Устройство для регулирования давления воздуха в шинах транспортного средства

 

Изобретение относится к автотракторной технике, в частности к устройствам для регулирования давления воздуха в шинах колесных машин Цель изобретения - повышение тягово-сцепных качеств и проходимости путем оптимизации давления в шинах по критерию минимума энергозатрат на движение, Устройство содержит регулятор давления, состоящий из пневмопереходника 6, непрерывно-дискретного 10, запоминающего 18 и сравнивающего 19 пневматических элементов, пневмомеханического триггера 22 со счетным входом и пневмораспределителей 29 и 30, соединяющих шины либо с источником 33 сжатого воздуха, либо с атмосферой. При этом сравнивающий пневматический элемент 19, выпол нен в виде подвижного мембра н ного блока. Работа устройства заключается в непрерывном пошаговом реверсивном изменении давления до достижения величины, обеспечивающей минимум энергозатрат 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 60 С 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4428186/11 (22) 23.05.88 (46) 23.11.91. Бюл. М 43 (71) Брянский технологический институт (72) С.С.Синицын, В.B.Ëàýýðåâ, А.Н;Капский, И.А.Безруков и С.M.Ëîñèõèí (53) 629.113.012.556(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1461381, кл. А 01 В 63/112, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ШИНАХ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к автотракторной технике, в частности к устройствам для регулирования давления воздуха в шинах

:колесных машин. Цель изобретения — повышение тягово-сцепных качеств и проходиИзобретение относится к автотракторной технике, в частности к устройствам для регулирования давления воздуха в шинах колесных машин.

Цель изобретения — повышение тяговосцепных качеств и проходимости путем оптимизации давления в шинах по критерию минимума энергозатрат на движение.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2— управляемое пневмосопротивление,выполняющее функцию датчика крутящего момента, вид в плане; на фиг.3 — график поиска минимума энергозатрат; на фиг.4 — график зависимости силы сопротивления движению Pr от давления воздуха Р .

Устройство содержит управляемое пневмосопротивление. состоящее из заслонок 1, установленных на втулке 2 веду@ей шестерни главной передачи 3, сопел 4, уста„„5U„„1692870 А1 мости путем оптимизации давления в шинах по критерию минимума энергозатрат на движение. Устройство содержит регулятор давления, состоящий из пневмопереходника 6, непрерывно-дискретного 10, запоминающего 18 и сравнивающего 19 пневматических элементов, пневмомеханического триггера 22 со счетным входом и пневмораспределителей 29 и 30, соединяющих шины либо с источником 33 сжатого воздуха, либо с атмосферой. При этом сравнивающий пневматический элемент 19, выполнен в виде подвижного мембранного блока, Работа устройства заключается в непрерывном пошаговом реверсивном изменении давления до достижения величины, обеспечивающей минимум энергозатрат. 4 ил. новленных на торсионном вале 5 вместе с пневмопереходником 6, имеющим вход 6.1 и выход 6.2 пневмопереходника 6, через выход 6.2, пневмопроводы 7 и 8 и сумматор 9 соединена с непрерывно-дискретным элементом 10, имеющим первый вход 10.1, выход 10.2 и второй вход 10,3, Непрерывно-дискретный элемент 10 включает в себя нормально закрытый клапан 11, открываемый при воздействии через вход 10.3 на мембрану 12 дискретного сигнала от пневматического генератора импульсов, состоящего из трехмембранного реле 13, пневмоемкости 14 и пневмосопротивления 15, охваченных через пневмопровод 16 обратной связью.

Через выход 10.2 и пневмопровод 17 непрерывно-дискретный элемент 10 соединен с первым входом элемента 18 запоминания-сравнения, имеющего первый вход

1692870

18.1, выходы 18,2, 18.3, 18.4, 18.5 и входы

18.6 и 18,7 и состоящего из трехмембранного реле с подвижным мембранным блоком

19 и пневмосопротивления 20, Выходы 18.2 и 18.3 элемента запоминания-сравнения с.помощью пневмопривода

21 соединены с входом управляющей камеры пневмомеханического триггера 22, со, держащего мембранный блок 23, храповой ;механизм 24 и шток 25, воздействующий ! через пружину 26 на мембранный блок 27 и ., через пружину 28 на клапан двухпозицион: ного трехлинейного пневмораспределителя

29, имеющего вход 29.1, выход 29,2 и вход5

10 выход 29.3 и сообщающего выход-вход 30,1 15 двухпозиционного пневмораспределителя

30 через вход-выход 29,3 и пневмопровод 31 либо через выход 29.2 с атмосферой, либо через вход 29,1 и пневмопровод 32 с источ20 ником 33 давления.Выход-вход 30,2 пневмораспределите,ля 30 соединен с помощью пневмопровода

34 с полостью шин 35, а полость над мембранным блоком 36, управляющим нормаль но закрытым клапаном 37, через вход 30,3 и пневмопровод 38 сообщается с выходом сумматора 9.

Питание устройства. осуществляется от ,источника 33 давления через стабилизатор 39 и пневмопроводы 40 и 41.

Логика поиска минимума энергозатрат, заложенная в алгоритм действия устройст;ва, заключается в следующем (фиг.З). Из источника О, соответствующей определенным

35 значениям крутящего момента и давления в шинах, устройство делает шаг вправо и вле .во.

Команду на "пробный шаг" устройства в ту или иную сторону дает триггер 22, имею40 щий два устойчивых состояния, обеспечивающих соединение полости шин либо с атмосферой, либо с источником питания.

Поэтому первоначальное устойчивое состояние триггера и обеспечивает направление

"пробного шага". Длительность шага определяется периодом колебаний прямоугольных импульсов, формируемых на выходе непрерывно-дискретного устройства и имеющих амплитуду, адекватную. действующему крутящему моменту.

Для пояснения алгоритма работы устройства используется график функциональной зависимости Мк == fPw, изображенной на фиг.З и адекватно отражающей известную зависимость Рг= 1Р, поскольку Мк = Р гк, Как следует из графика (фиг.4) зависимость Рг = f(Pw) носит экстремальный характер (имеется явный минимум энергозатрат), обусловленный противоположными влияниями давления Р в шинах

55 на составляющие суммарного сопротивления: потери на колееобразование Pf имеют прямую зависимость от Р>, а потери на гистерезис в шине Р имеют обратную зависи| масть от Pw.

Физическая сущность поиска оптимального давления, обеспечивающего минимум энергозатрат, аналогична поведению шарика на вогнутой поверхности — где бы его не поместили, он стремится скатиться вниз — в точку с наименьшим запасом потенциальной энергии.

Теперь о процессе поиска оптимального давления.

Команду на направление "пробного шага" дает триггер, при этом не имеет значения ни местонахождение начальной точки на кривой М = 1(Р ), ни направление изменения давления, В случае совпадения направления шага, заданного триггером, с уменьшением Мк (шарик скатывается к точке перегиба) следующий шаг, заданный непрерывно-дискретным устройством, делается в этом же направлении. Этот процесс протекает до тех пор, пока устройство не "перешагнет" точку экстремума (шарик . проскочил точку перегиба и по инерции начал подниматься вверх). Как только это произойдет, устройство осуществляет реверс— изменяет направление истечения воздуха на обратное, Команду триггеру на этот реверс дает устройство 18 запоминания-срав- нения установившее, что амплитуда последующего импульса больше амплитуды предыдущего. Теперь устройство начинает

"рыскать" около точки экстремума (шарик совершает колебания с одной восходящей ветви кривой на другую), поддерживая оптимальное давление воздуха.

Работа устройства на разных фонах.

Обратимся опять к графику Pf = f(Pw), из которого следует, что при качении колеса по недеформируемой опорной поверхности имеет место только сопротивление качению от гистерезиса в шине, графически описываемое кривой Pt = f(Pw) и достигающее минимума при максимально допустимом давлении в шине.

При качении жесткого колеса по деформируемому основанию имеют место только потери на колееобразование, графически описываемые кривой Pfr = f(Pw) и достигающие минимума при минимальна допустимом давлении.

Минимально и максимально допустимые давления в шине ограничиваются трехлинейным пневмораспределителем 29 за счет подбора упругости пружины 26, установленной между штоком 25 триггера и мембранным блоком 27.

1692870

Для всех же случаев качения эластичного (упругого) колеса по деформируемому основанию экстремальный характер кривой Р =

1(Р ) неизменен, только точка экстремума в соответствии с изменением несущей способности опорной поверхности перемещается в ту или иную сторону вдоль оси Р с одновременным дрейфом вдоль оси Р (изменение абсолютной величины Pf), Поэтому задача поиска оптимального давления на всех типах опорной поверхности решается однозначно согласно указанного алгоритма.

При изменении режимов движения изменяются вертикальная нагрузка на ведущий мост и абсолютная величина крутящего момента, функционально не связанные с давлением воздуха в шинах. Экстремальный же характер кривой Р =- f(Pw) не изменяется, она просто как бы "дрейфует" относительно осей Р и Р,ч.

Поэтому работа устройства и в этом случае опять же протекает по изложенному апгоритму, Увеличение нагрузки на шину вызывает дополнительную деформацию шины на рост потерь на гистерезис, то есть уход параметра Р из зоны экстремума, а раз так, то устройство возвращает систему в зону экстремума, делая шаг в сторону увеличения давления, что предохраняет шины от езды с давлением, не соответствующим нагрузке.

Устройство работает следующим образом, Крутящий момент закручивает торсионный вал 5, вызывая угловое смещение установленного на нем пневмопереходника 6 с соплами 4 относительно заслонок 1, т.е,— изменение пневмосопротивления сопло 4— заслонка 1 (фиг.2), формируя тем самым в полости пневмопереходника 6 результирующее давление, являющееся мерой крутящего момента.

Непрерывный пневматический сигнал через выход 6,2 по пневмопроводам 7 и 8 поступает на вход 10.1 непрерывно-дискретного элемента 10.

Циклическое изменение соотношения давлений в камерах В и Б реле 13 за счет включения в обратную связь 16 реле апериодического звена, состоящего из пневмоемкости 14 и пневмосопротивления 15, давление на вход которых поступает с выхода реле 13, и связанное с этим перемещение мембранного блока приводит к возникновению в пневмоприводе 16 и, следовательно, в полости В преобразователя 10 пневматических импульсов, воздействующих на мембрану 12 и клапан 11. В результате периодического открытия и закрытия клапа5

40 на на выходе 10.2 непрерывно-дискретного элемента формируются прямоугольные импульсы, поступающие с интервалом, равным одному периоду колебаний генератора, через пневмопривод 17 и вход 18.1 в камеру

Б элемента 18 запоминания-сравнения, а затем, пройдя через выход 18.4, пневмосопротивление 20 и вход 18.6, запоминаются в камере В.

Каждый последующий импульс. поступающий в камеру Б в конце шага устройства, сравнивается с запомненным в камере В предыдущим импульсом. Если последующий импульс меньше предыдущего, то мембранный блок 19 перемещается вверх и сообщает выход 18.5 реле 18 с атмосферой — управляющий сигнал на выходе 18.3, пневмопроводе 21 и на входе триггера 22 не возникает и устройство делает еще один шаг в том же направлении, т.е. сохраняется предшествующее направление истечения воздуха через распределитель 29. Если же поступающий импульс больше предыдущего, то мембранный блок 19 перемещается вниз, сообщает выход 18.2 с входом 18.7 а, значит, и с линией 40 питания, формируя тем самым управляющий дискретный сигнал, который поступает в камеру А пневмохимического триггера 22, что вызывает перемещение мембраны 23, срабатывание храпового механизма 24 и через шток 25, пружину 26 переход мембранного блока 27 в новое устойчивое состояние. т.е. реверс пневмораспределителя 29, и, следовательно, изменение направления истечения воздуха через пневмолинии распределителя.

Истечение воздуха в этом направлении происходит до появления нового управляющего сигнала на входе триггера 22 или до достижения нижнего или верхнего пределов допустимого давления воздуха в шинах. В последнем случае усилия пружины 26 (или пружины 26 и пружины 28 клапана) уравновешиваются давлением на мембранный блок 27 со стороны камеры Б распределителя, и камера Б, соединенная с полостью шин, отключается соответственно от атмосферного выхода 29.2 (или от входа 29,1 линии питания).

Пневмораспределитель 30 сообщает полость шин 35 через пневмопроводы 34 и

31 и пневмораспределитель 29 с атмосферой или с источником давления только во время движения транспортного средства, когда пневматический сигнал от датчика крутящего момента (выход 6.2) передается по пневмопроводам 7,8 и 38 на вход 30.3 и в камеру А пневмораспределителя 30, приводя тем самым к перемещению мембранного блока 36 вниз и открытию клапана 37.

1692870

При наличии у транспортного средства двух и более ведущих мостов для суммирования пневматических сигналов датчиков крутящего момента в устройстве вводится в действие аналоговое пневматическое сум- 5 мирующее устройство 9. В остальном устройство для регулирования давления работает аналогично описанному.

Формула изобртетения

Устройство для регулирования давле- 10 ния воздуха в шинах транспортного средства, содержащее источник сжатого воздуха, связанный трубопроводом с регулятором давления, имеющим датчики крутящего момента, выходы которых соединены с входом 15 сумматора, и двухпозиционные пневмораспределители, один из которых выполнен двухлинейным и имеет выход, связанный трубопроводом с полостью шин, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения 20 тягово-сцепных качеств и проходимости путем оптимизации давления в шинах по критерию минимума энергозатрат на движение, регулятор давления выполнен по пневмомеханической схеме и содержит пневмомеханический генератор импульсов, непрерывно-дискретный, запоминающий и сравнивающие пневматические элементы, механо-пневматический преобразователь крутящего момента типа сопло — заслонка и пневматический триггер со счетным входом, а второй пневмораспределитель выполнен трехлинейным, при этом выход сумматора подключен к входу непрерывно-дискретного элемента, другой вход которого связан с выходом генератора импульсов, а выход подключен к входу элемента запоминаниясравнения, два выхода которого в свою очередь подключены к входу триггера, управляющего трехлинейным пневмораспределителем, вход которого соединен с источником давления, первый выход соединен с атмосферой, а второй — с входом двухлинейного пневмораспределителя, управляющий вход которого связан с первым входом непрерывно-дискретного элемента.

1692870

P г пасп

W опт

Составитель А.Глинка

Техред М,Моргентал

Редактор С.Патрушева

Корректор М.Пожо

Заказ 4042 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат /Татент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 101