementation of the proposed structural diagram of the device allows you to create a portable device of small size, weighing 20 ... 25 kg, with a braking force of 30 ... 50 Nm, which can be used in the repair of road surfaces or in the investigation of traffic accidents. Or to create large-sized devices that move using a vehicle and are used to determine the condition of road or airfield coatings.
Конструктивно устройство может быть изготовлено из следующих деталей:Structurally, the device can be made of the following parts:
- измерительное колесо 1 - автомобильное или авиационное шасси;- measuring wheel 1 - automobile or aircraft chassis;
- первый датчик 13 крутящего момента - датчик крутящего момента М28;- the
- второй датчик 14 крутящего момента - бесконтактный датчик крутящего момента, модель 8651;- the
- электромагнитный тормоз 15 - магнитно-порошковый тормоз с пустотелым валом, тип FAT, FRAT, фирма Mobac GmbH, Германия;- electromagnetic brake 15 - magnetic powder brake with a hollow shaft, type FAT, FRAT, company Mobac GmbH, Germany;
- управляемый блок питания 12 - типовой силовой блок, преобразующий сигналы управления в ток возбуждения обмотки электромагнита;- controlled power supply 12 - a typical power unit that converts control signals into the excitation current of the electromagnet winding;
- блок регистрации 6 - микроконтроллер семейства PIC18,- registration unit 6 - microcontroller family PIC18,
авторы Б.Я.Прохоренко и др. изд. М. ДОДЭКА, 1999 г.;authors B.Ya. Prokhorenko et al. M. DODEKA, 1999;
- блок памяти 19 - микросхема энергонезависимой памяти;- memory block 19 - non-volatile memory chip;
- датчик угловой скорости 16 - пьезокерамический гироскоп ENC-03J фирмы Murata.- angular velocity sensor 16 - piezoceramic gyroscope ENC-03J from Murata.
Claims (1)
Ксцп.=F/P; F=Mg/r;
Ксцп.макс.=Ксцп·k; k=Mg*/Mg,
где Ксцп. - значение коэффициента сцепления;
Ксцп.макс. - максимальное значение коэффициента сцепления;
F - сила сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Н;
Р - нормальная сила нагрузки измерительного колеса на поверхность искусственного покрытия, Н;
Mg - момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм;
М - момент силы торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом, Нм;
ΔM - дискрет момента силы, обеспечивающий начало пробуксовки измерительного колеса, Нм;
r - радиус измерительного колеса, м;
k - коэффициент пробуксовки, вычисляют при тарировании устройства;
Mg* - максимальный момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм. A portable device for measuring the coefficient of adhesion of an artificial-coated wheel, comprising a measuring wheel, a frame, a registration unit, a power supply and a controllable power supply, the first output of the registration unit being connected to the first input of the controllable power supply, characterized in that the first and the second torque sensors, electromagnetic brake, angular velocity sensor, time sensor with display and memory unit, while the first mechanical output of the measuring wheel is connected with a first torque sensor, the first and second outputs of which are respectively connected to the first and second inputs of the registration unit, and the second mechanical output of the measuring wheel through the second torque sensor is connected to the electromagnetic brake rotor, the power supply is connected to the electromagnetic brake via a controlled power supply, sensors angular speed, time and a second torque sensor are connected respectively to the third, fourth and fifth inputs of the registration unit, the second and third outputs of the cat They are respectively connected to the display and the memory unit, the sixth free input of the registration unit is the input of the dynamometer of the brake brake stand, while the first torque sensor measures the moment of force (Mg) of adhesion of the measuring wheel to the surface of the artificial coating, and the second torque sensor measures the moment of force ( M) braking of the measuring wheel, the device equipment is placed on a frame that rests on the measuring wheel and acts on the surface of the artificial coating as normal forces load P, the friction coefficient is determined under the condition that M-Mg = ΔM and calculated by the formula
CSCP = F / P; F = Mg / r;
Kstsp.maks. = Kstsp · k; k = Mg * / Mg,
where is KSCP. - the value of the coefficient of adhesion;
Kstsp.maks. - the maximum value of the coefficient of adhesion;
F is the adhesion force of the measuring wheel to the surface of the artificial coating, N;
P is the normal load force of the measuring wheel on the surface of the artificial turf, N;
Mg is the moment of adhesion of the measuring wheel to the surface of the artificial coating, Nm;
M is the moment of braking force of the measuring wheel with an electromagnetic brake, Nm;
ΔM - discrete moment of force, providing the beginning of the slipping of the measuring wheel, Nm;
r is the radius of the measuring wheel, m;
k is the slip coefficient, calculated by taring the device;
Mg * - maximum moment of adhesion force of the measuring wheel with the surface of the artificial coating, Nm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009109843/03A RU2388865C1 (en) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | Portable device to measure coefficient of wheel-to-road coating adhesion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009109843/03A RU2388865C1 (en) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | Portable device to measure coefficient of wheel-to-road coating adhesion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2388865C1 true RU2388865C1 (en) | 2010-05-10 |
Family
ID=42673948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009109843/03A RU2388865C1 (en) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | Portable device to measure coefficient of wheel-to-road coating adhesion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2388865C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562355C1 (en) * | 2014-07-09 | 2015-09-10 | Николай Иванович Луканов | Device to determine wheel grip coefficient regarding artificial surface |
-
2009
- 2009-03-18 RU RU2009109843/03A patent/RU2388865C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562355C1 (en) * | 2014-07-09 | 2015-09-10 | Николай Иванович Луканов | Device to determine wheel grip coefficient regarding artificial surface |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5215154A (en) | Method and apparatus for measuring vehicle weight or engine power or both | |
GB1589166A (en) | Testing motor car performance | |
US8037773B2 (en) | Method of considering the dynamic behavior of a movable member of a machine for performing a wheel fatigue test | |
CN107167421A (en) | A kind of multifunction road static and dynamic friction coefficient determines car | |
CN102901596B (en) | Method for testing photoelectric reflection type dynamic torque of equal-diameter rotary shaft | |
JP2719603B2 (en) | Method and apparatus for determining engine power of a vehicle | |
RU2388865C1 (en) | Portable device to measure coefficient of wheel-to-road coating adhesion | |
EP0356067A2 (en) | Weighing vehicles | |
RU2369856C1 (en) | Device measuring coefficient of friction of wheel with airfield pavement and traffic-bearing surfaces | |
CN103344424B (en) | Ventilation disk brake electric inertia simulation testing stand and electric inertia simulation control method thereof | |
CN103335832B (en) | Electric inertia simulation Ventilation disk brake testing stand and electric inertia simulation control method | |
CN104677648B (en) | A kind of control method and system of drive axle Road Simulation Test | |
RU2612074C1 (en) | Device of measurement of coefficient of adhesion of wheels with airfield pavements | |
RU2647336C1 (en) | Runway friction coefficient measuring device | |
RU2298166C1 (en) | Method of determining grip of wheel with airdrome pavement | |
RU118753U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE COUPLING COEFFICIENT OF A WHEELS WITH AERODROME AND ROAD COATINGS | |
RU2426662C1 (en) | Method of automotive braking system diagnostics | |
RU2352918C1 (en) | Device for determination of coefficient of wheel adhesion to artificial pavement | |
RU2348027C1 (en) | Method of defining factor of adhesion between metering wheel and artificial carpet surface | |
RU2393460C1 (en) | Method of determining traction coefficient of wheels with aerodrome pavement surface | |
RU2308705C1 (en) | Device for measuring coefficient of airdrome surface grip of tyre | |
RU2259569C1 (en) | Device for determining engagement coefficient of wheel with airstrip covering | |
CN106153355B (en) | A kind of ramp abs braking testing stand | |
RU2442136C1 (en) | Method for measuring quotient of wheel traction with artificial surface | |
RU2538839C1 (en) | Method of determination of coefficient of traction of wheel with artificial coating surface |