СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ КАЧЕНИЮ КОЛЕСА С ЭЛАСТИЧНОЙ ШИНОЙ НА БАРАБАННОМ СТЕНДЕ МЕТОДОМ ВЫБЕГА Российский патент 2000 года по МПК G01M17/02 

Техническое решение относится к области испытаний шин транспортных средств и может быть использовано для определения сопротивления качению шин в лабораторных условиях на барабанных стендах методом выбега (затухающего движения по инерции).

Известны способы определения сопротивлений качению колес с эластичными шинами на барабанных стендах методом выбега [1, 2], при которых определяют моменты инерции бегового барабана стенда и связанных с ним вращающихся деталей его привода, а также моменты инерции колеса (колес) с испытываемыми шинами, затем устанавливают испытываемую шину (шины) на стенд, прижимают ее к барабану нормальной силой, создают в шине требуемые внутреннее давление и температуру и разгоняют систему "стенд-шина" до установленной скорости, после чего выключают силовой привод стенда (например, отключением электродвигателя стенда как от сети, так и от систем электродинамического торможения).

Общей особенностью всех известных способов такого рода является определение замедления системы "стенд-шина" при свободном выбеге, по величине которого, умноженной на приведенный момент инерции системы, судят о сопротивлениях ее движению. Далее производят выбег барабана стенда с приводом при выведенной из контакта с ним шине и определяют потери привода стенда, вычитая которые из ранее полученных сопротивлений движению системы "стенд-шина", получают собственно сопротивление качению шины по барабану. В свою очередь, замедление при свободном затухающем движении стенда в известных способах определяют по отношению ΔV принятого интервала снижения скорости качения шины по барабану к величине Δt интервала времени, в течение которого это снижение происходит. Поскольку скорость, как известно, прямым измерениям не поддается, требуя дополнительных измерений пути S и приближенных вычислений по формуле V = ΔS/Δt, это является источником значительных погрешностей определения сопротивлений качению. Существенным недостатком известных разновидностей метода выбега применительно к барабанным стендам является и то, что в интервале ΔV снижения скорости его принимают линейно зависящим от времени, хотя в действительности соответствующая зависимость существенно нелинейна. Это вносит значительные погрешности в определяемые величины замедления j, которые полагают равными j = ΔV/Δt.
Известен также способ определения сопротивления движению колеса с автомобильной шиной методом выбега [3], взятый за прототип, в котором измерение интервала времени, в течение которого происходит снижение скорости на величину ΔV, производят секундомером, включение и выключение которого на границах периода производится прерыванием светового луча, попадающего на светоприемник, для чего на стрелку прибора - указателя скорости устанавливают экран для углового перекрытия луча, соответствующего величине ΔV, отслеживаемой стрелкой прибора - указателя скорости.

Основным недостатком указанного способа является уже отмечавшаяся выше необходимость измерять значения скорости качения шин по барабану, а также погрешности измерения интервала ΔV, связанные с ошибками взаимного положения источника светового луча и экрана, перекрывающего зону ΔV. Кроме того, каждое из описанных измерений должно производиться для каждого из выбранных значений скорости качения шины по барабану. В совокупности перечисленные источники погрешностей существенным образом снижают точность измерений сопротивлений качению, представляющих собой малые величины, проявляющиеся в условиях больших значений нормальных нагрузок на шину.

Решаемой задачей является повышение точности и чувствительности способа за счет исключения необходимости измерять скорость качения, как источника целой группы погрешностей измерений.

Для решения указанной задачи на барабане стенда устанавливают по меньшей мере одну метку, на неподвижной части стенда закрепляют реагирующий на нее датчик оборотов, по сигналам которого производятся отметки значений времени, соединяют датчик оборотов с прибором, регистрирующим количества оборотов и соответствующие значения времени, а о величине сопротивлений качению судят по соотношениям между числами оборотов барабана, совершенных от некоторого мгновенного значения времени до остановки, и значениями времени их совершения, причем для измерения чисел оборотов барабана и соответствующего времени выбега используют одни и те же сигналы датчика.

В случае, если количество меток на барабане ограничивается одной-двумя, то в соотношения между числами оборотов барабана и соответствующими значениями времени выбега группируют попарно и используют отношения разностей чисел оборотов барабана между каждыми двумя значениями времени.

На фиг. 1 показана схема установки датчика, метки в виде катафота и регистрирующего прибора на барабанном шиноиспытательном стенде.

На фиг.2 показана схема регистрации параметров выбега.

На фиг. 3 - то же, для случая попарного группирования соотношения чисел оборотов барабана и соответствующих значений времени выбега.

Способ определения сопротивлений качению колеса с эластичной шиной осуществляется следующим образом. На барабане 1 стенда (фиг. 1), на котором испытывается шина 2, устанавливают по меньшей мере одну метку 3, в качестве которой может служить фрагмент световозвращающей ленты или катафот ограниченных размеров, а на неподвижной части стенда закрепляют реагирующий на такую метку датчик оборотов 4, в качестве которого используют, например, фотоэлектрический датчик видимого красного или инфракрасного излучения. Датчик 4 соединяют с регистрирующим прибором 5, имеющим счетчик оборотов и управляющую встроенную программу отбора в память значений времени, с помощью которой задают интервалы Δz чисел оборотов для записи значений времени t_i (фиг. 2).

Шину 2 (фиг. 1) нагружают требуемой нормальной нагрузкой G, устанавливают в ней необходимое внутреннее давление, прогревают ее до заданного температурного режима и выводят стенд на максимальную скорость выбега, после чего выключают силовой привод стенда и его электрические и иные тормозные устройства. С помощью встроенной программы в приборе устанавливают интервал оборотов для записи значений времени t₁, t₂,...t_i,...t_n кривой выбега z= f(t). В режиме свободного затухающего движения по инерции по сигналам датчика 3 (фиг. 1) в соответствии с измерительной схемой фиг.2 производят отметки значений времени, и в память регистрирующего прибора 5 вводят соответствующие значения чисел оборотов барабана z.

Точность измерения значений времени выбега t₁, t₂,...t_i, обеспечивают в пределах не ниже, чем ± 50 μc. Полученные экспериментальные данные передают на компьютер для обработки по алгоритму, в котором о величинах сопротивлений судят, используя соотношения между числами оборотов барабана, совершенными от некоторого мгновенного значения времени до остановки, и значениями остаточного времени выбега, равного
T=t_n-t_i, (фиг.2), (1)
т.е. времени от заданного мгновения до остановки барабана.

В этом случае вторым интегралом уравнения выбега системы стенд-шина:

в котором δ - коэффициент вращающихся масс,
g - ускорение силы тяжести,
а, с - параметры сопротивлений выбегу системы стенд-шина,

является

в формуле (3) и далее R - радиус барабана стенда.

Коэффициент вращающихся масс δ находят по формуле

где J - приведенный момент инерции вращающихся масс стенда,
J_w - момент инерции колеса с шиной,
r - радиус качения шины,
G - нормальная нагрузка на шину.

Формула (4), отражающая описанный способ измерений, напрямую связывает значения пути выбега, выраженного в числах оборотов барабана z, и остаточного времени выбега Т, не вызывая необходимости определять скорость движения или ускорение (замедление). Этим достигается поставленная в заявке цель.

Действительно, каждая пара соотношений "обороты-время" вида (1) - на фиг.2 показана только одна такая пара - дает систему уравнений с одним неизвестным В, которая приводится к уравнению

в котором σ = z₁/z₂.
Найдя из формулы (6) параметр В, определяют коэффициент с сопротивления движению по зависимости

после чего с помощью соотношения (3) находят параметр а:

Далее выводят шину из контакта с барабаном и производят выбеги барабана и привода стенда по аналогичной программе с целью определения параметров потерь холостого хода d₀ и с_b, которые вычисляют соответственно по формулам (8) и (7), для частного случая, при котором коэффициент вращающихся масс δ приводится к виду

В результате получают зависимость коэффициента f сопротивления качению шины от скорости при данных нормальной нагрузке и внутреннем давлении
f=f₀+K_fV², (10)
где
f₀=a-d₀, (11)
k_r=c-c_b. (12)
В случае использования только одной-двух меток на барабане снижение точности измерений количества оборотов компенсируют, группируя полученные соотношения между z и Т попарно в разности вида z_i-Z_j и приравнивая их друг другу, что дает

где

В этом случае измерения ведут по схеме, показанной на фиг.3, а коэффициент с определяют по зависимости

и затем коэффициент a - по формуле (8).

Аналогично представляют зависимости для параметров сопротивлений холостого хода стенда d₀ и c_b, используя в них для определения коэффициента вращающихся масс соотношение (9), после чего находят зависимость коэффициента сопротивления качению от скорости вида (10).

Способ может применяться для определения параметров качества шинной продукции по параметру сопротивления качению в лабораториях заводов-изготовителей шин и автомобилей с использованием имеющихся там барабанных стендов, тем самым исключая необходимость в создании специальных стендов для измерений сопротивлений качению шин.

Источники информации
1. В.Л.Бидерман, Р.Л.Туслицер и др. Автомобильные шины (конструкция, расчет, испытание, эксплуатация). - М.: Госхимиздат,1963, с. 303-304.

2. Стандарт ISO 8767:1992 (E). Passenger car tyres - Methods of measuring rolling resistance (Шины легковых автомобилей. Методы измерения сопротивления качению).

3. В.И.Новопольский. Измерение потерь на качение. Труды НИИ шинной промышленности. Сборник 3. - М.: Госхимиздат, 1957, с. 122.

Изобретение относится к области испытания шин транспортных средств. На барабане стенда устанавливают по меньшей мере одну метку. На неподвижной части стенда закрепляют реагирующий на нее датчик оборотов, по сигналам которого производятся отметки значений времени, и соединяют его с регистрирующим прибором. О величине сопротивлений качению судят по соотношениям между числами оборотов барабана, совершенных от некоторого мгновенного значения времени до остановки, и значениями времени их совершения. Для измерения чисел оборотов барабана и соответствующего времени выбега используют одни и те же сигналы датчика. В результате повышается точность измерений. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения сопротивлений качению колеса с эластичной шиной на барабанном стенде методом выбега, отличающийся тем, что на барабане стенда устанавливают по меньшей мере одну метку, на неподвижной части стенда закрепляют реагирующий на нее датчик оборотов, по сигналам которого производятся отметки значений времени, и соединяют его с регистрирующим прибором, а о величине сопротивлений качению судят по соотношениям между числами оборотов барабана, совершенных от некоторого мгновенного значения времени до остановки, и значениями времени их совершения, причем для измерения чисел оборотов барабана и соответствующего времени выбега используют одни и те же сигналы датчика. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соотношений между числами оборотов барабана и соответствующими значениями времени выбега используют отношения разностей чисел оборотов барабана между двумя значениями времени.