CN105823674A - 轮胎桥面结构疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎桥面结构疲劳试验机，包括试验架，试验架内设置模拟桥面和电控系统，模拟桥面和电控系统均与试验架固定连接，试验架上设置若干行走小车，行走小车包括车架，车架上方设置车载泵站、导向机构和驱动机构，车架下方设置加载油缸、承重轮机构和车桥，车载泵站、导向机构、驱动机构、加载油缸、承重轮机构和车桥均与车架固定连接。本发明轮胎桥面结构疲劳试验机具有很强的适应性，通过升降油缸调节试验架顶梁与底梁之间的高度距离，满足不同高度模拟桥面的试验要求，更换方便；通过加载油缸的压力调节满足不同载荷幅和载荷频率的试验要求；通过更换和组合不同的行走小车，可实现不同数量和类型轮胎在桥面上行走的模拟工况。

Description

轮胎桥面结构疲劳试验机

技术领域

本发明涉及试验装置，更具体的说，本发明涉及一种轮胎桥面结构疲劳试验机。

背景技术

目前，随着国民经济的快速发展及汽车保有量的不断增加，交通流量及车辆载荷越来越大，重载交通下正交异性钢桥面板、混凝土桥面板等桥面结构疲劳劣化问题日益突出，因此改进桥面结构，保证桥梁结构的安全可靠性，延长桥梁使用寿命，是目前急需解决的任务。

目前，由于仿真模拟技术对于结构疲劳耐久性的评估准确性较低，主要原因有残余应力场模拟、局部应力分析、多轴疲劳效应考量、疲劳抗力确定及疲劳寿命预测等技术难点，因此试验手段是解决疲劳耐久性的直接有效方法，试验能准确反映实际结构形式、边界约束条件、制造安装工艺及载荷施加特点。不合理的试验方法会导致一些似是而非的错误，最终导致缺陷结构带来经济损失和伤亡危险，此类问题需要谨慎对待。对于直接承受车轮荷载的桥面结构，其模型疲劳试验需要解决模拟车轮通过效应载荷施加的准确性问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有上述的问题，提供了一种轮胎桥面结构疲劳试验机。

为实现以上目的，本发明的技术方案是一种轮胎桥面结构疲劳试验机，包括试验架，所述的试验架内设置模拟桥面和电控系统，所述的模拟桥面和电控系统均与试验架固定连接，所述的试验架上设置若干行走小车，所述的行走小车包括车架，所述的车架上方设置车载泵站、导向机构和驱动机构，所述的车架下方设置加载油缸、承重轮机构和车桥，所述的车载泵站、导向机构、驱动机构、加载油缸、承重轮机构和车桥均与车架固定连接。

可选的，所述的驱动机构为链销驱动机构或轮边驱动机构。

可选的，所述的车桥包括主动车桥和从动车桥，所述的主动车桥和从动车桥均与车架固定连接。

可选的，所述的主动车桥包括主动双轮车桥和主动单轮车桥。

可选的，所述的从动车桥包括从动双轮车桥和从动单轮车桥。

可选的，所述的试验架上还设置主动轨道，所述的主动轨道与试验架固定连接。

可选的，所述的试验架包括底梁、顶梁、连接杆、立柱和连接调节机构，所述的底梁、顶梁和连接杆均与立柱固定连接。

可选的，所述的连接调节机构包括上部连接座、下部连接座和升降油缸，所述的上部连接座和下部连接座均与立柱固定连接。

可选的，所述的电控系统包括中央控制器、配电箱、小车泵站、行走编码器和传感器，所述的配电箱、小车泵站、行走编码器和传感器均与中央控制器电连接。

可选的，所述的中央控制器上设置上位PC机、桥面高度调节泵站和无线控制模块，所述的上位PC机、桥面高度调节泵站和无线控制模块均与中央控制器电连接。

本发明具有以下有益效果：轮胎桥面结构疲劳试验机具有很强的适应性，主要体现在：第一，通过升降油缸调节试验架顶梁与底梁之间的高度距离，可以满足不同高度模拟桥面的试验要求，更换方便；第二，通过加载油缸的压力调节满足不同载荷幅和载荷频率的的试验要求；第三，通过更换和组合不同的行走小车，可实现不同数量和类型轮胎在桥面上行走的模拟工况。

试验机的行走小车采用模块化设计方案，仅变更轮系及车桥部分的结构，便可与行走小车其他公用部分共同搭配组合形成销链驱动双轮，销链驱动单轮，轮边驱动双轮，轮边驱动单轮等几种不同形式的行走小车。因此，实现了多种轮载加载模式和组合样式。同时各行走小车车架1上部均设置有一个尺寸相同的连接法兰，很容易利用紧固件实现任意两车的组合加载试验方案。

系统的电控系统通过专门的控制元件及传感器配置，可按照设定的载荷，频率和速度实现自动往复试验，并在发生常见故障时停机报警。同时一次安装到位后，可以通过操作升降油缸11调节适应不同高度的试验模拟桥面15，仅需人工拆装若干销轴，自动化程度高，操作者劳动强度低。

本发明提供的轮胎桥面结构疲劳试验机，不仅适用于桥面结构，还适用于桥面或路面铺装结构、桥梁伸缩等多种结构，适用范围广，便于维修。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的链销驱动双轮小车主视结构示意图；

图3为本发明的链销驱动双轮小车左视结构示意图；

图4为本发明的轮边驱动双轮小车主视结构示意图；

图5为本发明的轮边驱动双轮小车右视结构示意图；

图6a为本发明的链销驱动单轮小车主视图；

图6b为本发明的链销驱动单轮小车左视图；

图6c为本发明的链销驱动单轮小车右视图；

图7a为本发明的轮边驱动单轮小车主视图；

图7b为本发明的轮边驱动单轮小车左视图；

图7c为本发明的轮边驱动单轮小车右视图；

图8a为本发明的试验架主视图；

图8b为本发明的试验架俯视图；

图8c为本发明的试验架左视图；

图9为本发明的连接调节机图；

图10为本发明的电控系统框图。

1、车架，2、车载泵站，3、加载油缸，4、从动双轮车桥，5、驱动机构，6、从动单轮车桥，7、主动双轮车桥，8、主动单轮车桥，9、连接杆，10、顶梁，11、升降油缸，12、底梁，13、连接调节机构，14、下连接机构横臂，15、模拟桥面，16、导向机构，17、承重轮机构，18、主动轨道，19、上部连接座，20、下部连接座，21、立柱，22、试验架，23、上位PC机，24、配电箱，25、桥面高度调节泵站，26、无线控制模块，27、小车泵站，28、传感器，29、行走编码器，30、中央控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明：

实施例：轮胎桥面结构疲劳试验机（见附图1-10），包括试验架22，所述的试验架22内设置模拟桥面15和电控系统，所述的模拟桥面15和电控系统均与试验架22固定连接，所述的试验架22上设置若干行走小车，所述的行走小车包括车架1，所述的车架1上方设置车载泵站2、导向机构16和驱动机构5，所述的车架1下方设置加载油缸3、承重轮机构17和车桥，所述的车载泵站2、导向机构16、驱动机构5、加载油缸3、承重轮机构17和车桥均与车架1固定连接，所述的驱动机构5为链销驱动机构5或轮边驱动机构5，所述的车桥包括主动车桥和从动车桥，所述的主动车桥和从动车桥均与车架1固定连接，所述的主动车桥包括主动双轮车桥7和主动单轮车桥8，所述的从动车桥包括从动双轮车桥4和从动单轮车桥6，所述的试验架22上还设置主动轨道18，所述的主动轨道18与试验架22固定连接，所述的试验架22包括底梁12、顶梁10、连接杆9、立柱21和连接调节机构13，所述的底梁12、顶梁10和连接杆9均与立柱21固定连接，所述的连接调节机构13包括上部连接座19、下部连接座20和升降油缸11，所述的上部连接座19和下部连接座20均与立柱21固定连接，所述的电控系统包括中央控制器30、配电箱24、小车泵站27、行走编码器29和传感器28，所述的配电箱24、小车泵站27、行走编码器29和传感器28均与中央控制器30电连接，所述的中央控制器30上设置上位PC机23、桥面高度调节泵站25和无线控制模块26，所述的上位PC机23、桥面高度调节泵站25和无线控制模块26均与中央控制器30电连接。

电控系统和模拟桥面15，其中：行走小车由车架1，驱动机构5，加载油缸3，承重轮机构17，导向机构16和车载泵站2等功能部件构成。

如图1所示，一种轮胎桥面结构疲劳试验机的结构，包括行走小车，试验架，液压系统，电控系统和模拟桥面15。试验架提供试验的总体支承结构及行走轨道，同时用于安放和固定模拟桥面；通过在模拟桥面15上布置一组可自行加载的行走小车，按指定的速度，载荷及组合形式往复行走运动，从而模拟车辆在桥面上通行行走的过程；液压系统用于实现行走小车的驱动及加载和连接调节机构13支承调节；电控系统实现对整个疲劳试验机的控制及安全监控保护。

如图2、3所示，所述的链销驱动双轮小车为从动车桥，在车架上方安装有驱动链轮组件，所述驱动链轮组件包括链轮、马达、减速机和带销轴组的主动轨道18，所述链轮、马达和减速机安装于车架1的上方，马达连接减速机，减速机连接链轮，带销轴组的主动轨道18安装于顶梁10上，在马达、减速机、链轮带动下，使行走小车能在主动轨道18上行走，同时链轮两侧装有导向轮机构16，用于辅助小车在主动轨道18上行走，。

如图4、5所示，所述的轮边驱动双轮小车为从动车桥。所述轮边驱动机构包括减速机和马达，所述马达连接减速机，减速机安装于主动车桥上，行走小车位于模拟桥面15上方，在马达和减速机带动下，使行走小车能在模拟桥面15上直接行走

如图6、7所示，所述的链销驱动单轮小车和轮边驱动单轮小车，与双轮小车不同之处在于同等行走速度时，单轮小车竖向载荷为双轮小车竖向载荷的一半。

如图8所示，所述试验架包含底梁12、顶梁10、连接杆组9和连接调节机构13，所述顶梁10位于底梁12上方，所述顶梁10和底梁12为若干组，每组底梁12和顶梁10之间均设置有连接调节机构13和连接杆组9，用于固定安放顶梁10，以及承受竖向载荷保持底梁12及顶梁10的相对位置，在小车未施加竖向载荷时该机构用于承担顶梁10的自重；当小车施加竖向载荷后该机构用于克服顶梁10自重与竖向载荷的合力。所述底梁12平放支承在地面上，上方用于放置模拟桥面，同时承受行走小车施加的竖向载荷；所述顶梁10主要用于安装链销驱动行走小车的主动轨道18，提供行走小车行走横向导向支撑，同时承受行走小车施加的竖向载荷。

所述连接调节机构13由上部结构19、下部结构20、立柱21和升降油缸11组成，所述上部结构19左端与立柱21通过销轴连接，右端与顶梁10伸出的法兰结构固结，所述下部结构20左端与立柱21底部固结，右端与底梁12伸出的法兰结构固结，所述立柱21底部固结在底梁12上，所述升降油缸11位于每组连接调节机构13的上、下结构之间，与上、下结构分别用铰接连接。在底梁12和顶梁10之间，左右对称共有4组8个连接调节机构13，通过升降油缸11调节顶梁10与底梁12之间的竖直距离，以满足模拟桥面15高度变化的要求。同时连接调节机构13的上、下结构件上设置有相互对应的销孔，当将顶梁顶升到需要的位置时，用销轴将顶梁和底梁之间的位置固定，则升降油缸11处于自由状态，不再承受载荷。

所述加载油缸3位于车架1和车桥横臂结构之间，当油缸施加载荷时，油缸大腔压力增加，横臂有绕铰点旋转的趋势，此时加载在轮胎上的竖向载荷提供一个相反的力矩，使横臂结构保持平衡，此时小车轮胎上的竖向载荷即为加载在模拟桥面上的竖向载荷。加载油缸3受车载泵站2控制，可控制加载大小的频率。在试验过程中，以最大载荷的10%幅度循环加载，载荷作用的频率为3Hz。

系统包含有轮胎主动驱动和被动拖动两种形式的行走小车，同时行走小车的轮胎形式包括单轮和双轮车桥两种形式，因此车桥包含从动车桥和主动车桥，各行走小车要能够利用试验架向模拟桥面15上施加规定的竖向载荷，同时能够按照一定的速度沿着模拟桥面15行走，具体情况有：加载竖直载荷：双轮小车25t，单轮小车12.5t；加载频率：所有行走小车的竖向载荷的加载频率均为3Hz；行走速度要求：双轮小车15kmph10t,10kmph15t；单轮小15kmph5t,10kmph7.5t；轮胎形式：小车分单轮双轮两种形式，轮胎形式均采取双胎轮胎；轮胎中心距：对于双轮小车，要求两轮之间的中心距为1800mm；试验架图8及轨道系统由由底梁12，顶梁10，连接杆组9及连接调节机构13等构成，其长度要求应能满足使整个试验机有30m长的试验轨道，其中单次使用轨道长度不小于10m；宽度和高度上的空间限制为5m×9m，同时试验架图8的顶梁和底梁之间的距离有3.5m的变化调节范围。

工作过程如下：模拟桥面15固定安装于试验架图8底梁12之上，行走小车以组合的形式的在模拟桥面15上方往复行走运动，系统小车组合包含链销驱动双轮小车、轮边驱动双轮小车、链销驱动双轮小车、轮边驱动双轮小车。

双轮或单轮形式的链销驱动小车车桥为从动车桥，这种形式的小车在车架1上方安装有驱动链轮组件，同时在试验架图8顶梁10上安装一条带销轴组的主动轨道18，行走小车在马达、减速机、链轮带动下，能够在主动轨道18上行走，同时链轮两侧装有导向轮机构16，用于辅助小车在主动轨道18上行走。

双轮或单轮形式的轮边驱动小车车桥为主动车桥，车桥上安装有轮边减速机，则其驱动机构5为“轮边减速机+马达”的形式，液压马达驱动轮边减速器带动小车直接在样件上实现行走。

行走驱动采用闭式回路，比例变量泵+定量马达调速方式，可实现无级调速，驻车制动单独控制。加载控制采用比例溢流阀，压力无级可调。加载油缸小腔设置液压锁，防止吊装时轮组掉下来。模拟桥面15高度调节系统由电机+定量泵驱动，8个油缸之间通过换向阀实现伸缩，同步采用节流阀一次调节到位。小车加载后产生竖向载荷，分别作用在模拟桥面15上和试验架图8顶梁10上，试验架图8上连接和调节机构保证承受该竖向载荷，并保证顶梁10和底梁12之间的相对位置不变，各行走小车利用固定的试验架图8通过加载油缸实现的向模拟桥面15上施加规定的竖向载荷，加载油缸位于车架1机构和车桥横臂结构之间，当油缸施加载荷时，油缸大腔压力增加，横臂有绕铰点旋转的趋势，此时加载在轮胎上的竖向载荷提供一个相反的力矩，使横臂结构保持平衡，此时轮胎上的竖向载荷即为加载在模拟桥面15上的竖向载荷。加载油缸受车载液压泵站控制，可方便地控制加载的大小的频率。驱动及加载系统均作为一个车载泵站2安装在行走小车上，行走驱动采用闭式回路，比例变量泵和定量马达调速方式，可实现无级调速，驻车制动单独控制。加载控制采用比例溢流阀，压力无级可调。加载油缸小腔设置液压锁，防止吊装时轮组掉下来。

试验架顶梁10主要用于安装链销驱动行走小车的驱动轨道，提供行走小车行走横向导向支撑，同时承受行走小车施加的竖向载荷。底梁12平放支承在地面上，行走小车的竖向载荷分别施加到底梁12和顶梁10上，为了固定安放顶梁10，同时也为能够承受竖向载荷保持底梁12及顶梁10的相对位置，在底梁12和顶梁10之间设置一系列连接调节机构13，在小车未施加竖向载荷时该机构用于承担顶梁10的自重；当小车施加竖向载荷后该机构用于克服顶梁10自重与竖向载荷的合力。试验架的连接调节机构13由升降油缸11、下连接机构横臂14、导向机构16及承载结构组成，位于底梁12和顶梁10之间，其上部结构与顶梁10上伸出的法兰结构固接，下部结构与底梁12上伸出的法兰结构固接。在顶梁10和底梁12上分别连接有8套连接调节机构13，相互之间分别用销轴连接实现承载；每组顶梁10和底梁12连接结构之间的升降油缸11，用于实现高度调节以满足模拟桥面15高度变化的要求，油缸与上下结构分别铰接连接，连接调节机构13由电机和定量泵进行液压控制，驱动8个油缸之间通过换向阀实现伸缩，同步采用节流阀一次调节到位。

如图10所示，本疲劳试验控制系统通过由计算机系统、传感器系统和操作平台组成的控制系统对轮胎桥面结构疲劳机工作的全过程进行控制和监测。控制系统是基于总线的实时控制系统，主要包括上位PC机、中央控制器、和泵站控制模块组成的CAN总线网络控制系统。上位PC机上设置组态软件，接收中央控制器发送过来的状态数据，在屏幕上动态化显示工作过程。同时，通过USB/CAN将控制指令发送给中央控制器。中央控制器是基于嵌入式实时操作系统，通过3路独立的带隔离的CAN总线通信模块，与上位PC机、泵站控制模块进行实时通讯。泵站控制模块主要的功能是根据中央控制器的指令驱动电磁阀，实现对液压元件各种动作和速度的控制，并反馈给中央控制器行程和压力信号。泵站控制模块带一路隔离的CAN总线通讯模块。此模块除可控制电磁阀外，还可接收行程和油压等传感器信号，并通过CAN总线将信号发送给中央控制器，达到实时监控的目的。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，包括试验架，所述的试验架内设置模拟桥面和电控系统，所述的模拟桥面和电控系统均与试验架固定连接，所述的试验架上设置若干行走小车，所述的行走小车包括车架，所述的车架上方设置车载泵站、导向机构和驱动机构，所述的车架下方设置加载油缸、承重轮机构和车桥，所述的车载泵站、导向机构、驱动机构、加载油缸、承重轮机构和车桥均与车架固定连接。

2.根据权利要求1所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的驱动机构为链销驱动机构或轮边驱动机构。

3.根据权利要求1所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的车桥包括主动车桥和从动车桥，所述的主动车桥和从动车桥均与车架固定连接。

4.根据权利要求3所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的主动车桥包括主动双轮车桥和主动单轮车桥。

5.根据权利要求3所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的从动车桥包括从动双轮车桥和从动单轮车桥。

6.根据权利要求1所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的试验架上还设置主动轨道，所述的主动轨道与试验架固定连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的试验架包括底梁、顶梁、连接杆、立柱和连接调节机构，所述的底梁、顶梁和连接杆均与立柱固定连接。

8.根据权利要求7所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的连接调节机构包括上部连接座、下部连接座和升降油缸，所述的上部连接座和下部连接座均与立柱固定连接。

9.根据权利要求1-6任一项所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的电控系统包括中央控制器、配电箱、小车泵站、行走编码器和传感器，所述的配电箱、小车泵站、行走编码器和传感器均与中央控制器电连接。

10.根据权利要求9所述的轮胎桥面结构疲劳试验机，其特征是，所述的中央控制器上设置上位PC机、桥面高度调节泵站和无线控制模块，所述的上位PC机、桥面高度调节泵站和无线控制模块均与中央控制器电连接。