Wyznaczenie współczynników sztywności opon

Badanie charakterystyk statycznych sztywności przeprowadzono dla opon będących na wyposażeniu ciągnika URSUS 4512:

- opona przednia 7.50 – 16, - opona tylna 16.9 R30.

Stanowisko pomiarowe

Pomiary parametrów sztywności opon wykonano na stanowisku (rys. 6.18), w którego skład weszły:

- specjalizowana prasa mechaniczna, - waga laboratoryjna,

76 - przyrząd do pomiaru statycznej sztywności wielokierunkowej opon,

- aparatura pomiarowa Spider8 firmy Hottinger, - laptop z oprogramowaniem Catman 5.0.

1

4

5

3

2

Rys. 6.18. Stanowisko pomiarowe do wyznaczenia współczynników sztywności opon (opracowanie własne)

1- specjalizowana prasa mechaniczna, 2- waga laboratoryjna, 3- przyrząd do pomiaru statycznej sztywności wielokierunkowej opon, 4- aparatura pomiarowa Spider8, 5- laptop

Do badań wykorzystane zostało urządzenie do pomiaru statycznej sztywności wielokierunkowej opon, opracowane przez Ośrodek Badawczo Rozwojowy Przemysłu Oponiarskiego „Stomil” w Poznaniu (rys. 6.19). Przyrząd pozwala na pomiar sztywności wzdłużnej i poprzecznej opony oraz na pomiar sztywności skrętnej (rys. 6.20).

Dodatkowa rejestracja ugięcia realizowanego przez prasę oraz siły nacisku umożliwia wyznaczenie sztywności pionowej opony. Do napędu urządzenia wykorzystany jest silnik elektryczny, którego napęd przenoszony jest poprzez wałek napędowy oraz sprzęgła kłowe. Ruch stołu pomiarowego 1 realizowany jest za pośrednictwem przekładni ślimakowych 2 zamieniających ruch obrotowy wałka na ruch posuwisty stołu pomiarowego. Położenie stołu rejestrowane jest za pomocą czujników przemieszczeń 3, wchodzących w skład urządzenia. Dodatkowo, na stanowisku do pomiaru przemieszczeń wzdłużnych i poprzecznych stołu zastosowano liniowy czujnik przemieszczeń 4.

W ASPEKCIE BEZPIECZEŃSTWA RUCHU

77 2

2 3

1

4

Rys. 6.19. Przyrząd do pomiaru statycznej sztywności opon (opracowanie własne) 1- przekładnie, 2- czujnik przemieszczenia stołu pomiarowego, 3- ruchomy stół

pomiarowy, 4- liniowy czujnik przemieszczeń

Pomiar sił odbywa się na zasadzie tensometrycznej. Elementami pomiarowymi są trzy zginane płytki, realizujące pomiar niezależnie w kierunku podłużnym stołu, kierunku poprzecznym oraz w kierunku stycznym do osi obrotu stołu. Tensometry pracują w układzie mostka tensometrycznego, z czterema tensometrami czynnymi.

Charakterystyka techniczna urządzenia:

- zakres pomiaru sił obwodowych i bocznych do 10 kN, - zakres pomiaru momentu skręcającego do 1000 Nm,

- maksymalne promieniowe obciążenie stołu pomiarowego 25 kN, - moc silnika napędu 0,4 kW.

Rys. 6.20. Schemat pomiaru charakterystyk statycznych sztywności opon (opracowanie własne)

a- wzdłużnej, b- poprzecznej, c- skrętnej

78 Metodyka badań

W celu wyznaczenia szukanych charakterystyk sztywności przeprowadzono:

- kalibrację tensometrycznych czujników siły urządzenia pomiarowego, - określenia warunków obciążenia promieniowego opony,

- zebrania przebiegów sił oddziałujących na opony kół w funkcji przemieszczenia stołu pomiarowego.

Kalibracja czujników siły

Płytki pomiarowe, wraz z oprawami, zostały kolejno zamontowane na prasie umożliwiającej płynną regulacje obciążenia. Rejestrowana była jednocześnie siła oddziałująca na oprawę oraz sygnał pomiarowy z mostka tensometrycznego. Uzyskana w ten sposób zależność umożliwiła odpowiednie wykalibrowanie czujników siły dla poszczególnych kierunków.

W wyniku kalibracji czujników siły otrzymano następujące wartości współczynników:

- k1 = 1.32e4 – kierunek poprzeczny, - k2 = 1.10e4 – kierunek wzdłużny,

- k3 = 1.00e4 – kierunek styczny do osi obrotu stołu.

Określenie warunków obciążenia promieniowego opony

Realizację przyjętego obciążenia promieniowego na stanowisku wykonano dwuetapowo. W pierwszym etapie, w miejsce przyrządu do pomiaru statycznej sztywności opon wmontowana została waga laboratoryjna. Po wywołaniu żądanego nacisku wyznaczone zostały ugięcia badanych opon. Takie powiązanie ugięcia opony oraz siły promieniowej działającej na koło pozwoliło na wyeliminowanie wagi w dalszej części pomiarów i posługiwanie się jedynie ugięciem. Wartości sił promieniowych oraz ciśnienia w badanych kołach zostały dobrane zgodnie z katalogiem opon:

- dla opony przedniej (7.50 – 16)

- wartość siły promieniowej: 5935 N, - ciśnienie: 2 bar;

- dla opony tylnej (16.9 R30)

- wartość siły promieniowej: 9810 N, - ciśnienie: 1,2 bar.

W ASPEKCIE BEZPIECZEŃSTWA RUCHU

79 Pomiar sztywności opon

Pomiar sztywności opon przeprowadzony został na wcześniej opisanym stanowisku. Kompletne koła zostały zdemontowane z ciągnika. Obręcze kół osadzono na odpowiednio dobranych jarzmach, a następnie całość zamontowano na stanowisku pomiarowym (rys. 6.21). Koła osadzono sztywno na wale, co uniemożliwiało ich przesuwanie oraz obrót w czasie pomiarów. Koła dociśnięte były do przyrządu pomiarowego, zgodnie z opisaną wcześniej metodą określenia wymaganej siły docisku.

Ruch stołu pomiarowego rejestrowany był przez czujniki położenia stołu oraz przez liniowy przetwornik przemieszczeń. Reakcje wywołane siłami podłużnymi, poprzecznymi oraz momentem skrętnym zarejestrowano z wykorzystaniem czujników tensometrycznych oraz aparatury Spider8 firmy HBM.

a) b)

Rys. 6.21. Widok na stanowisko badawcze podczas pomiarów sztywności opon (opracowanie własne)

a) koło przednie (7.50 – 16), b) koło tylne (16.9 R30)

Wyznaczenie poszukiwanych charakterystyk polegało na wywoływaniu określonego obciążenia kierunkowego pomiędzy oponą a powierzchnią kontaktu, przez zmianę położenia stołu pomiarowego urządzenia. Prędkość przesuwu stołu wynosiła 33,3 mm·min^-1. Prędkość obrotowa stołu to 40°·min^-1. Jednoczesna rejestracja przemieszczenia i obrotu stołu oraz siły kierunkowej pomiędzy stołem a oponą pozwoliła na wykreślenie krzywych zmiany sił w funkcji przemieszczenia i obrotu stołu.

Wyniki pomiarów

Przeprowadzono serie pomiarów sztywności pionowej, wzdłużnej, bocznej oraz skrętnej dla dwóch badanych opon. Na rysunkach 6.22 – 6.27 pokazano przebiegi reakcji

80 w funkcji odpowiednich przemieszczeń. Dla wszystkich przebiegów sił wyznaczono krzywe regresji liniowej.

Rys. 6.22. Zależność siły bocznej od ugięcia poprzecznego opony 7.50 – 16 (opracowanie własne)

Rys. 6.23. Zależność siły wzdłużnej od ugięcia wzdłużnego opony 7.50 – 16 (opracowanie własne)

Rys. 6.24. Zależność momentu skręcającego od kąta obrotu koła dla opony 7.50 – 16 (opracowanie własne)

W ASPEKCIE BEZPIECZEŃSTWA RUCHU

81 Rys. 6.25. Zależność siły bocznej od ugięcia poprzecznego opony 16.9 R30

(opracowanie własne)

Rys. 6.26. Zależność siły wzdłużnej od ugięcia wzdłużnego opony 16.9 R30 (opracowanie własne)

Rys. 6.27. Zależność momentu skręcającego od kąta obrotu koła dla opony 16.9 R30 (opracowanie własne)

Warunek polegający na przyjęciu badanych parametrów sztywności opon, jako pojedynczych współczynników charakteryzujących zachowanie się opony, wymaga przyjęcia założenia o liniowości zachodzących zjawisk. Na podstawie wyznaczonych krzywych liniowej regresji dla poszczególnych pomiarów odpowiednie współczynniki

82 sztywności opon wyznaczono jako średnią arytmetyczną współczynników pochylenia krzywej regresji liniowej dla wszystkich powtórzeń pomiarów. W tabeli zestawiono wartości współczynników sztywności opon wyznaczone na podstawie przeprowadzonych pomiarów.

Tabela 6.7. Współczynniki sztywności kierunkowej opon (opracowanie własne) Współczynniki sztywności Koło przednie

7.50 – 16

Koło tylne 16.9 R30

kskr. [Nm/deg] 72 189

kpop.

[N/mm]

108 131

kwzd. 173 63

kpion. 179 223