Диссертация (1025882), страница 15
Текст из файла (страница 15)
С целью получения надежных результатов измерений, шину разгружали, проворачивали вокруг осина заданный угол и вновь повторяли эксперимент. Обжатие шины под действием собственного веса учитывалось при помощи измерения ее диаметра в горизонтальном положении до установки на испытательный стенд и расстояниямежду площадками стенда перед нагружением шины.Рисунок 3.2. Массивная шина, установленная на стенде Zwick/Roell Z100На Рисунке 3.3 представлены две усредненные нагрузочные характеристики шины.
По горизонтальной оси отложена величина сближения оси шиныс одной из площадок стенда (обжатие шины). По вертикальной оси - сила, приложенная к шине. Первая характеристика соответствует обжатию шины безсмазки в области контакта, вторая - со смазкой. Изменение величины обжатияшины при введении смазки в область контакта не превышает 7 %.972212021816Сила, кН1412108642000.511.522.533.5Обжатие шины, ммРисунок 3.3. Нагрузочная характеристика шины.
Кривая 1 получена при отсутствии смазки в области контакта, кривая 2 – при наличии смазки3.2Исследование контакта неподвижной массивной шины сплоской опорной поверхностьюОпределение формы и размеров пятна контакта, а также изучение распределения контактного давления при статическом обжатии шины на плоскуюопорную поверхность проводилось на оборудовании фирмы XSENSOR Technology Corporation.
Шина, установленная на валу гидравлического пресса ОПШ30, прижималась с заданным усилием к поверхности сенсора IX500:256.256.16.Вид испытательного стенда с объектом испытания показан на Рисунке 3.4.Квадратное поле сенсора, размером 400 × 400мм2 , стоит из 65 536 емкостныхдатчиков с площадью обкладок 2,44 мм2 . Обкладки конденсаторов разделеныслоем диэлектрика, изготовленного из эластомера с большой диэлектрическойпроницаемостью [38].
При действии контактного давления на датчики расстояние между обкладками уменьшается, что приводит к увеличению электрической емкости, измеряемой в эксперименте. Обработанный сигнал с датчиковпоступает на компьютер. При помощи специальной программы X3 PRO V7фиксируется поле давлений в области контакта.Ниже представлены результаты эксперимента, полученные при силах обжатия 1,9, 4,7, 8,1, 11,5, 14,0, 16,0 кН. В Таблице 3.2 приведены значения характерных размеров пятна контакта и максимального давления для всех перечисленных сил.
На Рисунке 3.5 для первых пяти случаев нагружения изображеныпятна контакта с измеренными значениями давлений. Для сечений, проходящих98через центр пятна контакта, на Рисунке 3.6 показаны эпюры давлений.(а)(б)Рисунок 3.4. Стенд для измерения давления в контакте шины с плоской опорной поверхностьюХарактеристики пятна контактаТаблица 3.2.Усилие, кНПлощадь, см2Размер восевомнаправлении,смРазмер вМаксимальноеокружномдавление,направлении,МПасм1,94914,903,480,524,77214,905,160,878,19015,006,251,2611,510315,007,191,5414,011215,167,811,7016,012015,168,281,76990.6740.6071.0240.5390.9110.4721000.4050.3370.270500.2020.1350.06700501000.6830.5690.455500.2280.1141.2531.4120.6270.4700.3130.1570.000Окружное направление, ммОсевое направление, ммОсевое направление, мм1.7651501.5880.7831000.0001.4101.09750100(б) Нагрузка 4,7 кН0.9400050Окружное направление, мм1.567500.341000.000(а) Нагрузка 1,9 кН1000.797100Окружное направление, мм1501.138150Осевое направление, ммОсевое направление, мм1501.2361001.0590.8820.706500.5290.3530.17600501000.000Окружное направление, мм(в) Нагрузка 8,1 кН(г) Нагрузка 11,5 кН1.7651501.588Осевое направление, мм1.4121.2361001.0590.8820.706500.5290.3530.17600501000.000Окружное направление, мм(д) Нагрузка 14,0 кНРисунок 3.5.
Распределение контактного давления. Цветами показаны значениядавлений в МПа100214,0 кН11,5 кН8,1 кНКонтактное давление, МПа1.81.61.41.24,7 кН10.81,9 кН0.60.40.20-80-60-40-20020406080Осевое направление, мм(а)1.8Контактное давление, МПа1.614,0 кН8,1 кН1.411,5 кН1.24,7 кН10.81,9 кН0.60.40.20-50-40-30-20-1001020304050Окружное направление, мм(б)Рисунок 3.6. Эпюры распределения контактного давления по осевому (a) иокружному (б) направлениям1013.3Измерение сопротивления качению и температурысаморазогрева шиныСопротивлением качению шины называют величину потерь энергии прикачении шины на единицу пройденного расстояния. Измеряемая величина потерь энергии равна сумме рассеянной энергии внутри шинных материалов иработы сил трения в области контакта шины с опорной поверхностью.
Потериэнергии, связанные с аэродинамическим сопротивлением шины, трением подшипников, установленных на оси вращения шины и другими причинами, называют паразитными потерями и исключают из результатов измерений.В настоящей работе испытания проводились на барабанном стенде фирмыHasbach методом измерения силы на рычаге (force method) [14]. На Рисунке 3.7представлен вид испытательного стенда. Его основные характеристики приведены в Таблице 3.3.Рисунок 3.7. Стенд HasbachХарактеристики испытательного стенда HasbachКоличество испытываемых шинТаблица 3.3.2Максимальная нагрузка, кгс2000Максимальная скорость, км/ч250102Таблица 3.3 (Продолжение).Диапазон измеряемой силы сопротивления качению, кгс0-100Погрешность измерения силы сопротивления качению, %1Диаметр ходового барабана из стали, мм2000Дадим краткое описание стенда, следуя обозначениям на Рисунке 3.8.3300512 364200072000Рисунок 3.8.
Общий вид экспериментального стенда Hasbach (чертеж заимствован из документации к стенду)Шина закрепляется на ходовой втулке (1) люлечного бруса (2), смонтированного на прижимных салазках (3). Прижимные салазки посредством гидроцилиндров (4) перемещаются в подшипниках продольного качения по станине стенда(5). Для обеспечения строго горизонтального воздействия на салазки, а, следовательно, и на шину, гидроцилиндры соединены со станиной при помощишарниров. Для измерения усилия, передаваемого с гидроцилиндра на салазки,между ними установлен динамометр (6), показания с которого считываютсяпосредством электронной системы управления. Люлечный брус, другим своим103концом, содержащим ходовую втулку, опирается на амортизатор силовой нагрузки, расположенный точно по оси втулки.
При помощи этого амортизатораось втулки может быть выверена по оси ходового барабана (7) стенда, к которому прижимается шина во время эксперимента. Для этого на люльке установленпрецизионный ватерпас. В эксперименте измеряется сила воздействия на амортизатор. Эта сила равна силе реакции, действующей на шину со стороны осиво время испытаний. Испытательный узел так же оснащен миллиметровой линейкой, с которой можно считывать значения глубины прижатия шины.Для анализа результатов измерений, рассмотрим усилия, действующиена массивную шину при качении ее по металлическому барабану (Рисунок 3.9).Поскольку барабан значительно жестче резинового массива шины его можносчитать недеформируемым.
Массивная шина прижимается к барабану горизонтальной силой . Барабан передает шине вращательное движение с угловойскоростью . В результате гистерезисных потерь энергии в резиновом массивешины, точка приложения равнодействующей сил реакции со стороны барабанасмещается на угол относительно горизонтальной оси в направлении, противоположном направлению вращения шины. Обозначим новое положение этойточки за . Разложим равнодействующую сил реакций на нормальную составляющую и тангенциальную .
Поскольку область контакта симметрична относительно плоскости качения и ее протяженность в продольном направлениимала, то при приведении сил мы пренебрегаем появляющимся при этом главным вектором момента. Вращению шины сопротивляются аэродинамическиеусилия и силы трения в подшипниках, установленных на оси вращения. Этисилы приводятся к результирующему моменту .
Со стороны оси вращенияна шину действует вертикальная реакция , которая измеряется в эксперименте при помощи датчика силы. Найдем связь между тангенциальной силой и реакцией . Поскольку шина вращается с постоянной угловой скоростью,из теоремы об изменении кинетического момента следует, что сумма моментоввсех действующих на шину сил относительно оси вращения, проходящей черезнеподвижную точку , равна нулю.
Следовательно,− − ( + ) sin + [( + ) cos − ] = 0 ,(3.1)где – радиус барабана; – динамический радиус массивной шины, совпадающий со статическим радиусом из-за малости сил инерции.104wRNbGr oaMrTXРисунок 3.9. Силы, действующие на массивную шину при качении по барабануШина не смещается в горизонтальном и вертикальном направлениях, следовательно, суммы проекций всех сил на эти направления должны равнятьсянулю. Получим еще два уравнения равновесия cos + sin − = 0 ,(3.2) sin − cos + = 0 .(3.3)Из уравнений (3.2) - (3.3) мы найдем выражение для нормальной и касательнойсоставляющей контактных сил: = cos− sin, = sin+ cos. Подставляя полученные выражения для сил в уравнение (3.1), придем к соотношению sin+ cos = − /+(1+/).
Следовательно, равнодействующаятангенциальных сил в контакте равна(︁ )︁ =−+ 1+.(3.4)Перед тем как измерить силу , шину отводят от барабана до тех пор,пока она не будет обкатываться по нему, с заданной угловой скоростью практически не деформируясь. Усилие прижатия в этом случае должно быть значительно меньше той силы, при которой проводится эксперимент. При такомрежиме качения гистерезисные потери будут мало влиять на значение силы .105Показания датчика, измеряющего силу на оси, выставляют на ноль.
Затем снова прижимают шину к барабану до заданного усилия и проводят измерениесилы . Как видно из уравнения (3.4) в этом случае слагаемое − /, называемое паразитной силой, исключается из результатов измерений. При этойпроцедуре изменением сил сопротивления в подшипниках при увеличении силы прижатия шины к барабану пренебрегают. Описанный порядок измерениясилы на оси вращения шины соответствует стандартам ISO 28580 и Правилам117.В результате приходим к соотношению, используемому для анализа результатов эксперимента,(︁ )︁.(3.5) = 1+В дальнейшем силу будем называть силой сопротивления качению.Отметим, что массивная шина обкатывалась по барабану в режиме свободного качения, при котором в области контакта практически отсутствует скольжение. Таким образом, совершаемая над шиной работа компенсирует толькопотери энергии внутри резинового массива.Испытание «холодной» шины.
Проводилось измерение сопротивления качению неразогретой массивной шины. Для этого шина предварительносутки вылеживалась при температуре 22 ℃. После чего проводилась кратковременная серия испытаний. Шина с заданным усилием прижималась к барабануи разгонялась до максимальной (70 км/ч) или минимальной (30 км/ч) скорости. Через несколько минут качения шины в заданном режиме производилсязамер сопротивления качению при скоростях, меняющихся последовательно отнаибольшего к наименьшему значению или в обратном направлении с шагом10 км/ч. В пределах каждой серии испытаний шина обкатывалась на стендебез остановок. После окончания серии шина останавливалась и фиксироваласьее температура на поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
