Устройство для определения коэффициентов вязкого трения и жесткости упругого элемента транспортного средства Советский патент 1987 года по МПК G01M17/04 

Изобретение относится к оборудованию для диагностирования агрегатов транспортных средств и, в частности, к устройствам для определения коэффициентов вязкого трения и жесткости упругого элемента транспортного средства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - реостатный датчик устройства; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - вид Б на фиг.2; на фиг.З - вид В на фиг.2; на фиг.6 - магни- тоанизотропный датчик устройства; на фиг.7 - пьезоэлектрический датчик устройства; на фиг.8 - установка датчика на амортизаторе транспортного средства; на фнг.9 - установка датчика на рессоре транспортного средства; на фиг. 10 - установка датчика в шине транспортного средства.

Устройство для определения коэффициентов вязкого трения и жесткости упругого элемента транспортного средства содержит реостатный датчик 1, магнитоанизотропный датчик 2 измерения механического давления, воздействующего на упругий элемент и пьезоэлектрический датчик 3 давления газа в шине. Реостатный датчик 1 соединен с пер- вым входом аналогового ключа 4, второй вход аналогового ключа 4 соединен с первым выходом блока 5 управления, выход аналогового ключа 4 соединен с входами пороговых устройств 6 и 7 и пиковым детектором 8. Второй вход детектора 8 соединен с выходом блока 5 управления, выход порогового устройства б связан с входом электронного ключа 9 и входом блока 5 управления, второй вход электронного ключа связан с выходом генератора 10 опорной частоты, выход электронного ключа 9 связан с входом счетчика 11.

Выход порогового устройства 7 связан с электронным ключом 12 и вторым входом блока 5 управления, второй вход электронного ключа 12 соединен с выходом генератора 10 опорной частоты, выход электронного ключа 12 соединен с входом счетчика 11, третий вход счетчика 11 соединен с выходом блока 5 управления. Выход счетчика 11 соединен с входом адресного распределителя 13, выход пикового детектора 8 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 14 и входом масштабирующего блока 15, второй вход которого соединен с выходом блока 5 управлен-ия. Выход масштабирующего блока 15 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 14, первый выход которого сое- - динен с входом блока 5 управления и второй выход соединен с входом адресного распределителя 13.

Выход магнитоанизотропного датчика 2 измерения приложенной механической силы соединен с усилителем 16, выход которого соединен с пиковым детектором 17. Второй вход пикового детектора 17 соединен с

5

0

5

5

0

5

0

5

выходом блока 5 управления, выход пикового детектора 17 соединен с аналого-цифровым преобразователем 14, выход пьезоэлектрического датчика 3 измерения давления газа в шине соединен с усилителем 18, выход которого соединен с коротковолновым передатчиком 19.

Устройство содержит коротковолновый приемник 20, выход которого связан с пиковым детектором 21, второй вход пикового детектора 21 связан с выходом блока 5 управления, выход пикового детектора 21 связан с входом аналого-цифрового преобразователя 14. Выход адресного распределителя 13 соединен с оперативно-запоминающим устройством 22, выход которого соединен с вычислительным блоком 23, содержащим блок 24 задатчика массы, выход которого соединен с первым входом делителя 25. Второй вход делителя 25 соединен с выходом оперативно-запоминающего устройства 22, выход делителя 25 соединен с входом умножителя 26, второй вход которого соединен с логарифматором 27. Вход лога- рифматора 27 соединен с выходом делителя 28, входы которого соединены с выходом оперативно-запоминающего устройства 22.

Выход умножителя 26 соединен с коммутатором 29, выход оперативно-запоминающего устройства 22 соединен с входом делителя 30, выход которого соединен с коммутатором 29. Выходы оперативно-запоминаю- nj,ero устройства 22 также соединены с входом коммутатора 29, выход которого соединен с цифровым отсчетным устройством 31 и цифровым печатающим устройством 32.

Согласно известной методике математически коэффициент вязкого трения находится по формуле

1 п . (1 й

,, 4 т

|1 - ргде Т - период первой волны затухания; m - масса, приложенная к исследуемому

объекту;

АЛ-амплитуда напряжения первой полуволны возмущающего сигнала; АП+| -амплитуда напряжения второй полуволны возмупяающего сигнала. Коэффициент жесткости определяется по формуле

,(2)

где Р - сила, приложенная к исследуемому

упругому элементу; АХ - вынужденные колебания упругого

элемента.

В известном устройстве величина Р является функцией аргумента А„ (амплитуды напряжения первой полуволны), т. е.

P fi (А„),

где f, строго возрастаюпдая функция (фиг.5), так как если

,, то f, (Хг) f2 (X,).

Величина ЛХ также связан; с А„, являясь функцией аргумента А„, отличной от аргумента Ап величины Р, из-за несоразмерности величин Р и АХ. Таким образом ДХ f2 (A;j), где f2 также строго ; израотаю- щая функция, так как , то и

f2 (Х2) f2 (X,).

При измерении необходимых величин Т, АП, АП+Ь Р, АХ применяются три различных типа датчиков. Датчик 1 (фиг.2) состоит из

потоком не происходит, т. е. св обмотками отсутствует.

В нагруженном состоянии п ствии возмущающего сигнала, анизотропии магнитных свойств магнитное поле обмотки возбужд няется и появляется составляющ ного потока, сцепляющая с витк рительной обмотки. В измеритель ке наводится ЭДС, которая пос

керамического основания 33, на которое ю вход измерительного устройства.

Третий датчик (фиг.4) пьезоэл кий 3 для измерения давления га Он помещается в камере колеса ного средства. Конструктивно датч нен в виде шайбы с нанесенны

намотаны пораздельно две равные по количеству витков обмотки 34 манганиновым проводом или любым другим проводом, обладающим высоким сопротивлением, и разделены посередине зоной 35. Начальные концы обТретий датчик (фиг.4) пьезоэлектрический 3 для измерения давления газа в тине. Он помещается в камере колеса транспортного средства. Конструктивно датчик выполнен в виде шайбы с нанесенным на его

мотки, расположенные на противоположных 15 поверхность токопрозодящим слоем 52, коконцах основания, соединены с клеммами 36 и 37, на которые подается положительный и отрицательный потенциалы напряжения. Вторые концы обмоток, сходящихся в середине, соединены вместе и выведены на клеммы 38, к которым подсоединяется средняя (общая) точка питания.

Съем информации ведется с подвижных щеток 39, выполненных в виде вращающихся колесиков, закрепленных на токоторыи соединен с токоподводдержателями 53. закрепленными на изолированном основании 54. В основе работы преобразователя лежит зависимость эквивалентного сопро- тивления RX от давления газообразной среды. Как известно для резонаторов, излучающих в газ сдвиговые волны, сопротивление RK изменяется пропорционально- /F. При излучении продольных волн RK - Р датчики при испытании амортизационных средств проводящих рамках 40 и токопроводе 41. 25 транспорта располагаются следующим обра- Токопровод помещен в пружину 42, которая зом (фиг.5).

обеспечивает постоянное прижимное усилиеДля измерения давления в камере колещеток 39 к обмоткам 34. Для больщей на- са 55 транспорта пьезоэлектрический дат- дежности работы реостатного датчика в нем чик 3 располагают внутри камеры коле- вмонтировано три щетки. Токопроводы 41са 55. Выход датчика 3 подсоединяют к

закреплены в фиксаторе 43, который через 30 коротковолновому передатчику 56. Для изме- держатель 44 жестко соединяется с иссле-рения механического давления на другие

дуемым объектом.Токопровод 41 изолирован упругие элементы магнитоанизотропный дат- от фиксатора 43 изоляционными втулками 45 чик 2 размещается между неподвижной и щайбами 46. Клеммы 47 съема измеряе- осью 57 и исследуемым упругим элемен- мого сигнала соединены между собой про- том. Реостатный датчик 1 крепится к неводом 48, который идет на вход аналогово- 35 подвижной оси 57 или любому другому осно- го ключа 4. Данное соединение позволяетванию, относительно которого производится

производить дифференцированный съем сиг-измерение, с помощью кронщтейнов 58, и

нала с обмоток датчика во время работы, а также избежать съема ложной инфор40

мации в случае, если во время работы произойдет отрыв одной из щеток от рабочей поверхности.

С помощью данного датчика измеряются величины Т, А„, А„+|, ДХ. Датчик 2 для измерения давления упругих элементов (фиг.З) магнитоанизотропный, выполненный 45 газа, из металла в виде куба, в котором просверлены отверстия 49 таким образом, что если через них намотать две обмотки 50 и 51, то угол между обмотками составляет 90°. Если на одну из обмоток, например, 50, подать напряжение, то в магнито- анизотропном датчике 2 в исходном (ненапряженном) состоянии суммарный вектор магнитного потока, создаваемого обмоткой 50 возбуждения, направлен вдоль витков измерительной обмотки, в данном случае обмотки 51, расположенной перпендикулярно оси катушки 50 возбуждения. При этом пересечения витков измерительной обмотки

держатель 44 соединен с подвижной частью рессоры 59 или гидроамортизатора 60.

Измерение величин Т, АП, An+i и ЛХ производится с помощью реостатного датчика, а для измерения приложенной силы Р используются магнитоанизотропный датчик механического воздействия и пьезоэлектрический датчик 3 для измерения давления

Устройство работает следующим образом. При наезде транспорта на препятствие на колесо, рессору, гидроамортизатор воздействует возмущающий сигнал. При поступ- 50 лении возмущающего сигнала на реостатный

55

датчик 1 на выходе появляется аналоговый сигнал, который поступает на вход аналогового ключа 4, с выхода которого сигнал поступает на вход пороговых устройств 6 и 7 и пикового детектора 8. Пороговые устройства рассчитаны таким образом, что положительную полуволну с амплитудой АП сигнала пропускает пороговое

потоком не происходит, т. е. связь между обмотками отсутствует.

В нагруженном состоянии при воздействии возмущающего сигнала, вследствие анизотропии магнитных свойств материала магнитное поле обмотки возбуждения изменяется и появляется составляющая магнитного потока, сцепляющая с витками измерительной обмотки. В измерительной обмотке наводится ЭДС, которая поступает на

вход измерительного устройства.

вход измерительного устройства.

Третий датчик (фиг.4) пьезоэлектрический 3 для измерения давления газа в тине. Он помещается в камере колеса транспортного средства. Конструктивно датчик выполнен в виде шайбы с нанесенным на его

40

45 газа,

держатель 44 соединен с подвижной частью рессоры 59 или гидроамортизатора 60.

Измерение величин Т, АП, An+i и ЛХ производится с помощью реостатного датчика, а для измерения приложенной силы Р используются магнитоанизотропный датчик механического воздействия и пьезоэлектрический датчик 3 для измерения давления

45 газа,

Устройство работает следующим образом. При наезде транспорта на препятствие на колесо, рессору, гидроамортизатор воздействует возмущающий сигнал. При поступ- 50 лении возмущающего сигнала на реостатный

55

датчик 1 на выходе появляется аналоговый сигнал, который поступает на вход аналогового ключа 4, с выхода которого сигнал поступает на вход пороговых устройств 6 и 7 и пикового детектора 8. Пороговые устройства рассчитаны таким образом, что положительную полуволну с амплитудой АП сигнала пропускает пороговое

устройство 6, а отрицательную полуволну с амплитудой АЛ+I - пороговое устройство 7.

Таким образом, на выходе порогового устройства 6 появляется сигнал, который поступает на вход электронного ключа 9 и вход блока 5 управления. На второй вход электронного ключа 9 поступает сигнал с генератора 10 опорной частоты. Сигнал с выхода электронного ключа 9 поступает на счетчик 11, где пока проходит положительная полуволна возмущающего сигнала, электронный ключ 9 открыт, и на счетчик 11 проходит сигнал с генератора 10 опорной частоты. Счетчик 11 производит подсчет импульсов, поступивщих с генератора 10 опорной частоты, которое будет пропорционально времени дeйcтв я положительной волны возмущающего сигнала. Пиковый детектор 8 выделяет максимальную амплитуду положительной полуволны АП, сигнал с которого поступает на входы масщтабирующего блока 15 и аналого-цифрового преобразователя 14. В масщта- бирующем блоке 15 сигнал преобразуется в величину, пропорциональную ДХ, т. е. величина АЛ, выраженная в ьольтах, преобразуется в величину, пропорциональную АХ, выраженную в сантиметрах.

С выхода масштабирующего блока 15 сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14. Положительная полуволна возмущающего сигнала воздействует на магнитоанизотропный датчик 2 измерения механического давления (фиг. 10), на выходе которого появляется сигнал. Сигнал с датчика 2 поступает на вход усилителя 16. С выхода последнего сигнал поступает на вход пикового детектора 17, который выделяет максимальную величину сигнала Р. С выхода пикового детектора 17 максимальная величина сигнала поступает на вход аналого- цифрового преобразователя 14. Аналогично положительная полуволна возмущающего сигнала воздействует на пьезоэлектрический датчик 3 измерения давления, расположенный в камере шины колеса 56, на выходе которого появляется сигнал. Сигнал с датчика 3 поступает на вход усилителя 18, с выхода которого сигнал поступает на коротковолновой передатчик 19. Сигнал с коротковолнового передатчика 19 поступает на

вход коротковолнового приемника 20, с выхо-

да которого сигнал поступит на вход пикового детектора 21. На второй вход пикового детектора 21 поступает сигнал с блока 5 управления, выход пикового детектора 21 связан с входом аналого-цифрового преобразователя 14.

По окончании поступления сигнала положительной полуволны блок 5 управления выдает сигнал на вход аналого-цифрового преобразователя 14 для последовательного преобразования аналоговых сигналов в код с масштабирующего блока 15, пиковых детекторов 8,17 и 21 в код и записи их в оперативно-запоминающее устройство 22.

0

ройство 22.

При окончании преобразования сигналов через аналого-цифровой преобразователь 14 с масщтабирующего блока 15 пиковых детекторов 8,17 и 21 на втором выходе аналого- цифрового преобразователя 14 появляется 5 сигнал окончания преобразования, который поступает на вход блока 5 управления. На выходе блока 5 управления появляются сигналы, поступающие на вход пикового детектора 8 для сброса информации и под- 0 готовки к дальнейщей работе, на масштаби- рующий блок 15 для сброса информации и отключения от дальнейщей работы и на входы пиковых детекторов 17 и 21 для сброса информации и запрещения работы.

При появлении отрицательной полуволны 5 с амплитудой An+i сигнала на выходе реостатного датчика 1 появляется сигнал, который поступает на вход аналогового ключа 4 и на вход пороговых устройств 6 и 7 и пикового детектора 8. По отрицательной полуволне срабатывает пороговое устройство 7, на вь1ходе которого появляется сигнал. Сигнал с выхода порогового устройства 7 поступает на вход электронного ключа 12 и на вход блока 5 управления. На второй вход электронного ключа 12 поступает сигнал с генератора И) опорной частоты. На выходе электронного ключа 12 появляется сигнал, который поступает на вход счетчика 11, где производится дальнейший подсчет периода сигнала, т. е. Т (фиг.5), аналогично как при положительной полуволне возмущающего сигнала.

Пиковый детектор 8 выделяет максимальную амплитуду отрицательной полуволны сигнала, т. е. Ал+ь Сигнал с выхода пикового детектора 8 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14. По окончании действия отрицательной полуволны возмущающего сигнала блок 5 управления выдает сигналы на аналоговый ключ 4 и закрывает его, на аналого-цифровой преобразователь 14 для преобразования аналого- д вой величины с пикового детектора 8 в код, адресный распределитель 13 для переписи сигнала в оперативно-запоминающее устройство 22, а также на счетчик 11 для переписи сигнала через адресный распределитель 13 в оперативно-запоминающее уст5

0

45 ройство 22.

После преобразования сигнала в аналого- цифровом преобразователе 14 и переписи его через адресный распределитель 13 в оперативно-запоминающее устройство 22 с второго выхода аналого-цифрового преобразователя 50 14 поступает сигнал на вход блока 5 управления. С выхода блока 5 поступает сиг-. нал на второй вход пикового детектора 8 для сброса информации и подготовки к дальнейщей работе, на вход масштабирующего блока 15 и никовых детекторов 17 и 21 для подготовки к дальнейшей работе. С оперативно-запоминающего устройства 22 информация поступает на вход вычис55

лительного блока 23, который работает следующим образом.

Командный сигнал с выхода оперативно- запоминающего устройства 22 поступает на вход блока 24 задатчика массы, с выхода которого сигнал, соответствующий величи- не 4т, поступает на вход делителя 25, на второй вход которого поступает сигнал с оперативно-запоминающего устройства 22, соответствующий величине Т. С выхода делителя 25 полученный результат Лв поступает

на вход умножителя 26. С выхода оперативно-запоминающего устройства 22 информация, соответствующая величинам А„ и А„+|, поступает на вход делителя 28. С выхода делителя 28 величина, соответствующая

отнощению

поступает на вход лога- рифматора 27 и далее величина, соответствующая In -

вход умножителя 26.

-, поступает на второй

С выхода умножителя вычисления величина, соответствующая ji, через коммутатор 29 поступает в цифровое отсчетное устройство 31 и цифровое печатающее устройство 32. С выхода оперативно-запоминающего устройства 22 сигналы, соответствующие величинам Р и АХ, поступают на вход делителя 30, с выхода которого вычисленная величина С поступает через коммутатор 29 на цифровое отсчетное устройство 31 и цифровое печатающее устройство 32. Величины, соответствующие значениям А„, А„+1, Т, Р и ЛХ, с оперативно-запоминающего устройства 22 поступают также через коммутатор 29 на цифровое отсчетное устройство 31 и цифровое печатающее устройство 32.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициентов вязкого трения и жесткости упругого элемента транспортного средства, преимущественно щины колеса, содержащее привод нагружения упругого элемента, регистрирующий прибор, соединенный с датчиками жесткости и перемещений упругого элемента, и блок индикации, включающий в себя электронный осциллограф, связанный с указанным прибором, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей, оно снабжено пьезоэлектрическим датчиком для измерения давлений в упругом элементе транспортного средства, усилителями, аналоговым ключом, пороговыми устройствами, пиковыми детекторами, коротковолновым приемопередающим устройством, аналого-цифровыми преобразователями, масщтабирующим блоком, выполненным в виде усилителя постоянного тока, адресным распределителем, выполненным в виде

Q

5

0

5

0

5

5

0

0

5

комплекта аналоговых ключей, оперативно- запоминающим устройством, коммутатором, вычислительным устройством, имеющим блок задания массы упругого элемента, логариф- матором, делителями сигналов, цифровым отсчетным устройством, умножителем сигналов, цифровым печатающим устройством и блоком управления, состоящим из генератора опорной частоты, пяти формирующих устройств, двух электронных ключей, двух счетчиков импульсов генератора опорной частоты, двух блоков ИЛИ и двух триггеров, причем вход первого формирующего устройства, являющийся первым входом блока управления, связан с первым пороговым устройством, а выход - с первым входом первого электронного ключа, второй вход которого связан с выходом генератора опорной частоты, а выход этого ключа связан с входом первого счетчика импульсов генератора опорной частоты, выход которого связан с первым входом первого блока ИЛИ, вход второго формирующего устройства, являющийся вторым входом блока управления, связан с вторым пороговым устройством, а выход - с первым входом второго блока ИЛИ и с первым входом второго электронного ключа, второй вход которого связан с выходом генератора опорной частоты, а выход этого ключа связан с входом второго счетчика импульсов генератора опорной частоты, выход которого связан с вторым входом первого блока ИЛИ, выход которого, являющийся первым выходом блока управления, связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входами первого тригера и третьего формирующего устройства, выход которого, являющийся вторым выходом блока управления, связан с первым пиковым детектором, а выход первого триггера, являюа1ийся третьим выходом блока управления, связан с входами пиковых детекторов, масштабирующего блока и четвертого формирующего устройства, выход которого связан с вторым входом второго блока ИЛИ, связанного выходом, являющимся четвертым выходом блока управления, с аналоговым ключом и с пятым формирующим устройством, выход которого связан с входом счетчика импульсов, а датчик жесткости упругого элемента выполнен магнитоанизотронным, датчик перемещения упругого элемента выполнен реостатным и соединен с первым входом аналогового ключа, второй вход которого соединен с первым входом блока управления, выход аналогового ключа соединен с входами первого и второго пороговых устройств и с первым входом первого пикового детектора, выход счетчика импульсов связан с входом адресного распределителя, выход первого пикового детектора связан с входом масщтабирующего блока и с входом аналого-цифрового преобразователя, выход масщтабирующего блокг

соединен с входом аналого-цифрового преоб разователя, магнитоанизотропный датчик связан с входом первого усилителя, выход которого связан с входом второго пикового детектора, выход которого связан с вхоа малого-цифрового преобразователя,

пьезоэлектрический датчик связан с входом второго усилителя, выход которого связан с коротковолновым приемопередающим устройством, выход которого связан с входом третьего пиково- го детектора, выход которого связан с входом адресного радпределителя, связанного выходом с входом оперативно- запоминающего устройства, выход которого связан с коммутатором и вычислительным

.

ell

10

устройством, выход которого связан с первым 5ходом первого делителя, второй вход которого связан с выходом оперативно-запоминающего устройства, выход этого делителя связан с первым входом блока управления, связанным с выходом логарифматора, вход которого связан с выходом второго делителя, входы которого связаны с выходами оперативно-запоминающего устройства, выход умножителя связан с коммутатором, выход третьего делителя связан с коммутатором, входы которого связаны с выходами оперативно-запоминающего устройства, а выход коммутатора связан с входами цифрового отсчетного устройства и цифрового печатающего устройства.

38

Фиг. 2

Фиг.

Виде

фаг. 5

90

Фиг. 6

Изобретение относится к оборудованию для диагностирования агрегатов транспортных средств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для определения коэффициентов вязкого трения и жесткости упругого элемента транспортного средства содержит реостатный датчик 1, магнитоанизо- тропный датчик 2 измерения механического давления, воздействуюш.его на упругий элемент, и пьезоэлектрический датчик 3 давления газа в шине. В нагруженном состоянии при воздействии возмущающего сигнала вследствие анизотропии магнитных свойств материала магнитное поле обмотки возбуждения изменяется, и появляется составляющая магнитного потока, сцепляющаяся с витками измерительной обмотки. В измерительной обмотке наводится ЭДС, которая поступает на вход измерительного устройства. 10 ил. о (Л ю со ел 05

5V

Р

21

fe5

Фиг,9

Фиг. W