Способ и устройство контроля и регулирования давления в шинах

Настоящее изобретение относится к способу и устройству контроля и регулирования давления в шинах, в частности для сельскохозяйственного применения, способным обеспечить адаптацию опорной поверхности шины к изменениям приложенной к ней нагрузки путем следующих шагов: измерение давления в шине, измерение опорной поверхности или деформации шины, определение расчетной величины опорной поверхности или деформации в зависимости от упомянутого оптимального значения давления. Упомянутую расчетную величину опорной поверхности или деформации определяют посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки, и, если расчетная величина опорной поверхности или деформации отличается от соответствующей измеренной величины опорной поверхности или деформации: изменение давления в шине для уменьшения разницы между упомянутым измеренным значением давления и упомянутым оптимальным значением давления. Технический результат – упрощение и повышение надежности регулирования давления в шинах в зависимости от нагрузки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу управления и регулирования давления в шинах.

Изобретение относится в частности к области шин для сельскохозяйственного применения, но может также использоваться во всех применениях, в которых необходим контроль давления в шинах и в которых существует потребность регулировать давление в зависимости от использования.

Известно, что среди наиболее распространенных целей для шин сельскохозяйственных применений - получение корректной работы в поле и на дороге, что связано с необходимостью иметь соответствующую величину давления накачки шин.

В случае, когда шины используются на сельскохозяйственных машинах, работающих с высокими и изменяющимися во времени нагрузками, это более необходимо, чем когда-либо.

В случае машин с большими размерами (комбайны, разбрызгивающие установки, разбрасыватели, трейлеры и тракторы), ясно, что они подвергаются циклам загрузки и выгрузки и в результате распределяют на шинах нагрузку, которая меняется от минимума (Lmin) в условиях, при которых машина является разгруженной, до максимума (Lmax), когда машина полностью загружена. При изменении приложенной нагрузки и при постоянном давлении форма шины меняется, что предполагает все более плоский профиль с ростом нагрузки. Изменение профиля шины также влечет за собой изменение ее отпечатка на земле, также называемого опорной поверхностью шины и, как следствие, ее сцепление с землей.

В этом контексте в соответствии с настоящим изобретением предлагается решение, целью которого является обеспечение возможности регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственных машин, с целью адаптации опорной поверхности к изменению нагрузки путем подходящего изменения внутреннего давления.

Для этой цели в соответствии с настоящим изобретением предлагаются способ и устройство контроля и регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственного применения, в которых цель адаптации опорной поверхности путем изменения внутреннего давления, когда нагрузка, приложенная к шинам, изменяется, достигается путем калибровки самой опорной поверхности или сплющивания шины под нагрузкой. Эта цель достигается контролем опорной поверхности или деформации и регулированием давления в зависимости от температуры, посредством ряда датчиков в сочетании с электронной системой, которая в зависимости от выполненных измерений воздействует последовательно на компрессор или выпускной клапан.

Целью настоящего изобретения является, следовательно, разработка способа и устройства контроля и регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственного применения, что позволяет не выходить за пределы систем управления в соответствии с предшествующим уровнем техники и получать описанные выше технические результаты.

Следующей целью изобретения является то, что упомянутый способ и упомянутое устройство контроля и регулирования давления в шинах могут быть внедрены с существенно ограниченными затратами, в том, что касается как производственных расходов, так и эксплуатационных расходов.

Еще одной целью изобретения является создание способа и устройства контроля и регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственного применения, которые являются простыми, безопасными и надежными.

Следовательно, первый объект настоящего изобретения - это способ контроля и регулирования давления в шинах, в частности для сельскохозяйственного применения, способный обеспечить адаптацию опорной поверхности шины к изменениям приложенной к ней нагрузки, отличающийся тем, что он включает в себя следующие шаги:

- измерение давления в шине,

- измерение опорной поверхности или деформации шины,

- определение расчетного значения нагрузки, приложенной к упомянутой шине, причем упомянутое расчетное значение приложенной нагрузки определяют, в зависимости от упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации и упомянутого измеренного значения давления посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки,

- определение оптимального значения давления, соответствующего упомянутому расчетному значению приложенной нагрузки, причем упомянутое оптимальное значение определяют посредством таблиц характеристик упомянутой шины,

- определение расчетной величины опорной поверхности или деформации в зависимости от упомянутого оптимального значения давления, причем упомянутую расчетную величину опорной поверхности или деформации определяют посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки, и

если упомянутая расчетная величина опорной поверхности или деформации отличается от соответствующей упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации:

- изменение давления в шине для уменьшения разницы между упомянутым измеренным значением давления и упомянутым оптимальным значением давления, и

повторение шагов способа до тех пор, пока упомянутая измеренная величина опорной поверхности или деформации не достигнет упомянутой расчетной величины опорной поверхности или деформации.

Предпочтительно, в соответствии с изобретением, способ дополнительно включает в себя шаг измерения температуры, причем измеренные значения температуры содействуют определению корреляции между значениями опорной поверхности или деформации, давления и нагрузки.

Кроме того, второй объект настоящего изобретения - это устройство контроля и регулирования давления в шинах, в частности для сельскохозяйственного применения, способное обеспечить адаптацию опорной поверхности шины к изменениям приложенной к ней нагрузки, которое содержит измеритель давления и измеритель опорной поверхности или измеритель деформации шины, электронную систему управления, соединенную на входе с упомянутым измерителем давления и с упомянутым измерителем деформации или измерителем опорной поверхности, компрессор, приводимый в действие упомянутой электронной системой управления, и систему электропитания, причем упомянутая электронная система управления выполнена с возможностью:

- непрерывного определения значения нагрузки, приложенной к упомянутой шине, в зависимости от упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации и от упомянутого измеренного значения давления, посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки,

- определения оптимального значения давления, соответствующего упомянутому расчетному значению приложенной нагрузки, причем упомянутое оптимальное значение давление определяют посредством таблиц характеристик упомянутой шины,

- определения расчетной величины опорной поверхности или деформации в зависимости от упомянутого оптимального значения давления, причем упомянутая расчетная величина опорной поверхности или деформации определяется посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки, и

если расчетная величина опорной поверхности или деформации отличается от соответствующей упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации:

- изменения давления в шине для уменьшения разницы между упомянутым измеренным значением давления и упомянутым оптимальным значением давления, и

повторения шагов способа до тех пор, пока упомянутая измеренная величина опорной поверхности или деформации не достигнет упомянутой расчетной величины опорной поверхности или деформации.

Предпочтительно, в соответствии с настоящим измерением, упомянутый измеритель опорной поверхности содержит:

- акселерометры, или

- полимерные материалы, имеющие электрическое сопротивление, изменяющееся в соответствии с деформацией.

Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутое устройство контроля и регулирования давления в шинах содержит, в частности, один или следующих инструментов измерения деформации:

- тензометр,

- лазерную систему,

- инфракрасную систему.

Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутое устройство контроля и регулирования давления в шинах дополнительно содержит измеритель температуры.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутая система электропитания может содержать батарею, встроенную в ступицу колеса, или может получать энергию непосредственно от транспортного средства, на котором установлена упомянутая шина.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутая система электропитания может быть снабжена парой коллекторов, один для отрицательного полюса и один для положительного полюса, соединенных с помощью скользящего контакта с таким количеством щеток, какое требуется, чтобы обеспечить работу устройства, в свою очередь электрически соединенных с транспортным средством, или может быть снабжена трехфазным двигателем, содержащим статор и ротор и, в свою очередь, электрически соединенным с транспортным средством.

Наконец, устройство контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с изобретением эффективно применяют по отношению к сельскохозяйственным машинам, используемым с изменяющимися во времени большими нагрузками, таким как комбайны, разбрызгивающие установки, разбрасыватели и трейлеры.

Очевидна эффективность способа и устройства согласно настоящему изобретению, которые позволяют адаптировать опорную поверхность шины на земле к изменению приложенной нагрузки посредством контроля параметров, которые могут быть измерены с помощью простых и дешевых датчиков.

Настоящее изобретение будет теперь описано для иллюстративных целей, а не для целей ограничения, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, с конкретной ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

- Фиг. 1 представляет радиальное сечение колеса, использующего способ контроля и регулирования давления в шине в соответствии с настоящим изобретением;

- Фиг. 2 представляет цикл контроля и регулирования давления в зависимости от увеличения нагрузки;

- Фиг. 3 представляет цикл контроля и регулирования давления в зависимости от уменьшения нагрузки;

- Фиг. 4 представляет обод шины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и соответствующий коллектор; и

- Фиг. 5 представляет диаграмму типичного цикла загрузки и выгрузки комбайна.

На чертежах устройство контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения указано с помощью ссылочной позиции 10 и показано установленным на колесе 20, по существу состоящем из обода 21 и шины 22, внутри которой имеется воздушная камера 23.

Устройство контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с настоящим изобретением содержит измеритель 11 давления, измеритель 12 деформации шины 22 (или в качестве альтернативы измеритель опорной поверхности шины), измеритель 13 температуры, электронную систему 14 управления, компрессор 15 и систему 16 электропитания. Кроме того, устройство контроля и регулирования давления в шине в соответствии с настоящим изобретением содержит выпускной и предохранительный клапан 17. Система 16 электропитания может состоять из батареи, встроенной в ступицу колеса, или, как показано в качестве примера, но не для ограничения, со ссылкой на фиг. 4, может получать энергию непосредственно от транспортного средства, на котором установлена упомянутая шина, например, с помощью пары коллекторов 18, один для отрицательного полюса и один для положительного полюса, соединенных посредством скользящего контакта с таким количеством щеток 19, какое требуется, чтобы обеспечить работу всего устройства, в свою очередь, электрически соединенных с двигателем транспортного средства.

Принимая во внимание архитектуру устройства контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с настоящим изобретением, это устройство особенно подходит для комбайнов (и комбайнов/разбрызгивателей), с учетом как частой и с высокой изменчивостью нагрузки в процессе рабочих циклов, так и возможного размещения в пределах обода.

Работа способа и устройства контроля и регулирования давления в шине в соответствии с настоящим изобретением описана в дальнейшем со ссылкой на фиг. 2 и 3, представляющих две диаграммы, на которых ось абсцисс показывает деформацию шины, а ось ординат показывает состояние нагрузки. Две кривые p1 и р2 демонстрируют взаимосвязь между деформацией и состоянием нагрузки, соответственно, для двух значений p1 и р2 постоянного давления. Работа способа и устройства контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с настоящим изобретением объясняется со ссылкой на измерение деформации, но аналогичное описание может быть дано для случая, когда измеряемым параметром является опорная поверхность шины.

В частности, как видно на фиг. 2, начиная с начального состояния L1 нагрузки, давление и прогиб составляют соответственно p1 и d1. С увеличением нагрузки до L2 обе переменные возрастают соответственно до p1' и d1'. Устройство регулирования последовательно приводит в действие компрессор, способный увеличить давление до p2, чтобы получить подходящее значение деформации. Значение Δp, которое должно быть введено, получают из экспериментальных испытаний, выполняемых для этой шины, которые связывают значения L, p и d.

Процесс является сходным в случае уменьшения нагрузки, с уменьшением давления, а не ростом, как показано на фиг. 3.

В качестве примера фиг. 5 представляет цикл загрузки и разгрузки, который типичен для комбайнов.

Настоящее изобретение было описано для целей иллюстрации, но не ограничения, в соответствии с его предпочтительными вариантами осуществления, однако следует понимать, что отклонения и/или модификации могут быть выполнены специалистами в данной области техники в пределах объема изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.

1. Способ контроля и регулирования давления в шинах, в частности для сельскохозяйственного применения, способный обеспечить адаптацию опорной поверхности шины к изменениям нагрузки, приложенной к шине, отличающийся тем, что он включает в себя следующие шаги:

- измерение давления в шине,

- измерение опорной поверхности или деформации шины,

- определение расчетного значения нагрузки, приложенной к упомянутой шине, причем упомянутое расчетное значение приложенной нагрузки определяют в зависимости от упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации и упомянутого измеренного значения давления посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки,

- определение оптимального значения давления, соответствующего упомянутому расчетному значению приложенной нагрузки, причем упомянутое оптимальное значение давления определяют посредством таблиц характеристик упомянутой шины,

- определение расчетной величины опорной поверхности или деформации в зависимости от упомянутого оптимального значения давления, причем упомянутую расчетную величину опорной поверхности или деформации определяют посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки, и

если упомянутая расчетная величина опорной поверхности или деформации отличается от соответствующей упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации:

- изменение давления в шине для уменьшения разницы между упомянутым измеренным значением давления и упомянутым оптимальным значением давления, и

повторение шагов способа до тех пор, пока упомянутая измеренная величина опорной поверхности или деформации не достигнет упомянутой расчетной величины опорной поверхности или деформации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя шаг измерения температуры, причем измеренные значения температуры способствуют определению корреляции между величинами опорной поверхности или деформации, давления и нагрузки.

3. Устройство (10) контроля и регулирования давления в шинах (22), в частности для сельскохозяйственного применения, способное обеспечить адаптацию опорной поверхности шины к изменениям нагрузки, приложенной к шине, содержащее измеритель (11) давления и измеритель опорной поверхности или измеритель (12) деформации шины (22), электронную систему (14) управления, соединенную на входе с упомянутым измерителем (11) давления и с упомянутым измерителем (12) опорной поверхности или измерителем деформации, компрессор (15), приводимый в действие упомянутой электронной системой (14) управления, выпускной и предохранительный клапан (17), приводимый в действие упомянутой электронной системой (14) управления, и систему (16) электропитания, отличающееся тем, что упомянутая система (14) управления выполнена с возможностью:

- непрерывного определения значения нагрузки, приложенной к упомянутой шине (22), в зависимости от упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации и упомянутого измеренного значения давления посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, величин давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки,

определения оптимального значения давления, соответствующего упомянутому расчетному значению приложенной нагрузки, причем упомянутое оптимальное значение давления определяется посредством таблиц характеристик упомянутой шины,

- определения расчетной величины опорной поверхности или деформации в зависимости от упомянутого оптимального значения давления, причем упомянутая расчетная величина опорной поверхности или деформации определяется посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки, и

если расчетная величина опорной поверхности или деформации отличается от соответствующей упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации:

- изменения давления в шине для уменьшения разницы между упомянутым измеренным значением давления и упомянутым оптимальным значением давления, и

повторения шагов способа до тех пор, пока упомянутая измеренная величина опорной поверхности или деформации не достигнет упомянутой расчетной величины опорной поверхности или деформации.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что упомянутый измеритель опорной поверхности содержит:

- акселерометры, или

полимерные материалы, имеющие электрическое сопротивление, изменяющееся в соответствии с деформацией.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что упомянутый измеритель деформации содержит:

- тензометр или

- лазерную систему или

- инфракрасную систему.

6. Устройство по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит измеритель (13) температуры.

7. Устройство по любому из пп. 3-6, отличающееся тем, что упомянутая система (14) электропитания состоит из батареи, встроенной в ступицу колеса транспортного средства, на котором установлена упомянутая шина.

8. Устройство по любому из пп. 3-7, отличающееся тем, что упомянутая система (14) электропитания способна получать энергию непосредственно от транспортного средства, на котором установлена упомянутая шина.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что упомянутая система (14) электропитания снабжена парой коллекторов (18), один для отрицательного полюса и один для положительного полюса, соединенных с помощью скользящего контакта с таким количеством щеток, какое требуется для обеспечения работы всего устройства (10), в свою очередь электрически соединенных с двигателем транспортного средства.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что упомянутая система (14) электропитания снабжена трехфазным двигателем, содержащим статор и ротор, и в свою очередь электрически соединенным с транспортным средством.

11. Устройство по любому из пп. 3-10, отличающееся тем, что оно применяется для сельскохозяйственных машин, используемых с большими нагрузками, изменяющимися во времени, таких как комбайны, разбрызгиватели, разбрасыватели и трейлеры.