Стенд для исследования взаимодействия колеса с грунтом Советский патент 1977 года по МПК G01M17/13 

1

Изобретение относится к стендам для исследования взаимодействия колеса с грунтом и может быть использовано для проведения научно-исследовательских работ, связанных с изучением характеристик колесных движителей, и при оценке проезжаемости грунтов.

Процессы, протекающие в грунте, шине и зоне контакта колеса с грунтом, представляют сложный комплекс механических, тепловых, электростатических, гидродинамических и других явлений, являются неустановивши-, мися даже при равномерном движении колеса. Это объясняется тем, что скорость каждой точки контактной поверхности разная по величине и направлению и соответственно возникающие усилия Также различны в каждой точке, даже для тщательно выбранных опытных участков местности показатели физикомеханических свойств грунта имеют больщой разброс тем, что угловая скорость вращения колеса не является постоянной в пределах одного оборота, а также тем, что возникает элемент случайности из-за случайного характера изменения других условий процесса качения.

Эти случайные и неслучайные факторы нестационарного режима отражаются на одном из главнейщих параметров качения - радиусе качения колеса. Изменение этого параметра определяет изменение кинематических, силовых и динамических параметров процессов и явлений, протекающих в зоне контакта и вблизи этой зоны.

При исследовании взаимодействия колеса с грзштом плирокое распространение получили стенды с динамометрической тележкой, позволяющие определять силовые параметры качения и радиус качения колеса. Известен стенд для исследования взаимодействия колеса с грунтом, содержащий грунтовый канал, станину с направляющими, устройство для установки и нагружения испытываемого колеса, представляющее собой динамоментрическую тележку, установленную в

направляющих станины, и устройство для привода испытываемого колеса от одного из колес динамометрической тележки через планетарный механизм и карданную передачу. Динамо.метрическая тележка известного стеида приводится в движение тросом через лебедку от внещнего электродвигателя, при этом необходимый режим движения испытываемого колеса достигается соответствующим торможением элементов планетарного механизма.

Известный стеид позволяет определять осредненную величину радиуса качения испытываемого колеса на некотором пути, но не дает возможности замерить хмгновенные зиачения радиуса качения, а поэтому непригоден

для исследования динамики процессов и явлений, протекающих в грунте, шине и зоне контакта, в единстве с кинематическими и силовыми параметрами. Кроме того, известный стенд конструктивно сложен, для его размещения требуется больщая площадь, так как длина грунтового канала обычно составляет 10-15 мм, а конструкция привода стенда не позволяет испытывать колеса с различной геометрической формой.

С целью упрощения конструкции стенда, сокращения длины грунтового канала и обеспечения возможности испытания колес различной геометрической формы в предлагаемом стенде устройство для установки колеса содержит коленчатую ось, неподвижно соединенную с испытываемым колесом, и каретки, подвижно установленные в направляющих станины, причем оба конца коленчатой оси щарнирно закреплены в каретках, а привод колеса выполнен в виде кулачкового механизма, толкатель которого жестко связан с коленчатой осью колеса. При этом качение колеса заменяется поворотом его на определенный угол вокруг мгновенного центра скоростей. Угловая скорость поворота колеса может изменяться по любому закону, задаваемому кулачковым механизмом. Кроме того, коленчатая ось имеет на обоих концах ряд параллельных пальцев для поочередного закрепления в каретках, что дает возможность задавать различные положения мгновенного центра скоростей, т. е. изменять радиус качения колеса, а следовательно, и режимы его качения.

На фиг. 1 показана кинематическая схема привода предлагаемого стенда; на фиг. 2 - схема устройства для установки колеса; на фнг. 3 - кинематическая схема качения испытываемого колеса.

Стенд выполнен со станиной 1, охватывающей грунтовой канал 2. Станина 1 имеет направляющие 3, в которых установлены две подвижные каретки 4. В последних шарнирно закреплены концы коленчатой оси 5, которая может быть выполнена разрезной и снабжена фиксирующими элементами 6 для неподвижного соединения с испытываемым колесом 7. На обоих концах коленчатой оси б имеется ряд параллельных пальцев 8 для поочередного закрепления их в каретках 4. Привод испытываемого колеса 7 выполнен в виде кулачкового механизма, состоящего из кулачка 9, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, и толкателя 10, на одном конце которого закреплен ролик И, а другой конец жестко СВязан с коленчатой осью 5. Профиль кулачка 9 выполнен по заданному закону движения толкателя 10, например по закону постоянной угловой скорости.

Перед началом испытаний по заданному коэффициенту б буксования определяют положение мгновенного центра скоростей и закрепляют соответствующие пальцы 8 коленчатой оси 5 в каретках 4. Затем устанавливают испытываемое колесо 7 и неподвижно соединяют его с коленчатой осью 5 при помощи фиксирующих элементов 6.

При вращении кулачка 9 толкатель 10 вместе с коленчатой осью 5 и испытываемым колесом 7 поворачивается на некоторый угол вокруг оси, проходящей -через пальцы 8, закрепленные в каретках 4, и совпадающей с мгновенным центром скоростей. Новое положение испытываемого колеса 7 показано пунктиром на фиг. 1.

Так как ось вращения испытываемого колеса проходит через соответствующий заданной величине буксования мгновенный центр скоростей, то поворот колеса на небольшой угол имитирует его качение с таким же по величине коэффициентом буксования (см. фиг. 3).

Траекторией движения точки А при качении колеса является укороченная циклоида УЦ. При качении колеса и повороте его на угол, равный 22,5°, точка А займет положение А, точка О - положение Oi, а коле5 со - положение «а.

Если же колесо, находящееся в первоначальном положении, повернуть относительно мгновенного центра скоростей Oz на угол ф, соответствующий углу AO2Ai, траекторией

0 движения точки А является дуга окружности радиуса Я. В этом случае точка О займет положение Оз, колесо - положение «0.

Исходя из построений (см. фиг. 3) с достаточной для практики точностью можно счи5 тать, что дуга окружности радиуса и с центральным углом ф является сопряженной с участком AAi циклоиды УЦ, точка d - с точкой Оз, положение а колеса - с положением «б, угол ф для указания построений

0 составляет приблизительно 20-2Г. Если величину угла ф, т. е. угла поворота колеса относительно мгновенного центра скоростей О2, принять в пределах 5-10°, то достаточно точно будет выполнено геометрическое подо5 бие качения колеса и поворота его относительно мгновенного центра скоростей, т. е. длина участка циклоиды равна длине дуги окружности радиуса R. Кинематическое подобие определится тождественностью направления и пропорциональностью величин действующих скоростей. Действительно, величина скорости любой точки контакта колеса с грунтом определяется как произведение угловой скорости на величину

5 радиуса - вектора от мгновенного центра скоростей до этой точки контакта, а направление скорости перпендикулярно этому радиусу- вектору. При значениях ф 5-10° разница в величине и направлении скорости,

как видно из построений, невелика. Необходимо отметить, что при коэффициенте буксования , т. е. когда , эта разница стремится к нулю. Отсюда следует, что при малых положительных значениях 6 и особенно отрицательных, доходящих по величине до

минус 0,5, с целью получения более точного геометрического и кинематического подобия угол ф необходимо уменьшать. При , т. е. когда колесо находится на грани «юза, а точка 02 уходит в бесконечность, осуществить такой режим движения колеса на предлагаемом стенде практически невозможно. Поэтому исследование параметров процесса взаимодействия колеса с грунтом целесообразно проводить при значениях коэфф1ициента буксования -0,, т. е. в зоне наиболее часто встречающихся на практике значений б.

Описанный стенд позволяет с помощью простых средств исследовать динамические процессы, протекающие в группе, щине и зоне контакта, при различных законах движения испытываемого колеса с силовыми и кинематическими параметрами, определяемыми заданной величиной радиуса качения колеса.

Формула изобретения

1.Стенд для исследования взаимодействия колеса с грунтом, включающий грунтовый канал, станину с направляющими, устройство

для установки и нагружения испытываемого колеса и привод колеса, отличающийся тем, что, с целью упрощения его конструкции, сокращения длины грунтового канала и обеспечения возможности испытания колес различной геометрической формы, устройство для установки колеса содержит коленчатую ось, неподвижно соединенную с испытываемым колесом, и каретки, подвижно установленные в направляющих станины, причем оба

конца коленчатой оси шарнирно закреплены в каретках, а привод колеса выполнен в виде кулачкового механизма, толкатель которого жестко связан с коленчатой осью колеса.

2.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что коленчатая ось имеет на обоих концах

ряд параллельных пальцев для поочередного закрепления в каретках.

7/

w./

/Л///////////