CN103487264A

CN103487264A - 一种单轮牵引性能测试装置

Info

Publication number: CN103487264A
Application number: CN201310478217.9A
Authority: CN
Inventors: 宋正河; 武秀恒; 谢斌; 朱忠祥; 毛恩荣
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明属于测试装置领域，特别涉及一种单轮牵引性能测试的装置。本发明的目的是提出一种单轮牵引性能测试装置，使所有传感器的安装方式和位置均达到理想测量状态，且利用已有传感器数据进行反馈控制，提高测量准确度，节省成本。

Description

一种单轮牵引性能测试装置

技术领域

本发明属于测试装置领域，特别涉及一种单轮牵引性能测试的装置。

背景技术

单轮牵引性能测试装置应用于测试单个农用或越野车轮胎的牵引性能。轮胎牵引性能与轮胎本身参数、轮胎负荷、地面条件密切相关，研究以上几者之间的关系对深入探讨轮胎-地面相互作用机理，开发新型行走装置，指导轮胎选型有重要意义。牵引力-滑转率实验结果可综合表征以上几者的关系，对进一步揭示轮胎-土壤相互作用机理意义显著。

针对牵引力-滑转率实验开发的单轮实验装置在测试过程中要求实时、独立、准确测量多个方向的力，且施加于装置上多个方向的外载荷不能对测量造成影响。已有单轮实验装置主要包括双平行四连杆式结构和内外框架式结构，但存在由于传感器安装方式、位置不理想或者外载荷间的影响而导致测量准确度下降、测量结果不稳定的问题，其他在此结构上试图提高测量准确度的装置相应的增加了传感器和控制器，使得装置控制复杂困难，成本昂贵。

发明内容

本发明的目的是提出一种单轮牵引性能测试装置，使所有传感器的安装方式和位置均达到理想测量状态，且利用已有传感器数据进行反馈控制，提高测量准确度，节省成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单轮牵引性能测试装置，包括台架1，平行四连杆组3，外框架4，双作用液压油缸5，内框架6，纵向传感器7，测转矩传感器8，侧向传感器9，垂向传感器11，侧向预紧弹簧10、垂向预紧弹簧12，被测轮胎13；其中，

设定被测轮胎13前进方向为X轴，轴向方向为Y轴，竖直向上方向为Z轴的坐标系，O点为被测轮胎13的几何中心，由此建立XOY、XOZ、YOZ三个平面；

其特征在于：

被测轮胎13安装于内框架6上，台架1安装在土槽2上，平行四连杆组3一端通过两铰接点与台架1一侧纵梁连接，另一端通过两铰接点与外框架4连接，且四铰接点处于XOZ面，铰接销轴中心线与该面垂直；

双作用液压油缸5一端铰接于台架1横梁上，另一端与外框架4顶部铰接，且双作用液压油缸5中心轴线处于XOZ面上，两铰接销轴中心线与该面垂直；

外框架4与内框架6通过一对纵向传感器7、一个测转矩传感器8、一对侧向传感器9、一对侧向预紧弹簧10、一对垂向传感器11和一对垂向预紧弹簧12相连接；一对纵向传感器7对称布置于XOZ面两侧，且纵向传感器7的中心线均处于XOY面上；一对侧向传感器9对称布置于YOZ面两侧，且侧向传感器9的中心线均处于XOY面上，一对侧向预紧弹簧10分别布置于被测轮胎13的另一侧相对应侧向传感器9的位置；测转矩传感器8竖直布置于XOZ面上，且测转矩传感器8下端球铰接点处于XOY面上；一对垂向传感器11对称布置于XOZ面两侧，且垂向传感器11的中心线均处于YOZ面上，一对垂向预紧弹簧12分别相对应的布置于垂向传感器11正下方；

液压马达15安装于内框架6侧面钢板上，液压马达15的马达输出轴安装有小链轮16，正下方横梁安装轴承座14，传动轴19安装于轴承座14内轴承上；传动轴19一端安装大链轮18，另一端连接被测轮胎13轮毂；链条17连接小链轮16、大链轮18。

其中，纵向传感器7、测转矩传感器8、侧向传感器9、垂向传感器11中每个传感器两端各球铰连接一挂钩，一侧挂钩安装于内框架6上，另一侧挂钩安装于外框架4上。

其中，侧向预紧弹簧10、垂向预紧弹簧12中每个预紧弹簧两端各挂接一支挂钩螺杆，且两端挂钩螺杆螺纹旋向相反，每个挂钩螺杆上配合安装有螺母座，一侧螺母座安装于内框架6上，另一侧安装于外框架4上。

本发明的有益效果在于：

1、本装置工作过程中所有传感器所测力的方向不受所加载外力大小和地面起伏的影响。

2、本装置工作过程中所有传感器始终受拉力，克服了两端球铰接传感器受压时由于对中性不佳而引起误差的缺点。

3、本装置采用拉压式传感器替代动态转矩传感器间接测量转矩，机构简单，节约空间，降低成本。

4、本装置数据采集***和控制***利用传感器实时采集信号作为反馈直接控制液压缸的加载力，无需增加其他传感器及控制装置，***简单，成本低。

5、本装置框架采用方钢焊接而成，制作简单。

附图说明

图1是本发明的单轮牵引性能测试的装置的结构示意图；

图2是本发明的单轮牵引性能测试的装置的内外框架连接示意图；

图3是本发明的单轮牵引性能测试的装置的内框架各组件布置示意图；

图4是本发明的单轮牵引性能测试的装置的轮胎坐标系示意图。

附图标记：

台架1 土槽2 平行四连杆组3

外框架4 双作用液压油缸5 内框架6

纵向传感器7 测转矩传感器8 侧向传感器9

侧向预紧弹簧10 垂向传感器11 垂向预紧弹簧12

被测轮胎13 轴承座14 液压马达15

小链轮16 链条17 大链轮18

传动轴19

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

参见图1-图4，一种单轮牵引性能测试装置，包括台架1，平行四连杆组3，外框架4，双作用液压油缸5，内框架6，纵向传感器7、测转矩传感器8、侧向传感器9、垂向传感器11，侧向预紧弹簧10、垂向预紧弹簧12，被测轮胎13，轴承座14，液压马达15、小链轮16、链条17、大链轮18、传动轴19。设定被测轮胎13前进方向为X轴，轴向方向为Y轴，竖直向上为Z轴的坐标系，O点为被测轮胎13的几何中心，由此建立XOY、XOZ、YOZ三个平面。

一种单轮牵引性能测试装置，由方钢焊接而成的台架1安装在土槽2上，并且在土槽2驱动电机的带动下能够沿土槽2轨道方向做定速运动。平行四连杆组3一端通过两铰接点与台架1一侧纵梁连接，另一端通过两铰接点与外框架4连接，且四铰接点处于XOZ面，铰接销轴中心线与该面垂直；双作用液压油缸5一端铰接于台架1横梁上，另一端与外框架4顶部铰接，且双作用液压油缸5中心轴线处于XOZ面上，两铰接销轴中心线与该面垂直。外框架4与内框架6通过一对纵向传感器7、一个测转矩传感器8、一对侧向传感器9、一对侧向预紧弹簧10、一对垂向传感器11和一对垂向预紧弹簧12相连接。内框架6上安装有被测轮胎13、轴承座14、液压马达15，小链轮16、链条17、大链轮18、传动轴19。

参见图2，一对纵向传感器7对称布置于XOZ面两侧，且纵向传感器7的中心线均处于XOY面上；一对侧向传感器9对称布置于YOZ面两侧，且侧向传感器9的中心线均处于XOY面上，一对侧向预紧弹簧10分别布置于被测轮胎13的另一侧相对应侧向传感器9的位置；测转矩传感器8竖直布置于XOZ面上，且测转矩传感器8下端球铰接点处于XOY面上；一对垂向传感器11对称布置于XOZ面两侧，且垂向传感器11的中心线均处于YOZ面上，一对垂向预紧弹簧12分别相对应地布置于垂向传感器11正下方。

纵向传感器7、测转矩传感器8、侧向传感器9、垂向传感器11中每个传感器两端各球铰连接一挂钩，一侧挂钩安装于内框架6上，另一侧挂钩安装于外框架4上；侧向预紧弹簧10、垂向预紧弹簧12中的每个预紧弹簧两端各挂接一支挂钩螺杆，且两端挂钩螺杆螺纹旋向相反，每个挂钩螺杆上配合安装有螺母座。同样，一侧螺母座安装于内框架6上，另一侧安装于外框架4上。

参见图3，液压马达15安装于内框架6侧面钢板上，液压马达15的马达输出轴安装有小链轮16，正下方横梁安装轴承座14，传动轴19安装于轴承座14内轴承上；传动轴19一端安装大链轮18，另一端连接被测轮胎13轮毂；链条17连接小链轮16、大链轮18。

传动轴19上安装有转速传感器，且装置上所有传感器均通过数据采集卡连接计算机；计算机通过控制***液压回路可实时改变双作用液压油缸5的加载压力和液压马达15的转速。

计算机开启并实时采集各路传感器数据。控制双作用液压油缸5活塞杆缩进以提升外框架4、内框架6以及安装于内框架6上的组件，使被测轮胎13脱离土槽2中土壤。控制双作用液压油缸5活塞杆静止，分别拧动预紧弹簧以调节垂向、侧向预紧力，使一对垂向传感器反馈数据为零，一对侧向传感器的反馈数据达到量程的一半。

控制双作用液压油缸5活塞杆伸出，使被测轮胎13接触并挤压土壤以致其竖直方向受一定加载力。启动土槽2上驱动电机带动测试装置整体沿土槽2轨道方向做定速运动。控制液压马达15启动并以固定转速转动，动力通过小链轮16、链条17、大链轮18、传动轴19给被测轮胎13，带动被测轮胎13以大于整体装置速度的线速度运动，用以产生滑转率。由于土槽2中土壤不完全平整，导致内外框架及被测轮胎13整体在平行四连杆组3的约束下有上下小幅度跳动，进而影响垂直方向双作用液压油缸5的加载力及加载方向。此时，通过垂向传感器11和测转矩传感器8的反馈数据实时计算并控制液压油缸5的加载力，使对被测轮胎13的加载力保持恒定。通过传动轴19所安装转速传感器的反馈数据，实时控制液压马达15的转速，使被测轮胎13的理论前进速度与实际前进速度差保持一定，即被测轮胎滑转率保持一定。待各传感器组反馈数据稳定时，开始采集、存储纵向传感器7及侧向传感器9的数据。

使用双作用液压油缸5可以省掉现有技术中的一些传感器。利用单轮牵引性能测试装置中已有的几对传感器反馈数据来调节双作用液压油缸5的加载力以保证给予轮胎垂向加载力始终恒定。

由于平行四连杆组的机构特性，在内外框架整体随土壤不平整而跳动的情况下，纵向传感器7始终保持水平测力方向，垂向传感器11始终保持竖直测力方向而不受影响，被测轮胎13始终受传动轴施与其竖直向下的固定载荷。

Claims

1.一种单轮牵引性能测试装置，包括台架（1）、平行四连杆组（3）、外框架（4）、双作用液压油缸（5）、内框架（6）、纵向传感器（7）、测转矩传感器（8）、侧向传感器（9）、侧向预紧弹簧（10）、垂向传感器（11）、垂向预紧弹簧（12）、被测轮胎（13）；其中，

设定被测轮胎（13）的前进方向为X轴，轴向方向为Y轴，竖直向上方向为Z轴的坐标系，O点为被测轮胎（13）的几何中心，由此建立XOY、XOZ、YOZ三个平面；

其特征在于：

被测轮胎（13）安装于内框架（6）上，台架（1）安装在土槽（2）上，平行四连杆组（3）一端通过两铰接点与台架（1）的一侧纵梁连接，另一端通过两铰接点与外框架（4）连接，且四铰接点处于XOZ面，铰接销轴中心线与该面垂直；

双作用液压油缸（5）一端铰接于台架（1）的横梁上，另一端与外框架（4）的顶部铰接，且双作用液压油缸（5）的中心轴线处于XOZ面上，两铰接销轴中心线与该面垂直；

外框架（4）与内框架（6）通过一对纵向传感器（7）、一个测转矩传感器（8）、一对侧向传感器（9）、一对侧向预紧弹簧（10）、一对垂向传感器（11）和一对垂向预紧弹簧（12）相连接；一对纵向传感器（7）对称布置于XOZ面两侧，且纵向传感器（7）的中心线均处于XOY面上；一对侧向传感器（9）对称布置于YOZ面两侧，且侧向传感器（9）的中心线均处于XOY面上，一对侧向预紧弹簧（10）分别布置于被测轮胎（13）的另一侧相对应侧向传感器（9）的位置；测转矩传感器（8）竖直布置于XOZ面上，且测转矩传感器（8）的下端球铰接点处于XOY面上；一对垂向传感器（11）对称布置于XOZ面两侧，且垂向传感器（11）的中心线均处于YOZ面上，一对垂向预紧弹簧（12）分别相对应的布置于垂向传感器（11）的正下方；

液压马达（15）安装于内框架（6）的侧面钢板上，液压马达（15）的马达输出轴安装有小链轮（16），正下方横梁安装轴承座（14），传动轴（19）安装于轴承座（14）的内轴承上；传动轴（19）一端安装大链轮（18），另一端连接被测轮胎（13）的轮毂；链条（17）连接小链轮（16）、大链轮（18）。

2.如权利要求1所述的单轮牵引性能测试装置，其特征在于：

纵向传感器（7）、测转矩传感器（8）、侧向传感器（9）、垂向传感器（11）中每个传感器两端各球铰连接一挂钩，一侧挂钩安装于内框架（6）上，另一侧挂钩安装于外框架（4）上。

3.如权利要求1或2所述的单轮牵引性能测试装置，其特征在于：

侧向预紧弹簧（10）、垂向预紧弹簧（12）中每个预紧弹簧两端各挂接一支挂钩螺杆，且两端挂钩螺杆螺纹旋向相反，每个挂钩螺杆上配合安装有螺母座，一侧螺母座安装于内框架（6）上，另一侧安装于外框架（4）上。