CN101051003A

CN101051003A - 汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统及其加速方法

Info

Publication number: CN101051003A
Application number: CN 200710106927
Authority: CN
Inventors: 贾日学; 张绍理; 高水德; 白书锋; 汤文杰; 贾宁; 姚常青; 汤凯
Original assignee: Beijing Shenghuada Engineering Detection Co Ltd; Beijing Zhongluan Traffic Technological Co Ltd; ROAD TRAFFIC ON HEBEI SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Shenghuada Engineering Detection Co Ltd; Beijing Zhongluan Traffic Technological Co Ltd; ROAD TRAFFIC ON HEBEI SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2007-10-10

Abstract

本发明公开了一种汽车碰撞试验时依靠重锤下落带动车辆加速的车辆加速系统，包括重锤、重锤支撑塔、重锤提升装置、重锤导向装置、重锤能量缓冲装置、车辆导向装置、车辆脱钩装置和车辆定位调整装置等。将起重装置、重锤、导向小车、被加速车辆、脱钩机构、脱钩装置尾端锚固卷扬机由钢丝绳和滑轮组成一个闭合环，然后由起重装置将重锤提升到指定的高度，通过车辆定位调整装置和起重装置配合微调使车辆位置误差达到要求的精度；利用脱钩装置切断车辆定位调整装置对车辆的拉力，释放重锤下落牵动车辆加速，当导向小车驶入缓冲池时，车辆与导向小车分离，重锤不再为车辆加速，重锤的剩余能量由缓冲器吸收。

Description

汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统及其加速方法

技术领域

本发明涉及一种非车辆自身动力加速的装置与方法，特别是涉及汽车碰撞试验时重锤下落牵引车辆加速的车辆加速装置与方法。

背景技术

汽车运输业需求的日益增加，带动公路建设的迅猛发展，在公路建设飞速发展的同时，道路安全防护设施也必须同步发展，因此，加强道路安全防护设施的实验研究，开发与当前公路交通条件相适应的安全、可靠的新型道路安全防护设施来减少和避免车辆坠崖、坠桥等恶性事故发生，缓解公路交通安全面临的严峻形势。

道路安全防护设施是一种“恰到好处”的防护结构，影响其功能的因素很多，又都非线性关系，单是用理论分析、结构计算难以得出结论，最终还必须用实车碰撞验证实验来确认其防护能力是否满足安全标准要求。这是世界各国公认的道路安全防护设施开发研究的基本方法之一。实车碰撞实验是一种“人造车祸”，实现碰撞实验的关键问题之一是如何将实验车辆加速到规定的碰撞速度，并在指定的位置上以规定的角度与标的物相撞。欧洲、美国、日本等在相关技术法规中都对实验车辆的加速作了明确规定。可以归纳如下：

1、速度控制准确到实验法规要求的误差范围内，这个范围是：对于大型车辆最大吨位38t，最高速度80₀ ^+7％km/h；对于小型车辆吨位1.5t，最高速度113₀ ^+7％km/h；特殊路段特殊设计的护栏需要的试验车辆加速能力更高，如80t80km/h。

2、要求实验车辆碰撞道路安全防护设施前姿态稳定，没有明显的摇摆、俯仰、偏转等，按照预定的方向行驶且不受转向等任何其它手段的限制。

3、安全、可靠、节能容易实现。

一方面要满足上述要求，另一方面由于汽车碰撞试验具有一定程度的不可预见性和危险性，所以一般不用驾驶员驾驶汽车。目前，有的采用无人驾驶遥控技术，但对实验车辆的动力性和自动控制性能要求高。因此目前主要采用来自实验车辆以外的其它动力进行加速，如：直流电机牵引、液压马达牵引、拖车牵引、坡道行驶、橡皮绳弹射、重锤下落等。相比之下，直流电机和液压马达价格昂贵，对于大型车辆加速困难；拖车牵引速度控制困难且对于大型车辆牵引难以实现。坡道加速对于大型车辆非常有效，但对于地势的要求高，平地实现难度大，而且加速跑道方向固定，多个碰撞角度适应性差。

急需要研究一种对于解决在平地上为大吨位高速度车辆加速、同时一个重锤适应多条加速跑道的汽车碰撞试验车辆加速方法。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺陷，为解决在平地上建立大型车辆碰撞试验加速系统困难和一套加速装置适用于多条加速跑道困难的问题，从而提供一种汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统。

本发明的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，主要包括重锤、重锤支撑塔、重锤提升装置(由起重卷扬机、滑轮组、钢丝绳构成)、重锤导向装置、重锤能量缓冲装置、车辆导向装置(由导向轨、导向小车、缓冲池构成)、车辆脱钩装置和车辆定位调整装置等。

所述重锤是由壳体和多块密度较大材质的物质以一定方式组合构成的质量块，是被加速车辆的能量来源，实现的原理是依靠将有一定提升高度的重锤具有的势能在下落的过程中转换为车辆和重锤的动能，从而使被加速车辆得到加速，本加速系统重锤能够方便灵活地组合成3～120吨大小不同的重量，以适应不同吨位不同速度加速等级的需要；重锤壳体内有限位装置，限制质量块之间，质量块与重锤的壳体之间的相对运动。

所述重锤提升装置是由起重卷扬机、滑轮组和钢丝绳组成，其动滑轮组由多组滑轮组成，以减小钢丝绳拉力，其定滑轮设在重锤支撑塔顶和地面结构的不同位置以改变钢丝绳走向；所述重锤支撑塔是用于承受重锤的重力和为重锤提供起落空间的塔式构造物，在重锤起落空间的四周安装有重锤起落导向轨，在塔底有重锤能量缓冲装置；所述车辆脱钩装置是试验前用来切断车辆与锚固卷扬机之间的连接，以释放重锤下落牵动车辆加速的机构；所述车辆定位调整装置是当车辆所停位置与设定位置有差距时拖动车辆位置移动的卷扬机或其它拖拽机构。

所述重锤提升装置和车辆位置调整装置可以是两个卷扬机也可以是其它动力设备，两个卷扬机相互配合可以实现重锤提升高度的调整和车辆停止位置的调整；为了消除重锤起重时和调整车辆位置时卷扬机突然起动带来的冲击，在卷扬机的电机和卷筒之间安装有起缓冲作用的离合器装置。

所述车辆导向装置由地面导向轨、沿导向轨运动的导向小车、和设在导向轨尾部的缓冲池组成，用来将重锤下落时产生的牵引力和车辆定位调整装置的拉力传递给车辆，带动车辆运动，并使车辆在加速过程中保持正确的方向。

本发明的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统一套重锤装置可以为多条加速跑道上的试验车辆加速。

本发明的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，车辆获得速度的动能来自于提升到一定高度的重锤的重力势能不落过程中转化被加速车辆和重锤自身的动能而得到。对于不同的加速能量等级(通过被加速车辆的吨位和目标车速来表征)要求，可以通过重锤的质量一定，改变重锤的提升高度来实现；也可以通过重锤的提升高度一定，改变重锤的质量来实现；或者同时改变重锤的提升高度和质量来实现。

本发明的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速方法是，首先，将起重卷扬机、重锤、导向小车、被加速车辆、脱钩机构、脱钩装置尾端锚固卷扬机由钢丝绳和滑轮(组)组成一个闭合环，然后由起重卷扬机将重锤提升到指定的高度，通过车辆定位调整装置和起重装置配合微调使车辆位置误差达到要求的精度；利用脱钩装置切断锚固卷扬机对车辆尾端的拉力，释放重锤下落牵动车辆加速，当导向小车驶入缓冲池时，车辆与导向小车分离，重锤不再为车辆加速，车辆以自由状态行驶与预先设计的标目物相撞；重锤的剩余动能和势能由缓冲器吸收。

附图说明

图1是本发明实施例一的重锤加速系统组成示意图；

图2是本发明实施例二的重锤加速系统组成示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本实施例的系统主体为重锤支撑塔6，支撑塔6上设置重锤导向装置16，支撑塔6的下侧设置有滑轮组5。该滑轮组5包括定滑轮2和动滑轮4，动滑轮4设置在重锤3上，通过钢丝绳7与定滑轮连接。重锤支撑塔6的一侧设置了卷扬机1，用于将重锤提升到一定的高度。

支撑塔6的另一侧设置了车辆加速装置，该车辆加速装置包括导向轨9、导向小车12、被加速车辆11、脱钩装置10和卷扬机8。其中导向小车12通过钢丝绳与重锤3连接，钢丝绳7则通过固定在不同位置的定滑轮2转变方向。导向小车设置在导向轨9上，可沿导向轨9运动，使用时导向小车与被加速车辆11活动连接。而被加速车辆11的尾端则连接有脱钩装置10和卷扬机8，卷扬机8用于调整被加速车辆的位置，脱钩装置10用于使车辆11与卷扬机8脱离而开始加速。

在导向轨9的尾端设置了向下的缓冲池13，在缓冲池13内导向轨9向下延伸，从而可以使导向小车与被加速车辆脱离，进而沿路面14行驶。

本实施例的系统在使用时，首先用钢丝绳7将卷扬机1、重锤3、导向小车12、被加速车辆11、脱钩装置10和卷扬机8构成一个闭合环。启动卷扬机8和卷扬机1提升重锤3的高度，并调整好被加速车辆的初始位置。然后释放脱钩装置10，使被加速车辆与卷扬机8脱离，进而重锤自由下落而带动导向小车连同被加速车辆加速。当导向小车运动到缓冲池时斜向下运动而与车辆脱离，车辆便沿路面运动。而重锤3下落到底时需要缓冲装置15来缓冲对地面的冲击，该缓冲装置为电力液压块制动器。

根据分析得到的系统实际可能达到的效率，构建如图1所示的重锤车辆加速系统。此加速系统支撑塔6的净空高度达50m，重锤3最大质量达120t，加速跑道9的长度可达260m，可以将最大吨位80t的车辆11加速到80km/h。此系统给不同吨位车辆加速到相应速度时系统运行有关参数如下表。

车重m2(T)	目标车速v(km/h)	重锤质量ml(T)	滑轮传动比n	重锤提升高度h(m)	车辆加速距离(m)	牵引绳拉力(KN)	重锤动能(kJ)
车重m2(T)	目标车速v(km/h)	重锤质量ml(T)	滑轮传动比n	重锤提升高度h(m)	车辆加速距离(m)	牵引绳拉力(KN)	重锤动能(kJ)	2	120	8	6	26.2	157.2	16.7	123
10.5	60	10	6	25.4	152.4	20.8	38	2	120	8	6	26.2	157.2	16.7	123
10.5	60	10	6	25.4	152.4	20.8	38	18.5	60	15	6	29.7	178.2	31.3	57
14.5	60	15	6	23.4	140.4	31.3	57	18.5	60	15	6	29.7	178.2	31.3	57
14.5	60	15	6	23.4	140.4	31.3	57	18.5	80	25	6	32.2	193.2	52.2	170
14.5	80	20	6	31.5	189	41.7	136	18.5	80	25	6	32.2	193.2	52.2	170
14.5	80	20	6	31.5	189	41.7	136	25.5	85	40	6	31.5	189	83.5	306
40.5	85	60	6	33.2	199.2	125.3	460	25.5	85	40	6	31.5	189	83.5	306
40.5	85	60	6	33.2	199.2	125.3	460	80	60	60	6	32.1	192.6	125.3	231
80	80	110	6	31.6	189.6	229.7	750	80	60	60	6	32.1	192.6	125.3	231

实施例二：

1、系统的构成及各部分功用

以图2所示的方式布置加速系统的各部分。牵引车17用于提升重锤21和当重锤提升到指定高度后固定重锤的位置(此时牵引车要驻车并打地锚)；在牵引车17的尾端和钢丝绳25连在车尾的一端之间安装有测力传感器18，用于测量重锤起重过程中需要的牵引力；“门”字形支撑塔20用于支撑提升后重锤21的重力和重锤起落的空间；该系统中有8个定滑轮19，用于改变钢丝绳25的走向；支撑塔20顶装有三轮闭口吊钩型滑车23和重锤21上安装的双轮闭口吊钩形滑车22组成了滑轮组，两者配合使得重锤21的重力由4根钢丝绳承担，钢丝绳的一端通过定滑轮转向与牵引车相连，加一端通过定滑轮转向与被加速车辆32下的导向小车31相连；钢丝绳25连接到导向小车31一端中部安装有测力传感器26，用于测量重锤21下落过程中对被加速车辆32的拉力；被加速车辆32前桥下焊有导向爪，通过导向爪与导向小车31相连，被加速车辆32尾端用钢丝绳通过脱钩机构33、车辆定位调整导链34与锚固点35连接；在重锤21的两侧各有一根钢丝绳24给重锤起落过程起导向作用；在重锤21下落的正下方有砂池36用于吸收重锤落地后的剩余机械能；在被加速车辆32的前端指定位置设有缓冲池28，当被加速车辆前桥行至缓冲池时，被加速车辆32和导向小车31自动分离，导向小车31在导轨29的导向下进入缓冲池消除其加速动能，被加速车辆在没有导向的情况下继续前行，到前方的制动砂石路床消除其动能而停止；在被加速车辆32和导向小车31分离的位置设有测速装置30，用于对被加速车辆达到的速度进行测试。

2、系统的实现过程

根据图2所示安装好各组成部分后，首先，根据设定的目标车速确定被加速车辆32相对于缓冲池28处车辆32与导向小车31分离的位置，通过车辆位置调整导链34调整并固定车辆的位置。目标车速是被加速车辆要达到的车速，要事先设定，设定好之后根据重锤21的重量和系统效率情况计算出要求的重锤的提升高度，在本系统中被加速车辆停止位置到与导向小车分离点的距离应为重锤提升高度的4倍。

其次：通过牵引车17牵引提升重锤到设定的提升高度，驻车并打地锚固定重锤在设定的高度。在提升的过程中要缓慢起步，尽量消除起步过程中牵引车17对钢丝绳25的拉力不均匀冲击。

最后：从被加速车辆32的尾端脱钩装置33处脱钩，重锤21开始下落，通过钢丝绳25、导向小车31使被加速车辆32得到加速，当车辆32行至缓冲池位置时与导向小车31分离，被加速车辆32不再被重锤21加速，以已有速度前行，到砂石路床27上被制动；导向小车31沿轨道29到缓冲池缓冲；重锤21落至36时受到砂池的缓冲。

3、试验数据及其分析

采用图2所示的重锤车辆加速系统进行了11次试验，其中前9次的试验条件为，重锤重3.002吨，被加速车辆重2.092吨，试验结果及分析得到的系统的效率如下表。

序号

重锤提升高度m

测得车速km/h

分析得系统效率

分析得每个滑轮效率

1	1.3	16.7	0.62	0.95
1	1.3	16.7	0.62	0.95	2	1.52	18.1	0.62	0.95
3	1.7	18.8	0.6	0.95	2	1.52	18.1	0.62	0.95
3	1.7	18.8	0.6	0.95	4	3.2	26.9	0.65	0.96
5	3.4	27	0.62	0.95	4	3.2	26.9	0.65	0.96
5	3.4	27	0.62	0.95	6	3.6	28.7	0.66	0.96
7	5.9	37	0.67	0.96	6	3.6	28.7	0.66	0.96
7	5.9	37	0.67	0.96	8	6.1	37	0.65	0.96
9	6.3	37.8	0.66	0.96	8	6.1	37	0.65	0.96

后2次的试验条件为，重锤重6.46吨，被加速车辆重2.0吨，试验结果及分析得到的系统的效率如下表。

序号	重锤提升高度m	测得车速km/h	分析得系统效率	分析得每个滑轮效率
序号	重锤提升高度m	测得车速km/h	分析得系统效率	分析得每个滑轮效率	10	7.5	58.3	0.64	0.956
11	7.5	58.7	0.65	0.957	10	7.5	58.3	0.64	0.956

注：1、表中车辆的质量即为：被加速物体的质量＝台车质量(含导向小车)+与车辆等速度的钢丝绳的质量+测牵引拉力传感器的质量；

2、重锤质量为m₁、车辆的质量为m₂；

3、重锤损失机械能的计算公式为：

系统的效率计算公式为：

从试验结果可以分析出：通过车辆定位(与重锤提升高度对应)来控制车速精度的试验结果在预测范围之内。按照试验方案预算，重锤提升高度在1.5m，3.4m，6.1m三个高度±20cm范围内时，车辆的速度变化分别应在±1.5km/h，±1km/h，±0.7km/h范围之内，试验时实测值分别为2.1km/h，1.8km/h，0.8km/h，试验结果表明，随着重锤提升高的增大，重锤提升高度每增加或减少20cm，车辆的速度变化呈减小趋势。这种速度区分精度可以满足护栏碰撞标准的要求。用牵引车起重重锤的过程中，离合器操纵适当牵引力的最值(峰值)与均值相差很少，即基本上不存在峰值。

Claims

1.一种汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，包括重锤、重锤支撑塔、重锤提升装置、重锤导向装置、重锤能量缓冲装置、车辆导向装置、车辆脱钩装置和车辆定位调整装置，其中重锤与车辆导向装置通过钢丝绳连接。

2、根据权利要求1所述的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，其特征在于：所述重锤是由壳体和多块密度较大材质的物质的组合体，组装成3～120吨质量的重锤，组合体块与块之间或块与壳体间相互连接，限制块与壳体之间任一方向的相对移动。

3.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，其特征在于：所述重锤提升装置是由起重卷扬机、滑轮组和钢丝绳组成，其动滑轮组由多组滑轮组成，其定滑轮设在重锤支撑塔顶和地面结构的不同位置以改变钢丝绳走向；所述重锤支撑塔是用于承受重锤的重力和为重锤提供起落空间的塔式构造物，在重锤起落空间的四周安装有重锤起落导向轨，在塔底有重锤能量缓冲装置；所述车辆脱钩装置是试验前用来切断车辆与锚固卷扬机之间连接的机构；所述车辆定位调整装置是拖动车辆位置移动的卷扬机或拖拽装置。

4.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，其特征在于：在重锤的起重端和车尾脱钩装置后边各设有一套能拉动钢丝绳运动，进而提升重锤或拉动车辆运动的动力装置。

5.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，其特征在于：车辆导向装置由地面导向轨、沿导向轨运动的导向小车、和设在导向轨尾部的缓冲池组成，其中导向小车通过钢丝绳与重锤连接，并与车辆活动连接。

6.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，其特征在于：在卷扬机的电机和卷筒之间装有起缓冲作用的离合装置。

7.根据权利要求1所述的汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速系统，其特征在于：一套重锤系统可以适用于多条车辆加速跑道。

8.一种汽车碰撞试验重锤牵引车辆加速方法，首先，将起重装置、重锤、导向小车、被加速车辆、脱钩机构、脱钩装置尾端锚固卷扬机由钢丝绳和滑轮组成一个闭合环，然后由起重装置将重锤提升到指定的高度，通过车辆定位调整装置和起重装置配合微调使车辆位置误差达到要求的精度；利用脱钩装置切断车辆定位调整装置对车辆的拉力，释放重锤下落牵动车辆加速，当导向小车驶入缓冲池时，车辆与导向小车分离，重锤不再为车辆加速，重锤的剩余能量由缓冲器吸收。