CN105571880A - 一种轮胎溅水试验装置 - Google Patents

Abstract

一种轮胎溅水试验装置，摆杆转动机构装在低龙门架横梁下，预转机构装在高龙门架的横梁下，缓冲机构固定在低龙门架外的地轨上。水槽位于摆杆转动机构的下方。提升钢索的一端与电动绞盘连接，另一端与摆杆连接。一台高速摄像机布置在摆杆的正面，用于记录摆杆摆动方向轮胎的溅水形态和溅水的角度。另一台高速摄像机布置在摆杆的侧面，使该高速摄像机的摄影方向与摆杆运动平面相垂直；该高速摄像机的光轴与水平面齐平，用于记录溅水形态、溅水的角度和溅水的起始位置。本发明通过调整轮胎转速和入水速度的比值，能够模拟不同滑水状态的轮胎溅水，并通过高速摄像机精确的获得轮胎溅水的细节，包括溅水起始位置，溅水形态和溅水角度。

Description

一种轮胎溅水试验装置

技术领域

本发明涉及飞机全机溅水试验领域，具体是一种用于室内进行轮胎溅水试验并对轮胎的溅水特性进行测量和评估的试验装置。

背景技术

车辆在雨天积水路面行驶时，其轮胎溅起的水流，会影响后面和两侧的车辆的能见度，从而对行驶安全造成严重的影响，另外溅水也会对两侧的行人造成影响。

飞机在积水跑道起飞和降落时，由轮胎溅起的水流可能进入发动机进气道，对飞机结构和起飞降落时的性能有非常重要的影响，会造成严重的飞行事故。

但是，轮胎溅水的研究，都是通过室外大规模的实车或飞机全机试验进行。实车行驶或飞机全机溅水试验，需要在室外进行，在平直测试路面上搭建长度达几米到上百米的试验水池，通过摄像机观察和记录车辆或飞机在试验水池中行驶时的溅水形态，评估轮胎的溅水性能，需要耗费大量的人力物力。

实车或全机试验存在的问题是：1.在室外环境下，跑道的平整度，测试环境，风向风速都会严重影响试验结果。2.轮胎在积水路面行驶时由于轮胎滑水现象的存在，处于滑水状态的轮胎线速度和转速不成比例，滑水状态的轮胎溅水难以通过实车或全机试验控制和测量，滑水状态下的溅水试验安全也难以保障。3.大型试验对于轮胎的入水速度、轮胎转速和积水深度不易控制，因此难以对轮胎溅水进行细致的测量和研究。

目前，尚无在室内开展轮胎溅水试验的试验装置和相应的试验方法，专利102072804A中提供了一种飞机起落架落震试验高精度机轮预转机构，能够使轮胎在落震试验时以预定的转速转动，但是轮胎在试验过程中没有水平的运动速度，不符合轮胎溅水的试验要求。

发明内容

为克服现有技术中存在的尚无在室内开展轮胎溅水试验的试验装置的不足，本发明提出了一种轮胎溅水试验装置。

本发明包括试验台架、摆杆转动机构、预转机构、缓冲机构、水池、提升机构和两台高速摄像机。其中：所述的试验台架包括两个前后排列低龙门架和高龙门架；所述摆杆转动机构吊装在所述低龙门架横梁下表面的中部；预转机构的两个弹簧挂钩固定在所述高龙门架的第二横梁下表面的中部；预转机构中的摩擦轮通过连杆安装在固定在所述高龙门架的第一横梁下表面的中部轴支座上；所述的缓冲机构固定在所述低龙门架外的地轨上。水槽安放在所述两个龙门架之间，并位于摆杆转动机构的下方。所述的提升机构中的提升滑轮安装在所述第二横梁下表面的中部，提升机构中的提升钢索的一端与电动绞盘连接，另一端与提升摆杆转动机构中的摆杆连接。两台高速摄像机中的一台高速摄像机布置在摆杆的正面，用于记录摆杆摆动方向轮胎的溅水形态和溅水的角度。另一台高速摄像机布置在摆杆的侧面，使该高速摄像机的摄影方向与摆杆运动平面相垂直；该高速摄像机的光轴与水平面齐平，用于记录溅水形态、溅水的角度和溅水的起始位置。

所述水槽的长度大于轮胎直径的5倍，宽度大于轮胎宽度的7倍，水槽侧壁高度高于试验水深。

所述高龙门架包括相互平行的第一横梁和第二横梁，并且所述第二横梁靠近低龙门架。所述的摆杆转动机构包括摆杆、轮胎夹具和轮胎。所述摆杆的顶端有连接板，该连接板的上端与位于低龙门架横梁中部的连接耳片之间通过转轴绞接。在所述摆杆的底端端面固定有轮胎夹具，在该轮胎夹具的两侧侧板上有同轴的轮轴孔。在所述摆杆杆身的中部固定有用于固定皮筋的耳片，在所述固定皮筋的耳片的下方有挂钩耳片；防撞挡板固定在所述摆杆杆身的下端。

所述预转机构包括弹簧、传动皮带轮、电机、两个轴支座、连杆、摩擦轮、传动皮带、传动杆和弹簧挂钩。所述两个弹簧挂钩固定在所述高龙门架的第二横梁下表面的中部；电机固定在高龙门架的第一横梁的下表面中部一侧。所述两个轴支座的上端均固定在第一横梁的下表面，在各轴支座的下端有同轴的销轴孔。一对连杆通过销轴安装在所述两个轴支座之间。在所述各连杆的一端均有摩擦轮的安装孔；在所述连杆的另一端的上表面固定有弹簧。所述传动杆的一端安装有传动副，传动副中的一个传动皮带轮安装在该传动杆上，所述传动副中的另一个传动皮带轮安装在电机的输出轴上。

所述缓冲机构包括液压缓冲器、缓冲器支架托板、缓冲器支架斜支撑和缓冲器支架，其中，缓冲器支架托板固定在缓冲器支架上，两个液压缓冲器通过缓冲器套筒和缓冲器底座安装在该缓冲器支架托板上。所述各液压缓冲器的安装位置须与摆杆上的防撞挡板的位置相对应，并使摆杆和竖直方向的夹角α与挡板撞击平面与摆杆的夹角β角度相等，以消减所述摆杆摆动中的冲击力。

所述提升机构包括电动绞盘、提升钢索、提升滑轮、自动释放挂钩和橡皮筋。所述电动绞盘处于两根地面固定杆之间并位于所述低龙门架一端。提升钢索的一端与所述电动绞盘连接，另一端绕过位于第二横梁下表面的提升滑轮，通过自动释放挂钩与摆杆连接；所述摆杆上有与自动释放挂钩配合的挂钩耳片。所述自动释放挂钩与提升钢索固连。所述提升钢索与摆杆的摆动方向处于同一直线上。橡皮筋的一端固定在位于摆杆侧表面的摆杆皮筋固定耳片上，另一端固定在位于地面固定杆上的地面皮筋固定耳片上。橡皮筋的弹性系数范围为50N/m～200N/m。

所述橡皮筋的长度根据地面皮筋固定耳片与摆杆皮筋固定耳片之间的直线距离确定，使摆杆在轮胎入水到轮胎离开水面以前，皮筋一直处于松弛状态。橡皮筋的弹性系数，根据所需的试验速度确定，当摆杆自由摆动的速度满足试验要求时，则不使用橡皮筋加速。

本发明的目的是提供一种能够实现汽车行驶或飞机起降时轮胎的运动工况，在实验室内对轮胎溅水细节进行测量和研究，并且能够精确控制试验时的轮胎入水速度、轮胎转速和积水深度的试验装置。

本发明中，能够自由转动的摆杆下端通过轮轴与轮胎相连，使轮胎能够自由转动。电动绞盘通过钢索与自动释放钩头相连接，自动释放钩头通过位于摆杆上的耳片将摆杆勾住，遥控器能够控制钩头自动将摆杆释放；试验水槽位于摆杆竖直状态的下方。橡皮筋一端固定，另一端与位于摆杆上的耳片相连，用于高速试验时增大摆杆的下落速度；摆杆水平时轮胎位置的上方具有横梁；预转机构通过连杆安装于所述横梁上，通过摩擦轮使轮胎达到制定转速；缓冲装置，包括缓冲器支座和液压缓冲器，与摆杆的碰撞挡板相配合，用于轮胎离开水面后，降低摆杆速度；具有两台高速摄像机，其中一台布置在摆杆运动平面内，摄像机光轴与水平面齐平，另一台布置在与摆杆运动平面相垂直的平面内，摄像机光轴与水平面齐平。

发明取得的效果表现为：

1、本发明提供了一种能够在室内对轮胎溅水进行研究的试验装置，能够避免室外环境对溅水试验的影响。

2、能够精确的控制试验时的轮胎入水速度、轮胎转速和积水深度。

3、能够通过调整转速和入水速度的比值，模拟不同滑水状态的轮胎溅水。

4、能够精确的获得轮胎溅水的细节，如溅水起始位置，溅水形态和溅水角度。

本发明提供了一种能够在室内对轮胎溅水进行研究的试验装置，避免室外环境对溅水试验的影响。通过轮胎预转机构可以精确控制轮胎的试验转速；采用橡皮筋对摆杆进行加速，可以使轮胎具有较高的入水速度，通过使用不同弹性系数和长度的橡皮筋，控制轮胎的入水速度；具有可调高度和水平度的试验水槽精确控制试验水深，并适应不同尺寸的轮胎试验。通过调整轮胎转速和入水速度的比值，能够模拟不同滑水状态的轮胎溅水。本装置采用高速摄像机近距离拍摄，精确的获得轮胎溅水的细节，包括溅水起始位置，溅水形态和溅水角度。

附图说明

图1是轮胎溅水试验装置的结构示意图；

图2是轮胎溅水试验装置正视图；

图3是轮胎溅水试验装置侧视图；

图4是预转机构结构示意图

图5是预转机构仰视图

图6是预转机构侧视图；

图7是预转机构正视图；

图8是缓冲机构结构示意图；

图9是缓冲机构侧视图；

图10是摆杆转动机构侧视图；

图11是摆杆转动机构正视图；

图12是溅水测量原理图；

图13是缓冲装置局部示意图。图中：

1.低龙门架；2.转轴；3.高龙门架；4.低龙门架横梁；5.自动释放钩头；6.提升滑轮；7.轮胎；8.地面皮筋固定耳片；9.缓冲器套筒；10.提升钢索；11.橡皮筋；12.水槽；13.水槽支座；14.电动绞盘；15.摆杆皮筋固定耳片；16.摆杆；17挂钩耳片；18防撞挡板；19轮胎夹具；20轮轴；21液压缓冲器；22缓冲器托板；23缓冲器支撑；24缓冲器支架；25弹簧；26传动皮带轮；27电机；28电机托架；29轴支座；30连杆；31摩擦轮；32传动皮带；33传动杆；34缓冲器底座；35弹簧挂钩；36地面固定杆；37.第一横梁；38.第二横梁；W.水平面；S.溅水形态外轮廓；γ.溅水角度；e.轮胎半圆垂直延长线；a.溅水起始位置；b.溅水外轮廓的最高拐点；α.摆杆和竖直方向的夹角；β.挡板撞击平面与摆杆的夹角；

具体实施方式

本实施例是一种轮胎溅水试验装置。

所述轮胎溅水试验装置包括试验台架、摆杆转动机构、预转机构、缓冲机构、水池和提升机构。其中：

所述的试验台架包括两个龙门架，分别是用于安装摆杆转动机构的低龙门架1和用于安装预转机构的高龙门架3。所述的低龙门架与高龙门架两个前后排列，固定在同一副地面固定杆36上。所述摆杆转动机构吊装在所述低龙门架横梁4下表面的中部，并能够做前后的摆动。所述高龙门架3包括第一横梁37和第二横梁38；所述第一横梁与第二横梁相互平行，并且所述第二横梁靠近低龙门架。预转机构的两个弹簧挂钩35固定在所述第二横梁下表面的中部；预转机构的电机托架28固定在第一横梁的下表面中部一侧。预转机构中的摩擦轮31通过连杆30安装在轴支座29上；所述的轴支座29固定在第一横梁下表面的中部。在所述地面固定杆36上固定有地面皮筋固定耳片8。所述的皮筋固定耳片有2个，分别位于所述两个地面固定杆的上表面，并使该皮筋固定耳片位于所述高龙门架与低龙门架之间。

所述的缓冲机构固定在所述低龙门架外的地轨上。水槽通过水槽支座13安放在所述两个龙门架之间，并位于摆杆转动机构的下方。所述的提升机构中的提升滑轮6安装在所述第二横梁下表面的中部，提升机构中的提升钢索10的一端与电动绞盘14连接，另一端与提升摆杆转动机构中的摆杆连接。

所述水槽12的长度大于轮胎直径的5倍，宽度大于轮胎宽度的7倍，水槽侧壁高度高于试验水深。试验水槽高度能够调整，能够进行不同尺寸的轮胎试验。

所述的摆杆转动机构包括摆杆16、轮胎夹具19和轮胎7。所述摆杆的顶端有连接板，该连接板的上端与位于低龙门架横梁中部的连接耳片之间通过转轴2绞接。在所述摆杆的底端端面固定有“U”形的轮胎夹具19，在该“U”形的轮胎夹具的两侧侧板上有同轴的轮轴孔。所述轮胎7位于该轮胎夹具的两侧侧板之间并安装在轮轴20上。在所述摆杆杆身的中部固定有用于固定皮筋的耳片15，在所述固定皮筋的耳片的下方有挂钩耳片17；防撞挡板18固定在所述摆杆杆身的下端。

所述预转机构包括弹簧25、传动皮带轮26、电机27、轴支座29、连杆30、摩擦轮31、传动皮带32、传动杆33、弹簧挂钩35。

所述轴支座29有两个，该轴支座的上端固定在第一横梁的下表面。在该轴支座29的下端有同轴的销轴孔。一对连杆30通过销轴安装在所述两个轴支座之间，并能够绕该销轴转动。在所述各连杆的一端均有摩擦轮31的安装孔，所述摩擦轮通过传动杆33安装在所述连杆的一端；在所述连杆的另一端的上表面固定有弹簧25。所述传动杆33的一端安装有传动副，传动副中的一个传动皮带轮26安装在该传动杆上，所述传动副中的另一个传动皮带轮安装在电机27的输出轴上。所述电机位于电机托架28内，该电机托架固定在所述第一横梁的下表面。电机27通过传动皮带带动摩擦轮31转动，并通过弹簧25对所述摩擦轮施加预紧力，从而将将摩擦轮与轮胎7压紧。

所述缓冲机构包括液压缓冲器21、缓冲器支架托板22、缓冲器支架斜支撑23和缓冲器支架24，其中，缓冲器支架托板22固定在缓冲器支架24上，两个液压缓冲器21通过缓冲器套筒9和缓冲器底座34安装在该缓冲器支架托板上。所述缓冲器支架斜支撑23固定在所述缓冲器支架的立板上，用于支撑该缓冲器支架。在固定所述液压缓冲器时，将表面有双凹槽的缓冲器底座34固定在缓冲器支架托板的中部，将两个缓冲器套筒9分别固定在所述缓冲器支架的立板上，将两个液压缓冲器分别嵌入所述缓冲器底座的凹槽内，并使各液压缓冲器的尾端分别置于所述两个缓冲器套筒内。所述各液压缓冲器的安装位置须与摆杆16上的防撞挡板18的位置相对应，并使摆杆和竖直方向的夹角α与挡板撞击平面与摆杆的夹角β角度相等，以消减所述摆杆摆动中的冲击力。

所述提升机构包括电动绞盘14、提升钢索10、提升滑轮6、自动释放挂钩5和橡皮筋11。所述电动绞盘14处于所述两根地面固定杆36之间并位于所述低龙门架一端并被固定在地面上。提升钢索10的一端与所述电动绞盘连接，另一端绕过位于第二横梁下表面的提升滑轮，通过自动释放挂钩5与摆杆16连接；所述摆杆上有与自动释放挂钩配合的挂钩耳片。所述自动释放挂钩与提升钢索10固连。所述提升钢索与摆杆16的摆动方向处于同一直线上。橡皮筋11的一端固定在位于摆杆侧表面的摆杆皮筋固定耳片15上，另一端固定在位于地面固定杆上的地面皮筋固定耳片8上。橡皮筋的弹性系数为50N/m～200N/m，本实施例中，所述橡皮筋的弹性系数为100N/m。

所述橡皮筋的长度根据地面皮筋固定耳片8与摆杆皮筋固定耳片15之间的直线距离确定，使摆杆在轮胎入水到轮胎离开水面以前，皮筋一直处于松弛状态。橡皮筋的弹性系数，根据所需的试验速度确定，当摆杆自由摆动的速度满足试验要求时，则不使用橡皮筋加速。

试验中，通过两台高速摄像机记录试验过程。其中一台高速摄像机布置在摆杆的正面，用于记录摆杆摆动方向轮胎的溅水形态和溅水的角度。另一台高速摄像机布置在摆杆的侧面，使该高速摄像机的摄影方向与摆杆运动平面相垂直；该高速摄像机的光轴与水平面齐平，用于记录溅水形态、溅水的角度和溅水的起始位置。在摆杆的整个运动过程中，摆杆从位置轮胎底部接触水面到轮胎离开水面为试验段，也就是高速摄影机拍摄和分析的部分。摆杆摆动方向的溅水形态示意图如图12所示，通过高速摄影能够获得溅水起始位置a和溅水外轮廓S高处的拐点b，点a与点b的连线与底面的夹角γ即为所需测量的溅水角度。

试验时，首先启动电动绞盘14，卷动提升钢索10，钢索一端与自动释放钩头5相连接，通过摆杆上的提升滑轮6将摆杆提升至轮胎7与摩擦轮31压紧，橡皮筋11处于拉伸的状态。然后开启电机27，带动摩擦轮31转动，通过摩擦力带动轮胎达到预定转速。

轮胎达到预定转速后，控制自动释放钩头释放摆杆和轮胎，摆杆摆动下落，在摆动过程中受到重力和橡皮筋弹力作用不断加速，当轮胎底部到达水面W位置，高速摄像开始拍摄。

摆杆继续摆动，当轮胎离开水面时，高速摄像机停止拍摄。随着摆杆的继续运动，摆杆上的碰撞挡板与缓冲器相作用，摆杆减速，试验结束。

Claims (8)

1.一种轮胎溅水试验装置，其特征在于，包括试验台架、摆杆转动机构、预转机构、缓冲机构、水池、提升机构和两台高速摄像机；其中：所述的试验台架包括两个前后排列低龙门架和高龙门架；所述摆杆转动机构吊装在所述低龙门架横梁下表面的中部；预转机构的两个弹簧挂钩固定在所述高龙门架的第二横梁下表面的中部；预转机构中的摩擦轮通过连杆安装在固定在所述高龙门架的第一横梁下表面的中部轴支座上；所述的缓冲机构固定在所述低龙门架外的地轨上；水槽安放在所述两个龙门架之间，并位于摆杆转动机构的下方；所述的提升机构中的提升滑轮安装在所述第二横梁下表面的中部，提升机构中的提升钢索的一端与电动绞盘连接，另一端与提升摆杆转动机构中的摆杆连接；两台高速摄像机中的一台高速摄像机布置在摆杆的正面，用于记录摆杆摆动方向轮胎的溅水形态和溅水的角度；另一台高速摄像机布置在摆杆的侧面，使该高速摄像机的摄影方向与摆杆运动平面相垂直；该高速摄像机的光轴与水平面齐平，用于记录溅水形态、溅水的角度和溅水的起始位置。

2.如权利要求1所述轮胎溅水试验装置，其特征在于，所述水槽的长度大于轮胎直径的5倍，宽度大于轮胎宽度的7倍，水槽侧壁高度高于试验水深。

3.如权利要求1所述轮胎溅水试验装置，其特征在于，所述的摆杆转动机构包括摆杆、轮胎夹具和轮胎；所述摆杆的顶端有连接板，该连接板的上端与位于低龙门架横梁中部的连接耳片之间通过转轴绞接；在所述摆杆的底端端面固定有轮胎夹具，在该轮胎夹具的两侧侧板上有同轴的轮轴孔；在所述摆杆杆身的中部固定有用于固定皮筋的耳片，在所述固定皮筋的耳片的下方有挂钩耳片；防撞挡板固定在所述摆杆杆身的下端。

4.如权利要求1所述轮胎溅水试验装置，其特征在于，所述预转机构包括弹簧、传动皮带轮、电机、两个轴支座、连杆、摩擦轮、传动皮带、传动杆和弹簧挂钩；所述两个弹簧挂钩固定在所述高龙门架的第二横梁下表面的中部；电机固定在高龙门架的第一横梁的下表面中部一侧；所述两个轴支座的上端均固定在第一横梁的下表面，在各轴支座的下端有同轴的销轴孔；一对连杆通过销轴安装在所述两个轴支座之间；在所述各连杆的一端均有摩擦轮的安装孔；在所述连杆的另一端的上表面固定有弹簧；所述传动杆的一端安装有传动副，传动副中的一个传动皮带轮安装在该传动杆上，所述传动副中的另一个传动皮带轮安装在电机的输出轴上。

5.如权利要求1所述轮胎溅水试验装置，其特征在于，所述缓冲机构包括液压缓冲器、缓冲器支架托板、缓冲器支架斜支撑和缓冲器支架，其中，缓冲器支架托板固定在缓冲器支架上，两个液压缓冲器通过缓冲器套筒和缓冲器底座安装在该缓冲器支架托板上；所述各液压缓冲器的安装位置须与摆杆上的防撞挡板的位置相对应，并使摆杆和竖直方向的夹角α与挡板撞击平面与摆杆的夹角β角度相等，以消减所述摆杆摆动中的冲击力。

6.如权利要求1所述轮胎溅水试验装置，其特征在于，所述提升机构包括电动绞盘、提升钢索、提升滑轮、自动释放挂钩和橡皮筋；所述电动绞盘处于两根地面固定杆之间并位于所述低龙门架一端；提升钢索的一端与所述电动绞盘连接，另一端绕过位于第二横梁下表面的提升滑轮，通过自动释放挂钩与摆杆连接；所述摆杆上有与自动释放挂钩配合的挂钩耳片；所述自动释放挂钩与提升钢索固连；所述提升钢索与摆杆的摆动方向处于同一直线上；橡皮筋的一端固定在位于摆杆侧表面的摆杆皮筋固定耳片上，另一端固定在位于地面固定杆上的地面皮筋固定耳片上；橡皮筋的弹性系数为50N/m～200N/m。

7.如权利要求1所述轮胎溅水试验装置，其特征在于，所述橡皮筋的长度根据地面皮筋固定耳片与摆杆皮筋固定耳片之间的直线距离确定，使摆杆在轮胎入水到轮胎离开水面以前，皮筋一直处于松弛状态；橡皮筋的弹性系数，根据所需的试验速度确定，当摆杆自由摆动的速度满足试验要求时，则不使用橡皮筋加速。

8.如权利要求1所述轮胎溅水试验装置，其特征在于，所述高龙门架包括相互平行的第一横梁和第二横梁，并且所述第二横梁靠近低龙门架。