RU2612074C1 - Устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромным покрытием - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к измерительным средствам, предназначенным для непрерывного измерения коэффициента сцепления колес с поверхностью искусственных взлетно-посадочных полос. Устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромными покрытиями содержит несущую раму, опирающуюся на два несущих колеса, рычажную подвеску с измерительным колесом, рычаг с независимым грузом, пружинным амортизатором и демпфером, соединенный с подвеской посредством первой подшипниковой опоры, тормозной генератор, цепную передачу, датчик тока торможения, датчики угловых скоростей измерительного колеса и одного из несущих колес, управляемый трехфазный выпрямитель, нагрузочное сопротивление, тензометрическую систему, состоящую из тензодатчика и блока преобразования сигналов тензодатчика, компьютерный пульт управления и индикации и систему автоматического управления скольжением (торможением) измерительного колеса. В устройство также введены тяга с шаровыми опорами на концах и вспомогательная балка, скрепленная с несущей рамой посредством второй подшипниковой опоры. Основание рычажной подвески измерительного колеса присоединено к вспомогательной балке посредством третьей подшипниковой опоры. Тормозной генератор установлен на вспомогательной балке, а его вал связан цепной передачей со ступицей измерительного колеса. Тензодатчик встроен в консоль, жестко закрепленную одним концом на несущей раме, а свободный конец консоли с тензодатчиком соединен со вспомогательной балкой посредством тяги с шаровыми опорами на концах так, что продольная ось тяги горизонтальна и лежит в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы. В результате повышается точность и стабильность измерения коэффициента сцепления. 3 ил.

Description

Заявляемое изобретение относится к мобильным (буксируемым или встроенным в автомобиль) измерительным средствам, предназначенным для непрерывного измерения коэффициента сцепления колес с поверхностью искусственных взлетно-посадочных полос, а также может быть использовано для исследования сцепных свойств сооружаемых и эксплуатируемых дорог с твердым покрытием.

Методы и техника измерений фрикционных свойств покрытий взлетно-посадочных полос (ВПП) базируются на непрерывном измерении коэффициента сцепления измерительного колеса с покрытием с целью определения возможности безопасной посадки воздушных судов при их торможении колесами. Такие измерения проводятся систематически в различных погодных условиях в зимний и летний периоды по всей длине ВПП с целью прогнозирования возможного тормозного пути подлетающего воздушного судна при посадке, а соответствующие мобильные установки включены в состав обязательного перечня машин и механизмов эксплуатационного содержания сертифицированных аэродромов, относящихся к измерению параметров, контролю и оценке состояния элементов летного поля.

Метод непрерывного предпосадочного оперативного контроля фрикционных свойств ВПП путем прокатывания специального измерительного колеса по поверхности ВПП вдоль по всей ее длине туда и обратно с принудительным торможением его с постоянным скольжением и одновременным измерением и индикацией текущих значений коэффициента сцепления регламентирован в мире Руководствами национальных агентств гражданской авиации ведущих стран мира и международной гражданской авиации организации ICAO (International Civil Aviation Organization), а в России - Руководством по эксплуатации гражданских аэропортов Российской Федерации (РЭГА РФ-94).

Так, например, известны широко распространенные в зарубежной практике измерений коэффициента сцепления колес с аэродромными покрытиями способ и устройство измерения трения покрытий, внедряемые компанией ASFT SAAB-Scania АВ, Швеция (например, патент №US 4098111, МПК G01L 3/26; G01N 19/2, опубликовано 04.07.1978: «Метод и устройство для измерения коэффициента сцепления ВПП»). Известное устройство представляет собой агрегат, расположенный на двухосной буксируемой тележке или встроенный в автомобиль. Оно содержит механическую измерительную систему с измерительным колесом специального исполнения, измерительными датчиками, преобразующими величины измеряемых сил в электрические сигналы, и электронный блок с регистрирующим устройством, в котором указанные электрические сигналы преобразуются в искомую величину коэффициента сцепления. В механическую измерительную систему входят двухступенчатый цепной редуктор, размещенный в составном шарнирно сочлененном корпусе, измерительный датчик, установленный в ступице измерительного колеса, дифференциал и полуоси, размещенные в жесткой балке заднего моста, и задающие колеса, роль которых выполняют неведущие (несущие, опорные) колеса транспортного средства.

Измерительный датчик, размещенный в ступице измерительного колеса и представляющий собой тензометрическую систему, измеряет величину усилий, действующих между измерительным колесом и корпусом редуктора в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Нагружение измерительного колеса вертикальной силой осуществляется грузом, шарнирно закрепленным на кузове автомобиля и воздействующим на измерительное колесо через упругую стойку, корпус редуктора и ступицу измерительного колеса с измерительным датчиком. Нагружение измерительного колеса крутящим моментом, обеспечивающим ему заданную величину проскальзывания относительно поверхности дорожного (аэродромного) покрытия, осуществляется от задних колес автомобиля, размещенных на жесткой балке заднего моста, через полуоси, проходящие внутри этой балки, дифференциал, вращающийся относительно балки в подшипниках, и двухступенчатый цепной редуктор, ведущая звездочка которого закреплена на коробке дифференциала, а ведомая - на выходном валу редуктора, соединенном с измерительным колесом.

Однако существенным недостатком этого устройства является то, что оно, подобно подавляющему большинству эксплуатируемых в мире аналогичных устройств непрерывного измерения коэффициента сцепления, имеет механическую систему нагружения (торможения) измерительного колеса, которая прокатывает его с постоянным значением скольжения, задаваемым кинематически с помощью понижающего редуктора, связывающего (несущие) колеса двухосной буксируемой тележки или автомобиля с измерительным колесом. При равномерном движении такого устройства по ВПП измерительное колесо прокатывается принудительно равномерно с раз и навсегда кинематически заданным постоянным скольжением, и поэтому в нем нельзя управлять режимами торможения измерительного колеса, что далеко не соответствует действительным режимам торможения колес воздушных судов, осуществляемым их автоматами торможения. Следовательно, измерения, производимые с помощью такого устройства, могут приводить к значительным ошибкам прогнозирования располагаемого тормозного пути.

Другим недостатком известного устройства является сложность конструкции ступицы измерительного колеса со встроенной в нее тензометрической системой, преобразующей в измеряемый сигнал величины деформаций измерительных балок, которые пропорциональны величинам горизонтальной и вертикальной сил.

Кроме того, измерительные деформации самих измерительных балок сопряжены с изменением положения измерительного колеса относительно несущего корпуса, что приводит к уводу колеса от плоскости движения тележки (или автомобиля) и появлению боковых сил, вносящих дополнительные погрешности в измерения.

Наконец, существенным недостатком тензометрической системы является то, что встроенный в ступицу тензометрический датчик измеряет не сами силы, а моменты сил трения, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и для расчета искомых величин коэффициента сцепления требуется знание величины приведенного радиуса измерительного колеса, который не остается неизменным в силу деформаций и износа пневматика, что вносит существенные неучитываемые погрешности в измерение сил торможения или, что тоже, в измерение коэффициента сцепления.

Другим, весьма распространенным и более простым способом размещения тензодатчика тензометрической системы, чем рассмотренный выше, является размещение его в сцепке буксируемого шасси с фаркопом автомобиля - буксировщика. Такое решение описывается в известных устройствах по авторскому свидетельству SU 1604881, МПК Е01С 23/07, опубликовано 07.11.1990: «Устройство для измерения коэффициента сцепления дорожных и аэродромных покрытий», по патенту RU 2006397, МПК В60Т 17/18, опубликовано 30.01.1994: «Способ определения коэффициента сцепления колес транспортного средства с дорожным покрытием при торможении в режиме антиблокировки» и по патенту RU 2259569, МПК G01M 15/08, опубликовано 27.08.2005: «Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием».

Так, например, устройство по авторскому свидетельству SU 1604881 содержит двухосный буксируемый прицеп, связанный с тягачом-буксировщиком через измерительное приспособление. Полуоси равно нагруженных колес связаны дифференциальными механизмами, соединенными между собой карданными валами. На одном из валов размещены сцепная муфта и коробка передач с передаточным числом, не равным единице. При буксировке прицепа с включенной сцепной муфтой коробка передач обеспечивает пробуксовывание колес. Дополнительное сопротивление буксировки прицепа, зависящее от сцепных качеств покрытия, фиксируют измерительным приспособлением (например, тензометрической системой). В транспортном положении прицепа сцепная муфта отключена.

Однако такой способ размещения тензодатчика в сцепке буксируемого шасси с транспортным средством имеет существенные недостатки.

Подключение шасси буксируемой измерительной установки к транспортному средству - буксировщику через тензоизмерительный элемент не обеспечивает приемлемой точности вычисления продольной силы торможения, приложенной к пятну контакта пневматика измерительного колеса с аэродромным покрытием в силу невозможности учета измерительным элементом ни в рабочих режимах, ни при калибровке тензометрической системы паразитных дополнительных составляющих измеряемой тяговой силы буксирования измерительной установки, соответствующих силам трения потерь во всех звеньях кинематического тракта, имеющим место при свободном движении измерительного колеса.

Другим существенным недостатком, снижающим точность измерений датчиком, помещенным в сцепке, является невозможность учесть влияние довольно значительной паразитной составляющей тяговой силы, обусловленной внешней аэродинамической нагрузкой, зависящей от скорости движения и ветра.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство по патенту RU 118753, МПК G01M 17/00, опубликовано 27.07.2012: «Устройство измерения коэффициента сцепления транспортных колес с аэродромными и автодорожными покрытиями». Принятое за прототип устройство представляет собой буксируемый измерительный комплекс, содержащий несущую раму, опирающуюся на два несущих колеса, измерительное колесо, блок управления, независимый груз, цепную передачу, тормозной генератор, датчик тока торможения, датчики угловых скоростей измерительного колеса и одного из несущих колес, управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока, нагрузочное сопротивление, тензометрическую систему, состоящую из последовательно соединенных тензодатчика и блока преобразования сигналов тензодатчика, и систему автоматического управления скольжением (торможением) измерительного колеса, при этом измерительное колесо установлено в независимой рычажной подвеске, один конец которой присоединен к несущей раме посредством первой подшипниковой опоры, имеющей одну степень свободы вращения в вертикальной плоскости, а на другом конце рычажной подвески размещено измерительное колесо, независимый груз закреплен на рычаге, присоединенном одним концом к несущей раме посредством второй подшипниковой опоры, а другим концом опирающимся через пружинный амортизатор с демпфером на свободный конец рычажной подвески измерительного колеса, тормозной генератор размещен на несущей раме, а его вал с закрепленной на нем звездочкой связан цепной передачей со звездочкой, скрепленной со ступицей измерительного колеса, причем тормозной генератор установлен на несущей раме так, что ось вращения его вала совпадает с осью вращения в первой подшипниковой опоре рычажной подвески, несущей измерительное колесо, в качестве тормозного генератора применена трехфазная синхронная электрическая машина с индуктором, трехфазная обмотка статора тормозного генератора соединена с силовыми входами управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока, к силовым выходам которого подключены последовательно соединенные датчик тока торможения и нагрузочное сопротивление, все вместе образующие замкнутую цепь выпрямленного тока статора тормозного генератора, датчики угловых скоростей кинематически соединены с измерительным и одним несущим колесами, выход блока управления подключен к первому входу системы автоматического управления скольжением, а выходы датчиков угловых скоростей измерительного и одного из несущих колес и датчика тока торможения подключены соответственно к ее второму, третьему и четвертому входам, а также к первому, второму и третьему входам блока управления, выход системы автоматического управления скольжением соединен с управляющим входом управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока, тензодатчик встроен в консоль, закрепленную на независимой рычажной подвеске и несущую на свободном конце вспомогательную звездочку, передающую на консоль с тензодатчиком силу натяжения цепи цепной передачи, а выход блока преобразования сигнала тензодатчика подключен к четвертому входу блока управления.

Однако устройство, принятое за прототип, обладает рядом недостатков.

Существенным недостатком, снижающим точность измерений коэффициента сцепления устройством, принятым за прототип, является невозможность текущего учета механических потерь во всех звеньях кинематического тракта механической трансмиссии, передающей тормозной электромагнитный момент с вала тормозного генератора на ось измерительного колеса, и эти механические потери создают весьма значительную не поддающуюся учету паразитную составляющую продольной силы торможения, приложенной к пневматику измерительного колеса в пятне контакта.

Другим фактором, снижающим точность измерений коэффициента сцепления устройством, принятым за прототип, является невозможность текущего учета электрических, механических и вентиляционных потерь самого тормозного генератора, также создающих паразитную составляющую продольной силы торможения и не поддающуюся учету при измерении.

Кроме того, результаты измерения продольной силы торможения, а значит, и коэффициента сцепления устройством, принятым за прототип, непредсказуемым образом искажаются при изменении силы первоначального натяжения цепи цепной передачи с установленным на ней консольным тензодатчиком.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и стабильности результатов непрерывного измерения продольной силы торможения, приложенной к пневматику измерительного колеса в пятне контакта, а значит, и коэффициента сцепления измерительного колеса с покрытием взлетно-посадочной полосы путем такого изменения конструкции встроенной тензометрической системы, чтобы продольная сила трения, приложенная к «пятну» контакта пневматической шины измерительного колеса и сила лобового сопротивления атмосферных осадков качению измерительного колеса, а также все виды потерь трения и иные помехи, формирующие совокупную характеристику торможения измерительного колеса, учитывались бы тензотермической системой, воздействуя непосредственно на свободный конец консоли тензодатчика, чем обеспечивалась бы наилучшая точность измерения коэффициента сцепления, достижимая способом встраивания тензодатчика в конструкцию заявляемого устройства.

Для достижения указанного технического результата предлагается устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромным покрытием, содержащее несущую раму, опирающуюся на два несущих колеса, рычажную подвеску с измерительным колесом, рычаг с независимым грузом, пружинным амортизатором и демпфером, тормозной генератор, цепную передачу, датчик тока торможения, датчики угловых скоростей измерительного колеса и одного из несущих колес, управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока, нагрузочное сопротивление, тензометрическую систему, состоящую из последовательно соединенных тензодатчика и блока преобразования сигналов тензодатчика, компьютерный пульт управления и индикации и систему автоматического управления скольжением (торможением) измерительного колеса, на свободном конце рычажной подвески размещено вращающееся в подшипниках измерительное колесо, рычаг присоединен одним концом к основанию рычажной подвески измерительного колеса через посредство первой подшипниковой опоры, а другой конец рычага, на котором закреплен независимый груз, опирается через пружинный амортизатор с демпфером на свободный конец рычажной подвески измерительного колеса, в качестве тормозного генератора применена трехфазная синхронная электрическая машина с индуктором, трехфазная обмотка статора тормозного генератора соединена с силовыми входами управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока, к силовым выходам которого подключены последовательно соединенные датчик тока торможения и нагрузочное сопротивление, вместе образующие замкнутую цепь выпрямленного тока статора тормозного генератора, датчики угловых скоростей кинематически соединены соответственно с измерительным и одним из несущих колес, выход компьютерного пульта управления и индикации подключен к первому входу системы автоматического управления скольжением, а выходы датчиков угловых скоростей измерительного и одного из несущих колес и датчика тока торможения подключены соответственно к ее второму, третьему и четвертому входам, а также к первому, второму и третьему входам компьютерного пульта управления и индикации, выход системы автоматического управления скольжением соединен с управляющим входом управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока, а выход блока преобразования сигналов тензодатчика подключен к четвертому входу компьютерного пульта управления и индикации, при этом в устройство также введены тяга с шаровыми опорами на концах и вспомогательная балка, скрепленная с несущей рамой посредством второй подшипниковой опоры, обеспечивающей одну степень свободы вращения вспомогательной балки в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы, основание рычажной подвески измерительного колеса присоединено к вспомогательной балке посредством третьей подшипниковой опоры, также обеспечивающей одну степень свободы вращения рычажной подвески в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы, тормозной генератор также установлен на вспомогательной балке, а его вал с закрепленной на нем ведомой звездочкой связан цепной передачей с ведущей звездочкой, скрепленной со ступицей измерительного колеса, причем тормозной генератор установлен на вспомогательной балке так, что ось вращения его вала совпадает с осью вращения рычажной подвески в третьей подшипниковой опоре, тензодатчик встроен в консоль, жестко закрепленную одним концом на несущей раме, а свободный конец консоли с тензодатчиком соединен со вспомогательной балкой посредством тяги с шаровыми опорами на концах так, что продольная ось тяги горизонтальна и лежит в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства измерения коэффициента сцепления колес с аэродромным покрытием (двойными линиями обозначены кинематические связи, а одинарными электрические связи).

На фиг. 2 показано 3D-изображение заявляемого устройства в частичном сборе (вид с правой стороны);

На фиг. 3 показано 3D-изображение заявляемого устройства в частичном сборе (вид с левой стороны).

Предлагаемое устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромным покрытием (см. фиг. 1) содержит несущую раму (HP) 1, опирающуюся на два несущих колеса (НК) 2, рычажную подвеску (РП) 3 с измерительным колесом (ИК) 4, рычаг (Р) 5 с независимым грузом (НГ) 6, пружинным амортизатором (ПА) 7 и демпфером (Д) 8, тормозной генератор (ТГ) 9, цепную передачу (ЦП) 10, датчик тока торможения (ДТТ) 11, датчики угловых скоростей измерительного колеса (ДУС ИК) 12 и одного из несущих колес (ДУС НК) 13, управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока (УТВ ПТ) 14, нагрузочное сопротивление (НС) 15, тензометрическую систему, состоящую из последовательно соединенных тензодатчика (ТД) 16 и блока преобразования сигналов тензодатчика (БПС ТД) 17, компьютерный пульт управления и индикации (КПУИ) 18 и систему автоматического управления скольжением (торможением) (САУС) 19 измерительного колеса 4. На свободном конце рычажной подвески 3 размещено вращающееся в подшипниках измерительное колесо 4, рычаг 5 присоединен одним концом к основанию рычажной подвески 3 измерительного колеса 4 через посредство первой подшипниковой опоры (1ПО) 20, а другой конец рычага 5, на котором закреплен независимый груз 6, опирается через пружинный амортизатор 7 с демпфером 8 на свободный конец рычажной подвески 3 измерительного колеса 4.

В качестве тормозного генератора 9 применена трехфазная синхронная электрическая машина с индуктором, трехфазная обмотка статора тормозного генератора 9 соединена с силовыми входами управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока 14, к силовым выходам которого подключены последовательно соединенные датчик тока торможения 11 и нагрузочное сопротивление 15, вместе образующие замкнутую цепь выпрямленного тока статора тормозного генератора 9. Датчики угловых скоростей 12 и 13 кинематически соединены соответственно с измерительным и одним из несущих колес, выход компьютерного пульта управления и индикации 18 подключен к первому входу системы автоматического управления скольжением 19, а выходы датчиков угловых скоростей измерительного 12 и одного из несущих колес 13 и датчика тока торможения 11 подключены соответственно к ее второму, третьему и четвертому входам, а также к первому, второму и третьему входам компьютерного пульта управления и индикации 18. Выход системы автоматического управления скольжением 19 соединен с управляющим входом управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока 14, а выход блока преобразования сигналов тензодатчика 17 подключен к четвертому входу компьютерного пульта управления и индикации 18, при этом в устройство также введены тяга (Т) 21 с шаровыми опорами (ШО) 22 и 23 на концах и вспомогательная балка (ВБ) 24, скрепленная с несущей рамой 1 посредством второй подшипниковой опоры (2 ПО) 25, состоящей из двух подшипников, расположенных симметрично с двух сторон от вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы 1 и обеспечивающих одну степень свободы вращения вспомогательной балки 24 в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы 1. Основание рычажной подвески 3 измерительного колеса 4 присоединено к вспомогательной балке 24 посредством третьей подшипниковой опоры (3ПО) 26, также обеспечивающей одну степень свободы вращения рычажной подвески 3 в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы.

Тормозной генератор 9 также установлен на вспомогательной балке 24, а его вал с закрепленной на нем ведомой звездочкой связан цепной передачей 10 с ведущей звездочкой, скрепленной со ступицей измерительного колеса 4, причем тормозной генератор 9 установлен на вспомогательной балке 24 так, что ось вращения его вала совпадает с осью вращения рычажной подвески 3 в третьей подшипниковой опоре 26, с тем, чтобы при качании рычажной подвески 3, отслеживающей вертикальные перемещения (галлопирование) измерительного колеса 4 во время его прокатывания по взлетно-посадочной полосе, исключить возникновение дополнительных нагрузок на цепную передачу 10.

Тензодачик 16 встроен в консоль, жестко закрепленную одним концом на несущей раме 1, а свободный конец консоли с тензодатчиком 16 соединен со вспомогательной балкой 24 посредством тяги 21 с шаровыми опорами 22 и 23 на концах так, что продольная ось тяги 21 горизонтальна и лежит в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы 1.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что измерительное колесо 4 (см. фигуры 2, 3), расположенное на свободном конце независимой рычажной подвески 3, присоединенной другим концом к вспомогательной балке 24 посредством второй подшипниковой опоры 25, обеспечивающей одну вращательную степень свободы подвески в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы 1, нагружают с помощью независимого груза 6 нормальной (перпендикулярной) к исследуемой поверхности покрытия силой F_норм и вместе с несущими колесами 2 устройства катят по исследуемой поверхности с постоянной поступательной (линейной) скоростью V_лин, причем несущие колеса 2 катятся лишь под действием силы трения качения очевидно без скольжения, а измерительное колесо 4 прокатывают с управляемым скольжением (торможением). Для этого к измерительному колесу 4 присоединяют тормозной генератор 9, связывая его вал с закрепленной на нем ведомой звездочкой цепной передачей 10 с ведущей звездочкой ступицы измерительного колеса 4. Тем самым, вал тормозного генератора 9 приводится в движение через измерительное колесо 4 силой тяги F_тяги буксировочного автомобиля, преодолевающей касательную к окружности измерительного колеса 4 продольную силу трения скольжения F_тр, действующую вдоль исследуемой поверхности покрытия на площадь (пятно) контакта измерительного колеса 4 с покрытием в направлении, противоположном направлению скорости буксирования. Управляя развиваемым электромагнитным моментом торможения М_торм тормозного генератора 9, формируют заданное (программное) значение (или заданную функцию) скольжения S, вычисляемого по формуле

где ω_НК, ω_ИК - угловые скорости вращения одного из несущих 2 и измерительного 4 колес соответственно, R_НК, R_ИК - радиусы несущего 2 и измерительного 4 колес. При этом механическая энергия торможения, отбираемая тормозным генератором 9 через измерительное колесо 4 у буксировочного автомобиля, преобразуется (за вычетом электрических и механических потерь) в электрическую энергию торможения.

Управление электрической энергией торможения или, что то же, управление электромагнитным моментом торможения М_торм осуществляют с помощью тормозного генератора 9, в качестве которого используется трехфазная синхронная электрическая машина переменного тока с системой возбуждения (индуктором), выполненной на постоянных магнитах, к статорным обмоткам которой через управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока 14 подключают последовательно соединенные датчик тока торможения 11 и нагрузочное сопротивление 15. При правильно организованном управлении с помощью системы автоматического управления скольжением 19 механическая энергия торможения измерительного колеса 4, отнимаемая у буксировочного автомобиля кинематически соединенной с ним синхронной электрической машиной, всегда работающей в генераторном (тормозном) режиме динамического торможения, и преобразуемая (за вычетом собственных потерь) в электрическую энергию трехфазного переменного тока, далее преобразуется с помощью полупроводникового управляемого трехфазного выпрямителя 14 в электрическую энергию постоянного тока, которая, в свою очередь, полностью превращается в тепловую энергию, выделяемую на нагрузочном сопротивлении 15.

Для управления выпрямленным током торможения I_T в цепи нагрузочного сопротивления 15 в эту цепь, например, включают управляемый электронный ключ, выполненный на базе силового IGBT-транзистора, и через блок управления электронным ключом, программно реализованным на базе промышленного микроконтроллера Atmega 128, осуществляют включение-выключение (замыкание-размыкание) цепи тока торможения I_T с постоянной частотой и переменной скважностью, соответствующей сигналу управления, вырабатываемому системой автоматического управления скольжением 19, выход которой соединен с управляемым входом управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока 14.

Тормозной электромагнитный момент M_торм, развиваемый синхронным тормозным генератором 9, связан с током торможения I_T зависимостью

являющейся неотъемлемой высокостабильной характеристикой данной синхронной электрической машины 9, данного управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока 14 и данного нагрузочного сопротивления 15.

Система автоматического управления скольжением 19 осуществляет автоматическое управление скольжением измерительного колеса 4, а именно, управляя током торможения I_T, а значит, и электромагнитным моментом торможения М_торм тормозного генератора 9, формируют, в силу того или иного построения системы автоматического управления скольжением 19, режимы автоматического торможения измерительного колеса 4 с любым наперед заданным программным постоянным значением скольжения (или по любой наперед заданной программной функции скольжения во времени), вырабатываемым компьютерным пультом управления и индикации 18 и определяемым в некотором допустимом диапазоне значений скольжения, которые поддерживаются системой автоматического управления скольжением 19 автоматически с заданной точностью, зависящей от построения системы 19 в процессе измерения текущих значений коэффициента сцепления измерительного колеса 4 с покрытием независимо от состояния фрикционных свойств исследуемой поверхности покрытия.

Для обеспечения заданных требований к системе автоматического управления скольжением 19 вводят датчики 12 и 13 угловых скоростей вращения измерительного 4 и одного из несущих 2 колес, чтобы иметь возможность точно вычислять по формуле (1) действительные значения скольжения измерительного колеса 4, и вводят датчик тока торможения 11, значения которого однозначно соответствуют, в силу зависимости (2), значениям момента торможения М_торм, при этом выходы всех введенных датчиков соединяют со входами системы автоматического управления скольжением 19, а также подключают их ко входам компьютерного пульта управления и индикации 18, а также к одному из входов системы автоматического управления скольжением 19 подключают выход компьютерного пульта управления и индикации 18, вырабатывающий сигнал заданного (программного) скольжения, а выход системы автоматического управления скольжением 19, вырабатывающий сигнал управления скольжением, подключают к управляющему входу управляемого трехфазного выпрямителя, переменного тока 14.

Достижение заявленного технического результата - повышение точности и стабильности измерений коэффициента сцепления измерительного колеса с покрытием взлетно-посадочных полос обуславливается предлагаемым в заявляемом устройстве введением качающейся вспомогательной балки 24 со второй подшипниковой опорой 25, консоли с тензодатчиком 16 и тяги 21 с шаровыми опорами 22, 23, связывающими свободный конец скрепленной с несущей рамой 1 консоли с тензодатчиком 16 с качающейся вспомогательной балкой 24 (см. фигуры 2, 3), которые обеспечивают такое конструктивное встраивание консоли с тензодатчиком 16, чтобы совокупная продольная сила трения, касательная к «пятну» контакта пневматика измерительного колеса 4 с покрытием и сила лобового сопротивления атмосферных осадков качению измерительного колеса, обуславливающие тормозящие свойства измерительного колеса 4, непосредственно воздействуя на свободный конец консоли с тензодатчиком 16, передаваясь через тягу 21 с шаровыми опорами 22, 23 на концах, удерживающую вспомогательную балку 24 от вращения, тем самым непосредственно измерялись бы тензодатчиком 16, чем обеспечивалась бы наилучшая точность измерения коэффициента сцепления, определяемая способом встраивания тензодатчика 16 в конструкцию заявляемого устройства.

Действительно, в предлагаемой конструкции заявляемого устройства все виды выявленных и невыявленных, целенаправленных и обусловленных различными видами потерь трения и иными помехами сил, включая силу лобового сопротивления качению измерительного колеса 4, формирующих совокупную характеристику торможения измерительного колеса 4, учитываются тензометрической системой, за исключением силы трения во второй подшипниковой опоре 25, в которой совершает качания вспомогательная балка 24.

Предлагаемое устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромным покрытием работает следующим образом. Для выполнения измерений коэффициента сцепления компьютерный пульт управления и индикации 18 необходимо разместить в кабине буксировочного автомобиля, присоединить устройство к фаркопу буксировочного автомобиля, включить беспроводную связь или присоединить к соответствующим разъемам проводную (кабельную) связь от устройства к компьютерному пульту управления и индикации 18 в кабине автомобиля, включить компьютерный пульт управления и индикации 18, опустить рычажную подвеску 3 с измерительным колесом 4 на поверхность тестируемого аэродромного покрытия.

Компьютерный пульт управления и индикации 18 представляет собой переносный пульт, выполненный на базе бортового панельного компьютера с цветным сенсорным экраном, оснащен встроенным термопринтером, автономным источником питания и информационным разъемом для связи с устройством. Он предназначен для управления программными режимами измерения предлагаемого устройства, вычисления и визуализации измеренных и вычисленных текущих значений коэффициента сцепления, визуализации на электронной карте, занесенной в память компьютера, маршрута измерительных проездов устройства, формирования и долгосрочного хранения протоколов в виде цветных диаграмм, цветных графиков, протоколов, нанесенных на цифровую карту, и протоколов в табличном виде распределения измеренных значений коэффициента сцепления вдоль пройденного пути по тестируемому покрытию, а также формирования по некоторым правилам оперативной экспертной информации о результатах измерений, необходимой либо для вывода на печать на термопринтер, либо для передачи по GSM-каналу диспетчеру аэродрома для принятия им решения о безопасной посадке подлетающего воздушного судна.

Высокая точность непрерывного измерения продольной силы трения скольжения, касательной к пятну контакта пневматической шины измерительного колеса 4 с поверхностью аэродромных покрытий, а значит, и вычисления текущих значений коэффициента сцепления обуславливается предлагаемым в заявленном устройстве введением вспомогательной балки 24, вращающейся (качающейся) на второй подшипниковой опоре 25, консоли с тензодатчиком 16 и тяги 21 с шаровыми опорами 22, 23 на концах (см. фигуры 2, 3).

При прокатывании буксировкой рычажной подвески 3 измерительного колеса 4 под действием некоторой совокупной продольной силы трения, приложенной касательно к пятну контакта пневматика измерительного колеса 4 с покрытием, преодолевающая ее сила реакции воздействует через рычажную подвеску 3 измерительного колеса 4 и третью подшипниковую опору 26 на вспомогательную балку 24, стремясь повернуть ее вокруг оси второй подшипниковой опоры 25. Однако этому препятствует тяга 21 с шарнирными опорами 22 и 23 на ее концах, связывающая свободный конец консоли тензодатчика 16 со вспомогательной балкой 24, так как основание консоли жестко скреплено с несущей рамой 1. Таким образом, препятствуя повороту вспомогательной балки 24, тяга 21 передает реакцию силы трения, возникающей в пятне контакта, непосредственно на свободный конец консоли с тензодатчиком 16. Очевидно, что непосредственному измерению тензодатчиком 16 в предлагаемой конструкции устройства подлежат все силы, участвующие в формировании совокупной характеристики торможения измерительного колеса 4, кроме силы, обусловленной трением во второй подшипниковой опоре 25 вспомогательной балки 24, которое может быть сведено специальными мерами к минимально возможному значению.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается наилучшая точность измерения продольной совокупной силы трения скольжения измерительного колеса 4, определяемая способом встраивания тензометрической системы в механическую конструкцию заявляемого устройства.

Высокая точность измерения в предлагаемом устройстве поддерживается также высоким классом точности тензодатчика 16 консольной конструкции модели Мерадат К-14А класса точности С3 (с погрешностью менее 0,2%) в корпусе из нержавеющей стали, работающий в диапазоне температур от -50°С до +50°С, и высокоточного и термостабильного блока преобразования сигналов тензодатчика 17, а также компьютерным пультом управления и индикации 18, обеспечивающим программную поддержку высокой точности вычислений текущих значений коэффициента сцепления по данным измерений тензометрической системы и периодическую калибровку самой тензометрической системы.

Калибровка тензометрической системы, состоящей из тензодатчика 16 и блока преобразования сигнала тензодатчика 17 предлагаемого устройства, проводится специально разработанным калибровочным стендом под управлением компьютерного пульта управления и индикации 18 с помощью разработанного соответствующего методического, алгоритмического и программного обеспечения, а результаты калибровки заносятся в память компьютерного пульта управления и индикации 18 и затем используются при вычислении коэффициента сцепления в измерительных проездах предлагаемого устройства.

Таким образом, вышесказанное позволяет сделать вывод, что в заявляемом устройстве измерения коэффициента сцепления транспортных колес с аэродромным покрытием достигается технический результат, состоящий в повышении точности и стабильности результатов непрерывного измерения коэффициента сцепления измерительного колеса с покрытием взлетно-посадочной полосы.

Claims (1)

1. Устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромными покрытиями, содержащее несущую раму, опирающуюся на два несущих колеса, рычажную подвеску с измерительным колесом, рычаг с независимым грузом, пружинным амортизатором и демпфером, тормозной генератор, цепную передачу, датчик тока торможения, датчики угловых скоростей измерительного колеса и одного из несущих колес, управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока, нагрузочное сопротивление, тензометрическую систему, состоящую из последовательно соединенных тензодатчика и блока преобразования сигналов тензодатчика, компьютерный пульт управления и индикации и систему автоматического управления скольжением (торможением) измерительного колеса, на свободном конце рычажной подвески размещено вращающееся в подшипниках измерительное колесо, рычаг присоединен одним концом к основанию рычажной подвески измерительного колеса через посредство первой подшипниковой опоры, а другой конец рычага, на котором закреплен независимый груз, опирается через пружинный амортизатор с демпфером на свободный конец рычажной подвески измерительного колеса, в качестве тормозного генератора применена трехфазная синхронная электрическая машина с индуктором, трехфазная обмотка статора тормозного генератора соединена с силовыми входами управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока, к силовым выходам которого подключены последовательно соединенные датчик тока торможения и нагрузочное сопротивление, вместе образующие замкнутую цепь выпрямленного тока статора тормозного генератора, датчики угловых скоростей кинематически соединены соответственно с измерительным и одним из несущих колес, выход компьютерного пульта управления и индикации подключен к первому входу системы автоматического управления скольжением, а выходы датчиков угловых скоростей измерительного и одного из несущих колес и датчика тока торможения подключены соответственно к ее второму, третьему и четвертому входам, а также к первому, второму и третьему входам компьютерного пульта управления и индикации, выход системы автоматического управления скольжением соединен с управляющим входом управляемого трехфазного выпрямителя переменного тока, а выход блока преобразования сигналов тензодатчика подключен к четвертому входу компьютерного пульта управления и индикации, при этом в устройство также введены тяга с шаровыми опорами на концах и вспомогательная балка, скрепленная с несущей рамой посредством второй подшипниковой опоры, обеспечивающей одну степень свободы вращения вспомогательной балки в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы, основание рычажной подвески измерительного колеса присоединено к вспомогательной балке посредством третьей подшипниковой опоры, также обеспечивающей одну степень свободы вращения рычажной подвески в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы, тормозной генератор также установлен на вспомогательной балке, а его вал с закрепленной на нем ведомой звездочкой связан цепной передачей с ведущей звездочкой, скрепленной со ступицей измерительного колеса, причем тормозной генератор установлен на вспомогательной балке так, что ось вращения его вала совпадает с осью вращения рычажной подвески в третьей подшипниковой опоре, тензодатчик встроен в консоль, жестко закрепленную одним концом на несущей раме, а свободный конец консоли с тензодатчиком соединен со вспомогательной балкой посредством тяги с шаровыми опорами на концах так, что продольная ось тяги горизонтальна и лежит в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы.

Images