Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ДОРОЖНЫМ И АЭРОДРОМНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Изобретение относится к устройствам для оперативного контроля коэффициента сцепления колеса с сооружаемыми и эксплуатируемыми дорогами и аэродромами с твердым покрытием и может быть использовано при расследовании дорожно-транспортных происшествий и нештатных ситуаций приземления воздушных судов.

Известна передвижная установка ПКРС-2У в составе диагностической лаборатории КП-514МП, состоящая из прицепа с установленным на нем с помощью параллелограмма измерительного колеса, дополнительного груза, емкости с водой, тормозящей системы и измерительной системы. Измерительная система состоит из датчика линейных перемещений модели 19500, регистрирующего прогиб металлической пластины под действием на нее усилий от заторможенного измерительного колеса в режиме блокировки (см. ГОСТ 30413-96 «Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием»).

Недостатками известной установки являются низкая точность и недостаточная достоверность измерений, вследствие того, что оценка коэффициента сцепления осуществляется не прямым измерением. Кроме того, на оценку влияют факторы состояния поверхности движения (геометрия, уклоны) и состояние измерительных средств (пластина, датчик перемещений). Установка эффективна только при измерениях на ровных поверхностях, что обуславливает его ограниченные технологические возможности особенно на участках дорог с различными уклонами.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для определения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием, включающее прицеп с установленными на двух полуосях двумя колесами, тормозящую систему, блок регистрации, связанные с соответствующими полуосями прицепа первый и второй датчики пути, выходы которых соединены с входом блока регистрации. Тормозящая система выполнена в виде имеющей неподвижную электрическую катушку электромагнитной порошковой муфты (ЭПМ), вращающийся элемент которой закреплен на полуоси тормозимого колеса, а неподвижная часть - на прицепе, при этом устройство дополнительно снабжено соединенным с неподвижной электрической катушкой муфты блоком задания тормозящего момента, на который передается сигнал управления с датчика пути свободно катящегося колеса (см. патент РФ №2211891 от 10.09.2003 г.). Устройство позволяет определить коэффициент сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием путем измерения расстояний, пройденных колесами одноосного прицепа при моменте сопротивления вращению одного из колес выше момента сопротивления вращению другого колеса. Момент сопротивления создается за счет использования ЭПМ в системе торможения устройства.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - прицеп с установленными на двух полуосях измерительным и свободно катящимся колесами, датчики чисел оборотов колес, выходы которых соединены с входом блока регистрации, тормозящая система, выполненная в виде электромагнитной порошковой муфты, вращающий элемент которой связан с полуосью измерительного колеса, а катушка намагничивания установлена на прицепе и соединена с блоком регистрации.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является неточность в определении коэффициента сцепления, обусловленная тем, что измеряемые параметры (длины пути, пройденные колесами) не являются величинами, непосредственно определяющими коэффициент сцепления, а являются косвенными параметрами сцепных качеств дорожной поверхности с колесом транспортного средства. Кроме того, внешние факторы (наличие колеи, криволинейные участки дороги, волны дорожной поверхности, выбоины) приводят к потере точности измерения и ухудшают динамические характеристики измерительного устройства.

Задачей изобретения является повышение точности и достоверности оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием, включающем прицеп с установленными на двух полуосях измерительным и свободно катящимся колесами, датчики чисел оборотов колес, выходы которых соединены с входом блока регистрации, тормозящую систему, выполненную в виде электромагнитной порошковой муфты, вращающий элемент которой связан с полуосью измерительного колеса, а катушка намагничивания установлена на прицепе и соединена с блоком регистрации, к полуоси измерительного колеса подсоединен вал, на котором установлен датчик крутящего момента, соединенный с вращающим элементом ЭПМ, а сигнал с датчика крутящего момента передается на блок регистрации.

Признаки предлагаемого устройства, отличительные от прототипа, - наличие вала, соединенного с полуосью измерительного колеса; наличие датчика крутящего момента, установленного на валу измерительного колеса и соединенного с вращающим элементом ЭПМ, сигнал с датчика крутящего момента передается на блок регистрации.

Отличительные признаки в совокупности с известными повышают точность и достоверность оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием.

На фиг.2 показана схема взаимосвязей элементов устройства.

Устройство для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием содержит прицеп 1 с установленными на двух полуосях 2 и 3 с помощью подшипниковых опор 4 измерительным 5 и свободно катящимся 6 колесами. Обороты колес контролируются с помощью датчиков чисел оборотов 7 и 8. К полуоси 2 измерительного колеса 5 подсоединен вал 9. На валу 9 установлен датчик крутящего момента 10. Датчик крутящего момента 10 соединен с вращающимся элементом электромагнитной порошковой муфты 11. Сигнал с датчика крутящего момента 10 поступает на вход блока регистрации 12. ЭПМ 11 представляет собой тормозное устройство, катушка намагничивания которого соединена с блоком регистрации 12 и установлена на прицепе 1. При подаче электрического сигнала на катушку намагничивания происходит блокировка измерительного 5 колеса, переводя его в режим скольжения. Блок регистрации 12 содержит два параллельно соединенных блока усреднения 13 и 14, блок вычитания 15 и блок управления 16 ЭПМ. При этом выходы блоков усреднения 13 и 14 подключены к входам блока вычитания 15, а выход блока вычитания 15 соединен с входом блока управления 16 ЭПМ. С выхода блока регистрации 12 сигнал поступает на блок индикации 17. Дополнительный груз 18, размещенный на прицепе 1, обеспечивает нормальную нагрузку на измерительное колесо 5.

Устройство работает следующим образом.

Стоящее на месте устройство нагружают дополнительным грузом 18 на прицепе 1 из расчета 50-60 Н/см² на площадь контакта измерительного колеса 5 с дорожным покрытием при давлении в колесе 0.2 МПа, что соответствует удельной нагрузке колеса на дорожное покрытие в реальных условиях. Устройство сцепляют жестко с автомобилем, который осуществляет его транспортировку с постоянной заданной скоростью по участку дороги или взлетно-посадочной полосе аэродрома с целью измерения коэффициента сцепления.

Увлажняют поверхность дорожного покрытия из расчета 1±0.2 л/м², на котором необходимо произвести замеры коэффициента сцепления (в дальнейшем увлажнение поверхности осуществляется непрерывно во время движения и измерения коэффициента сцепления).

При движении устройства в ведомом режиме по поверхности движения датчики чисел оборотов 7 и 8 генерируют электрические сигналы, пропорциональные числу оборотов обоих колес 5 и 6. В блоках усреднения 13 и 14 производится вычисление средних значений этих сигналов за фиксированный промежуток времени или за пройденный фиксированный участок поверхности движения. По окончании усреднения блоки усреднения 13 и 14 передают на свои выводы средние значения чисел оборотов, которые поступают на вход блока вычитания 15. Блок вычитания 15 определяет разность поступающих на его входы сигналов, соответствующих числам оборотов колес. С поступлением сигнала на торможение колеса 5 с блока управления 16 ЭПМ, блок вычитания 15 устанавливает разность чисел оборотов колес до достижения этой разности, равной числу оборотов свободно катящегося колеса 6. При этом вал 9, соединяющий измерительное колесо 5 и вращающуюся часть ЭПМ 11, закручивается моментом, пропорциональным касательному усилию в зоне контакта измерительного колеса 5 и поверхности движения. Крутящий момент измеряется датчиком крутящего момента 10 (моментомером). Сигнал с датчика крутящего момента 10 поступает на вход блока регистрации 12 и является величиной, пропорциональной касательному усилию в зоне контакта колеса и поверхности движения, то есть М_кр=a·ƒ(T),

где М_кр - крутящий момент;

а - коэффициент пропорциональности;

где f(Т) - функция касательного усилия.

Коэффициент сцепления определяется как коэффициент трения скольжения при радиусе измерительного колеса r_к по соотношению:

_,

где ƒ(T) - функция касательного усилия;

r_к - радиус измерительного колеса;

N - нормальная нагрузка на колесо.

Чем меньше коэффициент сцепления, тем меньший крутящий момент будет фиксировать датчик крутящего момента 10. Это соответствует рекомендациям ГОСТ 30413-96 "Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием".

С выхода блока регистрации 12 сигнал поступает на блок индикации 17 в удобной форме, например, цифровой. Данный результат будет отображаться до окончания цикла усреднения сигналов с датчиков чисел оборотов колес 7 и 8. Закон управления ЭПМ 11 определяется временем намагничивания катушки ЭПМ 11 до полной блокировки измерительного колеса 5 и с учетом постоянной времени ЭПМ 11 может соответствовать режиму "экстренное торможение".

Информация с датчика оборотов 8 свободно катящегося колеса 6 может быть использована для привязки измеряемого коэффициента сцепления к пикетажу поверхности движения.

Для получения достоверных данных о величине измеряемого коэффициента сцепления перед началом использования устройства экспериментальным путем устанавливают зависимость величины сигнала датчика крутящего момента 10 от величины коэффициента сцепления с учетом скорости движения на базисных участках поверхности движения с известным коэффициентом сцепления. По результатам испытаний устанавливают зависимость φ=ƒ(M_кр),

где φ - коэффициент сцепления;

ƒ(M_кp) - функция измеряемого крутящего момента.

Предлагаемое устройство за счет измерения крутящего момента, возникающего на валу измерительного колеса от действия силы сцепления колеса и поверхности движения при полной блокировке колеса, позволяет повысить точность и достоверность оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.