CN109387445A - 一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统 - Google Patents

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CN109387445A CN201811489575.9A CN201811489575A CN109387445A CN 109387445 A CN109387445 A CN 109387445A CN 201811489575 A CN201811489575 A CN 201811489575A CN 109387445 A CN109387445 A CN 109387445A
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孙凤艳
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Abstract

本发明主要属于环道加速加载系统领域，具体涉及一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统；所述环道加速加载系统包括：驱动装置、传动装置、加载装置、侧移装置、液压泵站、重卡后悬架、轨道轮组、骨架、受电弓装置、定位装置、雷达防撞装置和无线传输装置。本发明所述环道加速加载系统是模拟真实行车荷载和自然环境，对不同路面材料与结构进行循环加速加载试验，可对各种路面材料与结构自动高速循环加载。

Description

一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统
技术领域
本发明主要属于环道加速加载系统领域，具体涉及一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统。
背景技术
随着我国交通运输行业的发展，公路交通越来越呈现出重载/超载、流量大和渠化显著等特点，但是当前实行的路面设计标准、理论、方法大多建立在传统低等级道路基础上，没有充分考虑汽车超载、高胎压、低速行驶对路面结构造成的影响，从而使得路面早期破坏严重，路面长期性能明显不足。关于重载、高胎压、负责环境和低速行驶等多种条件耦合作用对路面影响的，已经成为道路研究者和从业者不得不面对的问题，也是研究的难题，但是由于受限于试验条件，研究工作大都是建立在有诸多假设理论分析的基础上，缺乏实际验证，理论缺陷难以完全弥补。本发明专利旨在研发一种环形足尺度路面环道加速加载系统试验装备，通过加载车，模拟真实轴载在足赤试验路段测试路面材料和路面结构的性能。可以模拟不同轮轴组合、不同轴载和车速条件，接近真实交通荷载。该装置可以改进路面材料设计、路面结构设计和施工工艺提供的指导。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，所述环道加速加载系统是模拟真实行车荷载和自然环境，对不同路面材料与结构进行循环加速加载试验，可对各种路面材料与结构自动高速循环加载。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，所述环道加速加载系统包括：
一提供前进动力的驱动装置，所述驱动装置采用电机驱动；
一起到缩短系统整体长度、提高系统稳定性作用的传动装置；
一用于提供可调轴载的加载装置；
一用于实现设备横向侧移、模拟真实交通荷载分布的侧移装置；
一提供液压加载的液压泵站，，可以实现无级加载，控制更灵活施加荷载更精准；
一重卡后悬架，采用通用型卡车后悬挂，便于更换和维护，并且与实际汽车轴载一致；
一用于支撑所述加载装置的反作用力，并在轨道上使所述环道环道加速加载系统行驶运行以增强系统稳定性的轨道轮组；
一用于集成其他装置的骨架；
一通过空气弹簧的充气和排气来实现升弓和降弓的受电弓装置，所述受电弓装置实现更高的运行速度与输出功率；
一用于确认所述环道加速加载系统当前位置的定位装置；
一雷达防撞装置；
一将检测信号转换为无线信号数据后进行传输并分析处理的无线传输装置；
一蓄能器；
所述驱动装置固定在所述骨架上，所述传动装置设置在所述驱动装置和所述重卡后悬架之间，所述驱动装置通过所述传动装置间接与所述重卡后悬架连接，为系统提供前进的动力；所述加载装置设置在所述骨架下方；所述骨架通过所述加载装置与所述重卡后悬架连接；所述侧移装置通过横移杆与所述骨架相连；所述液压泵站设置在所述骨架右侧，用于给液压单元提供油和载荷，使所述骨架可以加载和侧移；所述轨道轮组设置在所述骨架两侧并作用于轨道的内侧和下方，作用于两侧轨道；所述受电弓装置设置于所述骨架的顶部；所述定位装置设置于所述骨架左侧；所述雷达防撞装置设置于所述骨架前部；所述无线传输装置设置于所述骨架右侧并与所述液压泵站对称；所述蓄能器设置于骨架左侧，通过管路与所述加载装置和所述液压泵站连接。
进一步地，所述液压泵站包含液压泵、电磁控制阀、温度传感器和液压传感器；
所述电磁控制阀设置于液压泵出口位置，所述温度传感器和所述液压传感器在液压管路内部。
进一步地，所述液压泵站采用二通插装阀集成系统控制；动力源采用大流量恒功率轴向柱塞变量泵；所述环道加速加载系统采用所述液压泵站进行液压加载，所述环道加速加载系统运行至弯道部分离心力较小，大大降低了安全防护装置的要求，提高所述环道加速加载系统运行的安全性和稳定性。
进一步地，所述驱动装置选用电动汽车成熟的动力系统，包括电机、驱动器和电机冷却系统；
所述电机冷却系统选用电动汽车专用冷却系统，是纯电动汽车电机的配套产品，具有能耗低、风扇无极调速智能启停等优点。通过冷却系统调节电机温度，使电机长期稳定可靠运行，预防电机温度过高导致的电机永磁材料的磁损失以及绝缘材料的老化。
进一步地，所述传动装置包括：
一起到传递旋转扭力、补偿轴间安装偏差、吸收设备振动和缓冲载荷冲击的作用的万向联轴器；
一第一换向器；
一第二换向器
所述第一换向器、第二换向器和万向联轴器三者相互连接；所述第一换向器与所述驱动装置的电机轴相连；所述第二换向器与所述重卡后悬架连接。
进一步地，所述第一换向器和所述第二换向器均为螺旋伞齿轮换向器，所述螺旋伞齿轮换向器传动比为1:1，螺旋伞齿轮采用低碳合金结构钢经渗碳淬火热处理，传递效率高，承受扭矩大。
进一步地，所述加载装置包括：
一加载液压缸；
一位移传感器；
一压力传感器；
一加载梁；
所述位移传感器和压力传感器设置于所述加载液压缸内部，所述加载液压缸作用于所述加载梁，蓄能器通过油管与所述加载液压缸连接，所述加载梁与所述重卡后悬架连接。
进一步地，所述加载梁与所述重卡后悬架并非直接连接，它们之间采用一过渡梁连接，所述过渡梁与所述加载梁通过销轴连接，所述过渡梁再与所述重卡后悬架连接。
进一步地，所述蓄能器具有储蓄能量，稳定压力，减少能耗，补偿漏损，吸收油压脉冲击力等功能。其结构为“囊壳”结构，内部的气囊充填惰性气体，而油腔充注液压油。油腔通过导油管、单向阀与加载液压缸连接。当加载轮对路面加载时，液压缸受到压缩，其中液压油被压人贮能单元中的油腔中，而液压油为不可压缩介质，因此气囊受到液压油油压的作用而被压缩变形，此过程吸收了加载轮接地时冲击荷载产生的能量，同时保证加载轮对路面加载时荷载的恒定。
进一步地，所述侧移装置包括侧移液压缸、位移传感器、导向轴、侧移梁和铰座；
所述侧移液压缸与所述侧移梁连接，所述侧移梁两侧设置所述导向轴，所述侧移梁与所述重卡后悬架连接，所述位移传感器置于所述侧移液压缸内，所述铰座连接所述侧移液压缸和所述侧移梁。
通过控制液压缸推动侧移梁移动实现悬架的侧移，液压缸选用力士乐品牌液压缸，检测精度＜0.1％，可将侧移数据实时反馈到所述无线传输装置中的控制单元中。
进一步地，所述液压泵站、液压管路、液压缸和所述蓄能器构成一液压单元；所述液压单元具有平稳卸压功能,卸压时无冲击和震动，保证液压单元无渗漏。液压单元油箱设有油位指示、冷却装置、油液过滤装置、油温监控装置。
进一步地，所述液压单元还设有一过载保护装置,确保液压缸不会超载工作。所述液压传感器的压力值以数字方式显示,精度为±1‰。
进一步地，所述重卡后悬架为陕汽重卡后悬架总成，包括单桥后悬架总成和双桥后悬架总成；
所述双桥后悬架包含：M5.92双级中桥、M5.92双级后桥、传动轴、平衡轴、双桥钢板弹簧、双桥轮胎和双桥制动单元；
所述单桥后悬架包含：M4.11单级单桥、后桥限位总成、后板簧支架、单桥钢板弹簧、双桥轮胎和单桥制动单元；为满足所述环道加速加载系统的轮轴组合要求，单轴最大载荷为225kN。
进一步地，所述重卡后悬架更换的方式是：将所述环道加速加载系统停在轨道维修区，所述维修区设有辅助支撑轨道，所述加载装置卸载后由支撑轮支撑车体，操作人员将所述加载装置与后悬架连接销轴拆卸，所述加载装置与所述重卡后悬架分离，由操作人员将所述加载装置平移到需要更换的悬架上方用销轴连接，完成悬架的更换。当需要对重卡后悬架的轮胎进行更换时，也采用上述方法由操作人员将装置移开，借助辅助工具进行轮胎更换。
进一步地，所述轨道轮组包括：
一用于支承加载装置反作用力并在轨道上使加载装置行驶运行的承载轮组。
一导向轮组；
所述承载轮组和所述导向轮组均设置在所述骨架两侧下方。
进一步地，所述承载轮组中承载轮的个数为4-8个，尺寸为φ350×100。
进一步地，所述导向轮组中导向轮的个数为6个，尺寸为φ250×80。
进一步地，所述轨道轮组中车轮的主要损伤形式主要是磨损、硬化层压碎和点蚀。为了提高车轮表面的耐磨强度和寿命，踏面表面进行热处理，表面硬度为HRC50～55，淬火深度不少于20mm。
进一步地，所述承载轮组的水平偏斜值是所述环道加速加载系统的重要技术参数，水平偏斜值控制范围±0.5cm，偏斜值超差会造成啃轨，增大运动阻力，产生振动和噪音，加剧轨道和车轮磨损，大大降低其使用寿命。控制车轮水平偏斜值采取的措施为：将车轮装配到支架上组成车轮组，轮组与车体形成单方向的柔性导向装置；保证了车轮在轴向上水平度，同时在加载轮组与车体间安装缓冲弹簧装置，使车轮具有较高的缓冲和减震性能。
进一步地，所述骨架选用车用冷弯空心型钢焊接、铆接而成。焊接方法采用气体保护焊，焊后外表面打磨光滑，并去应力时效处理；
横移导向轴是所述骨架的一部分，与横移装置液压缸相连整根棒料进行退火处理，获得较好的切削加工性能，加工后整体进行调质热处理，获得强度、韧性、塑性都较好的综合力学性能。
进一步地，所述受电弓装置包含控制箱和自动降弓(ADD)单元，同时可配装断高压开关装置，升弓和降弓的时间调整及接触压力范围是70N-150N(可调)均由受电弓自带升降控制系统控制；该型受电弓采用性能可靠的液压阻尼器和气电动执行元件，具有横向刚度大，重量轻，易维护等特点；同时该型受电弓操作简单，安全可靠，在紧急情况下可以进行手动升降弓操作，在落弓位置安装有接卸挂钩装置，避免人员在车顶维护时受电弓意外升起。滑板条选用纯碳型，具有：重量轻，强度高、导电性、耐磨性好等特点，磨耗可达20万公里以上。
进一步地，所述定位装置为PCV图像处理定位装置，所述PCV图像处理定位装置包括PCV读码器和二维码带；
所述PCV图像处理定位装置集成了最先进的照相技术和图像处理技术(读码器)，以及DataMatrix二维码(自粘)带。DataMatrix二维码的数据位呈二维排布，在一个很小的区域表面上提供了高密度的数据信息。PCV读码器通过检测印在自粘带上二维条码确定当前位置。
进一步地，所述PCV图像处理定位装置具有以下几个特点：
1)读码器与DataMatrix二维码带平行安装，无机械接触，无机械磨损；
2)连续的自诊断功能确保系统工作时的可靠性，高精确定位，精度可达±0.1mm；
3)码带高度非常窄，双列二维码带高度为25mm，单列二维码带高度仅为16mm，可以设置在狭窄的平行轨道上；
4)可靠，耐用，PCV读码器原理是光学视觉系统，内部部件全部是密封固定的，没有移动部件。不使用激光二极管，内部没有高速旋转多棱镜，使其使用寿命更长。
进一步地，所述雷达防撞装置为倍加福公司的R21000系列区域防撞装置，所述R21000系列区域防撞装置基于脉冲测距技术，采用平均值算法采用了大光斑的设计，由11路发射器，发射光源为红外LED光源，以及5路接收器组成；距离测量采用平均算法(5路接收器同时测量距离)，可以减少因目标物表面结构产生的影响；当被检测区域有障碍物时，环道加速加载系统自动减速停止运行。避免发生意外情况。
进一步地，所述环道加速加载系统尺寸宽6600mm×高3700mm×长3500mm(尺寸不包含运行轨道)，直驱电机驱动，运行速度调整范围为0～60km/h；采用液压的方式加载，加载轮轴组合有单轴4轮、双联轴8轮两种，轮轴侧移距离为500mm，试验轴载调整范围为100～280kN；环道采用双侧轨道结构，实现装置导向及加载反作用力支撑，供电系统采用轨道交通接触网式供电。装置检测信号由无线传输系统传递到上位机，实现远程控制。
本发明具有如下有益技术效果：
(1)本发明的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统在开放式试验环道内自动运行，可模拟实际行车荷载在实际道路上的运行情况，通过加速加载试验进行路面材料与结构服役行为与力学性能研究。
(2)本发明的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统中加载装置采用液压加载，装置运行至弯道部分离心力较小，大大降低了安全防护装置的要求，提高装置运行安全性和稳定性。
(3)本发明的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统属于开放式环道加载装置不控制环境温度，因此装置运行过程中没有极端温度环境，降低了装置各部件的设计要求，降低制造费用。
附图说明
图1为本发明实施例中一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统的主视结构示意图。
图2为图1中A-A剖面结构示意图。
图3为图2中B向局部结构示意图。
图4为本发明实施例中一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统的俯视结构示意图。
图5为本发明实施例中一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统的立体结构示意图。
1为驱动装置；2为传动装置；3为加载装置，3-1为加载液压缸，3-2为加载梁；4为侧移装置，4-1为侧移装置液压缸，4-2为导向轴，4-3为侧移梁；5为液压泵站；6为重卡后悬架，61为重卡后悬架的轮胎；7为轨道轮组；8为骨架；9为受电弓装置；10为定位装置；11为雷达防撞装置；12为无线传输装置；13为蓄能器；14为过渡梁。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
本实施例提供一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，如图1～5所示，所述环道加速加载系统包括：
一提供前进动力的驱动装置，所述驱动装置采用电机驱动；
一起到缩短系统整体长度、提高系统稳定性作用的传动装置；
一用于提供可调轴载的加载装置；
一用于实现设备横向侧移、模拟真实交通荷载分布的侧移装置；
一提供液压加载的液压泵站，，可以实现无级加载，控制更灵活施加荷载更精准；
一重卡后悬架，采用通用型卡车后悬挂，便于更换和维护，并且与实际汽车轴载一致；
一用于支撑所述加载装置的反作用力，并在轨道上使所述环道环道加速加载系统行驶运行以增强系统稳定性的轨道轮组；
一用于集成其他装置的骨架；
一通过空气弹簧的充气和排气来实现升弓和降弓的受电弓装置，所述受电弓装置实现更高的运行速度与输出功率；
一用于确认所述环道加速加载系统当前位置的定位装置；
一雷达防撞装置；
一将检测信号转换为无线信号数据后进行传输并分析处理的无线传输装置；
一蓄能器；
所述驱动装置固定在所述骨架上，所述传动装置设置在所述驱动装置和所述重卡后悬架之间，所述驱动装置通过所述传动装置间接与所述重卡后悬架连接，为系统提供前进的动力；所述加载装置设置在所述骨架下方；所述骨架通过所述加载装置与所述重卡后悬架连接；所述侧移装置通过横移杆与所述骨架相连；所述液压泵站设置在所述骨架右侧，用于给液压单元提供油和载荷，使所述骨架可以加载和侧移；所述轨道轮组设置在所述骨架两侧并作用于轨道的内侧和下方，作用于两侧轨道；所述受电弓装置设置于所述骨架的顶部；所述定位装置设置于所述骨架左侧；所述雷达防撞装置设置于所述骨架前部；所述无线传输装置设置于所述骨架右侧并与所述液压泵站对称；所述蓄能器设置于骨架左侧，通过管路与所述加载装置和所述液压泵站连接。
所述液压泵站包含液压泵、电磁控制阀、温度传感器和液压传感器；
所述电磁控制阀设置于液压泵出口位置，所述温度传感器和所述液压传感器在液压管路内部。
所述液压泵站采用二通插装阀集成系统控制；动力源采用大流量恒功率轴向柱塞变量泵；所述环道加速加载系统采用所述液压泵站进行液压加载，所述环道加速加载系统运行至弯道部分离心力较小，大大降低了安全防护装置的要求，提高所述环道加速加载系统运行的安全性和稳定性。
所述驱动装置选用电动汽车成熟的动力系统，包括电机、驱动器和电机冷却系统；
所述电机冷却系统选用电动汽车专用冷却系统，是纯电动汽车电机的配套产品，具有能耗低、风扇无极调速智能启停等优点。通过冷却系统调节电机温度，使电机长期稳定可靠运行，预防电机温度过高导致的电机永磁材料的磁损失以及绝缘材料的老化。
所述传动装置包括：
一起到传递旋转扭力、补偿轴间安装偏差、吸收设备振动和缓冲载荷冲击的作用的万向联轴器；
一第一换向器；
一第二换向器
所述第一换向器、第二换向器和万向联轴器三者相互连接；所述第一换向器与所述驱动装置的电机轴相连；所述第二换向器与所述重卡后悬架连接。
所述第一换向器和所述第二换向器均为螺旋伞齿轮换向器，所述螺旋伞齿轮换向器传动比为1:1，螺旋伞齿轮采用低碳合金结构钢经渗碳淬火热处理，传递效率高，承受扭矩大。
所述加载装置包括：
一加载液压缸；
一位移传感器；
一压力传感器；
一加载梁；
所述位移传感器和压力传感器设置于所述加载液压缸内部，所述加载液压缸作用于所述加载梁，蓄能器通过油管与所述加载液压缸连接，所述加载梁与所述重卡后悬架连接。
所述加载梁与所述重卡后悬架并非直接连接，它们之间采用一过渡梁连接，所述过渡梁与所述加载梁通过销轴连接，所述过渡梁再与所述重卡后悬架连接。
所述蓄能器具有储蓄能量，稳定压力，减少能耗，补偿漏损，吸收油压脉冲击力等功能。其结构为“囊壳”结构，内部的气囊充填惰性气体，而油腔充注液压油。油腔通过导油管、单向阀与加载液压缸连接。当加载轮对路面加载时，液压缸受到压缩，其中液压油被压人贮能单元中的油腔中，而液压油为不可压缩介质，因此气囊受到液压油油压的作用而被压缩变形，此过程吸收了加载轮接地时冲击荷载产生的能量，同时保证加载轮对路面加载时荷载的恒定。
所述侧移装置包括侧移液压缸、位移传感器、导向轴、侧移梁和铰座；
所述侧移液压缸与所述侧移梁连接，所述侧移梁两侧设置所述导向轴，所述侧移梁与所述重卡后悬架连接，所述位移传感器置于所述侧移液压缸内，所述铰座连接所述侧移液压缸和所述侧移梁。
通过控制液压缸推动侧移梁移动实现悬架的侧移，液压缸选用力士乐品牌液压缸，检测精度＜0.1％，可将侧移数据实时反馈到所述无线传输装置中的控制单元中。
所述液压泵站、液压管路、液压缸和所述蓄能器构成一液压单元；所述液压单元具有平稳卸压功能,卸压时无冲击和震动，保证液压单元无渗漏。液压单元油箱设有油位指示、冷却装置、油液过滤装置、油温监控装置。
所述液压单元还设有一过载保护装置,确保液压缸不会超载工作。所述液压传感器的压力值以数字方式显示,精度为±1‰。
所述重卡后悬架为陕汽重卡后悬架总成，包括单桥后悬架总成和双桥后悬架总成；
所述双桥后悬架包含：M5.92双级中桥、M5.92双级后桥、传动轴、平衡轴、双桥钢板弹簧、双桥轮胎和双桥制动单元；
所述单桥后悬架包含：M4.11单级单桥、后桥限位总成、后板簧支架、单桥钢板弹簧、双桥轮胎和单桥制动单元；为满足所述环道加速加载系统的轮轴组合要求，单轴最大载荷为225kN。
所述重卡后悬架更换的方式是：将所述环道加速加载系统停在轨道维修区，所述维修区设有辅助支撑轨道，所述加载装置卸载后由支撑轮支撑车体，操作人员将所述加载装置与后悬架连接销轴拆卸，所述加载装置与所述重卡后悬架分离，由操作人员将所述加载装置平移到需要更换的悬架上方用销轴连接，完成悬架的更换。当需要对重卡后悬架的轮胎进行更换时，也采用上述方法由操作人员将装置移开，借助辅助工具进行轮胎更换。
所述轨道轮组包括：
一用于支承加载装置反作用力并在轨道上使加载装置行驶运行的承载轮组。
一导向轮组；
所述承载轮组和所述导向轮组均设置在所述骨架两侧下方。
所述承载轮组中承载轮的个数为4-8个，尺寸为φ350×100。
所述导向轮组中导向轮的个数为6个，尺寸为φ250×80。
所述轨道轮组中车轮的主要损伤形式主要是磨损、硬化层压碎和点蚀。为了提高车轮表面的耐磨强度和寿命，踏面表面进行热处理，表面硬度为HRC50～55，淬火深度不少于20mm。
所述承载轮组的水平偏斜值是所述环道加速加载系统的重要技术参数，水平偏斜值控制范围±0.5cm，偏斜值超差会造成啃轨，增大运动阻力，产生振动和噪音，加剧轨道和车轮磨损，大大降低其使用寿命。控制车轮水平偏斜值采取的措施为：将车轮装配到支架上组成车轮组，轮组与车体形成单方向的柔性导向装置；保证了车轮在轴向上水平度，同时在加载轮组与车体间安装缓冲弹簧装置，使车轮具有较高的缓冲和减震性能。
所述骨架选用车用冷弯空心型钢焊接、铆接而成。焊接方法采用气体保护焊，焊后外表面打磨光滑，并去应力时效处理；
横移导向轴是所述骨架的一部分，与横移装置液压缸相连整根棒料进行退火处理，获得较好的切削加工性能，加工后整体进行调质热处理，获得强度、韧性、塑性都较好的综合力学性能。
所述受电弓装置包含控制箱和自动降弓(ADD)单元，同时可配装断高压开关装置，升弓和降弓的时间调整及接触压力范围是70N-150N(可调)均由受电弓自带升降控制系统控制；该型受电弓采用性能可靠的液压阻尼器和气电动执行元件，具有横向刚度大，重量轻，易维护等特点；同时该型受电弓操作简单，安全可靠，在紧急情况下可以进行手动升降弓操作，在落弓位置安装有接卸挂钩装置，避免人员在车顶维护时受电弓意外升起。滑板条选用纯碳型，具有：重量轻，强度高、导电性、耐磨性好等特点，磨耗可达20万公里以上。
所述定位装置为PCV图像处理定位装置，所述PCV图像处理定位装置包括PCV读码器和二维码带；
所述PCV图像处理定位装置集成了最先进的照相技术和图像处理技术(读码器)，以及DataMatrix二维码(自粘)带。DataMatrix二维码的数据位呈二维排布，在一个很小的区域表面上提供了高密度的数据信息。PCV读码器通过检测印在自粘带上二维条码确定当前位置。
所述PCV图像处理定位装置具有以下几个特点：
1)读码器与DataMatrix二维码带平行安装，无机械接触，无机械磨损；
2)连续的自诊断功能确保系统工作时的可靠性，高精确定位，精度可达±0.1mm；
3)码带高度非常窄，双列二维码带高度为25mm，单列二维码带高度仅为16mm，可以设置在狭窄的平行轨道上；
4)可靠，耐用，PCV读码器原理是光学视觉系统，内部部件全部是密封固定的，没有移动部件。不使用激光二极管，内部没有高速旋转多棱镜，使其使用寿命更长。
所述雷达防撞装置为倍加福公司的R21000系列区域防撞装置，所述R21000系列区域防撞装置基于脉冲测距技术，采用平均值算法采用了大光斑的设计，由11路发射器，发射光源为红外LED光源，以及5路接收器组成；距离测量采用平均算法(5路接收器同时测量距离)，可以减少因目标物表面结构产生的影响；当被检测区域有障碍物时，环道加速加载系统自动减速停止运行。避免发生意外情况。
所述环道加速加载系统尺寸宽6600mm×高3700mm×长3500mm(尺寸不包含运行轨道)，直驱电机驱动，运行速度调整范围为0～60km/h；采用液压的方式加载，加载轮轴组合有单轴4轮、双联轴8轮两种，轮轴侧移距离为500mm，试验轴载调整范围为100～280kN；环道采用双侧轨道结构，实现装置导向及加载反作用力支撑，供电系统采用轨道交通接触网式供电。装置检测信号由无线传输系统传递到上位机，实现远程控制。
下面以具体实施为例：
所述环道加速加载系统以工业电源提供动力，由直驱伺服电机驱动车桥，带动环道加速加载系统在环形轨道内运动。装置在环道内运动时通过受电弓从环道上方的供电网取电。各种检测信号由无线传输系统传递到上位机，同时实现对环道加载车的控制。
1.通过液压加载模拟车辆荷载大小；试验轴载调整范围为100～280kN；
2.通过调整不同的轮轴组成来模拟车辆的荷载构型。轮轴组有单轴单轮组、单轴双轮组、双轴单轮组、双轴双轮组方式调整，轮轴侧移范围±250mm。加速加载系统尺寸宽6600mm×高3700mm×长3500mm(尺寸不包含运行轨道)。
3.通过改变运行速度控制加载频率，运行速度调整范围为0～60km/h，从而模拟实际车辆在多级多样荷载作用下的加速加载试验。
其功能要求和技术指标如下：
有效试验路面宽度6m
加载模式：单轴双轮、双轴四轮、单轴四轮、双轴八轮
加载方式：液压加载
运行速度：0～60km/h，控制精度±1％,检测精度±1％
加载方式：最小轴载100kN，最大单轴载225kN，最大双联轴载280kN；最
大单轴载/双联轴载时，加载速度不大于20km/h，控制精度±2％,检测精度
±0.5％
装置具有辅助换轮机构
侧移距离：±250mm，控制精度±1％,检测精度±1％
装置重量：7t
装机功率：110kW，驱动电机100Kw
环道加载装置由电机驱动，电机直接固定在装置传动桥上，驱动轮组带动被动轮组实现沿环道的运行。加载方式采用液压加载的形式，对试验路面进行加载。加载装置上采用直驱电机驱动轮轴，直驱
电机可以在低速时输出较大扭矩，可靠性好，使用寿命长。加载装置从静止加速到最大速度时间为30～50秒。电机启停及变速由无线控制器控制，控制室在环道一侧。
装置采用受电弓取电。加载装置轮轴分单轴和双轴，根据实验要求可以实现双轮、四轮之间转换。加载装置上装有蓄能器由液压缸完成装置加载，液压缸的行程大于150mm，满足试验加载路面车辙的深度，装置停止时为蓄能器加压，通过液压阀调节压力达到所需加载载荷。蓄能器与液压缸之间装有压力传感器，实时检测轮载。加载装置上装有液压推杆，可以使轮胎侧向移动，最大侧移距离为±250mm。
液压加载过程如下：1)通过氮气充气装置将一定压力的氮气充入储能罐，2)液压缸固定在主框架上，输出液压力施加到侧移框架上，再通过连杆、加载梁、车桥传动机构传递到车轮上，并将力传递到路面，实现对路面定力加载。储能罐分为两部分空间，一部分充满液压油，输出液压力；另一部分充满氮气，通过调整气体压力来实现液压力变化调整。当路面出现车辙时，液压缸内油量会发生变化。由于液压缸容积相对于储能罐较小，因此其油量变化对储能罐输出的液压力变化影响较小，从而减小路面加载力的波动。
检测系统中：
1)车载摄像装置设置于环道加速加载系统主框架上，用于实时监测道路状态。
2)激光车辙测量装置设置于环道加速加载系统主框架上，用于实时监测路面车辙深度。
3)位移检测传感器采用中航特制高寿命抗恶劣环境传感器，它内置磁感应传感器，通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。用于检测车体上下移动。
4)压力检测传感器用于检测储能罐压力
压力检测传感器采用陶瓷膜片式压力传感器。压力作用在陶瓷膜片的前表面，膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥。这时利用压敏电阻的压阻效应，惠斯通电桥会产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿，并可以和绝大多数介质直接接触。
5)温度检测传感器用于检测储能罐内液压油及气体温度，避免温度过高发生危险。
表1直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统主要技术参数
本实施例的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统在开放式试验环道内自动运行，可模拟实际行车荷载在实际道路上的运行情况，通过加速加载试验进行路面材料与结构服役行为与力学性能研究。
所述环道加速加载系统采用液压加载，装置运行至弯道部分离心力较小，大大降低了安全防护装置的要求，提高装置运行安全性和稳定性。
所述环道加速加载系统属于开放式环道加载装置不控制环境温度，因此装置运行过程中没有极端温度环境，降低了装置各部件的设计要求，降低制造费用。

Claims (10)

1.一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述环道加速加载系统包括：
一提供前进动力的驱动装置；
一起到缩短系统整体长度、提高系统稳定性作用的传动装置；
一用于提供可调轴载的加载装置；
一用于实现设备横向侧移、模拟真实交通荷载分布的侧移装置；
一提供液压加载的液压泵站；
一重卡后悬架；
一用于支撑所述加载装置的反作用力，并在轨道上使所述环道环道加速加载系统行驶运行以增强系统稳定性的轨道轮组；
一用于集成其他装置的骨架；
一通过空气弹簧的充气和排气来实现升弓和降弓的受电弓装置；
一用于确认所述环道加速加载系统当前位置的定位装置；
一雷达防撞装置；
一将检测信号转换为无线信号数据后进行传输并分析处理的无线传输装置；
所述驱动装置固定在所述骨架上，所述传动装置设置在所述驱动装置和所述重卡后悬架之间；所述加载装置设置在所述骨架下方；所述骨架通过所述加载装置与所述重卡后悬架连接；所述侧移装置通过横移杆与所述骨架相连；所述液压泵站设置在所述骨架右侧；所述轨道轮组设置在所述骨架两侧；所述受电弓装置设置于所述骨架的顶部；所述定位装置设置于所述骨架左侧；所述雷达防撞装置设置于所述骨架前部；所述无线传输装置设置于所述骨架右侧并与所述液压泵站对称。
2.根据权利要求1所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述液压泵站包含液压泵、电磁控制阀、温度传感器和液压传感器；
所述电磁控制阀设置于液压泵出口位置，所述温度传感器和所述液压传感器在液压管路内部。
3.根据权利要求1所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述传动装置包括：
一起到传递旋转扭力、补偿轴间安装偏差、吸收设备振动和缓冲载荷冲击的作用的万向联轴器；
一第一换向器；
一第二换向器
所述第一换向器、第二换向器均与所述万向联轴器连接；所述第一换向器与所述驱动装置的电机轴相连；所述第二换向器与所述重卡后悬架连接。
4.根据权利要求3所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述第一换向器和所述第二换向器均为螺旋伞齿轮换向器，所述螺旋伞齿轮换向器传动比为1:1。
5.根据权利要求1所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述加载装置包括：
一加载液压缸；
一位移传感器；
一压力传感器；
一加载梁；
所述位移传感器和压力传感器设置于所述加载液压缸内部，所述加载液压缸作用于所述加载梁，蓄能器通过油管与所述加载液压缸连接，所述加载梁与所述重卡后悬架连接。
6.根据权利要求1所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述侧移装置包括侧移液压缸、位移传感器、导向轴、侧移梁和铰座；
所述侧移液压缸与所述侧移梁连接，所述侧移梁两侧设置所述导向轴，所述侧移梁与所述重卡后悬架连接，所述位移传感器置于所述侧移液压缸内，所述铰座连接所述侧移液压缸和所述侧移梁。
7.根据权利要求1所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述轨道轮组包括：
一用于支承加载装置反作用力并在轨道上使加载装置行驶运行的承载轮组；
一导向轮组；
所述承载轮组和所述导向轮组均设置在所述骨架两侧下方。
8.根据权利要求1所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述定位装置为PCV图像处理定位装置，所述PCV图像处理定位装置包括PCV读码器和二维码带；
所述PCV读码器通过检测印在自粘带上二维条码确定当前位置。
9.根据权利要求7所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述承载轮组水平偏斜值的范围是±0.5cm。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种直驱伺服电机驱动的环道加速加载系统，其特征在于，所述骨架为车用冷弯空心型钢焊接、铆接而成的。
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