Патент на изобретение №2388865

(54) ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С ИСКУССТВЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для определения коэффициента сцепления колеса на ремонтируемом дорожном покрытии, а также может быть использовано для определения состояния дорожных и аэродромных покрытий. В портативное устройство включены первый и второй датчики крутящего момента, электромагнитный тормоз, датчик угловой скорости, датчик времени с дисплеем и блок памяти. Первый механический выход измерительного колеса соединен с первым датчиком крутящего момента, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам блока регистрации. Второй механический выход измерительного колеса через второй датчик крутящего момента соединен с ротором электромагнитного тормоза. Блок питания через управляемый блок питания подключен к электромагнитному тормозу. Датчики угловой скорости, времени и второй датчик крутящего момента подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока регистрации, второй и третий выходы которого соответственно соединены с дисплеем и блоком памяти. Шестой свободный вход блока регистрации является входом динамометра роликового тормозного стенда. Первый датчик крутящего момента измеряет момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, а второй датчик крутящего момента – момент силы (М) торможения измерительного колеса. Аппаратура устройства размещается на раме, которая опирается на измерительное колесо и воздействует на поверхность искусственного покрытия как нормальная сила нагрузки Р. Коэффициент сцепления определяется при условии, когда M-Mg=M, и вычисляется по формуле Ксцп.=F/Р; F=Mg/r; Ксцп.макс.=Ксцп×k; k=Mg*/Mg, где Ксцп. – значение коэффициента сцепления; Ксцп.макс. – максимальное значение коэффициента сцепления; F – сила сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Н; Р – нормальная сила нагрузки измерительного колеса на поверхность искусственного покрытия, Н; Mg – момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм; М – момент силы торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом, Нм; M – дискрет момента силы, обеспечивающий начало пробуксовки измерительного колеса, Нм.; r – радиус измерительного колеса, м; k – коэффициент пробуксовки, вычисляют при тарировании устройства; Mg* – максимальный момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм. Технический результат – повышение точности измерений. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для определения коэффициента сцепления колеса на сооружаемых и эксплуатируемых дорогах, а также на аэродромах и может быть использовано при расследовании дорожно-транспортных происшествий.

Известен портативный измеритель коэффициента сцепления ИКСп, который используется при строительстве, ремонте и текущем контроле состояния дорожных покрытий. Устройство содержит: вертикальную штангу, башмак-имитатор автомобильной шины и груз

Принцип действия устройства основан на определении величины горизонтального перемещения по увлажненному покрытию башмака – имитатора автомобильной шины. Имитатор автомобильной шины прижимается к дорожному покрытию под углом 45 градусов. В качестве источника для перемещения башмака – имитатора – используется кинетическая энергия груза, свободно падающего по вертикальной штанге. Величина горизонтального перемещения прижимаемого к увлажненному дорожному покрытию башмака – имитатора – зависит от коэффициента сцепления, в долях которого проградуирована отсчетная шкала прибора.

К недостаткам известного портативного устройства относятся: низкая точность проводимых измерений, измерения проводятся только в летний период времени и малая производительность в работе при измерении коэффициента сцепления.

Другим известным измерителем коэффициента сцепления дорожных покрытий является портативный прибор ППК-МАДИ-ВНИИБД (ТУ 78.1.004-87, номер государственного реестра 10912-87). Устройство содержит:

имитаторы автомобильных шин, толкающие штанги, муфту, направляющую штангу, увлажнитель, груз, шкалу отсчета и измерительную шайбу.

Устройство устанавливают на дорожное покрытие так, чтобы имитаторы шин возвышались над поверхностью дорожного покрытия на 10-12 мм. Затем дорожное покрытие под имитаторами увлажняют. Сбрасывают груз, который скользит по направляющей штанге и ударяет по муфте. Через толкающие штанги и шарниры ударный импульс передается на имитаторы шин, которые взаимодействуют с дорожным покрытием. Коэффициент сцепления определяют по шкале отсчета при помощи измерительной шайбы.

Однако и данное устройство имеет ряд существенных недостатков:

– большой предел допустимой основной приведенной погрешности измерения;

– недостаточны пределы измерения коэффициента сцеплении (0,05-0,65);

– значительная продолжительность одного цикла измерений;

– измерения проводятся только в летнее время.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является “Устройство для измерения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием “, имеющее максимальное количество сходных существенных признаков с признаками заявленного устройства и поэтому принятого за прототип (патент Российской Федерации RU 2244057 С1, 7 Е01С 23/07).

Известное устройство – прототип (фиг.1) содержит: измерительное колесо 1, вспомогательное колесо 2, раму 3, подшипниковые опоры 4, датчик 5 числа оборотов, соединенный с блоком регистрации 6, нагрузочное устройство 7, вращающуюся электромагнитную порошковую муфту 8 с обмоткой управления 9, привод 10, блок питания 11, управляемый блок питания 12. При этом нагрузочное устройство 7 устанавливается на раме 3. Ведущая часть электромагнитной муфты 8 соединена с приводом 10, а ведомая – с измерительным колесом 1. Привод 10 соединен с блоком питания 11. Обмотка управления 9 подключена к управляемому блоку питания 12.

Известное устройство работает следующим образом.

Перед проведением измерений поверхность дорожного покрытия увлажняют. На привод 10 подается питание от блока питания 11. Вращающий момент от привода 10 через шеетеренную передачу будет передаваться на вращающуюся электромагнитную порошковую муфту 8. Величина момента измерительного колеса 1 зависит от величины управляющего сигнала управляемого блока питания 12. С блока регистрации 6 подается сигнал управления, который плавно увеличивает мощность управляемого блока питания 12 от 0 до максимального значения. Начало буксования измерительного колеса 1 регистрируется датчиком 5 числа оборотов. Сигнал с датчика 5 числа оборотов передается в блок регистрации 6, в котором регистрируется начало буксования и величина сигнала управления, соответствующего моменту, который передается на измерительное колесо 1 через вращающуюся электромагнитную порошковую муфту 8. Момент, передаваемый вращающейся электромагнитной порошковой муфтой 8, прямо пропорционален величине управляющего сигнала блока регистрации 6. Коэффициент сцепления определяется по моменту, необходимому для приведения измерительного колеса 1 из состояния покоя в режим буксования. Для получения достоверных данных о величине коэффициента сцепления перед началом использования устройства необходимо получить экспериментальным путем зависимость величины управляющего сигнала от величины коэффициента сцепления. Для этого проводят измерения на участках с известным коэффициентом сцепления и фиксируют величину сигнала, идущего на обмотку управления 9 вращающейся электромагнитной порошковой муфты 8.

Недостатком известного устройства – прототипа является:

– значительный предел допустимой абсолютной погрешности измерения, который объясняется сложностью определения начала пробуксовки измерительного колеса;

– диапазон рабочих температур +1+50 градусов. Измерения проводятся только в летнее время, так как исследуемая поверхность дорожного покрытия требует ее увлажнения.

Целью предлагаемого устройства (фиг.2) является повышение точности измерений коэффициента сцепления путем введения двух датчиков крутящего момента: датчика измерения момента силы (Mg) сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия и датчика измерения момента силы (М) торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом. Непосредственное измерение, а затем сравнение моментов силы (Mg) сцепления и силы (М) торможения позволяет точнее определить начало пробуксовки измерительного колеса и диапазон заданной пробуксовки, что повышает точность измерения коэффициента сцепления.

Поставленная цель в “Портативном устройстве измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием” достигается тем, что в нем, как в прототипе, содержится: измерительное колесо, рама, блок регистрации, блок питания и управляемый блок питания. При этом первый выход блока регистрации подключен к первому входу управляемого блока питания,

Дополнительно в устройство включены: первый и второй датчики крутящего момента, электромагнитный тормоз, датчик угловой скорости, датчик времени с дисплеем и блок памяти. При этом первый механический выход измерительного колеса соединен с первым датчиком крутящего момента, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам блока регистрации. Второй механический выход измерительного колеса через второй датчик крутящего момента соединен с ротором электромагнитного тормоза. Блок питания через управляемый блок питания подключен к электромагнитному тормозу. Датчики угловой скорости, времени и второй датчик крутящего момента подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока регистрации, второй и третий выходы которого соответственно соединены с дисплеем и блоком памяти. Шестой свободный вход блока регистрации является входом динамометра роликового тормозного стенда. При этом первый датчик крутящего момента измеряет момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, а второй датчик крутящего момента – момент силы (М) торможения измерительного колеса. Аппаратура устройства размещается на раме, которая опирается на измерительное колесо и воздействует на поверхность искусственного покрытия как нормальная сила нагрузки Р. Коэффициент сцепления определяется при условии, когда М-Mg=М, и вычисляется по формуле

Ксцп.=F/Р; F=Mg/r;

Ксцп.макс.=Ксцп×k; k=Mg*/Mg;

где Ксцп. – значение коэффициента сцепления;

Ксцп.макс. – максимальное значение коэффициента сцепления;

F – сила сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Н;

Р – нормальная сила нагрузки измерительного колеса на поверхность искусственного покрытия, Н;

Mg – момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм;

М – момент силы торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом, Нм;

М – дискрет момента силы, обеспечивающий начало пробуксовки измерительного колеса, Нм;

r – радиус измерительного колеса, м;

k – коэффициент пробуксовки, вычисляют при тарировании устройства;

Mg* – максимальный момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм.

В известных технических решениях признаков, сходных с отличительными признаками заявленного устройства, не обнаружено, вследствие чего можно считать, что предлагаемое устройство соответствует изобретательскому уровню.

Использование данного устройства при его реализации позволит повысить точность определения коэффициента сцепления на искусственном покрытии, создать портативные устройства, которые могут использоваться при эксплуатации и ремонте дорожных покрытий, при расследовании дорожно-транспортных происшествий, а также осуществлять контроль за состоянием искусственных покрытий дорог и аэродромов.

Сущность предлагаемого “Портативного устройства измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием” поясняется чертежами, где представлены:

на фиг.1 – структурная схема прототипа;

на фиг.2 – структурная схема предлагаемого устройства;

на фиг.3 – алгоритм измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием;

на фиг.4 поясняется работа первого 13 и второго 14 датчиков крутящего момента.

Предлагаемое “Портативное устройство измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием”, как прототип, содержит: измерительное колесо 1, раму 3, блок регистрации 6, блок питания 11 и управляемый блок питания 12. При этом первый выход блока регистрации 6 подключен к первому входу управляемого блока питания 12,

Дополнительно в устройство включены: первый 13 и второй 14 датчики крутящего момента, электромагнитный тормоз 15, датчик угловой скорости 16, датчик времени 17 с дисплеем 18 и блок памяти 19. При этом первый механический выход измерительного колеса 1 соединен с первым 13 датчиком крутящего момента, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам блока регистрации 6. Второй механический выход измерительного колеса 1 через второй датчик 14 крутящего момента соединен с ротором электромагнитного тормоза 15. Блок питания 11 через управляемый блок питания 12 подключен к электромагнитному тормозу 15. Датчики угловой скорости 16, времени 17 и второй датчик 14 крутящего момента подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока регистрации 6, второй и третий выходы которого соответственно соединены с дисплеем 18 и блоком памяти 19. Шестой свободный вход блока регистрации 6 является входом динамометра роликового тормозного стенда. При этом первый датчик 13 крутящего момента измеряет момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия. Второй датчик 14 крутящего момента – момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Аппаратура устройства размещается на раме 3, которая опирается на измерительное колесо 1 и воздействует на поверхность искусственного покрытия как нормальная сила нагрузки Р. Коэффициент сцепления определяется при условии, когда М-Mg=М, и вычисляется по формуле

Ксцп.=F/Р; F=Mg/r;

Ксцп.макс.=Ксцп×k; k=Mg*/Mg;

где Ксцп. – значение коэффициента сцепления;

Ксцп.макс. – максимальное значение коэффициента сцепления;

F – сила сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Н;

Р – нормальная сила нагрузки измерительного колеса на поверхность искусственного покрытия, Н;

Mg – момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия. Нм;

М – момент силы торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом, Нм;

М – дискрет момента силы, обеспечивающий начало пробуксовки измерительного колеса, Нм;

r – радиус измерительного колеса, м;

k – коэффициент пробуксовки, вычисляют при тарировании устройства;

Mg* – максимальный момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм.

Конструктивное исполнение предлагаемого устройства

Заявленное портативное устройство выполнено на одном измерительном колесе 1, на которое устанавливают раму 3. Измерительное колесо 1, рама 3 и размещенная на ней аппаратура устройства составляют нормальную силу (Р) нагрузки измерительного колеса 1 на поверхность искусственного покрытия. Нормальная сила Р известна и остается постоянной в процессе эксплуатации устройства. Нормальная сила Р заносится в память блока регистрации 6 для вычисления коэффициента сцепления.

– Измерительное колесо 1 – авиационное или автомобильное шасси через второй датчик 14 подключено к ротору электромагнитного тормоза 15.

– Первый датчик 13 крутящего момента размещается на измерительном колесе 1 и используется для измерения момента силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия. Датчик 13 снабжен телеметрической системой передачи полезного сигнала. Датчик 13 имеет два выхода, по первому выходу передается момент силы (Mg), по второму – частота вращения измерительного колеса 1. Первый и второй выходы датчика 13 крутящего момента подключены соответственно к первому и второму входам блока регистрации 6.

– Второй датчик 14 крутящего момента размещается между измерительным колесом 1 и электромагнитным тормозом 15 и используется для измерения момента силы (М) торможения измерительного колеса 1. Момент силы (М), приложенный между концами вала датчика 14 крутящего момента (между измерительным колесом 1 и ротором электромагнитного тормоза 15), создает механическую деформацию, которая измеряется мостовой тензометрической системой. Момент силы (М), пропорциональный крутящему моменту электромагнитного тормоза 15, поступает на пятый вход блока регистрации 6.

– Электромагнитный тормоз 15 имеет два соосных элемента: корпус, содержащий катушку электромагнита и внутренний ротор, отделенный от корпуса кольцевым зазором. Кольцевой зазор содержит ферромагнитный порошок, который становится активным, когда возбуждается электромагнит. Возбужденная катушка электромагнита создает приводную связку между ротором и корпусом. Сила приводной связки зависит от величины постоянного тока, подводимого к катушке электромагнитного тормоза 15 от блока питания 11. Момент силы (М), передаваемый электромагнитным тормозом 15, прямо пропорционален току возбуждения и изменяется бесступенчато управляемым блоком питания 12 в соответствии с сигналами управления блока регистрации 6. Скорость вращения измерительного колеса 1 не влияет на момент силы (М), передаваемый электромагнитным тормозом 15. Момент силы (М) для портативного устройства выбирается в пределах 3050 Нм. Для устройств, которые определяют состояние дорожного покрытия или взлетно-посадочной полосы аэродрома, момент сипы торможения электромагнитного тормоза выбирается в соответствии с нормальной нагрузкой на измерительное колесо.

– Датчик угловой скорости 16 – пьезокерамический гироскоп – предназначен для определения углов поворота и наличия вибрации устройства, имеет высокую скорость отклика, компактный. Информация датчика угловой скорости 16 поступает на третий вход блока регистрации 6, а затем в соответствии с программным обеспечением блока регистрации 6 дополняет информацию о состоянии искусственного покрытия и записывается блок памяти 19.

– Датчик времени 17 с дисплеем 18 имеет собственный источник питания, который обеспечивает оперативную работу с устройством при частом выключении и включении портативного устройства. Информация с датчика времени 17 поступает в блок регистрации 6. На дисплее 18 отображается реальное время и информация о техническом состоянии устройства, поступающая с второго выхода блока регистрации 6.

– Блок памяти 19 выполнен на микросхеме энергонезависимой памяти. В блок памяти 19 записывается: дата, время, Ксцп., Ксцп.макс., скорость движения V, пройденное расстояние S, углы поворота, наличие вибрации. Для детального анализа проведенных измерений блок памяти 19 снимают и подключают к персональному компьютеру.

– Блок регистрации 6 выполнен на микроконтроллере семейства PIC18. Микроконтроллер имеет программируемую память, оперативное запоминающее устройство, аналого-цифровые преобразователи, встроенные интерфейсы, таймеры, таймер реального времени, входы и выходы для ввода и вывода информации.

– Управляемый блок питания 12 – силовой блок, который по сигналам управления блока регистрации 6 формирует ток возбуждения обмотки электромагнита электромагнитного тормоза 15.

Тарирование устройства

Тарирование устройства проводят при его изготовлении, а затем с периодичностью, определяемой инструкцией по эксплуатации на данное устройство. Тарирование устройства осуществляется с целью проверки правильности работы устройства – соответствия заложенным техническим параметрам, точности определения коэффициента сцепления (Ксцп.), определения коэффициента пробуксовки (k) для вычисления максимального значения коэффициента сцепления (Ксцп.макс.). Для проведения тарирования используют роликовый тормозной стенд. Роликовый тормозной стенд содержит: раму, на которой размещают роликовый агрегат, электродвигатель, балансный редуктор и датчики силы. Результаты измерений поступают на динамометр. По датчикам силы определяют нормальную силу (Р) давления измерительного колеса 1 на роликовый агрегат. Ролики роликового агрегата покрывают фрикционным материалом с известным коэффициентом сцепления. Ролики роликового агрегата приводятся во вращение электродвигателем через балансный редуктор. Рама балансного редуктора под действием реактивного момента, пропорционального моменту силы (М) торможения измерительного колеса 1, поворачивается и воздействует на динамометр. По показаниям динамометра тормозного стенда делается вывод о силе сцепления (F) измерительного колеса с покрытием роликового агрегата.

Методика тарирования устройства

Измерительное колесо устанавливают на роликовый агрегат. Включают режим тарирования устройства. К свободному входу 6 блока регистрации 6 подключают динамометр роликового тормозного стенда. Датчиками силы определяют нормальную силу Р давления измерительного колеса 1 на роликовый агрегат. Включают электродвигатель тормозного стенда. Ролики роликового агрегата начинают вращаться, измерительное колесо 1 также начинает вращаться, при этом поступательная скорость вращения измерительного колеса 22,5 км/час.

Увеличивают ток возбуждения электромагнита электромагнитного тормоза 15, соответственно возрастает момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Датчиком крутящего момента 13 определяется момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью роликов роликового агрегата. При условии М-Mg=M дальнейшее увеличение тока возбуждения электромагнита электромагнитного тормоза 15 прекращается. М – момент силы, соответствующий начальной пробуксовке измерительного колеса 1. Определяется сила сцепления (F) измерительного колеса 1 с поверхностью роликов роликового агрегата F=Mg/r (r – радиус измерительного колеса). При равенстве силы сцепления (F) показаниям динамометра тормозного стенда – датчики крутящего момента 13 и 14 исправны и соответствуют техническим условиям. Следовательно, вычисленный по формуле (Ксцп.=F/Р) коэффициент сцепления имеет достоверное значение.

Для определения максимального значения коэффициента сцепления (Ксцп.макс.) определяют коэффициент пробуксовки (k). Для чего при начальной пробуксовке (М) измерительного колеса 1 запоминают значение момента силы (Mg). Затем, увеличивают момент силы (М) торможения электромагнитным тормозом 15, определяют максимальное значение момента силы (Mg*) сцепления измерительного колеса 1. Максимальное значение момента силы (Mg*) запоминают. (Максимальное значение момента силы (Mg*) определяют при поступательной скорости вращения измерительного колеса 1, равной 65 км/час.) Коэффициент пробуксовки (k) равен отношению максимального значения момента силы (Mg*) к моменту силы (Mg)

k=Mg*/Mg.

Максимальное значение коэффициента сцепления вычисляют по формуле

Ксцп.макс.=Ксцп×k.

Определяется быстродействие устройства, по полученному быстродействию с учетом скорости движения устройства задают период (Т) определения коэффициента сцепления.

Работа устройства

Перед определением коэффициента сцепления проводится подготовительная работа: выставляется дата, время проведения измерения, включается режим “измерение” (Фиг.3).

Скорость движения устройства при измерении коэффициента сцепления определяется произвольно и может устанавливаться от 0,5 до 65 км/час, изменение скорости движения в момент проведения измерений не влияет на качество определения коэффициента сцепления. При проведении измерений возможны остановки, при этом информация о состоянии дорожного покрытия, полученная до остановки, запоминается. С возобновлением движения отсчет коэффициента сцепления продолжается от ранее записанной информации. С началом движения в каждом периоде (Т) измерения ток катушки возбуждения электромагнитного тормоза увеличивается в соответствии с управляющими сигналами блока регистрации 6. С увеличением тока возбуждения пропорционально увеличивается момент силы (М) торможения электромагнитного тормоза 15. Момент силы (М) торможения оказывает тормозное воздействие на измерительное колесо 1.

Крутящий момент силы (М) торможения, действующий на измерительное колесо 1, измеряется датчиком 14 крутящего момента. Измеренный момент силы (М) торможения поступает в блок регистрации 6. Одновременно датчиком 13 крутящего момента измеряется момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия. Момент силы (Mg) сцепления поступает в блок регистрации 6. В блоке регистрации 6 момент силы (Mg) сцепления сравнивается с моментом силы (М) торможения. Если момент силы (Mg) сцепления больше момента силы (М) торможения (Mg>M), то пробуксовка измерительного колеса 1 отсутствует. В этом случае воздействие сигналов управления блока регистрации 6 на управляемый блок питания 12 увеличивает ток возбуждения электромагнита электромагнитного тормоза 15. Увеличивается момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Когда момент силы (М) торможения станет больше момента силы (Mg) сцепления (MgМ, М момент силы заданного начала пробуксовки, которое поддерживается сигналами управления блока регистрации 6. При выполнении условия М-Mg=М вычисляется сила сцепления (F) измерительного колеса 1 с поверхностью искусственного покрытия F=Mg/r (r – радиус измерительного колеса 1). Нормальная сила (Р) давления измерительного колеса 1 на поверхность покрытия известна. Вычисляется коэффициент сцепления. Ксцп.=F/Р.),>

При определении состояния взлетно-посадочной полосы в соответствии с требованиями ИКАО (международной организации гражданской авиации) определяется максимальный коэффициент сцепления, который вычисляют по формуле Ксцп.макс.=Ксцп.×k,

где k – коэффициент пробуксовки, определяемый при тарировании устройства.

С второго выхода датчика 13 крутящего момента в блок регистрации 6 поступает сигнал частоты вращения измерительного колеса, по которому определяют скорость движения (V) и пройденное расстояние (S). Скорость движения устройства определяется по формуле V=×r,

где V – скорость движения, м/сек;

– угловая скорость вращения измерительного колеса 1, рад/сек;

r – радиус измерительного колеса 1, м.

Пройденное расстояние определяется по формуле S=Vt,

где S – пройденное расстояние при определении состояния искусственного покрытия, м;

V – скорость движения, м/сек;

t – время проведения измерений, сек.

Смачивание искусственного покрытия при определении коэффициента сцепления не требуется. Сигналами управления блока регистрации 6 в соответствии с программным обеспечением момент силы (М) торможения изменяется на величину М. Изменение момента силы (М) торможения изображено на фиг.4. Изменение момента силы (М) торможения на заданную величину (М), при которой обеспечивается начальная пробуксовка измерительного колеса, позволяет постоянно следить за величиной момента силы (Mg) сцепления с поверхностью искусственного покрытия. Изменение момента силы (М) торможения на М также несколько уменьшает тепловое воздействие на измерительное колесо 1.

При определении коэффициента сцепления в блок памяти записывают: дату, время проведения измерений, значение коэффициента сцепления, скорость движения, измеренное расстояние, наличие поворотов и вибрации.

Положительный эффект то реализации предложенного устройства заключается в повышении точности определения коэффициента сцепления. Точность измерений повышается использованием одновременно двух датчиков крутящего момента. Первый датчик 13 измеряет момент силы (Mg) сцепления, а второй датчик 14 – момент силы (М) торможения измерительного колеса 1. Результаты измерений датчиков сравниваются. По результатам сравнения осуществляют управление электромагнитным тормозом 15. В результате, электромагнитный тормоз 15 отслеживает начало пробуксовки измерительного колеса 1 в заданном диапазоне (М), повышая точность определения коэффициента сцепления.

Реализация предложенной структурной схемы устройства позволяет создать портативное устройство малого размера, весом 2025 кг, с моментом силы торможения 3050 Нм, которые могут использоваться при ремонте дорожных покрытий или расследовании дорожно-транспортных происшествий. Или для создания крупногабаритных устройств, которые перемещаются с использованием транспортного средства и используются для определения состояния дорожных или аэродромных покрытий.

Конструктивно устройство может быть изготовлено из следующих деталей:

– измерительное колесо 1 – автомобильное или авиационное шасси;

– первый датчик 13 крутящего момента – датчик крутящего момента М28;

– второй датчик 14 крутящего момента – бесконтактный датчик крутящего момента, модель 8651;

– электромагнитный тормоз 15 – магнитно-порошковый тормоз с пустотелым валом, тип FAT, FRAT, фирма Mobac GmbH, Германия;

– управляемый блок питания 12 – типовой силовой блок, преобразующий сигналы управления в ток возбуждения обмотки электромагнита;

– блок регистрации 6 – микроконтроллер семейства PIC18,

авторы Б.Я.Прохоренко и др. изд. М. ДОДЭКА, 1999 г.;

– блок памяти 19 – микросхема энергонезависимой памяти;

– датчик угловой скорости 16 – пьезокерамический гироскоп ENC-03J фирмы Murata.

Формула изобретения

Портативное устройство измерения коэффициента сцепления колеса с искусственным покрытием, содержащее измерительное колесо, раму, блок регистрации, блок питания и управляемый блок питания, при этом первый выход блока регистрации подключен к первому входу управляемого блока питания, отличающееся тем, что в устройство дополнительно включены первый и второй датчики крутящего момента, электромагнитный тормоз, датчик угловой скорости, датчик времени с дисплеем и блок памяти, при этом первый механический выход измерительного колеса соединен с первым датчиком крутящего момента, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам блока регистрации, а второй механический выход измерительного колеса через второй датчик крутящего момента соединен с ротором электромагнитного тормоза, блок питания через управляемый блок питания подключен к электромагнитному тормозу, датчики угловой скорости, времени и второй датчик крутящего момента подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока регистрации, второй и третий выходы которого соответственно соединены с дисплеем и блоком памяти, шестой свободный вход блока регистрации является входом динамометра роликового тормозного стенда, при этом первый датчик крутящего момента измеряет момент силы (Mg) сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, а второй датчик крутящего момента – момент силы (М) торможения измерительного колеса, аппаратура устройства размещается на раме, которая опирается на измерительное колесо и воздействует на поверхность искусственного покрытия как нормальная сила нагрузки Р, при этом коэффициент сцепления определяется при условии, когда M-Mg=M и вычисляется по формуле
Ксцп.=F/P; F=Mg/r;
Ксцп.макс.=Ксцп·k; k=Mg*/Mg,
где Ксцп. – значение коэффициента сцепления;
Ксцп.макс. – максимальное значение коэффициента сцепления;
F – сила сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Н;
Р – нормальная сила нагрузки измерительного колеса на поверхность искусственного покрытия, Н;
Mg – момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм;
М – момент силы торможения измерительного колеса электромагнитным тормозом, Нм;
M – дискрет момента силы, обеспечивающий начало пробуксовки измерительного колеса, Нм;
r – радиус измерительного колеса, м;
k – коэффициент пробуксовки, вычисляют при тарировании устройства;
Mg* – максимальный момент силы сцепления измерительного колеса с поверхностью искусственного покрытия, Нм.

РИСУНКИ