CN103292944B - 一种测量车辆动荷载的装置 - Google Patents

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Abstract

一种测量车辆动荷载的装置，它涉及一种测量动荷载的装置。本发明为了解决现有路面不平整情况的模型和车辆模型，无法模拟车辆与路面间的实际动荷载，导致路面的设计厚度无法满足车辆荷载，造成路面损坏。本发明包括车轴夹具、传感组件和数据显示组件，车轴夹具夹装在车辆底端的车轴上，数据显示组件设置在车辆底端的底盘上，数据显示组件与传感组件之间通过导线连接，所述传感组件包括第一加速度传感器、第二加速度传感器和传感连接板，第一加速度传感器垂直于车轴并且平行于车体设置在传感连接板上，第二加速度传感器垂直于第一加速度传感器，并垂直于车辆底端的车轴后设置在传感连接板上，传感连接板设置在车轴夹具上。本发明用于道路工程技术领域。

Description

一种测量车辆动荷载的装置
技术领域
本发明涉及一种测量车辆动荷载的装置，属于道路工程技术领域。
背景技术
在实际工程中，路面的表面不是光滑的，其具有一定的不平整性。因此车辆在道路上以一定速度行驶时，一方面会产生颠簸，从而导致车辆作用在垂直于路面上的压力的大小并不是固定值，而是以一定的频率在车辆静载附近上下波动，表现为车辆对路面产生动荷载的冲击作用；另一方面，车辆作用在平行于路面上的剪力的大小也是随着车辆的加速、减速而波动，该力是引起路面产生推移和拥包的主要原因。
路面结构在动荷载和静荷载作用下的响应是有很大区别的，车辆震动对路面产生的动荷载的峰值要大于车辆的静荷载。随着我国运输事业的发展，车辆逐渐向重载、高速度方向发展。而车辆对路面产生动荷载冲击作用与车辆的载重和行车速度有直接的关系，近年来，很多新建公路产生严重的早期损坏，因此有学者质疑以静态荷载作为设计荷载的安全性。
目前，很多学者通过数值模拟的方法开展了相关方向的研究，通过建立路面的不平整情况的模型和车辆模型，来模拟车辆与路面间的真实作用情况。然而路面的不平整情况的模型与车辆模型是否与真实情况相符合还需要进一步验证。现有路面不平整情况的模型和车辆模型，无法模拟车辆与路面间的实际动荷载，导致路面的设计厚度无法满足车辆荷载，造成路面损坏。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有路面不平整情况的模型和车辆模型，无法模拟车辆与路面间的实际动荷载，导致路面的设计厚度无法满足车辆荷载，造成路面损坏。进而提供一种测量车辆动荷载的装置。
本发明的技术方案是：一种测量车辆动荷载的装置包括车轴夹具、传感组件和数据显示组件，车轴夹具夹装在车辆底端的车轴上，数据显示组件设置在车辆底端的底盘上，数据显示组件与传感组件之间通过导线连接，
所述传感组件包括第一加速度传感器、第二加速度传感器和传感连接板，传感连接板设置在车轴夹具上，第一加速度传感器垂直于车轴并且平行于车体设置在传感连接板上，第二加速度传感器垂直于第一加速度传感器，并垂直于车辆底端的车轴后设置在传感连接板上。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1.本发明与传统方法相比，提供了一种方便、快捷、准确、经济的测量运动中车辆对路面产生的动荷载的装置；
传统方法采用在路面一点预埋称重系统的方法测量车辆对路面的作用力。本装置的第一加速度传感器和第二加速度传感器能够连续的测量整个路段任意一点上的车辆作用于路面的力；
传统的称重方法需要车辆减速，因此实际测量的是车辆静荷载，而本装置真正测量运动中的车辆对路面的作用力，更能真实的反应车辆与路面之间的作用情况；
本装置所测得车辆动荷载，分为垂直于路面的动荷载和平行于路面的动荷载，因此便于分析车辆作用于具有一定纵坡的路面上的力；
本发明所测得数据便于验证理论模型的正确性。
综上所述，本发明能够实际测量车辆与路面间的动荷载，使人们认识到车辆静荷载与动荷载之间的区别，为路面的设计提供依据，最终避免路面损坏的问题。
2.本发明结构简单，使用方便。
3.本发明能够测量车辆在不同速度、不同轴重情况下的垂直于路面方向的加速度和平行于路面方向的加速度。并且可以测量路面的纵坡，以确定在静载时车辆作用于垂直于路面方向和平行于路面方向的力。为路面铺设的厚度满足车辆荷载要求提供了参考数据。
附图说明
图1是本发明整体结构的示意图；图2是带有台肩的固定架的俯视图；图3是本发明模拟车辆测量力时的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括车轴夹具、传感组件和数据显示组件，车轴夹具夹装在车辆底端的车轴上，数据显示组件设置在车辆底端的底盘上，数据显示组件与传感组件之间通过导线连接，所述传感组件包括第一加速度传感器1、第二加速度传感器2和传感连接板3，传感连接板3设置在车轴夹具上，第一加速度传感器1垂直于车轴并且平行于车体设置在传感连接板3上，第二加速度传感器2垂直于第一加速度传感器1，并垂直于车辆底端的车轴后设置在传感连接板3上。
本实施方式的第一加速度传感器1和第二加速度传感器2安置于传感连接板3上，保证在车辆行驶过程中其不会发生相对于车轴夹具的运动。
本实施方式的第一加速度传感器1和第二加速度传感器2垂直布设：一个与车体平行，记录平行于路面方向的加速度，另一个与车体垂直，记录垂直于路面的加速度，并根据牛顿第二定律计算出作用力。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的传感组件还包括倾角传感器4，倾角传感器4平行于第二加速度传感器2设置在传感连接板3上。如此设置，倾角传感器垂直于车体布设。倾角传感器记录行驶过程中路面的纵坡，用于确定在静载时车辆作用于垂直于路面方向和平行于路面方向的力。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的车轴夹具包括第一夹片5、第二夹片6和紧固螺栓7，第一夹片5和第二夹片6之间可拆卸扣合连接并设置在车轴上，紧固螺栓7穿设在第一夹片5上。如此设置，通过多个螺栓、第一夹片5和第二夹片6将初步夹固在车轴上，保证夹片在外力作用下可以、转动。在调整好夹具的角度之后，通过夹片中部的螺栓可以进一步将夹具固定，保证在行车过程中其与车轴牢固接触，不会发生转动。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的数据显示组件包括架体、信号放大器8和数据记录仪9，信号放大器8和数据记录仪9依次设置在架体上，架体设置在车辆底端的底盘上。如此设置，便于随时记录第一加速度传感器1、第二加速度传感器2和倾角传感器4的数据。第一加速度传感器1、第二加速度传感器2和倾角传感器4与信号放大器8相连，信号放大器8与数据记录仪9相连，信号经过信号放大器8放大后由数据记录仪9记录，测试完毕之后，将数据拷贝到电脑中进行分析。蓄电池为信号放大器8和数据记录仪9提供电源，蓄电池直接固定于车体即可。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的架体包括带有台肩的固定架10、活动架11、框体12和多组弹性件13，带有台肩的固定架10和活动架11可拆卸连接，框体12设置在活动架11上，多组弹性件13设置在框体12上。如此设置，带有台肩的固定架10通过螺栓固定在车体上，架体能够有效的防止第一加速度传感器1、第二加速度传感器2和倾角传感器4在车辆运动过程中发生震动，导致信号放大器8和数据记录仪9发生损坏。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的多组弹性件13为弹簧。如此设置，减震效果好，互换性好。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一加速度传感器1和第二加速度传感器2的测量值范围为±5g。如此设置，能够满足各种重量和型号的车辆。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。
结合图3说明测量力的原理：车辆行驶过程中，倾角传感器4记录t时刻的车辆行驶路段的纵坡α，同时加速度传感器记录该时刻的垂直于路面方向的加速度a1和平行于路面方向的加速度a2，根据牛顿第二定律：
垂直于路面方向的力：F1-G×cosα＝m×a1；F1＝m×a1+G×cosα
平行于路面方向的力：F2-G×sinα＝m×a2；F2＝m×a2+G×sinα
其中：G：车辆的重力；
α：路面纵坡；
m：车辆的质量；
F1：路面作用于车辆的垂直于路面方向的力；
F2：路面作用于车辆的平行于路面方向的力；
a1：车辆垂直于路面方向的加速度；
a2：车辆平行于路面方向的加速度。
具体操作过程如下：将测试用车辆停靠在相对平坦的地段。此时认为车体与水平面平行。将第一加速度传感器1、第二加速度传感器2和倾角传感器4固定于传感连接板3上，保证第一加速度传感器1和第二加速度传感器2垂直，倾角传感器4与第一加速度传感器1或第二加速度传感器2平行。将第一夹片5和第二夹片6通过螺栓固定在车轴上，要保证第一夹片5和第二夹片6能够在外力作用下可以绕着车轴转动。接通倾角传感器4，读取其与重力方向的夹角，若角度为90度，则旋紧紧固螺栓7，若角度不为90度，在通过外力旋转第一夹片5和第二夹片6，直至倾角传感器4测得角度为90度。此时，两个加速度传感器一个与车体平行，另一个与车体垂直；倾角传感器4与车体平行或与水平面垂直。信号放大器8和数据记录仪9安装在架体上。架体安装在车体上。连接第一加速度传感器1、第二加速度传感器2和倾角传感器4与信号放大器8和数据记录仪9。接通电源。车辆以设定速度在道路上行驶，数据记录仪9记录两个加速度传感产生的加速度数据和倾角传感器的数据。根据牛顿第二定律计算垂直于路面的压力和平行于路面的剪切力。通过相应的传感器软件，即可得到作用于路面的车辆动荷载的真实数据，包括作用和峰值。

Claims (2)

1.一种测量车辆动荷载的装置，其特征在于：它包括车轴夹具、传感组件和数据显示组件，车轴夹具夹装在车辆底端的车轴上，数据显示组件设置在车辆底端的底盘上，数据显示组件与传感组件之间通过导线连接，
所述传感组件包括第一加速度传感器(1)、第二加速度传感器(2)和传感连接板(3)，传感连接板(3)设置在车轴夹具上，第一加速度传感器(1)垂直于车轴并且平行于车体设置在传感连接板(3)上，第二加速度传感器(2)垂直于第一加速度传感器(1)，并垂直于车辆底端的车轴后设置在传感连接板(3)上，
所述传感组件还包括倾角传感器(4)，倾角传感器(4)平行于第二加速度传感器(2)设置在传感连接板(3)上；
所述车轴夹具包括第一夹片(5)、第二夹片(6)和紧固螺栓(7)，第一夹片(5)和第二夹片(6)之间可拆卸扣合连接并设置在车轴上，紧固螺栓(7)穿设在第一夹片(5)上；
所述数据显示组件包括架体、信号放大器(8)和数据记录仪(9)，信号放大器(8)和数据记录仪(9)依次设置在架体上，架体设置在车辆底端的底盘上；
所述架体包括带有台肩的固定架(10)、活动架(11)、框体(12)和多组弹性件(13)，带有台肩的固定架(10)和活动架(11)可拆卸连接，框体(12)设置在活动架(11)上，多组弹性件(13)设置在框体(12)上。
2.根据权利要求1所述的一种测量车辆动荷载的装置，其特征在于：所述多组弹性件(13)为弹簧。
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