ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК G01M17/02 

Изобретение относится к приборам для измерения механических характеристик пневматических шин (выходные характеристики шин), определяющих их эксплуатационные параметры.

Известны приборы для измерения механических характеристик пневматических шин (Бухин Б.Л. Введение в механику пневматических шин. М. Химия, 1988, с. 137, рис. 6.11 и с. 198).

Недостатком таких типов приборов стендов является их сложность, громоздкость, дороговизна и выполнение измерений на одиночной шине, в связи с чем они находят применение в лабораторных исследованиях и на заводах изготовителях шин.

Одной из основных механических характеристик шины является ее жесткость, параметры которой предотвращают использование транспортным средством (автомобилем) конструктивных значений тяговых и тормозных усилий, управляемости, устойчивости и других факторов безопасности дорожного движения, а также топливной экономичности автотранспорта.

Полная жесткость шины С_общ. состоит из структурной составляющей С_стр. и пневматической составляющей С_пневм., т.е.

C_общ. С_стр. + С_пневм.
Под воздействием факторов эксплуатации: износа протектора, разнашивания и старения каркаса, снижения или повышения давления воздуха, т.е. жесткость шины изменяется относительно ее первоначальных конструктивных параметров, что ухудшает эксплуатационные качества автомобиля, безопасность дорожного движения и др.

Однако в эксплуатации параметры жесткости шин определяют только по косвенному показателю величины пневматической составляющей проверкой давления воздуха с помощью шинного манометра. Других приборов для контроля общей жесткости шин, установленных на транспортных средствах, например автомобилях, на практике не применяется.

Для определения структурной жесткости шин и прогнозирования ее изменения, в научных исследованиях и в лабораториях заводов изготовителей используют графоаналитический метод и барабанные стенды с диаметром барабанов от 5 м и выше (Чуенко С.А. и Черняга И.М. Исследование структурной жесткости пневматических шин, в сб. Исследование механики пневматической шины. М. ЦНИИТЭнефтехим, 1988, с. 158-171).

На принципе изменения жесткости шины ее пневматической составляющей по величине отклонения давления воздуха от норматива, измеряемого без вскрытия вентиля, основано устройство по авт. св. СССР N 1315840, принятое в качестве прототипа заявляемого прибора.

Недостатком прототипа, препятствующим использованию его для определения общей жесткости, является то, что его центральная круглая опора контактирует с шиной только по центру ее беговой части, где на жесткость шины наибольшее влияние оказывает пневматическая составляющая.

Целью изобретения является каждодневное поддержание в эксплуатации жесткости шины на уровне значений нормативной жесткости, установленной заводом изготовителем для новой шины.

Возможность измерения жесткости шины в эксплуатации создает возможность и поддержания ее в нормируемых пределах путем целенаправленного изменения величины пневматической составляющей жесткости. Известно, что только поддержание нормативного давления воздуха в шине, требуемое всеми конструкциями по эксплуатации шин и транспортных средств с ними, совершенно не гарантирует получение параметров нормативной жесткости, т.е. выходных механических характеристик шин по данным заводов изготовителей.

Стабильность жесткости шины в пятне контакта с опорной поверхностью позволит обеспечивать и стабильность использования транспоpтным средством (автомобилем) конструктивных параметров тяговых и тормозных усилий, плавности хода и сопротивления качению, управляемости, устойчивости и других факторов, обеспечивающих безопасность, топливную экономичность и экологию автодорожного движения.

Для осуществления цели необходимо измерять величину напряженности в пятне контакта шины с опоpной поверхностью, создаваемой радиальной и меридиональной составляющими проекции осевого веса колеса на площадь контакта. Удельное значение этих сил, действующих на неизменную, независимо от фактического состояния шины, износа протектора, разношенности, давления воздуха и других факторов площадь пятна контакта, позволит получить сопоставимые значения удельной напряженности для однотипных шин.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью предлагаемого прибора возможно сопоставимое по однотипным шинам и техническим данным изготовителя выполнение:
формирование постоянного по площади пятна контакта шины с опорной поверхностью независимо от износа протектора, разношенности каркаса шины, давления воздуха, качества материалов, технологии изготовления шины и других факторов ее эксплуатации и производства;
раздельное и совместное измерение радиальной и меридиональной величин проекции осевого веса на колесо, на пятно контакта с опорной поверхностью;
автоматическое вычитание меньшей величины из большей и получение удельного значения жесткости шины данного типа;
доведение величины удельной жесткости шины до параметров, установленных заводом изготовителем для новой шины за счет изменения параметров пневматической составляющей полной жесткости шины;
конструктивное исполнение прибора предусматривает использование недефицитных материалов, средний класс точности изготовления и покупных изделий серийного выпуска, что обеспечивает низкую стоимость и возможность массового применения прибора на уровне автотранспортных предприятий;
все виды измерений выполняются прибором в автоматическом режиме за время перекатывания через него колес транспортного средства со скоростью 2-5 км/ч, что обеспечивает возможность массовых измерений.

На фиг. 1 изображен предлагаемый прибор для определения жесткости пневматической шины, две проекции; на фиг. 2 схема работы прибора.

Прибор содержит направляющую плиту 1 качения колеса; приямок 2 для монтажа прибора; площадки 3 опор по продольной оси эллипса пятна контакта колеса с поверхностью качения; площадку 4 опоры по поперечной оси эллипса пятна контакта колеса с поверхностью качения; двуплечие рычаги 5 с опорами и тягами; нажимную площадку 6 нижней диафрагмы гидравлического измерителя веса (месдозы); гидравлический измеритель веса 7 двухстороннего действия (месдоза); стойку 8 продольных опорных площадок; регулируемый ограничитель хода 9; гидротрубопровод 10, показывающий и фиксирующий прибор 11 и стойку 12 поперечной опорной площадки; колесо движется по стрелке А.

На фиг. 2 приведены следующие обозначения: Р_о осевой вес на колесо; Р_р радиальная составляющая осевого веса; Р_м меридиональная составляющая осевого веса; А направление движения колеса; Б, В, Г позиции перемещения колеса по прибору.

Прибор работает следующим образом.

Прибор в комплекте (2 шт. ) с показывающим блоком манометров (2 шт.) монтируют на контрольно-техническом пункте автотранспортного предприятия или на техпункте поста ГАИ при выездах на автомагистрали, размещая поперек к оси проезда осмотровой канавы или эстакады на плитах, направляющих движение колес, в приямке, а показывающий прибор в зоне видимости водителя, механика КТП или инспектора ГАИ.

Двигаясь по стрелке А (фиг. 2"б") колесо наезжает на площадку 3 продольной оси эллипса пятна контакта с опорной поверхностью, при этом осевой вес Р_о распределяется на радиальную составляющую Р_р, действующую на обрез направляющей плиты 1 и меридиональную составляющую Р_м, действующую на площадку продольной оси контакта. При этом сила Р_р воспринимается обрезом направляющей плиты, а сила Р_м через правую половину площадки 3, стойку 8, двухплечие рычаги 5 и площадку 6 воздействует на нажимную площадку нижней диафрагмы (поршня) гидравлического измерителя (месдозы), создавая удельное давление, пропорциональное площади диафрагмы и силе Р_м, которое фиксируется показывающим прибором манометром 11 с фиксаторами показаний стрелки.

При дальнейшем перемещении колеса по стрелке А (фиг. 2"В") сила Р_р воздействует на площадку 3 продольной оси пятна контакта, а сила Р_м на площадку 4 поперечной оси пятна контакта и через стойку 12 на верхнюю диафрагму (поршень) гидравлического измерителя веса (месдозы) 7.

Перемещение колеса в позицию 1 создает раскладку сил, когда на центральную площадку 4 опор поперечной оси пятна контакта воздействует нормально направленная (вертикально к опорной поверхности) радиальная сила осевого веса Р_р, от действия которой шина на опоре 4 проседает, а действующие по обе стороны ее силы меридиональной составляющей Р_м воздействуют на боковые площадки 3 продольной оси пятна контакта.

Поскольку радиальная сила Р_р и меридиональная сила Р_м, составляющие совместно силу осевого веса Р_о, воздействуют на одинаковую площадь поршней (диафрагм) жидкостного измерителя веса, но с помощью кинематических связей с противоположных сторон, то могут быть случаи когда:
Р_р > Р_м; Р_р Р_м; Р_р < Р_м.

В любых случаях меньшая сила будет автоматически вычитаться из большей и показывающий прибор манометр будет показывать их удельное значение, фиксируя удельную напряженность контакта на площадке 3 продольной оси контакта и площадке 4 поперечной оси контакта.

По величине и соотношению этих значений удельной напряженности в зонах контакта шины с опорной поверхностью можно судить о степени влияния на общую жесткость шины С_общ. структурной составляющей С_стр. и пневматической составляющей С_пневм. При воздействии на последнюю изменением давления воздуха в шине, оказывается возможным поддерживать в эксплуатации общую жесткость шины на уровне нормативных данных завода изготовителя по механическим характеристикам для новых шин той же модели.

Использование прибора будет содействовать повышению безопасности, экономичности и экологии движения средств транспорта на пневматических шинах.

Использование: для измерения механических характеристик пневматических автомобильных шин. Сущность: пятно контакта шины воздействует одновременно на центральную опорную площадку 4, опирающуюся на верхнюю диафрагму измерителя веса 7, и периферийные площадки 3, воздействующие на нижнюю диафрагму измерителя веса. В результате прибор показывает разницу давлений. 2 ил.

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ, содержащий направляющую плиту, центральную и периферийную опорные площадки, последняя из которых кинематически связана через гидравлический измеритель веса с показывающим прибором, отличающийся тем, что корпус измерителя веса прикреплен к направляющей плите посредством снабженных тяг, центральная площадка, ориентированная по поперечной оси пятна контакта испытуемого колеса, выполнена опирающейся на верхнюю диафрагму измерителя веса посредством стойки, снабженной ограничителем ее хода по вертикали, а периферийная площадка, составленная из гибких элементов в виде диафрагм или мембран, ориентированная по продольной оси пятна контакта испытуемого колеса, выполнена опирающейся на нижнюю диафрагму измерителя веса посредством снабженной нажимной площадки через двуплечие рычаги с опорами.