УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШИН Российский патент 2005 года по МПК B60C23/20 G01K7/16 

Устройство относится к автоматизированному контролю элементов устройств нерельсового транспорта, а именно к автомобилям различных типов и назначения, различным устройствам на автомобильном шасси (строительным машинам, грузоподъемным машинам и т.д.), а также к авиационно-космической технике (воздушным судам, многоразовым транспортным космическим кораблям, аэрокосмическим самолетам и т.д. на этапе их взлета и посадки).

Известен датчик для измерения температуры шин в процессе движения по А.С. СССР №322658, МКИ G 01 K 7/16, содержащий корпус, выполненный в виде соосно расположенных цилиндра с диском, в пазах которого с помощью съемной крышки закреплен выводами микротерморезистор, вставленный в медицинскую иглу, запаянную с конца и спаянную с корпусом, в пазах которого выводы микротерморезистора закреплены с помощью съемной крышки. Датчик снабжен в цилиндрической части винтовой нарезкой для вворачивания его непосредственно в тело шины. Этот датчик обеспечивает измерение температуры шин в процессе движения.

Основным недостатком датчика для измерения температуры шин по А.С. СССР №322658 является низкая надежность, обусловленная механическим токосъемом показаний микротерморезистора при передаче их на бортовой измерительный прибор.

Известно также устройство для контроля шин по А.С. СССР №1080184, 5 МПК G 08 G 1/09, которое принято в качестве ближайшего аналога, содержащее два ряда магнитопроводов, размещенных по периметру шины симметрично относительно друг друга, причем один ряд магнитопроводов выполнен из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри, равной допустимой температуре нагрева шины, а магнитопроводы второго ряда являются эталонными и выполнены из ферромагнитного материала с точкой Кюри, превышающей предельно допустимую температуру нагрева шины, два электромагнитных датчика, размещенных неподвижно на элементах конструкции нерельсового транспортного средства напротив магнитопроводов каждого ряда, два усилителя-формирователя, входы которых соединены с выходами электромагнитных датчиков, а выходы подключены к первому и второму выходам элемента И-НЕ, выход которого подключен к блоку индикации.

Когда температура шины и размещенных в ней магнитопроводов достигнет значения точки Кюри ферромагнитного материала магнитопроводов первого ряда, они теряют свои ферромагнитные свойства и при движении нерельсового транспортного средства перестают возбуждать импульсы в электромагнитном датчике, установленном напротив магнитопроводов этого ряда. В результате чего импульсы с входа этого электромагнитного датчика перестают поступать на один из входов элемента И-НЕ, в то время как эталонные магнитопроводы возбуждают в своем электромагнитном датчике сигналы, поступающие на второй вход элемента И-НЕ. Это приводит к появлению сигнала на выходе элемента И-НЕ, который затем поступает на вход блока индикации, вырабатывающего сигнал о перегреве шины. В случае попадания в шину посторонних металлических предметов в одном из электромагнитных датчиков возникает дополнительный импульс при каждом обороте колеса, проходящий через соответствующий усилитель-формирователь и элемент И-НЕ на вход блока индикации. Блок индикации выполнен так, что способен различать указанные сигналы, а следовательно, идентифицировать тип аварийной ситуации.

Основным недостатком устройства по А.С. №1080184 является то, что оно по своей сути является неконтролируемым устройством, поэтому возникающие в нем отказы проявляются после стоянки только в процессе движения и могут привести к формированию ложного сигнала о возникновении аварийной ситуации или, наоборот, - к пропуску аварийного сигнала.

С учетом вышеизложенного устройство для контроля шин по А.С. №1080184 обладает недостаточно высокой надежностью, что также не обеспечивает высокого уровня безопасности нерельсового транспортного средства в процессе движения.

Перед устройством поставлена задача: повысить надежность устройства для контроля шин и безопасность нерельсового транспортного средства в процессе движения за счет придания устройству для контроля шин свойства контролепригодности, что позволяет проконтролировать работоспособность этого устройства до начала движения.

Для решения поставленной задачи в устройство для контроля шин, содержащее магнитопроводы, установленные в шине равномерно по ее окружности не менее чем в два ряда и размещенные симметрично относительно друг друга, причем магнитопроводы одного из рядов выполнены из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри, равной предельно допустимой температуре нагрева шины, магнитпроводы второго ряда являются эталонными и выполнены из ферромагнитного материала с точкой Кюри, превышающей предельно допустимую температуру нагрева шины, а напротив магнитопроводов каждого из рядов на элементах конструкции нерельсового транспортного средства на некотором расстоянии от шины установлены электромагнитные датчики, при этом выход каждого электромагнитного датчика через усилитель-формирователь подключен к одному из входов элемента И-НЕ, выход которого соединен с блоком индикации, на каждом электромагнитном датчике размещена дополнительная обмотка, которая через соответствующий выключатель подключена к выходу генератора импульсов, при этом вход генератора импульсов является входом устройства.

Магнитопроводы могут быть установлены в шину под протектором.

Введенный в состав устройства генератор импульсов, подключенный к электропитанию до начала движения нерельсового транспортного средства через обмотки, нанесенные на электромагнитные датчики, возбуждает в последних электромагнитные импульсы, аналогичные тем, которые возбуждаются в них магнитопроводами шин при вращении колеса, и указанные импульсы через усилители-формирователи поступают на первый и второй выходы элемента И-НЕ, имитируя работу устройства перед началом движения нерельсового транспортного средства. Так, отключение от генератора импульсов обмотки, нанесенной на электромагнитный датчик, расположенный напротив установленных в шине магнитопроводов с заданной точкой Кюри, позволяет до начала движения имитировать перегрев шины. Аналогичным образом отключение от генератора импульсов обмотки, нанесенной на электромагнитный датчик, размещенный напротив установленных в шине эталонных магнитопроводов, сохраняющих свои ферромагнитные свойства при нагреве шины до предельно допустимой температуры, позволяет до начала движения имитировать разрушение шины в местах установки эталонных магнитопроводов.

Кроме того, варьируя частотой импульсов, вырабатываемых генератором импульсов, при попеременном отключении от него обмоток, нанесенных на электромагнитные датчики, можно имитировать работу устройства при попадании в шину посторонних металлических предметов.

Таким образом, формируя с помощью генератора импульсов и выключателей тестовых сигналов, подаваемых на обмотки, нанесенные на электромагнитные датчики, представляется возможным до начала движения проверить все тракты прохождения сигналов в устройстве при его функционировании в штатном режиме, а также при возникновении ряда типовых аварийных ситуаций. Это позволяет убедиться в исправности устройства или принять необходимые меры по восстановлению его работоспособности до начала движения, что исключает движение нерельсового транспортного средства с неисправным устройством для контроля шин и существенно повышает его надежность и безопасность нерельсового транспортного средства в процессе движения.

Генератор тестовых (испытательных) импульсов выполнен в виде генератора коротких импульсов, например, в виде блокинг-генератора с регулируемой частотой импульсов, что позволяет устанавливать скоростной режим нерельсового транспортного средства. Вход генератора импульсов является входом устройства.

Параметры обмоток, нанесенных на электромагнитные датчики, подбираются таким образом, чтобы возбуждаемые этими обмотками сигналы на выходе электромагнитных датчиков были идентичны сигналам, которые возбуждаются в них магнитопроводами шины при вращении колеса.

Усилители-формирователи предназначены для усиления сигналов, поступающих с выходов электромагнитных датчиков и придания этим сигналам формы, удобной для функционирования логических элементов, входящих в состав устройства.

Техническим результатом изобретения является придание устройству для контроля шин свойства контролепригодности, благодаря которому осуществляется проверка работоспособности устройства и перед началом движения, что обеспечивает повышение надежности устройства и безопасности нерельсового транспортного средства в процессе движения.

Этот результат достигается за счет введения в состав устройства элементов (генератора импульсов, дополнительных обмоток, нанесенных на электромагнитные датчики, и связи их с блоком индикации через выключатели), реализующих программу тестовых проверок устройства для контроля шин перед началом движения, что приводит к повышению надежности устройства и, в конечном счете, - к повышению безопасности движения нерельсового транспортного средства, на котором оно установлено.

На чертеже изображена блочная схема устройства для контроля шин.

Устройство для контроля шин содержит установленные в шине 1 равномерно по ее окружности не менее чем в два ряда магнитопроводы 2 и 3, размещенные симметрично относительно друг друга, причем магнитопроводы 2 одного из рядов выполнены из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри, равной предельно допустимой температуре нагрева шины 1, а магнитпроводы 3 второго ряда являются эталонными и выполнены из ферромагнитного материала с точкой Кюри, превышающей предельно допустимую температуру нагрева шины 1.

Напротив магнитопроводов 2 и 3 каждого из рядов на элементах конструкции нерельсового транспортного средства на некотором расстоянии от шины 1 установлены электромагнитные датчики 4 и 5, которые через усилители-формирователи 6 и 7 подключены соответственно к элементу И-НЕ 8 через входы 9 или 10. Блок индикации 11 соединен с выходом элемента И-НЕ 8. Генератор 12 импульсов подключен к дополнительным обмоткам 13 и 14, нанесенным на электромагнитные датчики 4 и 5 через выключатели 15 и 16. Вход генератора 12 импульсов является выходом устройства.

Таким образом, в заявленном устройстве конструктивно реализуется принцип проверки устройства для контроля шин 1 до начала движения, что приводит к повышению надежности самого устройства и безопасности нерельсового транспортного средства в процессе движения, на котором это устройство установлено.

Устройство работает следующим образом.

1. Перед началом движения.

1.1. Проверка работоспособности устройства в штатном режиме (при отсутствии аварийных ситуаций).

В исходном состоянии генератор 12 импульсов включен, выключатели 15 и 16 установлены в положение “Включено”.

При этой проверке импульсы с выхода генератора 12 импульсов поступают в обмотки 13 и 14, нанесенные на электромагнитные датчики 4 и 5, возбуждая в последних импульсы, которые через усилители-формирователи 6 и 7 синхронно поступают на входы 9 и 10 элемента И-НЕ 8, поэтому на его выходе сигнал отсутствует. В итоге сигнал на входе блока индикации 11 также будет отсутствовать, а на его выходе будет сформирован сигнал “Норма”.

Далее через вход устройства производится изменение частоты импульсов, вырабатываемых генератором 12 импульсов, в диапазоне, соответствующем различным скоростным режимам движения нерельсового транспортного средства. Если в этом случае на выходе блока индикации 11 также будет формироваться сигнал “Норма”, то делается вывод об исправности элементов 4, 5, 6, 7, входов 9 и 10 элемента И-НЕ 8, а также электрических цепей, образованных этими элементами:

4-6 - вход 9 элемента И-НЕ 8→блок индикации 11; 5→7→вход 10 элемента И-НЕ 8→блок индикации 11.

Данная проверка имитирует работу устройства для контроля шин в штатном режиме (при отсутствии аварийных ситуаций).

1.2. Проверка работоспособности устройства в режиме перегрева шины.

В исходном состоянии генератор 12 импульсов включен, выключатель 16 установлен в положение “Включено”, а выключатель 15 установлен в положение “Выключено”.

При этой проверке импульсы с выхода генератора 12 импульсов поступают на обмотку 14, нанесенную на электромагнитный датчик 5, расположенный напротив эталонных магнитопроводов 3, возбуждая в нем импульсы, которые через усилитель-формирователь 7 поступают на вход 10 элемента И-НЕ 8. На вход 9 этого элемента импульсы не поступают, поскольку отключение генератора 12 импульсов от обмотки 13, нанесенной на электромагнитный датчик 4, расположенный напротив магнитопроводов 2 с заданной точкой Кюри, имитирует перегрев шины (нагрев ее до точки Кюри и выше). Это приводит к возникновению на выходе элемента И-НЕ 8 сигнала, поступающего на блок индикации 11, в котором формируется аварийный сигнал “Перегрев шины”.

Далее через вход устройства производится изменение частоты импульсов, вырабатываемых генератором 12 импульсов, в диапазоне, соответствующем различным скоростным режимам движения нерельсового транспортного средства. Если в этом случае на выходе блока индикации 11 будет подтвержден аварийный сигнал “Перегрев шины”, то делается вывод об исправности элементов 5, 7, элемента И-НЕ 8 по входу 10, блока индикации 11, а также об исправности электрической цепи, образованной элементами 5→7 - вход 10 элемента И-НЕ 8, блок индикации 11.

Данная проверка имитирует работу устройства для контроля шин при ее перегреве выше допустимого значения.

1.3. Проверка работоспособности устройства при возникновении аварийной ситуации в виде попадания в шину посторонних металлических предметов.

При попадании в шину посторонних металлических предметов, способных вызвать потерю ее работоспособности, в одном из электромагнитных датчиков 4 или 5 в зависимости от места повреждения шины наряду с импульсами, возбуждаемыми ферромагнитными магнитопроводами 2 и 3, возникает импульс, вызванный этим предметом при каждом обороте колеса.

Если по периметру шины равномерно размещено N магнитопроводов в каждом ряду, то частота f импульсов, возбуждаемых магнитопроводами 2 и 3, будет в N раз меньше частоты f_п следования импульсов, возбуждаемых посторонним металлическим предметом, то есть

Если известны минимальное f_min и максимальное f_max значения частоты f соответствующие минимальному V_min и максимальному V_max значениям скорости нерельсового транспортного средства, то диапазон частот импульсов, возбуждаемых посторонним металлическим предметом, попавшим в шину, составит

Поэтому, собственно, проверка работоспособности устройства при попадании постороннего металлического предмета в шину проводится в два этапа и заключается в следующем:

1.3.1. Этап 1. Проверка работоспособности устройства при попадании посторонних металлических предметов в шину в область установки магнитопроводов с заданной точкой Кюри.

В исходном состоянии генератор 12 импульсов включен, выключатель 15 установлен в положение “Включено”, а выключатель 16 установлен в положение “Выключено”.

При этой проверке с помощью управляющего входа на выходе генератора 12 импульсов устанавливается значение частоты импульсов f_min/N, возбуждаемое в электромагнитном датчике 4 посторонним металлическим предметом, попавшим в шину, за один оборот колеса при минимальной скорости. Эти импульсы через усилитель-формирователь 6 поступают на вход 9 элемента И-НЕ 8, на вход 10 которого импульсы не поступают, поскольку выключатель 16 находится в положении “Выключено”. В результате чего на выходе элемента И-НЕ 8 формируется сигнал, поступающий на вход блока индикации 11, на выходе которого в этом случае формируется сигнал “Норма”.

Затем с помощью управляющего входа устройства производится плавное увеличение частоты импульсов генератора 12 до значения f_max/N. Тем самым имитируется работа устройства на всем диапазоне возможных скоростей движения нерельсового транспортного средства.

Если в ходе этой проверки на выходе блока индикации 11 формируется сигнал “Норма” на всем диапазоне имитируемых скоростей, то это позволяет судить о работоспособности устройства при попадании посторонних металлических предметов в шину в процессе движения нерельсового транспортного средства.

При этом также контролируется исправность следующей электрической цепи устройства: генератор 12→выключатель 15→электромагнитный датчик 4→усилитель-формирователь 6→вход 9 элемента И-НЕ 8→блок индикации 11.

1.3.2. Этап 2. Проверка работоспособности устройства при попадании посторонних металлических предметов в шину в область установки эталонных магнитопроводов.

В исходном состоянии генератор 12 включен, выключатель 16 установлен в положение “Включено”, а выключатель 15 установлен в положение “Выключено”.

При этой проверке с помощью управляющего входа на выходе генератора 12 импульсов устанавливается значение частоты импульсов f_min/N, возбуждаемое в электромагнитном датчике 5 посторонним металлическим предметом, попавшим в шину, за один оборот колеса при минимальной скорости. Эти импульсы через усилитель-формирователь 7 поступают на вход 10 элемента И-НЕ 8, на вход 9 которого импульсы не поступают, поскольку выключатель 15 находится в положении “Выключено”. В результате чего на выходе элемента И-НЕ 8 формируется сигнал, поступающий на вход блока индикации 11, на выходе которого в этом случае формируется сигнал “Норма”.

Затем с помощью управляющего входа устройства производится плавное увеличение частоты импульсов генератора 12 импульсов до значения f_max/N. Тем самым имитируется работа устройства на всем диапазоне возможных скоростей движения нерельсового транспортного средства.

Если в ходе этой проверки на выходе блока индикации 11 формируется сигнал “Норма” на всем диапазоне имитируемых скоростей, то это позволяет судить о работоспособности устройства при попадании посторонних металлических предметов в шину в процессе движения нерельсового транспортного средства.

При этом также контролируется исправность следующей электрической цепи устройства: генератор 12 импульсов→выключатель 16→электромагнитный датчик 5→усилитель-формирователь 7→вход 10 элемента И-НЕ 8→блок индикации 11.

Таким образом, после положительного исхода проверок, описанных в п.1.1, 1.2, 1.3, можно утверждать о работоспособности устройства перед началом движения. Тем самым существенно повышается надежность устройства в процессе последующего движения, а также достоверность его показаний.

Процедура проверок по п.1.1, 1.2, 1.3 в сумме занимает около одной минуты.

2. Работа устройства в процессе движения.

После выполнения проверок, изложенных в п.1, и получения информации об исправности устройства выключатели 15 и 16 переводятся в положение “Выключено”, что исключает подачу импульсов с генератора 12 импульсов на дополнительные обмотки 13 и 14 электромагнитных датчиков 4 и 5.

В результате чего нерельсовое транспортное средство готово к началу движения.

В дальнейшем при движении нерельсового транспортного средства, отсутствии в шине посторонних предметов и ее перегрева в основных обмотках электромагнитных датчиков 4 и 5 под воздействием ферромагнитных магнитопроводов 2 и 3, которые при вращении колеса периодически замыкают через себя магнитные потоки электромагнитных датчиков 4 и 5, возникают электрические импульсы, усиливаемые и формируемые усилителями-формирователями б и 7 импульсов и подаваемые на входы 9 и 10 элемента И-НЕ 8. Ввиду того, что ферромагнитные магнитопроводы 2 и 3 обоих рядов имеют одинаковую форму, размеры и установлены симметрично один относительно другого, электрические импульсы поступают на входы 9 и 10 элемента И-НЕ 8 синхронно, следовательно, на его выходе импульсы отсутствуют, поэтому аварийный сигнал на выходе блока индикации 11 также отсутствует.

При попадании в шину 1 посторонних металлических предметов, в том числе способных вызвать ее повреждение, в одном из датчиков 4 или 5 в зависимости от места повреждения шины наряду с импульсами, возбуждаемыми магнитопроводами 2 и 3, возникает импульс, вызванный посторонним предметом при каждом повороте колеса. Это приводит к появлению импульса на одном из входов 9 или 10 элемента И-НЕ 8, что, в свою очередь, приводит к появлению на выходе элемента И-НЕ 8 сигнала, который затем поступает на блок индикации 11, сигнализируя о возникновении аварийной ситуации.

При достижении шиной 1 предельно допустимой температуры, равной температуре точки Кюри магнитопроводов 2, последние теряют свои ферромагнитные свойства. При этом прекращается формирование импульсов в электромагнитном датчике 4. В то же время эталонные магнитопроводы 3 продолжают возбуждать в электромагнитном датчике 5 импульсы, которые через усилитель-формирователь 7 поступают на вход 10 элемента И-НЕ 8. Это приводит к появлению на выходе элемента И-НЕ 8 выходных импульсов, поступающих в блок индикации 11с частотой большей, чем в случае попадания в шину посторонних предметов. Так, если при попадании постороннего предмета в шину за один оборот колеса формируется только один импульс, то при перегреве шины за один оборот колеса с эталонных магнитопроводов 3 на один из входов элемента И-НЕ 8 подается число импульсов, равное числу N магнитопроводов 3, размещенных в ряде по окружности шины.

Блок индикации 11 выполнен так, что способен различать указанные сигналы, а следовательно, идентифицировать тип возникшей аварийной ситуации. По сигналам (световым, звуковым и т.д.) с блока индикации 11 водитель (пилот) принимает решение по ликвидации аварийной ситуации и предупреждению возникновения аварии.

После ликвидации аварийной ситуации и охлаждения шины совместно с магнитопроводами до температуры ниже точки Кюри и восстановления магнитопроводами 2 и 3 ферромагнитных свойств, извлечения из шины постороннего предмета, а также проведения перед началом движения описанных выше в п.1 контрольных проверок устройство вновь полностью готово к работе, с высокой вероятностью гарантируя обнаружение посторонних предметов в шине, ее разрушения или недопустимого нагрева.

Таким образом, достигается технический результат, а именно: придание устройству для контроля шин свойства контролепригодности, благодаря которому осуществляется проверка работоспособности устройства перед началом движения, что обеспечивает повышение надежности устройства и безопасности нерельсовых транспортных средств в процессе движения.

В результате чего устройство обладает повышенной надежностью, обусловленной новым свойством - контролепригодностью, что гарантирует с высокой вероятностью обнаружение и своевременную регистрацию попадания посторонних предметов в шину, ее частичного разрушения и недопустимого перегрева. Кроме того, за счет полной проверки всех элементов устройства до начала движения обеспечивается повышение безопасности персонала и пассажиров при эксплуатации нерельсовых транспортных средств. При этом практически исключается формирование устройством ложных сигналов (выдачи аварийного сигнала при отсутствии попадания постороннего предмета в шину или о ее перегреве или, наоборот, - пропуск аварийного сигнала при попадании постороннего предмета в шину или ее перегреве), что достигается за счет проведения перед началом движения проверок по п.1.

Технико-экономический эффект от применения устройства может быть оценен суммой ущерба, которого удастся избежать при возникновении дорожно-транспортных происшествий, по сравнению с существующими устройствами для контроля шин.

Устройство относится к автоматизированному контролю аварийных ситуаций элементов устройств нерельсового транспорта, преимущественно нагрева и повреждения шин транспортного средства. Технический результат - обеспечение контроля исправности устройства перед началом движения и исключение движения нерельсового транспортного средства с неисправным устройством для контроля шин. Устройство содержит магнитопроводы, установленные в шине равномерно по ее окружности не менее чем в два ряда, причем магнитопроводы одного из рядов выполнены из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри, равной предельно допустимой температуре нагрева шины, магнитопроводы второго ряда являются эталонными и выполнены из ферромагнитного материала с точкой Кюри, превышающей предельно допустимую температуру нагрева шины, а напротив магнитопроводов каждого из рядов на элементах конструкции нерельсового транспортного средства на некотором расстоянии от шины установлены электромагнитные датчики, элемент И-НЕ, блок индикации, на каждом электромагнитном датчике размещена дополнительная обмотка, которая через соответствующий выключатель подключена к выходу генератора импульсов, при этом вход генератора импульсов является входом устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля аварийных ситуаций, преимущественно нагрева и повреждения посторонним предметом, в шинах транспортных средств, содержащее магнитопроводы, установленные в шине равномерно по ее окружности не меньше чем в два ряда, имеющие одинаковую форму, размеры и установленные один относительно другого так, что их электрические сигналы поступают синхронно, причем магнитопроводы одного из рядов выполнены из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри, равной предельно допустимой температуре нагрева шины, магнитопроводы второго ряда являются эталонными и выполнены из ферромагнитного материала с точкой Кюри, превышающей предельно допустимую температуру нагрева шины, а напротив каждого из рядов магнитопроводов на элементах конструкции нерельсового транспортного средства на некотором расстоянии от шины установлены электромагнитные датчики, выход каждого из которых через соответствующий усилитель-формирователь подключен к соответствующему входу элемента И-НЕ, выходом соединенного с блоком индикации, отличающееся тем, что на каждом электромагнитном датчике размещена обмотка, которая через соответствующий выключатель подключена к выходу генератора импульсов, вход которого является входом устройства.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем магнитопроводы установлены в шину под протектором.