Urządzenie do pomiaru siły oporów toczenia obiektów wyposażonych w układ jezdny

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Politechnika Poznańska

• Łukasz Warguła (KZ),
• Mateusz Kukla,
• Bartosz Wieczorek

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru siły oporów toczenia obiektów wyposażonych w układ jezdnym, które jest odporne za zakłócenia pomiaru wynikającego ze zmiennego oporu toczenia nawierzchni. Wynalazek przewidziany jest do wykorzystania w dziedzinach techniki zajmujących się eksploatacją maszyn oraz budową nawierzchni użytku zewnętrznego oraz wewnętrznego. Urządzenie może być zastosowane do dowolnego obiektu wyposażonego w układ jezdny oraz dla pomiarów na dowolnych nawierzchniach nośnych. Urządzenie wprawia badany obiekt w ruch i wykonuje pomiar siły oporów toczenia bez konieczności stosowania dodatkowego napędu w obiekcie badanym.
Poprzez opracowanie urządzenia do pomiaru siły oporów toczenia obiektów wyposażonych w układ jezdny będącego przedmiotem wynalazku możliwe jest wykonywanie badań siły oporów toczenia oraz wyznaczania współczynnika oporów toczenia:
- w rzeczywistych warunkach eksploatacji,
- z zachowaniem rzeczywistego kontaktu koła z nawierzchnią badaną,
- badania układów z układem jezdnym, bez lub z własnym napędem,
- badania wewnątrz budynków o ograniczonych powierzchniach badawczych,
- badania nawierzchni drogowych zewnętrznych,
- badania układów osadzonych na prowadnicach,
- badania na zróżnicowanych typach nawierzchni nośnych,
- badania na powierzchniach nośnych zanieczyszczonych lub pokrytych warstwami wynikającymi z warunków atmosferycznych, np. śnieg, lód,
- badania na powierzchniach sypkich,
- badania obiektów o zmiennej konstrukcji w zakresie: rodzaju i kształtu opony, ciśnienia w oponie, liczby kół,
- badania z różnymi prędkościami napędzania badanych obiektów,
- badania obiektów niezależnie od ich masy,
- szerokie spektrum możliwości obiektów badawczych od wagonów kolejowych, poprzez pojazdy ciężarowe i osobowe, wózki magazynowe, bramy przesuwne do wózków inwalidzkich itp.
- jako sumaryczną wartość siły oporów toczenia dla wszystkich kół obiektu badanego.

ISTOTA WYNALAZKU

Urządzenie do pomiaru siły oporów toczenia obiektów wyposażonych w układ jezdny zawierające zespół mechanizmu napędowego. Może być ono stosowane do wykonania pomiarów na dowolnym obiekcie wyposażonym w układ jezdny (samochód, przyczepa, wózek inwalidzki, itp.). Obiekt badań nie musi być wyposażony w działający napęd, ponieważ napędzany jest poprzez urządzenie badawcze. Opisany wynalazek umożliwia wykonanie pomiarów w rzeczywistych warunkach eksploatacji przy jednoczesnym zachowaniu kontaktu koła z badaną nawierzchnią. Z racji mobilności urządzenia istnieje możliwość stosowania go zarówno wewnątrz budynków jak i na zewnątrz, niezależnie od występującej nawierzchni czy kąta jej nachylenia. Urządzenie wyposażone jest w dwa układy: napędowy oraz ograniczający luzowanie się lin. Ogólna zasada działania polega na tym że układ napędowy przyciąga do siebie za pomocą cięgna (liny lub łańcucha) obiekt badań, a układ ograniczający stara się temu w pewnym stopniu przeciwdziałać (ciągnie cięgno w druga stronę, ale z mniejszą siłą niż układ napędowy). Pierwszy z układów składa się z silnika elektrycznego, przekładni mechanicznej, sprzęgła oraz mechanizmu wciągającego cięgno, który składa się z dwóch walców. Układ regulujący pozwala na korzystanie z cięgien o różnej średnicy. Układ napędowy pozwala na przemieszczenie obiektu badanego dzięki przeciąganiu cięgna poprzez walce. Pomiędzy nimi, a obiektem badawczym znajduję się układ pomiarowy przymocowany za pomocą przegubów, składający się z czujnika siły. Część urządzenia odpowiedzialna za wyciąganie cięgna również składa się z dwóch walców, wyposażonych w regulacje umożliwiającą dostosowanie przerwy pomiędzy nimi do stosowanego cięgna. Układ wyposażony jest w sprzęgło oraz przekładnie mechaniczną, ponadto cięgno nawijane jest na bęben nawijający. Na końcu cięgna przełożonego przez krążek znajduje się swobodnie zwisający ciężarek, którego zadaniem jest przeciwstawianie się siły napędowej, co powoduje stałe naprężenie się cięgna. Urządzenie pozwala przeprowadzić pomiar wartości siły w warunkach, kiedy przemieszczany obiekt porusza się ze stała prędkością, na poziomej nawierzchni oraz przy małych prędkościach przy czym pozwala także przyjąć, że mierzona wartość siły jest siłą napędową która jest równa sile oporów toczenia. Jednak zmiana wartość siły oporów toczenia np. wynikająca z nawierzchni o zmiennej charakterystyce siły oporów toczenia powoduje w takim układzie zmianę prędkości poruszanego obiektu, a to przekłada się na luzowanie wciąganego cięgna poprzez działanie siły bezwładności. Wyeliminowanie zjawiska luzowania cięgna i działania siły bezwładności zapewnia dodatkowy układ tj. układem ograniczający luzowanie cięgna. Mechanizm wyciągający cięgno zapewnia stałą znaną siłę przeciwdziałającą powstawaniu siły bezwładności poruszanego obiektu. Pomiar siły napinającej cięgna daje możliwość wyznaczenia siły oporów ruchu. Odliczenie wartości siły powodowanej układem ograniczającym luzowanie cięgna od siły napędowej pozwala wyznaczyć siłę oporów toczenia pozbawioną wpływu siły bezwładności wynikające ze zmiany prędkości poruszanego obiektu.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Współczynnik oporu toczenia to podstawowy parametr ruchu obiektu na kołach (np. samochód). Dokładny pomiar tego współczynnika jest możliwy na stanowisku badawczym w laboratorium, ponieważ zapewnia to ściśle kontrolowane warunki eksperymentu. Wady tego rozwiązania to:
- ograniczona możliwość stosowania różnych powierzchni ponieważ konieczne jest wykorzystanie rolek lub bieżni
- kontakt pomiędzy kołem a elementami stanowiska pomiarowego nie zawsze odzwierciedla rzeczywiste warunki pracy
- koła o dużej średnicy lub ciężarze wymagają odpowiednio dużych stanowisk badawczych, co stanowi osobny problem techniczny oraz zwiększa zapotrzebowanie na zasoby
- nie zawsze może istnieć możliwość demontażu kół z dużych maszyn ze względu na trudności techniczne lub koszty.
W niektórych przypadkach więc za korzystne należy uznać takie metody pomiarowe, które pozwalają na wyznaczenie współczynnika oporu toczenia dla całego układu jezdnego zwłaszcza w warunkach polowych (jest to szybkie i relatywnie tanie).