УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2002 года по МПК E01C23/01 E01C23/07 

Изобретение относится к устройствам для измерения профиля дорожного покрытия с помощью пневматических средств и предназначено для установки на раме безрессорного прицепа транспортного средства при дорожных испытаниях. Измеренные значения профиля (неровности) дорожного покрытия используются для расчета механических воздействий при проектировании транспортных средств.

Известны устройства для измерения микрошероховатости и шероховатости дорожного покрытия, основанные на контактном методе измерений, включающие камеру с рабочим телом, контактирующим с дорожным покрытием и индикатор перемещений рабочего тела (см. а.с. 1073361, кл. Е 01 С 23/07, 05.01.83 г. [1]; а.с. 1250606, кл. Е 01 С 23/07, 24.12.84 г. [2]; а.с. 4198073, кл. Е 01 С 23/07, 23.02.87 г. [3]).

При дорожных испытаниях транспортных средств в реальных условиях (бездорожье, грунтовые дороги, булыжные шоссе и др.) необходимо бесконтактное измерение профиля дорожного покрытия.

Известно пневматическое измерительное устройство для контроля взаимного расположения поверхностей, содержащее корпус с базирующими элементами, две подвески, установленные в корпусе на двух пружинных параллелограммах, две пары сильфонов, размещенных в корпусе оппозитно. Ближние концы сильфонов в каждой паре жестко соединены с корпусом. Другие их торцы соединены с подвеской. Устройство содержит также две пары сопл, размещенных в соответствующих базирующих элементах и подключенных к соответствующим сильфонам и индикатор, входы которого соединены с соответствующими подвесками тела (см. патент RU 2039927, М. Кл. G 01 B 13/02, 20.07.95 г.) [4].

Известное устройство решает задачу повышения точности измерения за счет исключения погрешности базирования и расширения диапазона измерений при контроле взаимного расположения поверхностей и не может быть использовано для определения профиля дорожного покрытия.

Известно устройство для определения ровности дорожного покрытия бесконтактным способом (см. а.с. 382916, М. Кл. G 01 B 7/34, 23.05.73 г.) [5].

Устройство содержит пневматический упругий элемент, инерционное тело и датчик перемещения инерционного тела. С целью уменьшения габаритов и повышения надежности в работе, упругий элемент выполнен в виде установленного на раме базовой машины резервуара со сжатым газом, взаимодействующим через диафрагму, установленную в резервуаре, и дроссель с инерционным телом в виде столба ртути, взаимодействующим с электродом датчика перемещения. Инерционное тело и диафрагменный пневматический элемент образуют низкочастотный колебательный контур.

Недостатком устройства-прототипа является использование ртути в качестве инерционного тела. При дорожных испытаниях токсичные пары ртути попадают в атмосферу, что приводит к экологической опасности эксплуатации устройства. Кроме того, известное устройство имеет диафрагменный упругий элемент, для обеспечения свободного хода которого, например, W=±50 мм, рабочий диаметр диафрагмы d_д должен быть не менее 100 мм, что приводит к увеличению габаритов резервуара и устройства в целом.

Указанные недостатки устранены в заявляемом пневматическом устройстве для определения профиля дорожного покрытия.

Техническим результатом изобретения является обеспечение экологической безопасности эксплуатации устройства за счет исключения использования ртути в качестве инерционного тела низкочастотного колебательного контура и уменьшение массогабаритных размеров устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения профиля дорожного покрытия содержит резервуар, снабженный штуцером для заправки сжатым газом, установленный на раме безрессорного прицепа, и инерционное тело, взаимодействующее с датчиком перемещений инерционного тела.

Согласно изобретению на резервуаре установлены по крайней мере два последовательно расположенных и соединенных между собой опорными кольцами сильфона и фланец, расположенный на верхнем сильфоне, установленные в направляющем стакане. В верхней части направляющего стакана выполнены продольные пазы. Инерционное тело имеет форму полого цилиндра, охватывающего направляющий стакан и соединенного с фланцем поводками, проходящими через продольные пазы направляющего стакана.

Другое отличие состоит в том, что резервуар имеет дополнительную емкость, соединенную с ним трубопроводом.

Другое отличие состоит в том, что направляющий стакан снабжен упругими демпферами, ограничивающими продольное перемещение инерционного тела.

На чертеже приведена конструктивная схема устройства для определения профиля дорожного покрытия.

На резервуар 1 установлен направляющий стакан 2, внутри которого помещены последовательно расположенные сильфоны 3 из резинокордных или металлических материалов и соединенны между собой опорными кольцами 4. На верхнем сильфоне расположен фланец 5. На направляющем стакане 2 установлены упругие демпферы 6, ограничивающие продольную деформацию сильфонов 3 при перемещении в направляющем стакане 2. В верхней части направляющего стакана выполнены продольные пазы α.

Инерционное тело выполнено в форме полого цилиндра 7, охватывающего направляющий стакан 2 и соединенного с фланцем 5 поводками 8, проходящими через продольные пазы α в направляющем стакане 2. Полый цилиндр 7 связан с датчиком перемещений 9 инерционного тела. На резервуаре 1 расположен цилиндр 10 для заправки сжатым газом.

Система резервуар 1 со сжатым газом, сильфоны 3 с опорными кольцами 4, помещенные в стакан 2, образуют упругий элемент.

Резервуар 1 трубопроводом 11 соединен с дополнительной емкостью 12 сжатого газа и размещен на раме безрессорного прицепа 13.

Система резервуар 1, емкость 12, сильфоны 3 и полый цилиндр 7 представляет собой низкочастотный колебательный контур (частота собственных колебаний не более 0,5 Гц, потребный свободный ход W=±50 мм).

При движении прицепа 13 по неровностям дороги он совершает вертикальные перемещения с частотой, которая определяется скоростью V движения и профилем дороги. Вместе с прицепом 13 совершает вертикальные перемещения резервуар 1, стакан 2, демпферы 6, датчик перемещений 9, штуцер 10, трубопровод 11 и дополнительная емкость 12. Опирающееся на упругий элемент инерционное тело - полый цилиндр 7 и фланец 5 будут сохранять постоянный уровень в пространстве, образующий линию отсечения, так как частота колебаний прицепа 13 значительно больше частоты колебаний инерционного тела на упругом элементе. При движении полого цилиндра 7 относительно стакана 2 происходит деформация сильфонов 3 и перемещение ползуна датчика перемещений 9, эквивалентное высоте неровностей дороги. Электрический сигнал датчика записывается, например, на шлейфном осциллографе. Для замера колебаний кузова устройство устанавливается на пол кузова.

Необходимая частота собственных колебаний и размеры устройства обеспечиваются за счет выбора объема сжатого газа V_г, длины пневматической пружины b и рабочей площади сильфона S.

Пусть диаметр сильфона d=48 мм (S=18,08 см²), частота собственных колебаний f₀=0,5 Гц.

Частота собственных колебаний

где P_а0 - абсолютное давление сжатого газа,
P_u0 - избыточное давление сжатого газа,
γ=1,3 - показатель политропы,
g=9,81 м/с² - ускорение силы тяжести.

Принимая P_u0=0,6 бар и P_a0=1+р_u0=1,6 бар (такое давление обеспечивается любым пневматическим насосом), получим
b=3,45 м; V_г=b•S=6,24 л,
масса инерционного тела m=10,85 кг, что легко реализуется. Для сравнения:
устройство-прототип имеет диафрагменный упругий элемент, для обеспечения свободного хода W=±50 мм рабочий диаметр диафрагмы должен быть не менее d_д= 100 мм.

Соответственно площадь диафрагмы S_д=78,5 см², объем упругого элемента V_гд=S_дb=271 л, масса инерционного тела m_д=47,1 кг.

Экологическая безопасность эксплуатации обеспечивается за счет замены токсичной ртути полым цилиндром 7.

Наличие опорных колец 4 и фланца 5 обеспечивает устойчивость системы сильфонов 3 большой длины и небольшого диаметра, что, как показано выше, в свою очередь позволяет использовать резервуар небольшого объема и размеров.

Телескопическое расположение системы сильфонов 3, направляющего стакана 2 и полого цилиндра 7 также приводит к уменьшению размеров и массы устройства.

Использование дополнительной емкости сжатого газа, соединенной с резервуаром 1 трубопроводом позволяет минимизировать объем резервуара 1, что также способствует уменьшению габаритов устройства.

Источники информации
1. А.с. 1073361, кл. Е 01 С 23/07, 05.01.83 г.

2. А.с. 1250606, кл. Е 01 С 23/07, 24.12.84 г.

3. А.с. 4198073, кл. Е 01 С 23/07, 23.02.87 г.

4. Патент RU 2039927, кл. G 01 B 13/02, 20.07.95 г.

5. А.с. 382916, кл. G 01 B 7/34, 23.05.73 г. - прототип.

Изобретение предназначено для определения профиля дорожного покрытия при дорожных испытаниях. Устройство содержит резервуар (1) со сжатым газом, установленный на раме (13), инерционное тело (7) и датчик перемещений (9), взаимодействующий с инерционным телом. На резервуаре (1) установлен направляющий стакан (2), внутри которого расположены сильфоны (3), соединенные между собой опорными кольцами (4). Верхний сильфон снабжен фланцем (5). В верхней части направляющего стакана выполнены продольные пазы. Инерционное тело выполнено в форме полого цилиндра (7), охватывающего направляющий стакан (2) и соединенного с фланцем (5) упругого элемента поводками (8), проходящими через продольные пазы в направляющем стакане. Технический результат: уменьшение массогабаритных характеристик. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для определения профиля дорожного покрытия, содержащее резервуар, снабженный штуцером для заправки сжатым газом, установленный на раме безрессорного прицепа, и инерционное тело, взаимодействующее с датчиком перемещений инерционного тела, отличающееся тем, что на резервуаре установлены, по крайней мере, два последовательно расположенных и соединенных между собой опорными кольцами сильфона и фланец, расположенный на верхнем сильфоне, установленные в направляющем стакане, в верхней части которого выполнены продольные пазы, а инерционное тело имеет форму полого цилиндра, охватывающего направляющий стакан и соединенного с фланцем поводками, проходящими через пазы направляющего стакана. 2. Устройство для определения профиля дорожного покрытия по п. 1, отличающееся тем, что резервуар снабжен дополнительной емкостью, соединенной с ним трубопроводом. 3. Устройство для определения профиля дорожного покрытия по п. 1, отличающееся тем, что направляющий стакан снабжен упругими демпферами, ограничивающими перемещение инерционного тела.