CN113029601A - 一种轮胎田间测试平台及其测试方法 - Google Patents

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陈立平
孟志军
付卫强
武广伟
丛岳
张安琪
罗长海
郭洁滨
秦五昌
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Abstract

本发明提供一种轮胎田间测试平台及其测试方法，所述轮胎田间测试平台包括牵引装置、测试台架及传感器组件；测试台架设有旋转驱动机构，测试台架上安装待测轮胎，待测轮胎能够沿着牵引装置的牵引方向滚动；传感器组件包括扭矩传感器与测力传感器，旋转驱动机构的输出端具有与扭矩传感器的第一端连接的第一状态及与扭矩传感器的第一端脱离的第二状态，扭矩传感器的第二端与待测轮胎连接；牵引装置与测试台架之间连接测力传感器。本发明可对轮胎的作业场景进行真实地模拟，能够准确地检测出轮胎在作为驱动轮时的滚动阻力与驱动力及作为从动轮时的滚动阻力，便于依据所检测的数据对轮胎与土壤之间的相互作用机理进行研究。

Description

一种轮胎田间测试平台及其测试方法
技术领域
本发明涉及轮胎性能测试技术领域，尤其涉及一种轮胎田间测试平台及其测试方法。
背景技术
轮胎的附着性能、滚动阻力及对土壤的压实特性受到多种因素的影响，这些影响因素不仅包括轮胎的材料、胎压、胎纹及垂直载荷，还包括机具的作业速度、田间土壤状况等。现有的研究轮胎与地面之间相互作用的方法主要分为四种：第一种为圆锥指数法，该方法简单快捷，操作方便，但是，简化较为严重；第二种为模型试验与因次分析法，该方法通过相似模型进行试验，可缩短研发周期和成本，但是，缺少相关试验验证；第三种为理论分析法，该方法包括连续介质力学、流变学、弹塑性理论、离散单元方法、有限元及边界元方法等，成本低、耗时短，但是，同样缺乏实车试验验证；第四种为采用现有力学、土力学等理论对车轮与土壤间相互作用进行分析，在试验基础上推出车辆和土壤参数简化模型的半经验法，建立车辆和土壤相互关系的数学模型，为车辆性能预测提供理论依据。
农用轮胎在运动过程中根据受力情况的不同，可能出现纯转动、滑转、滑移三种运动状态。田间农业行走车辆的压力-沉陷、滑转-沉陷及牵引试验的验证性能指标包括：土壤压实、沉陷量、牵引力、滑动率等。现有的农用轮胎通常在室内土槽进行，其土壤力学特性通常采用承压、环剪试验等获得，车辆牵引性能通常额外增加一台牵引车进行。但是，这些轮胎测试方法难以对轮胎的作业场景进行真实地模拟，试验条件不易控制，操作复杂，不能准确检测轮胎的性能指标，难以为轮胎与土壤的相互作用机理的研究提供科学依据。
发明内容
本发明提供一种轮胎田间测试平台及其测试方法，用以解决现有的轮胎测试方法难以对轮胎的作业场景进行真实地模拟，不能准确检测轮胎的性能指标的问题。
本发明提供一种轮胎田间测试平台，包括：牵引装置、测试台架及传感器组件；所述测试台架设有旋转驱动机构，所述测试台架上用于安装待测轮胎，所述待测轮胎能够沿着所述牵引装置的牵引方向滚动；所述传感器组件包括扭矩传感器与测力传感器，所述旋转驱动机构的输出端具有与所述扭矩传感器的第一端连接的第一状态及与所述扭矩传感器的第一端脱离的第二状态，所述扭矩传感器的第二端用于与所述待测轮胎连接；所述牵引装置与所述测试台架之间连接所述测力传感器。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述测试台架包括固定框架与移动框架，所述固定框架与所述移动框架之间装有施力装置，所述施力装置用于向所述移动框架施加沿竖直方向上的作用力；所述移动框架上安装所述旋转驱动机构与所述扭矩传感器。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述测试台架还包括竖直导向机构；所述竖直导向机构形成于所述固定框架与所述移动框架之间；所述竖直导向机构包括导向杆与滑动轴承；所述滑动轴承套设于所述导向杆上；所述滑动轴承设置于所述移动框架上，所述导向杆设置于所述固定框架上。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述传感器组件还包括拉压传感器，所述施力装置的固定端与所述固定框架连接，所述施力装置的输出端能够沿竖直方向移动，且所述输出端与所述移动框架之间安装所述拉压传感器。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述传感器组件还包括位移传感器，所述位移传感器安装于所述固定框架上，所述位移传感器的检测端伸向所述待测轮胎，以用于检测所述待测轮胎在竖直方向上移动的位移。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述施力装置为液压缸，所述测试台架上还设有液压蓄能器，所述液压蓄能器上的第一端用于与所述牵引装置上的液压系统连接，所述液压蓄能器上的第二端与所述液压缸连接。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述传感器组件还包括第一测速传感器与第二测速传感器，所述第一测速传感器安装于所述牵引装置上，以用于检测所述牵引装置移动的速度；所述第二测速传感器安装于所述测试台架上，以用于检测所述待测轮胎的转速。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述牵引装置上设有分置式液压三点悬挂系统，所述测力传感器包括测力销轴；所述分置式液压三点悬挂系统与所述测试台架之间通过所述测力销轴连接。
根据本发明提供的一种轮胎田间测试平台，所述旋转驱动机构的输出端用于通过第一连接轴与所述扭矩传感器的第一端同轴连接，所述扭矩传感器的第二端用于通过第二连接轴与所述待测轮胎同轴连接；和/或，所述旋转驱动机构包括液压马达，所述液压马达用于与所述牵引装置上的液压系统连接。
本发明还提供一种如上所述的轮胎田间测试平台的测试方法，包括：将旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端连接，启动旋转驱动机构，由旋转驱动机构通过扭矩传感器向待测轮胎提供旋转驱动，以使得牵引装置在待测轮胎的驱动下移动；采集测力传感器上的第一牵引力信息，依据所述第一牵引力信息获取待测轮胎上的滚动阻力；对牵引装置进行刹车制动，实时获取扭矩传感器上的扭矩信息，依据所述扭矩信息获取所述待测轮胎上的驱动力；或者，将旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端脱离，启动牵引装置，以使得待测轮胎沿着牵引装置的牵引方向滚动；采集测力传感器上的第二牵引力信息，依据所述第二牵引力信息获取待测轮胎上的滚动阻力。
根据本发明提供的一种测试方法，还包括：在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相连接或脱离的情况下，分别采集拉压传感器与位移传感器上的数据，依据所述拉压传感器所检测的数据，获取待测轮胎的垂直载荷；依据所述位移传感器所检测到的数据，获取待测轮胎的沉陷量；还包括：在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相连接的情况下，分别采集第一测速传感器与第二测速传感器上的数据，以获取待测轮胎的滑转率；在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相脱离的情况下，分别采集第一测速传感器与第二测速传感器上的数据，以获取待测轮胎的滑移率。
本发明提供的一种轮胎田间测试平台及其测试方法，通过设置牵引装置、测试台架及传感器组件，在将测试台架上的旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端连接时，待测轮胎可用作模拟机具上的驱动轮，牵引装置相应地作为向待测轮胎提供阻力的负荷车，依据扭矩传感器与测力传感器所检测的数据，可获取待测轮胎上的滚动阻力与驱动力；而在将测试台架上的旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端脱离时，待测轮胎可用作模拟机具上的从动轮，牵引装置相应地作为机具上向待测轮胎提供驱动力的动力装置，依据扭矩传感器与测力传感器所检测的数据，可获取待测轮胎上的滚动阻力。
由此可见，本发明便于对轮胎的作业场景进行真实地模拟，能够准确地检测出轮胎在作为驱动轮时的滚动阻力与驱动力，并检测出轮胎在作为从动轮时的滚动阻力，便于依据所检测的数据对轮胎与土壤之间的相互作用机理进行研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种轮胎田间测试平台的主视结构示意图；
图2是本发明提供的一种轮胎田间测试平台的俯视结构示意图；
附图标记：
1：牵引装置； 2：测试台架； 3：旋转驱动机构；
4：待测轮胎； 5：扭矩传感器； 6：第一连接轴；
7：第二连接轴； 8：施力装置； 9：竖直导向机构；
10：拉压传感器； 11：位移传感器； 12：液压蓄能器；
13：第一测速传感器； 14：第二测速传感器； 15：测力传感器；
16：数据采集器； 21：固定框架； 22：移动框架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图2描述本发明的一种轮胎田间测试平台及其测试方法。
如图1与图2所示，本实施例提供一种轮胎田间测试平台，包括：牵引装置1、测试台架2及传感器组件；测试台架2设有旋转驱动机构3，测试台架2上用于安装待测轮胎4，待测轮胎4能够沿着牵引装置1的牵引方向滚动；传感器组件包括扭矩传感器5与测力传感器15，旋转驱动机构3的输出端具有与扭矩传感器5的第一端连接的第一状态及与扭矩传感器5的第一端脱离的第二状态，扭矩传感器5的第二端与待测轮胎4连接；牵引装置1与测试台架2之间连接测力传感器15。
具体地，本实施例通过设置牵引装置1、测试台架2及传感器组件，在将测试台架2上的旋转驱动机构3的输出端与扭矩传感器5的第一端连接时，待测轮胎4可用作模拟机具上的驱动轮，牵引装置1相应地作为向待测轮胎4提供阻力的负荷车，依据扭矩传感器5与测力传感器15所检测的数据，可获取待测轮胎4上的滚动阻力与驱动力；而在将测试台架2上的旋转驱动机构3的输出端与扭矩传感器5的第一端脱离时，待测轮胎4可用作模拟机具上的从动轮，牵引装置1相应地作为机具上向待测轮胎4提供驱动力的动力装置，依据测力传感器所检测的数据，可获取待测轮胎4上的滚动阻力。
由此可见，本发明便于对待测轮胎的作业场景进行真实地模拟，能够准确地检测出待测轮胎在作为驱动轮时的滚动阻力与驱动力，并检测出待测轮胎在作为从动轮时的滚动阻力，便于依据所检测的数据对待测轮胎与土壤之间的相互作用机理进行研究。
在此应指出的是，在待测轮胎4用作模拟机具上的驱动轮，并在驱动轮匀速行驶时，依据测力传感器15所检测到的牵引力信息，获取待测轮胎4上的滚动阻力。在牵引装置1进行刹车制动时，依据扭矩传感器5所检测到的扭力信息与待测轮胎4的半径，获取待测轮胎4上的驱动力。
与此同时，在待测轮胎4用作模拟机具上的从动轮，并在牵引装置1的牵引下进行匀速行驶的过程中，依据测力传感器15所检测到的牵引力信息，获取待测轮胎4上的滚动阻力。
进一步地，如图1与图2所示，本实施例所示的测试台架2包括固定框架21与移动框架22，固定框架21与移动框架22之间装有施力装置8，施力装置8用于向移动框架22施加沿竖直方向上的作用力；移动框架22上安装旋转驱动机构3与扭矩传感器5。
其中，由于待测轮胎4在行驶过程中，待测轮胎4的轮胎面始终与地面相接触，而待测轮胎4转动安装于移动框架22上，施力装置8在向移动框架22施加沿竖直方向上的作用力时，移动框架22会在竖直方向上发生移动，对待测轮胎4施加垂直载荷，会使得待测轮胎4在地面上发生沉陷，便于对待测轮胎4与土壤之间的相互作用进行研究。
进一步地，为了确保施力装置8稳定地向移动框架22施加作用力，以精准地控制对待测轮胎4施加的垂直载荷，本实施例所示的测试台架2还设置有竖直导向机构9；竖直导向机构9形成于固定框架21与移动框架22之间；竖直导向机构9包括导向杆与滑动轴承；滑动轴承套设于导向杆上；滑动轴承设置于移动框架22上，导向杆设置于固定框架21上。其中，导向杆与滑动轴承组成了滑动副，可有效减小导向杆与滑动轴承彼此之间的摩擦阻力。
其中，本实施例所示的固定框架21包括上框架与下框架，本实施例所示的导向杆具体设置有四根，并竖直地设置于上框架与下框架之间。本实施例所示的滑动轴承具体设置有四个，四个滑动轴固定设置于移动框架22的四角位置，并一一对应地套设于四根导向杆上。
进一步地，如图1所示，为了精确地读取对待测轮胎4施加的垂直载荷，本实施例所示的传感器组件还包括拉压传感器10，施力装置8的固定端与固定框架21连接，施力装置8的输出端能够沿竖直方向移动，施力装置8的输出端与移动框架22之间安装拉压传感器10，从而可通过拉压传感器10检测对待测轮胎4施加的垂直载荷。
其中，本实施例所示的施力装置8优选为液压缸，测试台架2上还设有液压蓄能器12，液压蓄能器12上的第一端与牵引装置1上的液压系统连接，液压蓄能器12上的第二端与液压缸连接。在此，本实施例通过液压蓄能器12向液压缸供应液压油，可确保液压缸对移动框架22施力的稳定性，避免液压系统因连续工作而出现发热的问题。
进一步地，如图1所示，本实施例所示的传感器组件还包括位移传感器11，位移传感器11安装于固定框架21上，位移传感器11的检测端伸向待测轮胎4，以用于检测待测轮胎4在竖直方向上移动的位移，从而本实施例基于位移传感器11所检测的数据，可准确地获取待测轮胎4的沉陷量。
进一步地，本实施例所示的传感器组件还包括第一测速传感器13与第二测速传感器14，第一测速传感器13安装于牵引装置1上，以用于检测牵引装置1移动的速度；第二测速传感器14安装于测试台架2上，以用于检测待测轮胎4的转速。其中，第一测速传感器13可以为安装于牵引装置1上码表、编码器等，第二测速传感器14可以为安装于待测轮胎4上的光电码盘或编码器，第二测速传感器14也可以为上述实施例所示的扭矩传感器5，扭矩传感器5在进行扭矩检测时，也可同时检测待测轮胎4的转速。
具体地，在待测轮胎4用作模拟机具上的驱动轮时，本实施例依据第一测速传感器13与第二测速传感器14所检测到的数据，可准确地获取待测轮胎4的滑转率；在待测轮胎4用作模拟机具上的从动轮时，本实施例依据第一测速传感器13与第二测速传感器14所检测到的数据，可准确地获取待测轮胎4的滑移率。
进一步地，本实施例所示的牵引装置1上设有分置式液压三点悬挂系统，测力传感器15具体为测力销轴；分置式液压三点悬挂系统与测试台架2之间通过测力销轴连接。
其中，本实施例所示的牵引装置1具体可以为拖拉机，拖拉机的尾端安装分置式液压三点悬挂系统。本实施例所示的测力销轴具体安装于分置式液压三点悬挂系统与测试台架2之间的上、下铰接点处。在进行实际测试时，本实施例所示的分置式液压三点悬挂系统也可通过液压系统的强压功能，将拖拉机的载荷转移至测试台架2的待测轮胎4上。
进一步地，如图2所示，本实施例所示的旋转驱动机构3的输出端与第一连接轴6的一端可拆卸式连接，第一连接轴6的另一端与扭矩传感器5的第一端同轴设置且可拆卸式连接，扭矩传感器5的第二端与第二连接轴7的一端可拆卸式连接，第二连接轴7的另一端与待测轮胎4同轴设置且可拆卸式连接。
与此同时，本实施例所示的旋转驱动机构3包括液压马达，液压马达与牵引装置1上的液压系统连接。
进一步地，本实施例还可在测试台架2上设置数据采集器16，由数据采集器16分别采集上述实施例所示的扭矩传感器5、测力传感器15、拉压传感器10、位移传感器11、第一测速传感器13及第二测速传感器14的数据，以便对采样数据统一进行处理与分析。
优选地，本实施例还提供一种如上所述的轮胎田间测试平台的测试方法，包括：将旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端连接，启动旋转驱动机构，由旋转驱动机构通过扭矩传感器向待测轮胎提供旋转驱动，以使得牵引装置在待测轮胎的驱动下移动；采集测力传感器上的第一牵引力信息，依据所述第一牵引力信息获取待测轮胎上的滚动阻力；对牵引装置进行刹车制动，实时获取扭矩传感器上的扭矩信息，依据所述扭矩信息获取所述待测轮胎上的驱动力；或者，将旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端脱离，启动牵引装置，以使得待测轮胎沿着牵引装置的牵引方向滚动；采集测力传感器上的第二牵引力信息，依据所述第二牵引力信息获取待测轮胎上的滚动阻力。
进一步地，本实施例所示的测试方法，还包括：在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相连接或脱离的情况下，分别采集拉压传感器与位移传感器上的数据，依据所述拉压传感器所检测的数据，获取待测轮胎的垂直载荷；依据所述位移传感器所检测到的数据，获取待测轮胎的沉陷量。
进一步地，本实施例所示的测试方法，还包括：在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相连接的情况下，分别采集第一测速传感器与第二测速传感器上的数据，以获取待测轮胎的滑转率；在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相脱离的情况下，分别采集第一测速传感器与第二测速传感器上的数据，以获取待测轮胎的滑移率。
综上所示，本实施例所示的测试平台便于对待测轮胎的作业场景进行真实地模拟，待测轮胎在测试时既可作为驱动轮，又可作为从动轮，可依据扭矩传感器、测力传感器、拉压传感器、位移传感器、第一测速传感器及第二测速传感器所检测的数据，准确地计算待测轮胎的滚动阻力、滑转率、滑动率等牵引性能数据与土壤压力-沉陷、轮胎滑动-沉陷数据，可实现待测轮胎的前进速度、垂直载荷可控制，扭矩转速、滑动率、沉陷量可测量，为车辆牵引性能、土壤压力-沉陷、滑转-沉陷等科学研究提供试验平台和数据支撑。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轮胎田间测试平台，其特征在于，包括：
牵引装置；
测试台架，设有旋转驱动机构，所述测试台架上用于安装待测轮胎，所述待测轮胎能够沿着所述牵引装置的牵引方向滚动；
传感器组件，包括扭矩传感器与测力传感器，所述旋转驱动机构的输出端具有与所述扭矩传感器的第一端连接的第一状态及与所述扭矩传感器的第一端脱离的第二状态，所述扭矩传感器的第二端用于与所述待测轮胎连接；所述牵引装置与所述测试台架之间连接所述测力传感器。
2.根据权利要求1所述的轮胎田间测试平台，其特征在于，所述测试台架包括固定框架与移动框架，所述固定框架与所述移动框架之间装有施力装置，所述施力装置用于向所述移动框架施加沿竖直方向上的作用力；所述移动框架上安装所述旋转驱动机构与所述扭矩传感器。
3.根据权利要求2所述的轮胎田间测试平台，其特征在于，所述测试台架还包括竖直导向机构；所述竖直导向机构形成于所述固定框架与所述移动框架之间；所述竖直导向机构包括导向杆与滑动轴承；所述滑动轴承套设于所述导向杆上；所述滑动轴承设置于所述移动框架上，所述导向杆设置于所述固定框架上。
4.根据权利要求2所述的轮胎田间测试平台，其特征在于，所述传感器组件还包括拉压传感器，所述施力装置的固定端与所述固定框架连接，所述施力装置的输出端能够沿竖直方向移动，且所述输出端与所述移动框架之间安装所述拉压传感器。
5.根据权利要求4所述的轮胎田间测试平台，其特征在于，所述传感器组件还包括位移传感器，所述位移传感器安装于所述固定框架上，所述位移传感器的检测端伸向所述待测轮胎，以用于检测所述待测轮胎在竖直方向上移动的位移。
6.根据权利要求4所述的轮胎田间测试平台，其特征在于，所述施力装置为液压缸，所述测试台架上还设有液压蓄能器，所述液压蓄能器上的第一端用于与所述牵引装置上的液压系统连接，所述液压蓄能器上的第二端与所述液压缸连接。
7.根据权利要求1至6任一所述的轮胎田间测试平台，其特征在于，所述传感器组件还包括第一测速传感器与第二测速传感器，所述第一测速传感器安装于所述牵引装置上，以用于检测所述牵引装置移动的速度；所述第二测速传感器安装于所述测试台架上，以用于检测所述待测轮胎的转速。
8.根据权利要求1至6任一所述的轮胎田间测试平台，其特征在于，所述牵引装置上设有分置式液压三点悬挂系统，所述测力传感器包括测力销轴；所述分置式液压三点悬挂系统与所述测试台架之间通过所述测力销轴连接；
和/或，所述旋转驱动机构的输出端用于通过第一连接轴与所述扭矩传感器的第一端同轴连接，所述扭矩传感器的第二端用于通过第二连接轴与所述待测轮胎同轴连接；
和/或，所述旋转驱动机构包括液压马达，所述液压马达用于与所述牵引装置上的液压系统连接。
9.一种如权利要求1至8任一所述的轮胎田间测试平台的测试方法，其特征在于，包括：
将旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端连接，启动旋转驱动机构，由旋转驱动机构通过扭矩传感器向待测轮胎提供旋转驱动，以使得牵引装置在待测轮胎的驱动下移动；采集测力传感器上的第一牵引力信息，依据所述第一牵引力信息获取待测轮胎上的滚动阻力；
对牵引装置进行刹车制动，实时获取扭矩传感器上的扭矩信息，依据所述扭矩信息获取所述待测轮胎上的驱动力；
或者，将旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端脱离，启动牵引装置，以使得待测轮胎沿着牵引装置的牵引方向滚动；采集测力传感器上的第二牵引力信息，依据所述第二牵引力信息获取待测轮胎上的滚动阻力。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，
还包括：在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相连接或脱离的情况下，分别采集拉压传感器与位移传感器上的数据，依据所述拉压传感器所检测的数据，获取待测轮胎的垂直载荷；依据所述位移传感器所检测到的数据，获取待测轮胎的沉陷量；
还包括：在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相连接的情况下，分别采集第一测速传感器与第二测速传感器上的数据，以获取待测轮胎的滑转率；在旋转驱动机构的输出端与扭矩传感器的第一端相脱离的情况下，分别采集第一测速传感器与第二测速传感器上的数据，以获取待测轮胎的滑移率。
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