CN101979993A - 一种车辆地面力学参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆地面力学参数测量装置，包括壳体(2)、安装于所述壳体(2)内的压扭载荷传递机构，以及安装于该压扭载荷传递机构下端的压板(1)，所述压板(1)与地面相接触，压扭载荷传递机构向所述压板(1)施加压力和扭矩。这样，使用同一个测量装置，既能够实现地面的承压特性测量，又能够实现地面的剪切特性测量，从而实现了同一仪器对车辆地面力学参数的全面测量。

Description

一种车辆地面力学参数测量装置

技术领域

本发明涉及土壤参数测量技术领域，特别涉及一种车辆地面力学参数测量装置。

背景技术

车辆在路面上的行驶过程中，路面作为支承面，其上的土壤与车轮或者履带等行走机构之间具有相互作用，具体表现为：土壤在车辆重力作用下产生一定的沉陷位移，并对车辆行驶起阻碍作用；同时行走机构通过对土壤的摩擦剪切为车辆前进提供所需的牵引力。如果土壤力学性能好，在相同压力作用下土壤沉陷位移小，对车辆行驶的阻碍也小，并且提供的牵引力也较大，因此车辆更容易通过；相反如果土壤力学性能较差，土壤沉陷位移较大，则车辆容易原地打滑，无法行驶通过，车辆在松软地面的可通过性在很大程度上取决于土壤的力学特性。预测车辆某种路面上的沉陷量和牵引力进而预测其可通过性，必须首先测量出土壤力学参数。

一种典型的车辆地面力学参数测量装置包括安装在竖直导轨上，并能够在竖直导轨上滑动的水平设置的支撑盘，支撑盘的下方固定连接有压板，压板与土壤相接触。在测量土壤力学参数时，在支撑盘上加载方向竖直向下的载荷，支撑盘沿导轨向下运动，从而带动压板压入地面，同时，工作人员测量并记录在不同的加载状况下，压板的压入位移，从而根据不同的加载力和压入位移，得到土壤单位面积压力与土壤沉陷量之间的对应关系。

上述车辆地面力学参数测量装置只能够检测土壤的承压特性，而土壤的力学特性除了承压特性，还包括剪切特性，该装置无法测量土壤剪切特性，无法全面地得到土壤的力学参数；并且，该装置通过工作人员手动地测量和记录压板的压入位移，测量精度较差。

因此，如何同时测量车辆行驶地面的承压特性和剪切特性，从而实现同一仪器较为全面地实现车辆地面力学参数的测量，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆地面力学参数测量装置，其既能够测量地面的承压特性，又能够测量地面的剪切特性，从而实现了同一仪器对地面的力学参数的全面测量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种车辆地面力学参数测量装置，包括壳体、安装于所述壳体内的压扭载荷传递机构，和安装于所述压扭载荷传递机构下端的压板，所述压板与地面相接触，所述压扭载荷传递机构向所述压板施加压力和扭矩。

优选地，所述压扭载荷传递机构包括贯穿所述壳体的上端盖的丝杠，所述上端盖安装有与所述丝杠相配合的螺母，所述丝杠的下端通过传力机构与所述压板连接。

优选地，沿所述壳体的轴向安装有导杆，所述导杆位于所述壳体的内部，所述传力机构包括沿所述导杆轴向滑动的第一传力盘，所述丝杠的下端与所述第一传力盘转动连接。

优选地，所述第一传力盘与所述压板之间安装有称重传感器，所述称重传感器安装于靠近所述压板的一侧。

优选地，所述传力机构还包括位于所述第一传力盘下方的第二传力盘，所述第二传力盘在所述第一传力盘的作用下沿所述导杆的轴向滑动，所述第二传力盘的下端面安装有位移传感器。

优选地，所述第一传力盘上安装有角度传感器；所述第一传力盘上转动连接有第一连接轴，所述角度传感器的转轴周向固定于所述第一连接轴，所述第一连接轴固定连接有蜗轮，所述蜗轮与安装在第一传力盘上的蜗杆相啮合。

优选地，还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器的上端与所述第一连接轴固定连接，且其下端通过第二连接轴固定安装于所述压板。

优选地，所述第一传力盘与所述第二传力盘通过套管连接。

优选地，还包括安装于所述壳体外侧壁的支撑机构，所述支撑机构可选择地支承于地面。

优选地，所述支撑机构包括竖支架和接地踏板，所述竖支架的上端铰接于所述壳体，其下端与所述接地踏板铰接。

优选地，所述支撑机构还包括安装于所述壳体与所述竖支架之间的斜撑部件。

优选地，所述斜撑部件包括两端分别安装有第一斜撑筒盖和第二斜撑筒盖的斜撑筒，所述第一斜撑筒盖与所述壳体铰接；所述斜撑筒内部安装有滑块、传动杆和压缩弹簧，所述滑块与所述传动杆螺纹联接，且沿所述斜撑筒的轴向滑动，所述压缩弹簧的一端与所述第二斜撑筒盖固定，其另一端与所述滑块固定连接；所述滑块上安装有挡杆，所述挡杆与所述滑块螺纹联接，且在所述斜撑筒的长圆孔槽中滑动。

本发明所提供的车辆地面力学参数测量装置，包括壳体、安装于所述壳体内的压扭载荷传递机构，和安装于压扭载荷传递机构下端的压板，所述压板与地面相接触，压扭载荷传递机构向所述压板施加压力和扭矩。在装置的测量过程中，通过压扭载荷传递机构对压板施加压力和扭矩，压板向地面的内部运动，具有一定的位移，记录不同压力的条件下对应的位移，从而能够得到地面的承压特性；同时，在不同的加压压力状况下，检测出不同扭矩状况下压板的扭转角度和剪切力，从而能够得到地面的剪切特性。这样，使用同一个测量装置，既能够实现支承面的承压特性测量，又能够实现地面的剪切特性测量，从而实现了同一仪器对地面的力学参数的全面测量。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的车辆地面力学参数测量装置的支撑机构包括竖支架和接地踏板，其中，竖支架的上端铰接于壳体，其下端与接地踏板铰接；这样，在装置的测量过程中，支撑装置打开并令接地踏板支承于地面，从而提高了装置的工作稳定性；当装置处于非测量状态时，可以将支撑装置折叠，以便减小装置的体积，从而实现了较为方便的搬运。

附图说明

图1为本发明所提供车辆地面力学参数测量装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示车辆地面力学参数测量装置的内部结构视图；

图3为图1所示车辆地面力学参数测量装置在后视方向的局部剖视图；

图4为图1所示车辆地面力学参数测量装置在主视方向的局部剖视图；

图5为本发明提供车辆地面力学参数测量装置另一种具体实施方式处于工作状态时的结构示意图；

图6为图5所示车辆地面力学参数测量装置处于折叠状态时的结构示意图；

图7为本发明所提供的支撑机构一种具体实施方式的结构示意图；

图8为图6所示斜撑部件一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种车辆地面力学参数测量装置，其既能够测量地面的承压特性，又能够测量地面的剪切特性，从而实现了同一仪器对车辆地面的力学参数的全面测量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4；图1为本发明所提供车辆地面力学参数测量装置第一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示车辆地面力学参数测量装置的内部结构视图；图3为图1所示车辆地面力学参数测量装置在后视方向的局部剖视图；图4为图1所示车辆地面力学参数测量装置在主视方向的局部剖视图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的车辆地面力学参数测量装置，包括压扭载荷传递机构和压板1，其中压板1安装于压扭载荷传递机构的下端，压扭载荷传递机构支撑并作用于压板1，压板1与地面相接触，显然地，压扭载荷传递机构对压板1施加不同的作用力时，压板1与地面相接触的情况不同，也就是压板1施加于地面上的压力、剪切力、扭矩以及在地面上的位移不同；同时，在参数的测量过程中，压板1的接地面积的大小也会对力学和位移参数产生影响，压板1的接地面积的大小应根据实际的使用情况确定，一般可以有8cm、10cm和12cm等多个型号；压板1的材料可以为金属材料。压板1的结构随试验测量参数不同而不同，做承压特性试验时，压板1的底部无履齿；做剪切特性试验时，压板1的底部带履齿。

该车辆地面力学参数测量装置还包括壳体2，壳体2给压扭载荷传递机构等零部件的安装提供载体，同时对安装在其内部的零部件形成保护，提高了零部件的使用寿命。该壳体2的材料可以为本领域中常规使用的金属材料，例如铁、铝或者各种合金钢，也可以为具有足够刚度和强度的各种非金属材料。

上述壳体2为分体式结构，即其上端盖21和下端盖22可拆卸，以方便壳体2内零部件的安装。

压扭载荷传递机构包括贯穿上端盖21的丝杠3，上端盖21安装有与丝杠3相配合的螺母，丝杠3的下端通过传力机构与压板1连接。在装置工作过程中，丝杠3与螺母形成丝杠螺母副，旋转丝杠3实现丝杠3向下运动，再通过传力机构，将下压力传递给压板1，从而实现对压板1的施力，结构简单且施力效果较好。在丝杠3的顶端可以安装有丝杠把手31，通过旋转丝杠把手31实现丝杠3的运动，提高了施压机构的可操纵性。丝杠3的长度应根据实际使用情况确定，应保证丝杠3的下端能够作用于传力机构上，从而实现压力顺利传递至压板1。

沿壳体2的轴向设置有导杆23，导杆23位于壳体2的内部，所述的压扭载荷传递机构包括第一传力盘41，第一传力盘41可沿导杆23的轴向滑动，丝杠3的下端与第一传力盘41转动连接；第一传力盘41与第一连接轴71转动连接；第一连接轴71上安装有蜗轮61，蜗轮61与安装在第一传力盘41上的蜗杆啮合。在蜗杆的外端可以安装有蜗杆把手63，通过旋动蜗杆把手63驱动蜗杆转动，提高了蜗杆的可操纵性。

上述压扭载荷传递机构还包括第二传力盘42，第二传力盘42与导杆23滑动连接，并通过套管73与第一传力盘41固接。第二连接轴72安装在第二传力盘42上，并与其转动连接。第二传力盘42的下端面安装有位移传感器54，通过位移传感器54检测压板1沉陷位移值，从而提高了压板1位移的测量精度。

本发明所提供的压扭载荷传递机构还包括扭矩传感器53，扭矩传感器53的上端通过联轴器与第一连接轴71平键联接，且其下端与第二连接轴72平键联接；这样，通过扭矩传感器53检测扭矩值，从而提高了压板1扭矩的测量精度。

压板1与第二传力盘42之间安装有下压杆93，下压杆93的一端与压板1固定连接，其另一端与第二传力盘42固定连接，第二传力盘42与下压杆93之间安装有称重传感器51，称重传感器51安装位置应尽量靠近压板1以减小装置内部竖直方向摩擦力带来的误差，提高装置的测量精度。

压扭载荷传递机构还包括角度传感器52，该角度传感器52包括底座和能够相对于底座转动的转动轴，所述角度传感器52底座与第一传力盘41固接，转动轴与第一连接轴71固接。第一连接轴71转动预定的角度时，转动轴可随之转动，从而实现了角度传感器52对第一连接轴71转过角度的测量，这样，通过角度传感器52检测角度值，从而提高了压板1角度的测量精度；角度传感器52可以安装在保护罩中，避免其它部件对角度传感器52造成的撞击。

第一传力盘41与第二传力盘42通过套管73传力，处于其间的扭矩传感器53不承受轴向力，只承受扭矩，提高了扭矩传感器51的使用寿命。

上述第一传力盘41与第一连接轴71之间的转动连接，以及第二传力盘42与第二连接轴72之间的转动连接均可以通过轴承的方式实现。

第二连接轴72的下端通过螺纹与称重传感器51相连接，称重传感器51的下端通过螺纹与方形端头92连接；方形端头92另一端设有弹簧钢珠，便于下连接杆93的安装与拆卸；压板1的连接端也设置有弹簧钢珠，便于压板1的安装与拆卸。

该车辆地面力学测量装置还可以包括数据采集系统，将各传感器检测到的数值传送至数据采集系统，并通过数据采集系统对各数据进行整合运算，从而得到地面的承压特性和剪切特性。

承压特性实验时，旋转丝杠把手31使丝杠3旋转向下，从而使第一传力盘41沿导杆23向下滑动，并通过套管73传力于第二传力盘42，使得第二传力盘42也随导杆23向下滑动，并将正压力通过称重传感器51和下连接杆93传递给下面的压板1，从而让压板1与地面相互作用。在承压特性实验中，通过称重传感器51测量出竖直方向施加的力，并通过位移传感器54测量出压板1下陷位移，这两组数据可以通过数据采集系统进行处理，最后得出土壤承压特性参数。

剪切特性实验时，先旋转丝杠把手31对压板1施加压力载荷，然后通过蜗杆把手63转动蜗杆并带动蜗轮61旋转，蜗轮61旋转带动第一连接轴71、联轴器、扭矩传感器53、第二连接轴72和下压杆93转动，从而使压板1转动剪切土壤，通过称重传感器51测量出压板1上施加的载荷，通过扭矩传感器53可以测量出对压板1施加的扭矩，通过角度传感器52可以测量出压板1旋转的角度。这三组数据可以通过数据采集系统进行处理，最后得出土壤剪切特性参数。

请参考图5、图6、图7和图8；图5为本发明提供车辆地面力学参数测量装置另一种具体实施方式处于工作状态时的结构示意图；图6为图5所示车辆地面力学参数测量装置处于折叠状态时的结构示意图；图7为本发明所提供的支撑机构一种具体实施方式的结构示意图；图8为图7所示斜撑部件一种具体实施方式的结构示意图。

在另一种具体实施方式中，本发明所提供的车辆地面力学参数测量装置还包括支撑机构，该支撑机构安装于壳体2的外侧壁，支撑机构支承于地面，以便通过支撑机构为测量装置在工作中提供直立的支撑。

支撑机构包括竖支架81以及接地踏板82，其中，竖支架81的上端铰接于壳体2，其下端与接地踏板82铰接；这样，在装置的测量过程中，支撑装置打开并使接地踏板82支承于地面，从而提高了装置的工作稳定性；当装置处于非测量状态时，可以将支撑装置折叠，以便减小装置的体积，从而实现了较为方便的搬运。

支撑机构也不局限于上述具体形式，也可以为本领域中其他常规的支撑方式，只要能够实现测量装置的支撑即可，例如可以为支撑架等。

支撑机构还可以包括斜撑部件83，该斜撑部件83安装于壳体2与竖支架81之间，其能够在壳体2与竖支架81之间形成支撑，以便提高支撑机构的支撑可靠性。

斜撑部件83包括斜撑筒831，斜撑筒831两端分别装有第一斜撑筒盖832和第二斜撑筒盖833，其中第一斜撑筒盖832与壳体2铰接；斜撑筒831内部安装有滑块834、传动杆835和压缩弹簧836，滑块834与传动杆835螺纹联接，可沿斜撑筒831内壁滑动，压缩弹簧836一端与第二斜撑筒盖833固定，一端与滑块834固定，传动杆835带动滑块834滑动，便可压缩或放松弹簧；滑块834上安装有挡杆837，挡杆837与滑块834螺纹联接，并可在斜撑筒831的长圆孔槽中滑动，用来控制滑块834的行程。传动杆835一端与支撑机构的竖支架铰接。装置折叠时，竖支架81相对壳体2旋转至竖直位置，同时斜撑83中的传动杆835带动滑块834先压缩弹簧836后放松弹簧。

以上对本发明所提供的一种车辆地面力学参数测量装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，包括壳体(2)、安装于所述壳体(2)内的压扭载荷传递机构，和安装于所述压扭载荷传递机构下端的压板(1)，所述压板(1)与地面相接触，所述压扭载荷传递机构向所述压板(1)施加压力和扭矩。

2.根据权利要求1所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述压扭载荷传递机构包括贯穿所述壳体(2)的上端盖(21)的丝杠(3)，所述上端盖(21)安装有与所述丝杠(3)相配合的螺母，所述丝杠(3)的下端通过传力机构与所述压板(1)连接。

3.根据权利要求2所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，沿所述壳体(2)的轴向安装有导杆(23)，所述导杆(23)位于所述壳体(2)的内部，所述传力机构包括沿所述导杆(23)轴向滑动的第一传力盘(41)，所述丝杠(3)的下端与所述第一传力盘(41)转动连接。

4.根据权利要求3所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述第一传力盘(41)与所述压板(1)之间安装有称重传感器(51)，所述称重传感器(51)安装于靠近所述压板(1)的一侧。

5.根据权利要求4所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述传力机构还包括位于所述第一传力盘(41)下方的第二传力盘(42)，所述第二传力盘(42)在所述第一传力盘(41)的作用下沿所述导杆(23)的轴向滑动，所述第二传力盘(42)的下端面安装有位移传感器(54)。

6.根据权利要求5所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述第一传力盘(41)上安装有角度传感器(52)；所述第一传力盘(41)上转动连接有第一连接轴(71)，所述角度传感器(52)的转轴周向固定于所述第一连接轴(71)，所述第一连接轴(71)固定连接有蜗轮(61)，所述蜗轮(61)与安装在第一传力盘(41)上的蜗杆相啮合。

7.根据权利要求6所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，还包括扭矩传感器(53)，所述扭矩传感器(53)的上端与所述第一连接轴(71)固定连接，且其下端通过第二连接轴(72)固定安装于所述压板(1)。

8.根据权利要求7所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述第一传力盘(41)与所述第二传力盘(42)通过套管(73)连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，还包括安装于所述壳体(2)外侧壁的支撑机构，所述支撑机构可选择地支承于地面。

10.根据权利要求9所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述支撑机构包括竖支架(81)和接地踏板(82)，所述竖支架(81)的上端铰接于所述壳体(2)，其下端与所述接地踏板(82)铰接。

11.根据权利要求10所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述支撑机构还包括安装于所述壳体(2)与所述竖支架(81)之间的斜撑部件(83)。

12.根据权利要求11所述的车辆地面力学参数测量装置，其特征在于，所述斜撑部件(83)包括两端分别安装有第一斜撑筒盖(832)和第二斜撑筒盖(833)的斜撑筒(831)，所述第一斜撑筒盖(832)与所述壳体(2)铰接；所述斜撑筒(831)内部安装有滑块(834)、传动杆(835)和压缩弹簧(836)，所述滑块(834)与所述传动杆(835)螺纹联接，且沿所述斜撑筒(831)的轴向滑动，所述压缩弹簧(836)的一端与所述第二斜撑筒盖(833)固定，其另一端与所述滑块(834)固定连接；所述滑块(834)上安装有挡杆(837)，所述挡杆(837)与所述滑块(834)螺纹联接，且在所述斜撑筒(831)的长圆孔槽中滑动。

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