Пятно контакта шины что это
Обновлено: 05.07.2024
ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА / ПЯТНО КОНТАКТА / ДАВЛЕНИЕ / РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ / ШИРИНА ШИНЫ / ДЛИНА ПЯТНА КОНТАКТА / ДОРОЖНІЙ ОДЯГ / ПЛЯМА КОНТАКТУ / ТИСК / РОЗПОДіЛ ТИСКУ / ШИРИНА ШИНИ / ДОВЖИНА ПЛЯМИ КОНТАКТУ / ROAD PAVEMENT / CONTACT SPOT / PRESSURE / PRESSURE DISTRIBUTION / TIRE WIDTH / CONTACT SPOT LENGTH
Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Богомолов В.А.
Предложена физическая и математическая модели распределения давлений в пятне контакта шины с поверхностью дорожной одежды , которые могут быть использованы при расчете напряженно-деформированного состояния слоев нежесткой дорожной одежды , с применением метода конечных элементов.
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Богомолов В.А.
Испытания на стационарной системе для фото и видео фиксации пятна контакта шины кругового универсального испытательного стенда дорожных материалов (КУИДМ-2)
Влияние сил от колес автомобиля при движении по криволинейным участкам дорог на образование колеи в асфальтобетонном покрытии. Часть 1. Поперечные силы
DESIGN PRESSURE DISTRIBUTION AT TIRE CONTACT SPOT WITH THE ROAD PAVEMENT
Physical and mathematical models of pressure distribution at tire contact spot with the road pavement that can be used at calculation of the stress-strain behavior of flexible pavement, using the finite-element method are offered.
РАСЧЕТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ В ПЯТНЕ КОНТАКТА ШИНЫ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
В.А. Богомолов, проф., д.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Предложена физическая и математическая модели распределения давлений в пятне контакта шины с поверхностью дорожной одежды, которые могут быть использованы при расчете напряженно-деформированного состояния слоев нежесткой дорожной одежды, с применением метода конечных элементов.
Ключевые слова: дорожная одежда, пятно контакта, давление, распределение давления, ширина шины, длина пятна контакта.
РОЗРАХУНКОВИЙ РОЗПОД1Л ТИСК1В У ПЛЯМ1 КОНТАКТУ ШИНИ З ПОВЕРХНЕЮ ДОРОЖНЬОГО ОДЯГУ
В.О. Богомолов, проф., д.т.н., Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотаця. Запропоновано ф1зичну та математичну модел1 розподшу тисюв у плям1 контакту шини з поверхнею дорожнього одягу, яю можуть бути використат при розрахунку напружено-деформованого стану шар1в нежорсткого дорожнього одягу, iз застосуванням методу сюнченних елементiв.
Ключов1 слова: дорожнт одяг, пляма контакту, тиск, розподш тиску, ширина шини, довжина плями контакту.
DESIGN PRESSURE DISTRIBUTION AT TIRE CONTACT SPOT WITH THE
V. Bogomolov, Prof., D. Sc. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. Physical and mathematical models of pressure distribution at tire contact spot with the road pavement that can be used at calculation of the stress-strain behavior of flexible pavement, using the finite-element method are offered.
Key words: road pavement, contact spot, pressure, pressure distribution, tire width, contact spot length.
В существующих нормативных документах [1] при оценке напряженно-деформированного состояния (НДС) слоев нежестких дорожных одежд нагрузка от колеса дорожно-транспортного средства (ДТС) имитируется через пятно контакта в виде круга диаметром (30-37) см [1, 2], с равномерным распределением давления по площади круга.
Необходимость в таких допущениях обусловлена, прежде всего, следующими обстоятельствами:
- принятая методика расчета [1, 3] НДС слоев нежестких дорожных одежд предполагает осесимметричную внешнюю нагрузку;
- во многих исследованиях, например [4, 5 и мн. др.], пятно контакта шины с верхним
слоем дорожной одежды представляется в виде эллипса, который в первом приближении можно считать кругом;
- при максимальных нагрузках на колесо можно принять, что распределение давлений по пятну контакта подчиняется закону [4, 6, 7]
где часто величину P принимают равной давлению в шине Рш [4, 6].
- сил трения в пятне контакта шины с дорожной одеждой, которые делают внешнюю нагрузку неосесимметричной;
- движущегося пятна контакта по поверхности слоя дорожной одежды с вязко-упругими свойствами и т.д.
Цель и постановка задачи
Учитывая изложенное выше, в настоящей работе ставится цель: разработать физическую и математическую модели внешней нагрузки в пятне контакта шины с верхним слоем нежесткой дорожной одежды, максимально приспособленную для использования в современных автоматизированных методиках анализа НДС инженерных конструкций, например с применением метода конечных элементов.
Форма пятна контакта
Очень многие исследования, в том числе и экспериментальные, указывают на тот факт, что при высоких нагрузках на колесо ДТС (в первую очередь это касается грузовых автомобилей) пятно контакта по ширине ограничивается двумя прямыми, параллельными линиями [6, 12-16]. Если учесть, что экспериментально доказано [6, 13, 15, 17]: распределение давлений по длине пятна контакта имеет трапециевидную форму - с нулевым значением по краям пятна, то становится очевидным, что можно допустить ограничение пятна контакта двумя параллельными прямыми и по длине пятна контакта, приняв,
таким образом, форму пятна в виде прямоугольника [7, 10, 11, 14] (рис. 1).
Рис. 1. Принятая прямоугольная форма пятна контакта
С одной стороны, это действительно допустимо, поскольку касается торцевых участков пятна контакта, вносящих минимальный вклад в формирование суммарной реакции дорожной одежды на колесо ДТС (в силу уже отмеченной трапециевидности распределения давлений). С другой стороны, такая форма получила и экспериментальное подтверждение [12, 13, 18].
Многие исследователи отмечают практическую независимость ширины пятна контакта Ь (рис. 1) ни от нагрузки на колесо, ни от скорости движения ДТС [12, 18, 22].
Примерно она равна ширине беговой дорожки шины (рис. 1) [12, 13, 18]. И поэтому можно принять [12, 13, 19, 20]
где В - ширина профиля шины [19], для грузовых автомобилей можно считать [19]
В = (0,292-0,315) м. (3)
Таким образом, в дальнейшем допускаем, что площадь пятна контакта, в зависимости от нагрузки на колесо, изменяется только за счет изменения длины квадрата а (рис. 1) [10, 12, 18, 22].
Равномерное распределение давления по пятну контакта
В работе [21] отмечается, что с точки зрения мощностного баланса сил в контакте колеса с
дорогой допустимо считать, что нормальное давление по пятну контакта распределено равномерно [4, 6, 7, 10]. И в первую очередь это допущение касается режимов движения ДТС, сопровождающихся немаксимальными значениями сил трения в пятне контакта [22].
К таким режимам движения можно отнести [23]:
- равномерное движение ДТС;
Таким образом, если принять допущение (1), то длина пятна контакта равна
Для узлов, расположенных по периметру (но неугловых), например, для сеточного узла с координатами 1-2
в случае регулярной сетки
N. = = 0,5 • Ак•Аш • Рш. (9)
Для угловых сеточных узлов, например для узла с координатами 1-1
для регулярной сетки
где - вертикальная нагрузка на колесо; Рш - давление в шине, для грузовых автомобилей можно принять [19]
Рассмотрим вопрос о том, как задаются расчетные силы в пятне контакта в случае применения метода конечных элементов.
На рис. 1 представлена соответствующая расчетная схема.
При равномерном распределении давления по пятну контакта для квадрата площадью 99 (рис. 1), например, в сеточном узле с координатами 2-2, очевидно [8], что
Ш = Ш = 91 + 9 2 + 99 + 98 Р 1Уц = 1У 22 = 4 ^ш
где N.. - нормальное усилие в сеточном узле с координатами /-/'; 91,92,99,98 - площади соответствующих прямоугольников.
Если сетка регулярная и по горизонтали, и по вертикали, то
N. = N22 = &• Аш • Рш,
N. = N11 = N,1 = Nкш = ^ =
= 0,25 • Ак • Аш • Рш.
Силы трения в пятне контакта можно задавать по зависимости
где ц - реализуемое сцепление в пятне контакта [24], определяемое прежде всего режимом движения ДТС [25].
Параболическое распределение в пятне контакта
В более общем случае распределение давления в пятне контакта можно описывать поверхностью 2-го порядка [14].
Такая поверхность будет более предпочтительной при описании режима торможения ДТС, когда в пятне контакта возникают максимально возможные силы трения [21, 24].
Но при этом многие исследователи отмечают, что распределение давлений по ширине пятна контакта и в этом случае можно считать постоянным [5, 15]. И, таким образом, задача сводится к определению закона распределения давлений лишь по длине пятна контакта.
где Ак, Аш - шаг сетки соответственно по горизонтали и по вертикали.
В специальной литературе по этому вопросу в основном выделяют три закона: - параболический [6, 21, 26];
- трапецеидальный [6, 13, 17, 21].
Именно этот закон и будет использоваться в дальнейших рассуждениях.
В наиболее удобном виде его можно записать, как [21] (рис. 2)
где Рср - показано на рис. 2.
В литературных источниках отмечается, что отношение ртах/ рСр
пределах [13, 15, 26]
отношение Ртах / Рср может находиться в
но если принять, что [26]
то длину пятна контакта и в этом случае можно рассчитывать по формуле (4).
И считать, что [4, 6]
Рис. 2. Параболический закон распределения давлений по длине пятна контакта
где А - обозначено в (4). Кроме того, очевидно, что
Узловые значения вертикальных сил в пятне контакта рассмотрим на примере сеточного узла с координатами 2-2 (рис. 2)
Нг] = Н22 = Н^К ) + Н^ + Н^, (19)
где (?1). (?9) - индекс, обозначающий принадлежность силы к соответствующей квадратной площади (рис. 1).
Рис. 3. Площадь квадрата ?9: N(?9)- результирующая от распределенного давления по площади ?9
Для удобства в дальнейших рассуждениях выделим в отдельный рисунок квадрат с площадью ?9 по рис. 1 (рис. 2).
(?9 к(?9) ?9 )= а\ 9 Ъ\9' Н(?9 ),
N а)Ь(99) , , а(99)Ь(99)
)= а1 Ь1 ш(59). = а2 Ь1 ^(59).
а(59 )Ь(59 Г ; 33 а(59)Ь(59) ;
А из соотношения, например, для положи-
тельных значений х,
Учитывая, что давление по ширине пятна контакта распределено равномерно и Ь1 = Ь2, то
N59 ) = N59 ) = 1 ш(59 )• 02_ =
Неизвестными остаются две величины: N(59) и а1(59). Переходя к более общим рассуждениям, для любого прямоугольника (рис. 1) справедливо принять равенство
Для дальнейших практических расчетов этого выражения вполне достаточно, поскольку из симметрии параболического закона (рис. 2) следует очевидное соотношение
х( 5д ) у( 5д ) х2 у2
где д = 1. (к - 1)(ш -1) (рис. 1).
После соответствующих преобразований получаем
На рис. 4-6 приведены результаты сравни-
(22) тельных расчетов НДС в пятне контакта пя-тислойной нежесткой дорожной одежды, при условиях:
- давление в шинах грузового автомобиля Рш =0,8 МПа;
- нагрузка на переднее колесо во время торможения Fz = 70000 Н;
- коэффициент трения в пятне контакта
Рис. 4. Нормальные напряжения в пятне контакта: а - равномерное распределение давления; б -параболическое
Рис. 5. Напряжения сжатия-растяжения вдоль дорожной одежды: а - равномерное; б - параболическое
Рис. 6. Интенсивность напряжений в пятне контакта: а - равномерное; б - параболическое
Как видно из рис. 4-6, локальные напряжения в пятне контакта с параболическим нормальным давлением на 10-40 % выше, чем в контакте с постоянным распределением давления.
Пятно контакта между шиной и поверхностью дорожной одежды можно представить в виде прямоугольника с шириной (0,65-0,75) от ширины профиля шины.
В пятне контакта по п. 1 допустимо в качестве среднего нормального давления считать давление в шине.
В режимах движения: равномерное, разгон, а также при стоянке автомобиля допустимо считать, что в пятне контакта давление распределено равномерно.
При движении в режиме торможения предпочтительно закон распределения давления в пятне контакта считать подчиняющимся параболическому закону.
2. Автомобшьш дороги: Визначення тран-спортно-експлуатацшних показниюв до-
рожшх одягiв: СОУ 45.2-00018112042:2009. - Офщ. вид. - К.: Укравтодор, 2009. - 46 с.
3. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд / под. ред. Н.Н. Иванова. - М.: Транспорт, 1973. - 328 с.
4. Бухин Б.Л. Введение в механику пневматических шин / Б.Л. Бухин. - М.: Химия, 1988. - 224 с.
5. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин: учеб. для студентов маши-ностроит. спец. вузов / Г.А. Смирнов. -М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.
6. Автомобильные шины. (Конструкция, расчет, испытания, эксплуатация) / В.Л. Бидерман, Р.Л. Гуслицер, С.П. Захаров и др.; под общ. ред. В.Л. Бидерма-на. - М.: Гос-е науч.-техн. изд-во химич. лит-ры, 1963. - 383 с.
7. Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей / Д.А. Антонов. - М.: Машиностроение, 1978. - 216 с.
8. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич; пер. с англ.; под ред. Б.Е. Победри. - М.: Мир, 1975. -541 с.
10. Современные компьютерно-инновационные технологии проектирования, строительства, эксплуатации автомобильных дорог и аэродромов: материалы Междунар. научно-практ. конференции с участием студ-в и молод. учен., (Харьков, 1-4 ноября 2012 г.) / М-во обр. и науки, молод. и спорта Украины, Харьк. нац. автом.-дор. ун-т. - Х.: ХНАДУ, 2012 - 416 с.
11. Провести аналiз методик конструюван-ня та розрахунку дорожшх одяпв в кра!-нах Свропи та надати пропозицп щодо методики, яку необхщно застосовувати при конструюванш та розрахунку доро-жнього одягу в Украш: Заключний звгг про науково-дослщну роботу за темою №17/35-03-10 / ХНАДУ: ^вник теми В.К. Жданюк; № держреестр. 0110U000889, 2010. - 165 с.
12. Баденков П.Ф. Разработка конструкций и исследование грузовых шин типа Р /
П.Ф. Баденков, ИИ. Селезнев, ВН. Пра-щикин и др. // Пневматические шины (исследования по проблеме повышения качества). - М.: Химия, 1969. - С. 43-81.
13. Кнороз В.И. Работа автомобильной шины / В.И. Кнороз. - 2-е изд., исправл. и дополн. - М.: Науч.-техн. изд-во мин-ва автомоб. тр-та и шоссейн. дорог РСФСР, 1960. - 229 с.
14. Ларин А.Н. Сцепление автомобильной шины с дорогой, покрытой слоем воды: дисс. . канд. техн. наук: 05.22.10 - эксплуатация автомобильного транспорта / Ларин Александр Николаевич. - Х., 1988. - 171 с.
15. Механика шины: монография / В.А. Перегон, В.А. Карпенко, Л.П. Гречко и др.
- Х.: ХНАДУ, 2011. - 404 с.
17. Бидерман В.Л. Исследование связи между деформациями каркаса и протектора шины и силами в площади ее контакта с дорогой / В.Л. Бидерман, В.А. Пугин, Т.Н. Володина // Резина-конструкционный материал современного машиностроения: сб. ст.; под общ. ред. П.Ф. Ба-денкова, В.Ф. Евстратова, М.М. Резни-ковского. - М.: Химия, 1967. - С. 47-57.
18. Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля / М.В. Немчинов. - М.: Транспорт, 1985. - 231 с.
20. Кнороз В.И. Автомобильные шины типа Р и РС / В.И. Кнороз. - М.: Транспорт, 1964. - 44 с.
22. Антонов Д.А. Расчет устойчивости движения многоосных автомобилей / Д.А. Антонов - М.: Машиностроение, 1984. - 168 с.
23. Вахламов В.К. Автомобили. Эксплуатационные свойства: учебник / В.К. Вахламов. - М.: Академия, 2006. - 240 с.
24. Туренко А.Н. Совершенствование способов регулирования выходных параметров тормозной системы автотранспортных средств / А.Н. Туренко, В.А. Богомолов, В.И. Клименко и др. - Х.: ХНАДУ, 2002. - 400 с.
25. Богомолов В.А. Нагрузочные режимы дорожной одежды нежесткого типа / В.А. Богомолов, В.К. Жданюк, С.В. Богомолов // Дороги i мости. - 2011. -Вип. 13. - С. 29-38.
26. Абдулгазис У.А. Динамика колеса и устойчивость движения автомобиля / У.А. Абдулгазис, Д.М. Клец, М.А. Под-ригало; под ред. проф. У.А. Абдулгазис. - Симферополь: ДИАЙПИ, 2010. -208 с.
Перед тем как разобраться в том, что являет собой пятно контакта шины, стоит понять, что мужская обувь имеет большую площадь, если сравнивать с той, которая появляется когда происходит контакт автомобильной покрышки и поверхности дороги. Хоть это и кажется невозможным, но на самом деле так и есть. Подавляющая часть шин имеет контактное пятно, не больше как ладонь человека. Также не стоит забывать, что на каждое из колес воздействует сила в виде массы автомобиля.
Следует помнить, что пятно контакта не правильное пятно контакта не сможет полностью раскрыть возможности резину, будь она даже из премиум сегмента как BFGoodrich ( подбренд Michelin). И наоборот, резина из бюджетного сегмента, как например Achilles, за счет оптимального пятна контакта, сможет улучшить возможности резины.
Если объяснить более понятно, то пятно контакта являет собой опорную поверхность колеса или след, который остается на дороге. Сцепление автошины с дорогой являет собой величину, значение которой постоянно меняется, более того для каждого из колес она разная. Поскольку существует возможность изменять размер пятна, а также его форму, сочетая всё это с работой подвески, машина легко держится на шоссе, даже при скоростной езде.
Когда пятно находиться в состоянии статики, а давление в резине в пределах нормы, его форма напоминает прямоугольник (кривизна должна быть ровна нулю). Когда автомобиль двигается, то пятно может образовывать различные формы. Кроме этого может меняться площадь контакта с поверхностью дороги. Происходит это из-за усилия, изменчивого зависимо от нагрузки аэродинамики и веса. Таким образом, становится понятно, что с увеличением нагрузки, пятно контакта становится больше, а это повышает сцепление с дорогой.
Для того чтобы добиться максимального пятна, нужно чтобы шина имела кривизну, значение которой нулевое. Когда автомобиль входит в повороты, эластичные свойства покрышек, позволяют изменить форму, что происходит пропорционально боковой силе. Данная деформация позволяет шине катиться, что происходит под углом увода. В данном случае имеется в виду, не само скольжение, а то деформирование, которое происходит с резиной. Таким образом, можно говорить, что сцепление с дорожным покрытием происходит за счет бокового угла, который превышает отметку нуль.
Опытные автолюбители, с немалым стажем вождения, максимально берут во внимание движущие факторы и то, как они влияют на сцепление шины с дорогой. Осуществляется такое управление машиной, которое помогает исключить резкую перемену площади и формы пятна. Если говорить об неопытных водителях, которые еще не совсем уверенно чувствую себя на дороге, то зачастую они ведут оборону с полотном дороги, в результате чего их автомобиль может оказаться на грани заноса.
В статье рассмотрены методы и средства определения площади пятна контакта шин колеса с целью снижения удельного давления автомобильных транспортных средств для перевозки тяжелых неделимых грузов на дорогу путем оптимизации площади пятна контакта шин в зависимости от давления и нагрузки.
The article considers the methods and means of determining the area of the contact patch of the tire wheels to reduce the specific pressure of motor vehicles for the transport of heavy indivisible loads on the road by optimizing the area of the contact patch of the tire in dependence on pressure and load.
Изучение влияния весовых параметров автотранспортных средств (АТС) на дорожное покрытие, его описание и определение фактических данных - одна из основных проблем сегодняшнего дорожного строительства. Эти данные необходимы для снижения удельного давления АТС на дорожное покрытие, определения маршрутов движения АТС, уточнения действующих нормативных документов на устройство дорожного покрытия, а также для их разработки на перспективу.
Вес современных одиночных большегрузных АТС превышает 40 т, магистральных автопоездов достигает 50 тонн и более, а вес АТС перевозящих тяжелые неделимые грузы достигает 300 и более тонн[1, с. 29]. При этом возрастают нагрузки на оси АТС и их разрушающее воздействие на дорожное покрытие.
Известно, что связь АТС с дорогой осуществляется посредством колёс. Пневматическая шина является наиболее важным элементом автомобильного колеса.
Основное назначение шины - нести нагрузку, приходящуюся на колесо АТС.
Шина непосредственно соприкасается с поверхностью дороги. Будучи накачана воздухом, шина становится упругой и способна воспринимать большие нагрузки. Под действием внешней нагрузки шина получает сложную деформацию [2, с. 127]. Эту деформацию для удобства изучения обычно разделяют на ряд более простых: радиальную (нормальную), окружную (тангенциальную), поперечную (боковую) и угловую. Однако достаточно четкое разграничение указанных деформаций не всегда удается получить ввиду их взаимной связи.
Большое значение имеет изучение нормальной деформации шины. Под действием приложенной к колесу нормальной нагрузки GK шина начинает деформироваться, площадь пятна контакта её с дорогой увеличивается до тех пор, пока не наступает равновесие между подъёмной силой (нормальной реакцией дороги) и нагрузкой. Это происходит почти при неизменном давлении воздуха в шине. Объём воздуха, вытесненный при деформации шины, по сравнению с объёмом воздуха в камере очень мал, поэтому увеличение давления в шине вследствие нагрузки также мало.
Величина нормальной деформации зависит от размеров и конструкции шины, материала из которого она изготовлена, ширины обода, твердости дороги, давления воздуха Pw, нагрузки GK, величины окружного Рк и бокового усилий, приложенных к колесу. По своей величине радиальная, окружная и поперечная деформации шины ведомого колеса мало чем отличаются от соответствующих деформаций неподвижного колеса в том случае, если скорость движения АТС невелика.
Учитывая, что АТС для перевозки тяжелых неделимых грузов представляют собой многоосные прицепы и полуприцепы с ведомыми колесами, а скорость их передвижения невелика (~ 10 км/ч) [3, с. 185], то для них применим метод измерения площади пятна контакта шин неподвижного колеса.
Знание площади пятна контакта позволяет определить удельное давление шины на поверхность дороги и соответственно определить разрушающее воздействие АТС на дорожное покрытие.
На практике нормальную деформацию и площадь пятна контакта шины определяют на специальных стендах, прикладывая к колесу соответствующую нагрузку и изменяя давление. Однако такие стенды не выпускаются серийно, а создаются для лабораторных испытаний самостоятельно.
Учитывая разнообразие конструкций одиночных большегрузных АТС, АТС для перевозки тяжелых неделимых грузов и моделей применяемых шин, можно сделать вывод, что работы по определению площади пятна контакта шин являются актуальными.
Для измерения площади пятна контакта шин или наблюдения за его величиной и формой используют стенды в основном следующих типов:
Первый тип стенда является простым, но трудоемким в получении отпечатка пятна контакта и обработке данных.
Второй тип стенда более сложный, а процесс обработки данных также является трудоемким.
Третий тип стенда конструктивно наиболее сложный и по стоимости самый дорогой, однако все операции по обработке данных выполняются в автоматическом режиме. Эти типы стендов уже изготавливаются некоторыми зарубежными производителями. Данный стенд используется для измерения удельного давления и его распределения в пятне контакта шин пассажирских, грузовых, внедорожных, сельскохозяйственных и авиационных транспортных средств. Система, оборудованная стендом подобного типа, осуществляет сравнение характеристик различных шин относительно друг друга или сравнение характеристик одной шины при различной нагрузке и внутреннем давлении.
Данная информация необходима для проведения анализа различных резиновых смесей и дизайна протектора, осуществления замеров с целью контроля качества, выполнения сопоставительного конкурентного анализа и оценки воздействия подвески транспортного средства на шину. Также при использовании данного типа стендов имеется возможность не только измерить площадь пятна контакта шины, но и определить нагруженные и не нагруженные участки внутри периметра общей контактной площади пятна, длину и ширину контактного пятна, профиль давления поперечного сечения и многое другое.
Сенсоры могут устанавливаться непосредственно на дорожном полотне, на полу гаража, монтироваться на испытательный стенд, либо прикрепляться к движущейся планке тестовой машины. Сенсоры могут быть установлены даже под землей и будут производить замеры, находясь внутри грунта.
Кроме того, такой метод перспективен при внедрении на автомобильных дорогах интеллектуальных транспортных систем[8, с. 123]. При оборудовании участка пути пьезокристаллическими датчиками, данные с этих датчиков могут в режиме реального времени передаваться на телематический сервер[9, с. 278]. Полученная информация может быть в дальнейшем использована как при проектировании АТС, так и при строительстве автомобильных дорог. Оборудование для стендов подобного типа показано на Рисунке 1.
Рисунок 1 - Стенд для определения площади пятна контакта шин с пьезокристаллическими датчиками
Схема определения площади пятна контакта шины колеса с использованием специально разработанного стенда представлена на Рисунке 2. На конструкцию стенда получен патент Украины [10].
На опорном элементе со стеклом установлено устройство для снятия изображений, дополнительно стенд оснащен пассивными гидроцилиндрами, поршни которых соединены с устройством для закрепления колеса, и датчиком и блоком управления и контроля.
На корпусе 5 стенда установлены устройства 6 для закрепления колеса и привод, в состав которого входят электромоторы 1, кинематически связанные с ними муфты 2, редукторы 3, винты 4, гайки 7. К гайкам присоединены каретки 8, а к ним - опорный элемент 9 со стеклом 10. На опорном элементе устанавливается устройство обработки изображений 11, данные с которого передаются на ЭВМ 12. Также на стенде закреплены гидроцилиндры 14 с компенсационным бачком 15, датчик 17 с цилиндром 16, манометр 18, блок управления и контроля 19, блок питания 21 и блок управления электромоторами 22.
Определение площади пятна контакта выполняются в следующем порядке:
- колесо устанавливается в вертикальном положении на стенде. Ось колеса своими концами закреплена в устройствах для закрепления 6, которые подвижно смонтированы на корпусе 5 стенда, имея одну степень свободы. Будучи включенными, электромоторы 1 через муфты 2 и редукторы 3 вращают винты 4, которые перемещают гайки 7 и жестко соединенные с ними каретки 8.
Закрепленный между каретками опорный элемент 9 прижимается к шине именно той своей частью, в которой установлено стекло 10, достаточно прочное, чтобы выдержать приложенную нагрузку;
- вследствие прижатия опорного устройства к шине устройства для закрепления 6 колеса перемещаются в направляющих на корпусе. К концам устройств для закрепления присоединены поршни 13 гидроцилиндров 14,
Рисунок 2 - Схема определения площади пятна контакта шины колеса.
жестко смонтированных на корпусе 5. В гидроцилиндрах создается давление, и гидравлическая жидкость, содержащаяся в компенсационном бачке 15 и предварительно заполняющая гидроцилиндры 14, вытесняется поршнями в цилиндр 16 датчика 17 (приоритетно - автомобильного типа, работающего от тока 12 В или 24 В). Сигнал с датчика передается на электрический манометр 18 (также автомобильного типа), для визуального контроля нагрузки прижима, и на блок управления и контроля (БУК) 19. БУК, манометр 18 и датчик 17 питаются с помощью блока питания 21, который преобразует напряжение сети ~ 220В в необходимые 12 В или 24 В. БУК 19 имеет регулирующую ручку 20 с помощью которой устанавливается величина сигнала датчика и, соответственно, сила прижима опорного устройства к колесу имитирует нагрузку на колесо, при достижении которой БУК 19 подает соответствующий сигнал на блок управления электромоторами 22, который прекращает подачу энергии на них. В результате сила прижима опорного устройства к колесу стабилизируется, и становится возможным изучать пятно контакта шины с опорной поверхностью (стеклом), которое является практически идентичной пятну, которое возникнет при контакте с твердым асфальтом при той же нагрузке;
- изображение пятна снимает закрепленная под стеклом цифровая камера 11, которая передает полученные данные на ЭВМ 12. На устройстве вывода (мониторе) можно видеть форму, пропорции, а при применении видеокамеры - еще и наблюдать изменение пятна при изменении нагрузки на шину;
- с помощью специального программного обеспечения вычисляется площадь пятна контакта шины с опорной поверхностью.
Применение разработанныхх метода и стенда для определения площади пятна контакта шин позволяет:
- - определять фактическое разрушающее воздействие конкретных моделей АТС на дорожное покрытие;
- - снижать удельное давление большегрузных АТС и АТС для перевозки тяжелых неделимых грузов на дорожное покрытие путем оптимизации площади пятна контакта шин от давления воздуха и нагрузки;
- - использовать полученные данные для совершенствования нормативных документов дорожного строительства и разработки их на перспективу.
Библиографический список
© Овчарук Б.В., Криволап В.В., 2015
УДК 621.432.2:532.57 DOI 10.12737/19353 Пархоменко А.А. Parhomenko А. А.
Читайте также: