Устройство для измерения коэффициента сцепления дорожного и аэродромного покрытий

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для определения сцепных качеств дорожных и аэродромных покрытий. Устройство содержит взаимодействующий с покрытием рабочий орган в виде имитатора (9) автомобильной шины, устройства вертикального нагружения в виде, например, пневмоцилиндра (1), систему измерения вертикальных и касательных усилий с динамометрическими тягами (6) и (30), а также систему подачи жидкости на покрытие перед рабочим органом в виде трубопровода (43) с краном (42), подключенных к емкости с жидкостью, дополненных дозатором (45). При этом имитатор (9), состоящий из жесткой пластины (14), демпфирующего элемента (12) и протекторной резины, крепится к раме автомобиля. Система измерения возникающих при скольжении имитатора (9) вертикальных и касательных усилий содержит динамометрические тяги (6) и (30). При скольжении имитатора в зону его контакта с покрытием жидкость подается при помощи дозатора (45), состоящего из верхней воздушной полости (46) и нижней полости (47) для жидкости. Техническим результатом является обеспечение возможности сокращения времени проведения одного замера коэффициента сцепления, что повышает производительность и сокращает необходимое для проведения замеров количество жидкости. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для определения сцепных качеств дорожного и аэродромного покрытий.

Известно устройство для измерения коэффициента сцепления ПКРС-2у (прибор контроля ровности, скользкости), которое предназначено для измерения коэффициента сцепления дорожных покрытий в режиме скольжения пневматического колеса по увлажненной дорожной поверхности. Устройство представляет собой одноколесную тележку, работающую в сцепе с автомобилем-тягачем, на котором установлена емкость для воды с трубопроводами, краном, соплом для подачи воды в зону контакта колеса с дорогой, измерительная и регистрирующая аппаратура. Рабочим органом устройства, взаимодействующим с дорожным покрытием, является полноразмерное автомобильное колесо. Вертикальная нагрузка на измерительное колесо создается балластом. Колесо имеет тормозною систему, позволяющую оператору в нужный момент его блокировать. В момент блокировки для создания пленки заданной толщины через сопло из емкости подается необходимое количество воды. Пневматическое колесо установки снабжено динамометрической ступицей, позволяющей измерять тормозной момент, по величине которого определяется сила трения, возникающая в зоне контакта скользящего колеса. Коэффициент сцепления, характеризующий состояние сцепных качеств дорожного покрытия, вычисляется как отношение силы трения к вертикальной реакции дороги /1/.

Недостатком устройства является его громоздкость и малая производительность. В соответствии с требованием нормативной литературы для измерения коэффициента сцепления должно использоваться колесо с вертикальной нагрузкой на него 2940 Н, измерения требуется выполнять при скорости скольжения 60 км/ч, при этом в зону контакта необходимо подавать количество воды, достаточное для создания водной пленки толщиной 1 мм /3/. При проведении измерений на рассматриваемом устройстве блокируется тяжелое, вращающееся с большой угловой скоростью, автомобильное колесо, обладающее большим моментом инерции, затем при скольжении колеса измеряется тормозной момент, по величине которого рассчитывается тормозная сила. При частых замерах перегреваются тормозные накладки и диски. В течение всего времени измерения, которое длится не менее 4-5 сек, в зону контакте нужно подавать значительное количество воды. Установка работает в сцепе со специальным автомобилем, оснащенным пультом управления, регистрирующей аппаратурой и не имеющим емкости для воды большого объема. Обычно для повышения производительности к лаборатории придается специальная поливомоечная машина, которая периодически заправляет водой емкость лаборатории.

Известно устройство для измерения коэффициента сцепления НДК-МАДИ. Устройство устанавливается на раме поливомоечной машины. Его рабочим органом является автомобильное колесо, оборудованное полноразмерной автомобильной шиной. Устройство имеет механизм вертикального нагружения, системы торможения и измерения. Вертикальная нагрузка на измерительное колесо создается пневматическим цилиндром, трубопроводом, соединенным с ресивером, в котором поддерживается требуемое для создания заданной нагрузки давление. Сила трения, возникающая при скольжении колеса, рассчитывается по тормозному моменту, который при скольжении колеса фиксирует система измерения. При выполнении замера вода из емкости по трубопроводу через запорный кран поступает в сопло, которое увлажняет покрытие на ширину беговой дорожки шины /2/.

Устройство при массовых обследованиях дорог за счет имеющегося на борту поливомоечной машины большого количества воды позволяет выполнить без дозаправки значительное количество замеров. Недостатком устройства является то, что из-за большого момента инерции полноразмерного колеса, быстрого перегрева тормозных систем и автомобильной шины при принятой для проведения обследований скорости движения 60 км/ч не представляется возможности выполнить более 3-4 измерений коэффициента на 1 км пути. Устройство громоздкое, при его работе требуется большое количество воды, что не дает возможности его использовать на автомобилях малой грузоподъемности типа Газель, Соболь, на которых обычно выполняются обследования автомобильных дорог. При выполнении измерений увлажняются большие площади дорожного покрытия, что повышает опасность движения другим автомобилям, особенно на скользких при увлажнении поверхностях.

Технической задачей заявленного изобретения являются снижение габаритов устройства, повышение безопасности проведения измерений при одновременном повышении производительности и точности получаемых результатов.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента сцепления дорожного и аэродромного покрытий, включающем установленный на автомобиль и взаимодействующий с покрытием при выполнении измерений рабочий орган, устройство вертикального нагружения, систему измерения вертикальных и касательных усилий, систему подачи жидкости на покрытие перед рабочим органом, состоящую из крана, сопла и трубопровода, подключенного к емкости, заполненной жидкостью, согласно изобретению рабочий орган выполнен в виде имитатора автомобильной шины, состоящего из жесткой пластины и протекторной резины, между которыми размещена демпфирующая прослойка, при этом имитатор шарнирно соединен с вертикально установленным штоком, в верхней части которого закреплено устройство вертикального нагружения с динамометрической тягой, причем вертикально установленный шток выполнен с возможностью вертикальных перемещений в корпусе штока, система измерения касательных усилий выполнена в виде продольных тяг, образующих параллелограмм, равновеликих двуплечных рычагов и динамометрической тяги, причем верхняя и нижняя продольные тяги при помощи шарниров соединены с корпусом штока, другие концы продольных тяг шарнирно соединены с вертикально расположенными и закрепленными на осях с возможностью угловых перемещений верхним и нижним двуплечными рычагами, свободные плечи которых находятся во взаимном зацеплении, а плечо одного из рычагов шарнирно соединено с динамометрической тягой.

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что устройство вертикального нагружения выполнено в виде пневмоцилиндра.

Решение поставленной технической задачи достигается также и тем, что в частном случае устройство вертикального нагружения выполнено в виде падающего груза, в нижней части которого установлена предварительно поджатая до требуемого усилия пружина.

Решение поставленной технической задачи достигается и тем, что шток в нижней своей части выполнен разрезным с возможностью вертикальных перемещений нижней части штока, шарнирно соединенной с имитатором, относительно верхней его части, при этом между верхней и нижней частями штока размещается амортизирующий элемент.

На решение поставленной технической задачи направлено и то, что вертикальная ось шарнира, соединяющего имитатор со штоком, смещена относительно центра имитатора назад по ходу движения.

Решение поставленной задачи достигается также благодаря тому, что система подачи жидкости на покрытие снабжена дозатором, установленным перед краном подачи жидкости и выполненным с воздушной и жидкостной герметичными полостями, разделенными упругой диафрагмой, причем воздушная полость соединена с аккумулятором давления воздуха, а жидкостная полость подключена к емкости, заполненной жидкостью.

Поставленная техническая задача решается за счет использования в устройстве в качестве рабочего органа вместо колеса имитатора автомобильной шины, имеющего по сравнению с автомобильным колесом меньшую массу, которая является неподрессоренной. Отсутствие тормозных механизмов, а также простота устройства вертикального нагружения позволяет значительно уменьшить габариты и массу прибора в целом. Это дает возможность выполнить прибор навесным, разместив его под кузовом автомобиля, что позволяет осуществлять замеры коэффициента сцепления при любой скорости движения и за более короткий промежуток времени. При этом повышается производительность, снижается погрешность измерений, связанная с изменением температуры зоны контакта при продолжительном скольжении рабочего органа. Кроме этого, уменьшается расход воды на одно измерение. Существенно еще и то, что геометрические параметры зоны контакта рабочего органа, ее площадь, ширина и длина, в отличие от прототипа, не зависят от вертикальной нагрузки и в течение времени измерения остаются неизменными, что также повышает точность измерения. Это преимущество особенно заметно проявляется при работе на неровных покрытиях. Оборудование штока, передающего нагрузку на рабочий орган, амортизирующим устройством позволяет снизить силу удара имитатора о покрытие в первый момент контакта. Использование в устройстве для измерения вертикального и касательного усилий механизма, состоящего из взаимодействующих между собой тяг, шарниров и рычагов, обеспечивает возможность измерения параметров, определяющих коэффициент сцепления, без погрешностей, связанных с влиянием касательной силы, действующей в зоне контакта имитатора, и с влиянием высоты положения кузова автомобиля над поверхностью покрытия. Введение в систему подачи жидкости дозатора позволяет за короткое время контакта имитатора с покрытием подать необходимое на одно измерение количество жидкости, обеспечивающее создание перед скользящим имитатором пленки требуемой толщины, что снижает общий расход воды на одно измерение, при этом за счет сокращения площади мокрого покрытия уменьшается риск возникновения дорожно-транспортного происшествия для других участников движения. Поскольку значительно сокращается продолжительность скольжения рабочего органа, действующая на работающий автомобиль продольная сила несущественно снижает скорость его движения. За счет постоянства скорости повышается точность измерения и одновременно повышается безопасность проведения измерений из-за отсутствия помехи другим участникам движения.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 дана схема устройства динамического вертикального нагружения в виде падающего груза; на фиг. 3 представлена схема системы подачи жидкости на дорожное покрытие.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

fв и fн - продольные усилия, действующие в верхней и нижней продольных тягах;

- величина смещения вертикальной оси шарнира, соединяющего имитатор со штоком, назад по ходу движения относительно центра имитатора;

F - касательная сила, действующая в плоскости скользящего имитатора;

R - нормальная сила реакции дороги;

V - скорость движения.

Устройство устанавливается на раме автомобиля, а его элементы располагаются под кузовом и в кузове. Оно состоит из установленного в кузове автомобиля устройства вертикального нагружения, выполненного, например, в виде пневмоцилиндра 1 (фиг. 1), соединенного с ресивером 2, в котором поддерживается заданное избыточное давление. Между воздушным аккумулятором-ресивером 2 и пневмоцилиндром 1 установлен электрокран 3, который в открытом положении подает сжатый воздух в верхнюю полость «а» пневмоцилиндра 1, а в закрытом - перекрывает поступление воздуха из ресивера 2. Для быстрого сброса воздуха из пневмоцилиндра 1 в атмосферу установлен кран 4 быстрого выхлопа, который при окончании измерения сбрасывает избыточное давление из верхней полости «а» пневмоцилиндра 1. Нижняя полость «б» пневмоцилиндра 1 сообщается с атмосферой. Шток 5 пневмоцилиндра 1 через динамометрическую тягу 6 при помощи шарнира 7 соединен соосно с вертикально установленным штоком 8 имитатора 9 автомобильной шины, который является рабочим органом, контактирующим с покрытием при выполнении измерений. То есть, устройство вертикального нагружения в виде пневмоцилиндра 1 со штоком 5 и динамометрической тягой 6 закреплено в верхней части 10 штока 8. В нижней своей части 11 шток 8 имитатора 9 выполнен разрезным с возможностью вертикальных перемещений нижней части 11 штока 8 относительно верхней его части 10. Между двумя частями 10 и 11 штока 8 размещен демпфирующий элемент 12. Имитатор 9 соединен с нижней частью 11 штока 8 при помощи шарового шарнира 13. Основа имитатора 9 состоит из жесткой пластины 14, передний и задний края которой изогнуты вверх. В качестве нижнего слоя к пластине 14 крепится фрагмент беговой дорожки полноразмерной автомобильной шины либо специально изготовленный из протекторной резины образец 15. Между пластиной 14 имитатора 9 и образцом 15 может располагаться демпфирующая прослойка (на чертеже не показана), выполненная, например, из микропористой резины. Вертикальная ось шарового шарнира 13, соединяющего имитатор 9 со штоком 8, смещена назад по ходу движения относительно центра имитатора 9 на величину .

Передающий нагрузку от пневмоцилиндра 1 на имитатор 9 шток 8 выполнен с возможностью вертикальных перемещений в корпусе 16 штока 8. В верхней и нижней частях корпуса 16 штока 8 закреплены шарниры 17 и 18, соединяющие корпус 16 штока 8 с горизонтально установленными продольными тягами - верхней тягой 19 и нижней тягой 20, образующими параллелограмм. Другие концы продольных тяг 19 и 20 при помощи шарниров 21 и 22 соединены с вертикально расположенными и закрепленными на осях 23 и 24 с возможностью угловых перемещений верхним и нижним равновеликими двуплечными рычагами 25 и 26, соответственно. Свободные плечи 27 и 28 соответствующих рычагов 25 и 26 находятся во взаимном зацеплении. В качестве механизма зацепления может быть использован элемент шестеренчатой передачи - зуб шестерни одного рычага, например рычага 26, входящего в прорезь другого рычага 27. При этом плечо одного из рычагов, например нижнего рычага 26, при помощи шарниров 22 и 29 соединено с динамометрической тягой 30, в качестве которой может быть использована измерительная тензометрическая тяга. Динамометрические тяги 6 и 30, осуществляющие измерения усилий в вертикальном и горизонтальном направлениях, совместно с элементами, воспринимающими возникающие при измерениях усилия, образуют систему измерения действующих на имитатор 9 вертикальных и касательных усилий.

Вертикальная нагрузка на имитатор 9 также может создаваться при помощи устройства вертикального динамического нагружения, изображенного на фиг. 2. Оно состоит из цилиндра 31, тяжелого поршня 32, выполняющего функцию падающего груза, в нижней части которого закреплена предварительно поджатая до требуемого усилия пружина 33. Нижний конец пружины 33 связан с пятой 34, а верхний ее конец упирается в днище поршня 32. Пята 34 пружины 33 установлена на вертикальных направляющих на некотором расстоянии от нижнего торца 35 поршня 32. При динамическом воздействии со стороны поршня 32 на пяту 34, достигшем силы сжатия пружины 33, пята 34 может перемещаться относительно поршня 32, выбирая имеющийся зазор. В нижней крышке 36 цилиндра 31 со свободой вертикальных перемещений установлен шток 37, на верхнем конце которого закреплена наковальня 38 с амортизирующим элементом 39. Шток 37 соединен с динамометрической тягой 6 вертикального нагружения и, далее, при помощи шарнира 7 со штоком 8 имитатора 9. Перемещение поршня 32 совместно с пятой 34 и пружиной 33 может осуществляться, например, пневматически. Для этого в нижнюю крышку 35 пневмоцилиндра 31 вмонтирован пневмокран 40, а поршень 32 снабжен уплотняющей манжетой 41.

Система подачи жидкости на покрытие перед рабочим органом в виде имитатора 9 состоит из крана 42 (фиг. 3) и трубопровода 43, подключенного к емкости 44, заполненной жидкостью. При этом система подачи жидкости снабжена дозатором 45, установленным перед краном 42 подачи жидкости под имитатор 9 и выполненным с воздушной и жидкостной герметичными полостями 46 и 47, соответственно, разделенными упругой диафрагмой 48. Причем воздушная полость 46 дозатора 45 соединена с аккумулятором давления воздуха - ресивером (на чертеже не показан) с помощью трехходового крана 49, а жидкостная полость 47 подключена трубопроводом 43 с обратным клапаном 50 к днищу емкости 44, заполненной жидкостью под давлением. Для заполнения емкости 44 предусмотрена горловина с герметичной крышкой 51, для контроля за давлением - датчик давления 52, а для поддержания избыточного давления в емкости 44 имеется электрокран 53.

Устройство для измерения коэффициента сцепления дорожного и аэродромного покрытия работает следующим образом.

Перед началом движении автомобиля устройство специальным пневмоцилиндром (на чертеже не показан) поднимается в верхнее транспортное положение. Для выполнения измерения устройство тем же пневмоцилиндром переводится из транспортного положения в рабочее. При этом нижняя плоскость имитатора 9 располагается на расстоянии 1 h=3-5 см над поверхностью покрытия. Для проведения замера с использованием устройства, создающего нагрузку пневмоцилиндром 1, открывается кран 3 (фиг. 1) и сжатый до заданного давления воздух поступает из ресивера 2 в пневмоцилиндр 1 устройства вертикального нагружения. При этом имитатор 9 прижимается с требуемым усилием к дорожному покрытию, и после 0,1-0,15 сек скольжения избыточное давление сбрасывается через кран 4 быстрого выхлопа, после чего возвратной пружиной (на чертеже не показана) имитатор 9 поднимается над покрытием. Смещением вертикальной оси шарового шарнира 13 назад по ходу движения относительно центра имитатора 9 на величину достигается равномерность распределения вертикального давления по площади контакта имитатора 9 с покрытием. Величина смещения вертикальной оси шарового шарнира 13 относительно центра имитатора 9 назад по ходу движения может быть определена из уравнения моментов, воздействующих на имитатор 9 относительно упомянутого шарнира 13. Равномерность нормального давления в контакте имитатора 9 будет обеспечена в том случае, когда силы реакции дороги, действующие на переднюю и заднюю половины контакта имитатора 9, будут равны между собой. Величина смещения может быть найдена из уравнения моментов, воздействующих на имитатор 9 относительно шарнира 13, имеющего следующий вид:

,

где R - вертикальная реакция дороги (Н);

L - длина имитатора (мм);

F - сила трения в контакте имитатора (Н);

h - высота шарнира над поверхностью покрытия (мм).

Выполнив необходимые преобразования, получим:

,

где φ - коэффициент сцепления, равный отношению силы трения F в контакте имитатора при его скольжении по покрытию к вертикальной реакции дороги R.

При определении величины смещения коэффициент φ целесообразно назначать в пределах 0,3-0,35 как наиболее часто встречающиеся на сети дорог значения коэффициента сцепления.

В момент скольжения имитатора 9 по дорожному покрытию в зоне его контакта возникает тормозная сила F, которая через шарнир 13 имитатора 9, шток 8, корпус 16 штока 8 передается на верхнюю и нижнюю продольные тяги 19 и 20, соответственно, образующие параллелограмм. При действии тормозной силы F в нижней продольной тяге 20 возникает растягивающая сила fн, а в верхней тяге 19 - сжимающая сила fв. Разрезав связи, соединяющие с автомобилем корпус 16 штока 8 имитатора 9, шток 8 и имитатор 9, заменив их действие на систему соответствующими силами и спроектировав силы, действующие в связях, на горизонтально расположенную ось X, получим:

,

где F - сила трения в зоне контакта имитатора.

Продольно расположенные тяги 19 и 20 перпендикулярны штоку 8, поэтому независимо от продольного усилия в контакте имитатора 9 сила реакции дороги R всегда равна силе G, действующей со стороны устройства вертикального нагружения и измеряемой динамометрической тягой 6.

Рассмотрим силы и моменты, действующие на нижний рычаг 26, установленный с возможностью поворота в плоскости чертежа относительно оси 24. При возникновении продольной силы в верхней тяге 19 за счет наличия взаимного зацепления рычагов рычаг 25 передает крутящий момент нижнему рычагу 26 без существенных потерь на трение. Очевидно, что сумма моментов, действующих на рычаг 26 относительно шарнира 24, равна нулю. Тогда:

,

где N - сила, действующая на нижний рычаг 26 со стороны динамометрической тяги 30,

r - равновеликие плечи верхнего и нижнего рычагов 25 и 26, соответственно.

После преобразования уравнения получим:

С учетом равенства (1) можно заключить, что усилие, воспринимаемое динамометрической тягой 30, всегда равно силе трения F в зоне контакта имитатора 9.

Для проведения замера при помощи устройства вертикального динамического нагружения, изображенного на фиг. 2, через кран 39 в цилиндр 31 подается избыточное давление, в результате чего тяжелый поршень 32 вместе с предварительно поджатой до требуемого усилия пружиной 33 поднимается в верхнее положение. После этого воздух из пневмоцилиндра 31 сбрасывается в атмосферу, и тяжелый поршень 32 падает вниз, передавая усилие предварительно поджатой пружины 33 через амортизирующий элемент 38, наковальню 37 и динамометрическую тягу 6 имитатору 9. Время и сила воздействия вертикальной силы регулируются высотой падения, массой поршня 32 и параметрами предварительно поджатой пружины 33.

Система подачи жидкости для увлажнения покрытия перед рабочим органом, выполненным в виде имитатора 9, работает следующим образом. Перед проведением замера трехходовой кран 49 (фиг. 3) находится в закрытом положении, и воздушная полость 46 дозатора 45 соединена с атмосферой. При этом под действием давления, находящегося в емкости 44, жидкость по трубопроводу 43 через обратный клапан 50 заполняет полость 47 дозатора 45, и воздух из его воздушной полости 46 выжимается через клапан трехходового крана 49 в атмосферу. После заполнения дозирующего устройства 45 жидкостью трехходовой кран 49 открывается, и избыточное давление от воздушного аккумулятора поступает в воздушную полость 46 дозатора 45. Поскольку обратный клапан 50 не позволяет жидкости перемещаться обратно в емкость 44, она под заданным давлением в необходимом для одного измерения количестве находится в жидкостной полости 47 дозатора 45. При выполнении измерения до момента начала скольжения имитатора 9 кран 42 открывается, и жидкость под действием давления воздуха, находящегося в воздушной полости 46 дозатора 45, выплескивается на покрытие, увлажняя его перед скользящим имитатором 9. После измерения трехходовой кран 49 закрывается, и из верхней полости 46 дозатора 45 воздух сбрасывается в атмосферу, при этом под действием избыточного давления, которое контролируется датчиком давления 52 и поддерживается при помощи электрокрана 53, жидкость из емкости 44 поступает в жидкостную полость 47 дозатора 45.

Выполнение рабочего органа устройства в виде имитатора 9, на который воздействует механизм, создающий вертикальную нагрузку, за счет отсутствия тормозных механизмов и тяжелого колеса, оборудованного полноразмерной шиной, позволило снизить величину неподрессоренной массы рабочего органа, уменьшить габариты прибора, что дало возможность разместить его под кузовом автомобиля. Монтаж устройства на автомобиле обеспечивает возможность проведения измерений коэффициента сцепления при любой скорости движения, которую может развить автомобиль, в том числе, и при скорости движения 60 км/ч, принятой в России для проведения измерений сцепных качеств дорожных покрытий. В известном устройстве при измерениях сцепления автомобильное колесо, оборудованное полноразмерной шиной, блокируется и взаимодействует с покрытием одним и тем же местом протектора - плоской зоной контакта, в описываемом устройстве колесо заменено на плоский имитатор 9, имеющий аналогичную, что у колеса площадь зоны контакта, и состоящий из жесткой пластины 14, демпфирующей прослойки и образца 15 из протекторной резины. При выполнении измерений с использованием имитатора 9 время одного замера с нескольких секунд на известном устройстве может быть уменьшено до долей секунды, поскольку отпадает необходимость блокирования колеса и гашения энергии его вращения. Это дало возможность уменьшить расход воды на один замер, снизить износ резины, увеличить частоту выполнения замеров, повысить производительность устройства. За счет того, что время скольжения имитатора 9 уменьшается до долей секунды, повышается точность измерения, поскольку за короткое время скольжения существенно в меньшей степени изменяется влияющая на силу трения температура зоны контакта рабочего органа устройства. На неровных покрытиях точность измерения повышается также за счет того, что имитатор 9 существенно легче колеса, а снижение неподрессоренной массы рабочего органа делает более стабильной вертикальную нагрузку. Из-за динамических воздействий неровностей геометрические размеры площади контакта шины заторможенного колеса постоянно меняются, что отрицательно сказывается на стабильности тормозной продольной силы, в то время как параметры зоны контакта имитатора 9 в течение измерения всегда остаются неизменными. За счет снижения времени воздействия тормозной силы со стороны рабочего органа на автомобиль не наблюдается существенного снижения его скорости движения, что также повышает точность измерения. Смещение оси приложения вертикальной силы относительно центра имитатора 9 назад по ходу движения на величину позволяет при действии продольной силы трения достичь более равномерного распределения вертикального давления по площади имитатора. Введение в конструкцию штока, соединяющего имитатор с механизмом нагружения, выполненного, например, в виде пневмоцилиндра 1, демпфирующего элемента 12 позволило снизить силу удара имитатора 9 о покрытие в первый момент взаимодействия. Использование для передачи на динамометрическую тягу силы трения механизма, состоящего из продольно расположенных тяг 19, 20, шарниров 21, 22, рычагов 25, 26, находящихся во взаимном зацеплении, позволило независимо от величины продольной силы трения F обеспечить постоянство вертикальной реакции дороги, которая всегда равна вертикальному усилию, создаваемому устройством вертикального нагружения. При этом воздействующая на динамометр 30 сила независимо от высотного положения имитатора 9 относительно рамы автомобиля остается равной силе трения, действующей в зоне контакта имитатора 9, что имеет особую важность при работе на неровных дорогах, когда расстояние между рамой автомобиля и поверхностью покрытия постоянно меняется. Поскольку система увлажнения дорожного покрытия прототипа, состоящая из крана 42 и трубопровода 43, из-за инерции жидкости не обеспечивает возможность подачи необходимого количества воды в течение короткого времени взаимодействия имитатора 9, исчисляемого долями секунды, в конструкцию был введен дозатор 45. Он позволил в момент скольжения имитатора 9 по покрытию подать необходимое количество жидкости, обеспечив при минимальном расходе на одно измерение создание пленки требуемой толщины. Небольшие габариты устройства позволяют его монтировать на автомобиле малой грузоподъемности, что дает возможность на этом же автомобиле устанавливать другое оборудование, необходимое для проведения диагностики и паспортизации автомобильных дорог, а также при необходимости использовать прицепные устройства, например, для измерения прочности дорожных одежд. Для выполнения измерений с применением настоящего устройства требуется существенно меньшее количество воды, что повышает производительность производства работ, снижает опасность другим участникам движения и позволяет монтировать на автомобиле емкость для воды малого объема.

Все системы устройства работают в автоматическом режиме, обеспечивая высокую производительность и точность измерения. Управление работой установки осуществляется компьютером с пульта управления лаборатории. При оценке сцепных качеств дорожных покрытий в летних условиях емкость 44 устройства заправляется водой. При оценке сцепных свойств противогололедных реагентов вместо воды в емкость 44, выполненную из нержавеющего материала, закачивается реагент, а при контроле зимней скользкости система работает без увлажнения дорожного покрытия.

Таким образом, изобретение позволяет снизить габариты устройства, повысить безопасность проведения измерений при одновременном достижении высокой производительности и повышение точности получаемых результатов.

Источники информации

1. Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. Приложение 1 ВСН 38-90 Транспорт 1990 г

2. Труды МАДИ. Выпуск 163. Проектирование автомобильных дорог. Кузнецов Ю.В. Навесной динамометрический прибор для оценки сцепных качеств дорожного покрытия. Ст. 3-10. 1979 год (прототип).

3. Межгосударственный стандарт ГОСТ 30413-96 «Дороги автомобильные. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием». Москва.

1. Устройство для измерения коэффициента сцепления дорожного и аэродромного покрытий, включающее установленный на автомобиль и взаимодействующий с покрытием при выполнении измерений рабочий орган, устройство вертикального нагружения, систему измерения вертикальных и касательных усилий, систему подачи жидкости на покрытие перед рабочим органом, состоящую из крана и трубопровода, подключенного к емкости, заполненной жидкостью, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен в виде имитатора автомобильной шины, состоящего из жесткой пластины и протекторной резины, между которыми размещена демпфирующая прослойка, при этом имитатор шарнирно соединен с вертикально установленным штоком, в верхней части которого закреплено устройство вертикального нагружения с динамометрической тягой, причем вертикально установленный шток выполнен с возможностью вертикальных перемещений в его корпусе, система измерения касательных усилий выполнена в виде продольных тяг, образующих параллелограмм, равновеликих двуплечных рычагов и динамометрической тяги, причем верхняя и нижняя продольные тяги при помощи шарниров соединены с корпусом штока, другие концы продольных тяг шарнирно соединены с вертикально расположенными и закрепленными на осях с возможностью угловых перемещений верхним и нижним равновеликими двуплечными рычагами, свободные плечи которых находятся во взаимном зацеплении, а плечо одного из рычагов шарнирно соединено с динамометрической тягой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство вертикального нагружения выполнено в виде пневмоцилиндра.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство вертикального нагружения выполнено в виде падающего груза, в нижней части которого установлена предварительно поджатая до требуемого усилия пружина.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шток в нижней своей части выполнен разрезным с возможностью вертикальных перемещений нижней части штока, шарнирно соединенной с имитатором, относительно верхней его части, при этом между верхней и нижней частями штока размещен амортизирующей элемент.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вертикальная ось шарнира, соединяющего имитатор со штоком, смещена относительно центра имитатора назад по ходу движения.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система подачи жидкости на покрытие снабжена дозатором, установленным перед краном подачи жидкости и выполненным с воздушной и жидкостной герметичными полостями, разделенными упругой диафрагмой, причем воздушная полость соединена с аккумулятором давления воздуха, а жидкостная полость подключена к емкости, заполненной жидкостью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам измерения трения в подшипниках. Способ определения коэффициента трения подшипника заключается в создании усилия на подшипник от нагрузочного устройства.

Группа изобретений относится к способам измерения и используется для определения коэффициента сцепления аэродромного покрытия. Технической задачей изобретения является разработка способа и устройства, позволяющие определять коэффициент сцепления покрытия непосредственно при движении самолета по аэродрому.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, а именно к методам исследования коэффициентов трения сыпучих материалов. Способ определения коэффициента трения сыпучих материалов заключается в том, что исследуемый материал размещается в цилиндре на вращающейся винтовой поверхности, установленной по оси цилиндра.

Изобретение относится к мясной промышленности, к устройствам для определения коэффициента трения мясного и рыбного сырья. Устройство состоит из диска, закрепленного на вертикальной оси, шкалы, расположенной по радиусу диска.

Изобретение относится к области трибологии и триботехники и может использоваться для качественной оценки фрикционного взаимодействия при изучении трибологических свойств свитых изделий типа стальных канатов, тросов и других подобных изделий.

Изобретение относится к испытательной технике для трибологических исследований. Прибор для одновременной оценки оптических и трибологических характеристик смазочного материала позволяет измерить их при заданных значениях скорости сдвига и толщины смазочного слоя.
Изобретение относится к способу предотвращения задиров в парах трения. Перед работой к образцу и контробразцу из материалов пары прикладывают точечную нагрузку Р при использовании смазочной композиции без антифрикционных добавок и определяют силу трения Fтр при возникновении задира, затем в смазочную композицию добавляют антифрикционные добавки и измеряют нагрузку Рд, при которой происходит задир, после чего рассчитывают коэффициент трения по формуле Fтр/Рд, где Fтр - сила трения при задире с использованием смазочной композиции без добавок, и пару трения перед работой смазывают композициями при значениях этого коэффициента не более 0,05.

Группа изобретений относится к области оперативного контроля коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием. Способ определения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием заключается в определении величины силового вращающего момента, приложенного к ступице или к диску тестируемого колеса.

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению динамического коэффициента трения при взаимном перемещении образцов.

Изобретение относится к экспериментально-теоретическому определению фрикционных характеристик пары трения, а именно установлению в паре трения соотношения между коэффициентами трения покоя и трения скольжения.

Изобретение относится к измерительным средствам, предназначенным для непрерывного измерения коэффициента сцепления колес с поверхностью искусственных взлетно-посадочных полос. Устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромными покрытиями содержит несущую раму, опирающуюся на два несущих колеса, рычажную подвеску с измерительным колесом, рычаг с независимым грузом, пружинным амортизатором и демпфером, соединенный с подвеской посредством первой подшипниковой опоры, тормозной генератор, цепную передачу, датчик тока торможения, датчики угловых скоростей измерительного колеса и одного из несущих колес, управляемый трехфазный выпрямитель, нагрузочное сопротивление, тензометрическую систему, состоящую из тензодатчика и блока преобразования сигналов тензодатчика, компьютерный пульт управления и индикации и систему автоматического управления скольжением (торможением) измерительного колеса. В устройство также введены тяга с шаровыми опорами на концах и вспомогательная балка, скрепленная с несущей рамой посредством второй подшипниковой опоры. Основание рычажной подвески измерительного колеса присоединено к вспомогательной балке посредством третьей подшипниковой опоры. Тормозной генератор установлен на вспомогательной балке, а его вал связан цепной передачей со ступицей измерительного колеса. Тензодатчик встроен в консоль, жестко закрепленную одним концом на несущей раме, а свободный конец консоли с тензодатчиком соединен со вспомогательной балкой посредством тяги с шаровыми опорами на концах так, что продольная ось тяги горизонтальна и лежит в вертикальной плоскости продольной симметрии несущей рамы. В результате повышается точность и стабильность измерения коэффициента сцепления. 3 ил.

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано при определения физико-механических свойств материалов и, в частности, коэффициента гистерезисных потерь материала. Способ определения гистерезисных потерь в испытуемом образце механическим осциллятором заключается в том, что после настройки положения равновесия задают начальную амплитуду колебаний, регистрируют амплитуды затухающих колебаний осциллятора, при этом выбирают осциллятор в виде крутильной системы, в которой на нити диаметром от 100 до 600 мкм и длиной порядка 1 м подвешивают шаровое тело, при котором нить сохраняет примерно трехкратный запас прочности на разрыв, для снижения скорости дрейфа положения равновесия до начала измерений держат нить подвеса под нагрузкой, задают начальную амплитуду колебаний, после затухания маятниковых качаний по амплитудам крутильных колебаний измеряют период колебаний T и добротность системы Q1=πn/ln(ϕ0/ϕn), где ϕ0 - начальная амплитуда колебаний, при которой отношение произведения ϕ0 на диаметр нити к ее длине не превышает 5⋅10-6, ϕn - амплитуда после n полных колебаний, вычисляют определяемую вязким трением подвешенного к нити тела диаметром d о воздух добротность Q0=kT/(4πqμd3), k=4π2J/T2 - крутильная жесткость нити, J - момент инерции вокруг оси вращения, μ - коэффициент динамической вязкости воздуха, q=1+ln(100/T), определяют добротность системы Q2=Q1Q0/(Q0-Q1), обусловленную гистерезисными потерями в нити подвеса, и коэффициент гистерезисных потерь C=π/Q2. Технический результат – упрощение измерение гистерезисных потерь. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в вакуумном и электронном приборостроении, ядерной технике и других областях, требующих высокой чистоты поверхностей, работающих в условиях контролируемой внешней среды, в частности очень жестких требований к поверхностям катодов для приборов ночного видения, к стенкам вакуумных камер и приборов в установках термоядерного синтеза, поверхностям приборов для измерения вакуума, и может быть использовано при давлениях в диапазоне 105-10-10 Па, при влажности рабочей атмосферы в диапазоне 0.1-0,95 RH и температурах от -40 до +150°С. Устройство контроля чистоты поверхности объектов содержит расположенные последовательно полированные неподвижную прижимную пластину, подвижную пластину с исследуемой поверхностью, неподвижную базовую пластину. Также устройство содержит стойку, на которой закреплена неподвижная базовая пластина и упругие пластины, одна из которых соединена с прижимной пластиной и обеспечивает силу прижатия, а вторая, через соединительный элемент, прикреплена к исследуемой пластине и обеспечивает силу страгивания, тензодатчик, установленный и закрепленный на второй упругой пластине. Кроме того, устройство содержит пьезоприводы, связывающие упругие пластины с базой, и измеритель силы страгивания, соединенный с тензодатчиком. При этом в устройство введены дополнительно блок измерения давления, блок измерения давления насыщающих паров, блок измерения температуры, блок измерения влажности, блок задания режима, спецвычислитель. При этом на поверхности пластин нанесены тонкие полированные пленки, имеющие энергию Еа адсорбции, идентичную исследуемой поверхности, выходы блока измерения давления, блока измерения давления насыщающих паров, блока измерения температуры и блока измерения влажности соединены с входами блока задания режима, а выходы измерителя силы страгивания и блока задания режима подключены к входам спецвычислителя. Техническим результатом является повышение достоверности результатов измерений для объектов, имеющих разный химический состав поверхностей и соответственно разные энергии адсорбции Еа, что расширяет их область применения. 4 ил.

Изобретение относится к исследованию дисперсных материалов путем определения их физических свойств механическим способом, а более конкретно внутреннего трения порошков. Способ определения внутреннего трения порошкового материала включает размещение дозы исследуемого порошка в подвижную каретку, где действием сдвиговой деформации свободная поверхность исследуемой дозы порошкового материала образует криволинейный профиль откоса, по которому судят о коэффициенте внутреннего трения порошкового материала, при этом профиль свободной поверхности дозы порошкового материала фиксируют фотоэлектрическим прибором. Новым является то, что при перемещении исследуемой дозы порошкового материала вдоль примыкающей опоры исключают торможение приводной стенки сквозной каретки, а величину внутреннего трения определяют из соотношения: f=х/y, измеренных фотоэлементом, где: y - координата максимальной высоты сформированного профиля откоса свободной поверхности дозы исследуемого порошка; х - удаление «у» от приводной стенки каретки. Устройство для реализации предложенного способа содержит связанную с приводом каретку для размещения исследуемой дозы порошкового материала, имеющую форму параллелограмма с оптически прозрачной боковиной, освещаемой фотоэлектрическим прибором, сообщающимся с измерителем. Новым является то, что связанная с толкателем приводная стенка сквозной каретки без дна, примыкающей к опоре продольного ее перемещения, выполнена рифленой посредством поперечных треугольных рифлей, совмещенных между собой, причем образующие рифлей наклонены к плоскости приводной стенки под углом, превышающим угол естественного откоса исследуемого порошкового материала, в диапазоне 45-60°. Технический результат – разработка более точного способа измерения коэффициента внутреннего трения порошковых материалов и устройства для его реализации, простого и надежного. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 1 прил.

Изобретение относится к области трибометрии для исследования процессов трения, износа и трибоЭДС как при сухом трении, так и со смазкой. Машина трения содержит стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке, и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником, жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале. Неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов. Внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющемся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с валом электродвигателя с частотным регулированием оборотов, а на другом конце вала электродвигателя установлен контрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора. К боковой поверхности ролика прижат подпружиненный электрический контакт для снятия трибоЭДС, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной соосно с приводным валом, в которой внутри размещены подвижно последовательно образцедержатель, установленный на шпонке на упоре, состоящий из ролика и обоймы и механическая система для создания нормальной нагрузки, состоящая из тензодатчика силы, прижимов, с размещенной между ними калиброванной пружиной и винта, упирающегося в прижим и размещенного на резьбе в крышке трубы измерительной системы. Усилия от вращательного момента через фиксатор на образцедержателе передается на поводковый кронштейн, жестко связанный с внешним корпусом, на котором симметрично горизонтально расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале. Регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, при этом износ трибопары замеряется размещенным на трубе индикатором. Технический результат: расширение функциональных возможностей машины трения с обеспечением проведения испытаний при нагрузках статических, вибрационных (при широком диапазоне управляемых параметров), а также режимах реверсивного движения, фреттинга, замер «трения покоя» с учетом предыстории функционирования трибоузла, замер трибоЭДС (в т.ч. для полимеров прямых и обратных пар), температуры, износа с отображением в реальном времени, обеспечение проведения исследований при чередовании режимов, а также получение взаимодополняющей информации, возможность проводить испытания по двум схемам: торцовой и вал - частичный подшипник. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Группа изобретений относится к области измерительной техники и преимущественно может быть использована для определения фрикционных параметров поверхности взлетно-посадочных полос аэродромов или дорожных покрытий. Способ включает качение измерительного колеса транспортным средством по контролируемой поверхности, определение скорости движения измерительного колеса, измерение силы нормальной нагрузки измерительного колеса на поверхность, прикладывание к оси измерительного колеса момента силы торможения с помощью индукционного электромагнитного тормоза, ротор которого соединен с осью измерительного колеса, измерение угловой скорости вращения измерительного колеса, определение коэффициента скольжения на основании угловой скорости вращения измерительного колеса и скорости его движения с учетом его радиуса, изменение тормозящего момента для приближения текущего значения коэффициента скольжения к заданному значению, определение силы сцепления измерительного колеса с поверхностью с использованием аналогового датчика Холла, установленного на статоре индукционного электромагнитного тормоза между его полюсами, и определение коэффициента сцепления измерительного колеса с поверхностью в виде отношения силы сцепления измерительного колеса с поверхностью к силе нормальной нагрузки измерительного колеса на поверхность. Устройство содержит установленную на транспортном средстве раму, индукционный электромагнитный тормоз, статор которого установлен на раме, измерительное колесо, установленное на валу ротора тормоза, датчик силы давления, установленный с возможностью измерения вертикальной силы давления измерительного колеса на контролируемую поверхность, датчик угловой скорости измерительного колеса, элемент определения скорости транспортного средства, датчик силы сцепления измерительного колеса с контролируемой поверхностью в виде аналогового датчика Холла, установленного на статоре тормоза между его полюсами, вычислительный блок и блок управления. Техническим результатом является повышение точности определения коэффициента сцепления, упрощение конструкции, снижение габаритов и массы устройства, а также расширение арсенала технических средств подобного назначения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к способам измерения и используется для определения коэффициента сцепления аэродромного покрытия. Способ определения коэффициента сцепления колес объекта с аэродромным покрытием включает измерение динамических характеристик колес средства при его движении по аэродромному покрытию, определяют динамические характеристики корпуса средства за счет установки на объекте устройств, а сцепные качества аэродромного покрытия определяют по величине разности величин скорости перемещения корпуса объекта и скорости перемещения корпуса объекта, определяемой по скорости вращения колес объекта, при нулевой разности коэффициент сцепления аэродромного покрытия - максимален, при достижении разности скоростей величины порога формируется оповещающий сигнал и осуществляется запись сигналов, пропорциональных скоростям, и разностного сигнала, дополнительно скорость перемещения корпуса объекта, определяемую по скорости вращения колес объекта, определяют с учетом деформации шин от нагрузки самолета. Устройство для измерения коэффициента сцепления колес объекта с аэродромным покрытием содержит регистрирующую аппаратуру, датчик измерения частоты вращения колеса, установленный на шасси, блок определения скорости корпуса объекта по частоте вращения колеса и блок измерения скорости корпуса объекта, выполненный в виде навигационного блока в комбинации с приемником спутниковой навигационной системы, блок вычитания, пороговое устройство и блок оповещения, причем выход датчика измерения частоты вращения колеса соединен с первым входом блока определения скорости корпуса объекта по частоте вращения колеса, выход которого соединен с первыми входами соответственно блока вычитания и регистрирующей аппаратуры, выход блока вычитания, через пороговое устройство, соединен с входом блока оповещения и третьим входом регистрирующей аппаратуры. При этом устройство содержит датчик измерения радиуса колеса, установленный на шасси, выход которого соединен со вторым входом блока определения скорости корпуса объекта по частоте вращения колеса. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения коэффициента сцепления колес самолета с аэродромным покрытием при движении по аэродрому с учетом нагрузки самолета. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для анализа влияния трения на управляющие устройства для управления процессом. Согласно одному из способов анализа влияния трения на управляющее устройство, определяют первое усилие или крутящий момент, соответствующий трению управляющего устройства для управления процессом и устройства приведения в действие, функционально соединенного с указанным управляющим устройством посредством штока или вала, в ответ на первое усилие или крутящий момент определяют первую команду на приведение в действие указанного управляющего устройства посредством штока или вала для получения первой реакции устройства приведения в действие, и определяют второе усилие или крутящий момент, соответствующий трению управляющего устройства для управления процессом и устройства приведения в действие, и в ответ на второе усилие или крутящий момент определяют вторую команду на приведение в действие указанного управляющего устройства посредством штока или вала для получения второй реакции устройства приведения в действие. В результате достигается стабильность характеристик штока или вала в процессе работы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для исследования коэффициентов трения покоя и движения кормов, в частности корнеклубнеплодов, о различные поверхности. Устройство для определения коэффициента трения корнеклубнеплодов, содержащее раму с прикрепленным к ней электродвигателем, на валу которого установлен сменный диск с исследуемой поверхностью, и снабженный частотным преобразователем, позволяющим плавно регулировать частоту вращения сменного диска, винтовым механизмом, с помощью которого осуществляется зазор между обоймой и сменным диском, отличающееся тем, что к верхней части рамы соосно валу электродвигателя крепятся верхняя и нижняя опоры с установленной в них осью, на которой установлены винтовая пружина и водило, к которому жестко прикреплена обойма с пишущим устройством, привод сменного диска осуществляется от электродвигателя или отключаемой червячной передачи. Технический результат - повышение точности результатов исследований процесса трения движения и покоя корнеклубнеплодов о различные поверхности. 2 ил.

Устройство измерения коэффициента сцепления колес воздушных судов с покрытием взлетно-посадочных полос (ВПП) содержит несущую раму, опирающуюся на два несущих колеса, измерительное колесо, компьютерный пульт управления и индикации, независимый груз с рычагом, цепную передачу, тормозной генератор, датчик тока торможения, датчики угловых скоростей измерительного колеса и одного из несущих колес, систему автоматического управления скольжением измерительного колеса, независимую подвеску, пружинный амортизатор с демпфером, управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока, нагрузочное сопротивление, тензометрическую систему, блок корреляции результатов измерения коэффициента сцепления покрытия с реальной характеристикой торможения колес приземляющегося воздушного судна. Блок корреляции результатов измерения содержит компьютерное рабочее место командно-диспетчерского пункта аэродрома, блок экспертной оценки, программатор антиблокировочных режимов торможения и блок вычисления коэффициента корреляции коэффициента сцепления, соединенные определенным образом. Обеспечивается повышение точности и достоверности измерений коэффициента сцепления ВПП. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх