Стенд для определения статических характеристик пневматических шин
Полезная модель относится к испытаниям транспортных средств, более конкретно, к статическим испытаниям пневматических шин.
Целью настоящей полезной модели является автоматизация процесса измерения и регистрации статических характеристик шины и повышение точности их определения.
Указанная цель достигается за счет того, что:
1 - c валом двигателя привода стенда соединена растровая шкала преобразователя угловых перемещений, считывающий узел которого закреплен неподвижно, а угловое перемещение вала двигателя привода стенда преобразуется в линейное перемещение траверсы нагружающего устройства с закрепленной на ней шиной, пропорциональное продольной деформации шины при ее обжатии и глубине проникания наконечника при определении энергии разрушения;
2 - на противоположных сторонах основания стенда соосно с траверсой нагружающего устройства закреплены считывающие головки растровых преобразователей линейного перемещения так, что их подпружиненные корпусы с растровыми шкалами и установленными на концах упорами с разных сторон опираются на боковую поверхность шины и при обжатии шины осевой силой перемещаются по поверхности силовой плиты стенда, а величина поперечной деформации шины определяется арифметической суммой перемещений, измеренных растровыми преобразователями линейных перемещений.
Полезная модель относится к испытаниям транспортных средств, более конкретно, к статическим испытаниям пневматических шин.
При проведении статических испытаний пневматических шин (далее по тексту - шины) определяются следующие характеристики:
- наружный диаметр и наружная ширина шины и их зависимость от радиальной нагрузки при обжатии шины /1, 2/;
- энергия разрушения при продавливании шины /3/.
Испытания на продавливание заключаются в том, что в ребро (шашку) рисунка протектора шины вдавливают специальный наконечник до разрушения шины или упора наконечника в обод. В момент разрыва шины регистрируют нагрузку, приложенную к шине, и глубину проникания наконечника. Энергию разрушения вычисляют по формуле:
где: Р - сила (нагрузка) вдавливания;
l - глубина проникания наконечника.
Основные размеры шины (наружный диаметр и наружная ширина шины) определяются различными способами.
В /4/ для измерения основных размеров шины используется измерительное устройство, работающее по принципу штангенциркуля и представляющее собой стойку с перемещающейся на ней планкой. На стойке размещена линейная шкала, а с перемещающейся планкой механически связана стрелка указателя. Для измерения наружного диаметра шины последняя размещается на измерительном устройстве вертикально,
планка перемещается до упора в протектор шины и по положению стрелки указателя относительно шкалы производится отсчет наружного диаметра шины. Аналогично определяется наружная ширина шины.
В ОАО «Омскшина» для определения наружного диаметра шины измеряют рулеткой длину окружности шины, после чего по известной формуле вычисляют наружный диаметр шины:
где: L0 - длина окружности шины;
=3,14 - коэффициент.
Рассмотренные способы и устройства для определения основных размеров шины имеют невысокую точность, трудоемки и не позволяют автоматизировать процесс определения наружного диаметра и наружной ширины шины.
В стендах для определения статических характеристик шин с сервогидравлическим приводом /5, 6/ наружный диаметр шины определяется по датчику перемещения плунжера силового гидроцилиндра в момент соприкосновения плунжера с протектором шины, о чем сигнализирует индикатор нагрузки после соответствующего преобразования выходного сигнала тензометрического датчика силы, расположенного соосно с плунжером силового гидроцилиндра. Такой способ определения наружного диаметра шины имеет невысокую точность (основная погрешность измерения 
=±0,01Lп, где L п - предел измерения датчика перемещения). Кроме того, трансформаторный датчик перемещения (типа LWDT) размещается в самом плунжере гидроцилиндра и подвержен влиянию изменяющейся температуры рабочей жидкости (от комнатной температуры до t
+60°С). Дополнительная погрешность от температуры на каждые 10°С составляет t=±0,001 Lп . Поперечная деформация шины на стендах/5, 6/ не определяется.
Наиболее близким аналогом предлагаемого стенда является устройство /7/, в котором при нагружении шины радиальной нагрузкой измеряются продольная и поперечная деформации шины.
Измерение продольной деформации шины производится линейным потенциометрическим датчиком, измерительный контакт которого механически связан с подвижным штоком, создающим радиальную нагрузку на шину, а для измерения поперечной деформации шины применен круговой потенциометрический датчик. Описанное устройство не имеет устройства регистрации зависимости «нагрузка-деформация» шины, но при наличии электрического датчика нагрузки и дооснащения устройства двухкоординатным графопостроителем, на вход «У» которого будет подан сигнал датчика нагрузки, а на вход «X» - сигнал датчика продольной либо поперечной деформации, появится возможность регистрации зависимостей «нагрузка-продольная деформация» и «нагрузка-поперечная деформация» шины, соответственно. Недостатком рассмотренного аналога является сложная конструкция измерительного устройства, использующего для измерения поперечной деформации шарнир с осью в виде крестовины для установки кругового потенциометрического датчика.
Целью настоящей полезной модели является автоматизация процесса измерения и регистрации статических характеристик шины и повышение точности их определения.
Указанная цель достигается за счет того, что:
1 - с валом двигателя привода стенда соединена растровая шкала преобразователя угловых перемещений, считывающий узел которого закреплен неподвижно, а угловое перемещение вала двигателя привода стенда преобразуется в линейное перемещение траверсы нагружающего устройства с закрепленной на ней шиной, пропорциональное продольной деформации шины при ее обжатии и глубине проникания наконечника при определении энергии разрушения;
2 - на противоположных сторонах основания стенда соосно с траверсой нагружающего устройства закреплены считывающие головки растровых преобразователей линейного перемещения так, что их подпружиненные корпусы с растровыми шкалами и установленными на концах упорами с разных сторон опираются на боковую поверхность шины и при обжатии шины осевой силой перемещаются по поверхности силовой плиты стенда, а величина поперечной деформации шины определяется арифметической суммой перемещений, измеренных растровыми преобразователями линейных перемещений.
Кинематическая схема предлагаемого стенда для определения статических характеристик шин приведена на рисунке.
Крутящий момент, создаваемый двигателем 1, посредством домкратов 2 преобразуется в поступательное движение винтов 3, жестко соединенных с перемещающейся по колоннам 4 траверсой 5, на которой крепится ось с размещенной на ней шиной 6. Положение траверсы 5, а значит и шины 6, однозначно определяется количеством оборотов двигателя 1 при известном шаге винтов 3. Двигатель 1 управляется частотным преобразователем /8/, который, в свою очередь, управляется разностным сигналом между заданным положением траверсы 5 и измеренным количеством оборотов двигателя 1. Количество оборотов двигателя 1 измеряется растровым преобразователем угловых перемещений 7, установленным на валу двигателя 1. При перемещении траверсы 5 шина 6 упирается в силовую плиту 8 при испытании на обжатие (при снятом наконечнике 9) или в наконечник 9 при испытании на продавливание. Возникающая при этом нагрузка измеряется тензометрическими датчиками силы 10. Ширина шины измеряется двумя растровыми преобразователями линейных перемещений 11.
Стенд работает следующим образом.
Перед испытанием шины обнуляются растровые преобразователи углового 7 и линейных 11 перемещений. Преобразователь 7 обнуляется
в верхнем положении траверсы 5 при замкнутых контактах конечного выключателя SQ2 верхним флажком, расположенном на левой стороне траверсы 5 (конечный выключатель SQ1 определяет крайнее нижнее положение траверсы 5, замыкается и отключает двигатель 1 нижним флажком). Обнуление преобразователей 11 производится при сведении до соприкосновения упоров 12, расположенных на концах корпусов преобразователей 11.
После обнуления преобразователей 7 и 11 исследуемая шина закрепляется в траверсе 5, включается привод стенда и перемещает шину в заданное положение: в случае измерения габаритных размеров шины (наружных диаметра и ширины) и испытаний на обжатие - до соприкосновения с силовой плитой 8 (при снятом наконечнике 9), при испытаниях на продавливание - до соприкосновения с наконечником 9.
А. Определение габаритных размеров шины:
- наружный диаметр шины определяется в соответствии с формулой:
D=(L-l),
где: L - расстояние от верхнего положения траверсы 5 (место обнуления преобразователя 7) до плиты 8. L конструктивно известная величина.
l - величина перемещения траверсы 5 от своего верхнего положения до соприкосновения шины 6 с плитой 8;
- наружная ширина шины определяется при соприкосновении упоров 12 с боковыми сторонами шины, как сумма измеренных перемещений преобразователями 11. Для постоянства контакта упоров 12 с боковыми сторонами шины корпусы преобразователей 11 подпружинены.
Б. Обжатие шины номинальной силой.
Включается привод стенда и испытываемая шина нагружается монотонно увеличивающейся нагрузкой до заданной величины путем перемещения траверсы 5 по колоннам 4. В процессе обжатия шины с
помощью датчиков силы 10 измеряется и регистрируется воздействующая на шину нагрузка, а с помощью преобразователя 7 измеряется и регистрируется продольная деформация шины как расстояние, пройденное траверсой 5 от положения, в котором производилось измерение наружного диаметра шины, до положения траверсы 5 при номинальной силе обжатия.
Одновременно с помощью преобразователей 11 измеряется и регистрируется величина поперечной деформации шины, равная арифметической сумме значений перемещения, измеренных обоими преобразователями 11. Таким образом в процессе обжатия шины осуществляется непрерывное автоматическое измерение продольной и поперечной деформации шины, а с помощью графопостроителя (аппаратного или программного) могут быть зарегистрированы зависимости «нагрузка-продольная деформация» и «нагрузка-поперечная деформация» испытываемой шины.
В. Испытания на продавливание.
В плиту 8 стенда устанавливается наконечник 9, шина подводится до соприкосновения с наконечником, а затем шина нагружается монотонно возрастающей нагрузкой до разрушения или до упора наконечника в обод, на котором смонтирована шина (если шина не разрушилась). Глубина проникания наконечника в шину определяется аналогично определению продольной деформации шины.
Заявляемый стенд с устройствами определения габаритных размеров, продольной и поперечной деформации и энергии разрушения шины лишен недостатков рассмотренных аналогов. Стенд позволяет автоматически измерять и регистрировать перечисленные характеристики шины с достаточно высокой степенью точности. В случае использования ЭВМ с программным графопостроителем (как это и реализовано на разработанном СКБИМ стенде ИПШ-500) имеется возможность распечатки протокола испытаний шины, в котором наряду с цифровыми данными (по
габаритным размерам шины, величине энергии разрушения) присутствуют графики зависимостей «нагрузка-продольная деформация» и «нагрузка-поперечная деформация» шины. Высокие метрологические характеристики стенда определяются высокой точностью измерения перемещений растровыми преобразователями линейных и угловых перемещений /9/. Так, преобразователи ЛИР-7, 8, 9, 10 (линейные) и ЛИР-112А, 119А (угловые) имеют погрешность измерения перемещений соответственно от ±1 до ±10 мкм и от ±1,5 до ±75".
Использованные источники:
1. ГОСТ 26000-83. Шины пневматические. Метод определения основных размеров.
2. ГОСТ Р ИСО 3324-2-93. Шины авиационные. Методы испытания шин.
3. ГОСТ 4754-97. Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним. Легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия.
4. Патент США №3783529. Штангенциркуль для шин.
5. Г.Якоби. Проблемы вибрационной выносливости в автомобилестроении. Материалы симпозиума «Современные методы статического и динамического испытаний и соответствующие испытательные устройства». CARL SCHENK AG, 1976.
6. Пресс для испытания шин обжатием и продавливанием. http://www.niktsim.ru
7. Авторское свидетельство СССР №985735. Устройство для измерения деформации пневматической шины.
8. Патент на полезную модель №48066. Машина для механических испытаний материалов.
9. Преобразователи линейных и угловых перемещений. http://www.skbis.ru
1. Стенд для определения статических характеристик пневматических шин, содержащий привод исследуемой шины, электрические датчики нагрузки, продольной и поперечной деформации шины, отличающийся тем, что с валом двигателя привода стенда соединена растровая шкала преобразователя угловых перемещений, считывающий узел которого закреплен неподвижно, а угловое перемещение вала двигателя привода стенда преобразуется в линейное перемещение траверсы нагружающего устройства с закрепленной на ней шиной, пропорциональное продольной деформации шины при ее обжатии и глубине проникания наконечника при определении энергии разрушения шины.
2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что на противоположных сторонах основания стенда соосно с траверсой нагружающего устройства закреплены считывающие головки растровых преобразователей линейного перемещения так, что их подпружиненные корпусы с растровыми шкалами и установленными на концах упорами с разных сторон опираются на боковую поверхность шины и при обжатии шины осевой силой перемещаются по поверхности силовой плиты стенда, а величина поперечной деформации шины определяется арифметической суммой перемещений, измеренных растровыми преобразователями линейных перемещений.
