CN113432891B - 一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置及其试验方法，试验装置包括固定机构和弯曲加载机构，所述固定机构包括试验台、驾驶室、驾驶室前支撑和后支撑，所述驾驶室通过驾驶室前支撑和后支撑固定在试验台上；弯曲加载机构包括驾驶室左右门槛梁中间的加载夹具和夹具上的弯曲加载横杆，所述弯曲加载横杆两端通过竖拉杆与拉力传感器和伺服电机相连，伺服电机通过竖拉杆对弯曲加载横杆施加拉力，使驾驶室左右门槛梁受到弯曲作用力，进而根据拉力传感器和预先布置的位移传感器显示数值，计算得到驾驶室的弯曲刚度。本发明试验装置结构简单、成本低，计算结果与CAE分析结果相接近，可靠性高，相较于传统的试验方法，实用性好，易操作。

Description

一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及货车驾驶室静态弯曲刚度测试技术领域，具体是一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置及其试验方法。

背景技术

平头货车驾驶室对整车而言是一个非常关键的总成，它的弯曲刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节；而驾驶室安装在车架上，不仅受到驾驶室自重及内部载荷作用下的弯曲载荷，而且还受到路面传递上来的扭转载荷等，所以驾驶室的刚度特性决定了它许多方面的性能，比如可靠性、安全性、乘坐的舒适性、车门的密封性以及驾驶室的振动和噪声等。为检验驾驶室抗弯曲的能力，一种可靠实用的平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置和试验方法就显得尤其重要。

目前，对于货车驾驶室弯曲刚度的分析测试，各大厂家会有自己的试验装置和试验方法，重要的区别在于前后支撑的方法和约束条件，以及弯曲加载的位置和方法等等。比如，有的厂家驾驶室前支撑采用的方法是：利用原车连接件刚性固定于前刚性横梁上（全约束），后支撑是采用连接件同样是固定于刚性后横梁上（全约束），此方法是过约束式的支撑约束设计；弯曲试验是按实际的驾驶室承载情况，对座位部位进行加载，对于单排驾驶室，因座椅靠后，加载机构和后支撑纵向位置接近，故加载杆布置困难，难以实施；对双排驾驶室, 用到的加载物和加载机构将较单排会有双倍的增加，对加载机构的控制要求增加，费时且成本会有增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置及其试验方法，对于单排驾驶室，采用的是在门槛梁中心的位置进行加载，且两侧各设置一个挡板，以防止加载时门槛梁适配块下滑；对于双排驾驶室，采用的是靠B柱前门槛梁平坦段的位置进行加载；两种加载方式一律采用100mm×100mm的加载适配块分别放置在加载的左侧和右侧门槛梁上，这样的加载机构设计不仅通用性好，且不受到其它因素的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置，包括驾驶室固定机构和弯曲加载机构，所述驾驶室固定机构包括试验台、驾驶室、驾驶室前支撑、驾驶室后支撑和扭转梁导轨，所述试验台前端设置有扭转梁导轨，所述驾驶室通过驾驶室前支撑和驾驶室后支撑固定在试验台上，所述驾驶室前支撑一端通过连接板一固定于驾驶室翻转支架连接板，另一端通过连接板二固定于扭转梁导轨的滑块上，所述驾驶室后支撑一端通过连接板三固定于驾驶室后部支撑位置，另一端通过连接板四固定于试验台上；

所述弯曲加载机构包括弯曲加载横杆、刚性固定立柱、加载垫块、垫高块、门槛梁加载适配块、挡板、竖拉杆、S型拉压力传感器和伺服电机，所述加载垫块安装于驾驶室两侧门槛梁中间位置，加载垫块上方放置有弯曲加载横杆，下方依次设置有垫高块和门槛梁加载适配块，所述门槛梁加载适配块前表面通过挡板与刚性固定立柱后表面固定连接，所述刚性固定立柱后侧的试验台上设置有伺服电机，所述伺服电机上方通过S型拉压力传感器连接有竖拉杆，所述竖拉杆从弯曲加载横杆两端底部穿出，通过螺母固定在弯曲加载横杆两端。

还包括设置在驾驶室底部纵梁上的传感器布置机构，所述传感器布置机构包括钢球座合件、铝合金T型件和位移传感器，所述钢球座合件由带孔磁性底板和钢球组成，所述钢球座合件通过带孔磁性底板吸附于驾驶室纵梁底部，其下方通过钢球与铝合金T型件顶部平面接触，所述铝合金T型件底部设有通孔，所述位移传感器的探针插入到铝合金T型件底部的通孔内，实现对位移传感器的快速布置。

所述驾驶室前支撑包括驾驶室前左支撑和驾驶室前右支撑，所述驾驶室前左支撑和驾驶室前右支撑一端通过连接板一分别固定于驾驶室前端左右两侧的翻转支架连接板上，另一端通过连接板二分别固定于扭转梁导轨的两个滑块上；所述驾驶室后支撑包括驾驶室后左支撑和驾驶室后右支撑，所述驾驶室后左支撑和驾驶室后右支撑一端通过连接板三分别固定于驾驶室后部两个支撑点，另一端通过连接板四分别固定于试验台上。

所述加载垫块形状为三角形，顶部倒圆角，所述垫高块为长方体木质结构，所述门槛梁加载适配块由精雕油泥材料塑成，软化温度为60℃，所述门槛梁加载适配块塑成后为水平表面标准尺寸100mm×100mm的立柱形，门槛梁加载适配块下方与驾驶室门槛梁不规则弯曲复杂型面相贴合。

一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验方法，试验方法包括以下步骤：

S1.驾驶室的支撑固定

将驾驶室前左支撑和驾驶室前右支撑一端分别与驾驶室前端左右两侧的翻转支架连接板连接固定，另一端通过连接板二安装在扭转梁导轨的两个滑块上；将驾驶室后左支撑和驾驶室后右支撑一端分别与驾驶室后端的两个支撑点相连，另一端通过连接板四固定于试验台上；

S2.弯曲加载机构的安装

在驾驶室门槛梁中间位置放置门槛梁加载适配块，在其上方依次安放垫高块和加载垫块，随后将弯曲加载横杆放置在加载垫块上，并用挡板将门槛梁加载适配块和刚性固定立柱连接固定，之后将两根竖拉杆穿过弯曲加载横杆两端的通孔并通过螺母调节至弯曲加载横杆两端高度一致，最后在两根竖拉杆底部各连接一个S型拉压力传感器，并将这两个S型拉压力传感器分别与一个伺服电机连接；

S3.驾驶室静态弯曲刚度的测定

在驾驶室底部纵梁上布置多个位移传感器，控制试验台两侧的伺服电机同步向下运动，带动S型拉压力传感器和竖拉杆对弯曲加载横杆两端施加拉力，进而令弯曲加载横杆通过加载垫块、垫高块和门槛梁加载适配块对驾驶室施加垂直方向的弯曲作用力，记录驾驶室在不同的弯曲载荷作用下，读取布置在驾驶室纵梁底部各位移传感器中的最大位移值，并根据静态弯曲刚度计算公式，计算得到驾驶室的静态弯曲刚度。

所述弯曲加载横杆共有两种布置方式：①对于单排驾驶室：所述弯曲加载横杆布置于门槛梁的中间位置；②对于双排驾驶室：所述弯曲加载横杆布置于驾驶室靠近B柱前门槛梁的平坦段位置。

步骤S3中所述根据静态弯曲刚度计算公式，计算得到驾驶室的静态弯曲刚度，静态弯曲刚度的计算公式为：K弯曲=F/Dmax；其中，F表示弯曲作用力；Dmax表示驾驶室在弯曲作用力下各测量点的最大位移值。

本发明的有益效果：

1、本发明试验装置结构简单、成本低，通过对驾驶室弯曲加载机构的设计，能够实现对不同车型（单排驾驶室、多排驾驶室）的弯曲对比试验分析，便于同CAE分析达成一致的边界条件，且其理论计算结果与CAE分析接近；

2、本发明一种驾驶室静态弯曲刚度试验方法，相较其它传统的驾驶室弯曲刚度试验方法，此试验方法的通用性好，简单实用，易操作。

附图说明

图1为本发明一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置的结构示意图；

图2为图1中弯曲加载横杆下部夹具的局部放大示意图；

图3为本发明位移传感器布置机构的结构示意图；

图4为本发明实施例中驾驶室固定在试验台上的结构示意图；

图5为本发明一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验方法的流程图；

图中：1、试验台；2、驾驶室；3、驾驶室前支撑；301、驾驶室前左支撑；302、驾驶室前右支撑；4、驾驶室后支撑；401、驾驶室后左支撑；402、驾驶室后右支撑；5、扭转梁导轨；601、连接板一；602、连接板二；603、连接板三；604、连接板四；7、翻转支架连接板；8、弯曲加载横杆；9、刚性固定立柱；10、加载垫块；11、垫高块；12、门槛梁加载适配块；13、挡板；14、竖拉杆；15、S型拉压力传感器；16、伺服电机；17、螺母；18、钢球座合件；1801、带孔磁性底板；1802、钢球；19、铝合金T型件；20、位移传感器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式并且结合附图和实例对本发明作进一步的说明。

实施例：参见图1-5。

一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置，如图1所示，包括驾驶室固定机构和弯曲加载机构，所述驾驶室固定机构包括试验台1、驾驶室2、驾驶室前支撑3、驾驶室后支撑4和扭转梁导轨5，所述试验台1前端设置有扭转梁导轨5，所述驾驶室2通过驾驶室前支撑3和驾驶室后支撑4固定在试验台1上，所述驾驶室前支撑3一端通过连接板一601固定于驾驶室翻转支架连接板7，另一端通过连接板二602固定于扭转梁导轨5的滑块上，所述驾驶室后支撑4一端通过连接板三603固定于驾驶室后部支撑位置，另一端通过连接板四604固定于试验台上；

所述弯曲加载机构包括弯曲加载横杆8、刚性固定立柱9、加载垫块10、垫高块11、门槛梁加载适配块12、挡板13、竖拉杆14、S型拉压力传感器15和伺服电机16，所述加载垫块10安装于驾驶室两侧门槛梁中间位置，加载垫块10上方放置有弯曲加载横杆8，下方依次设置有垫高块11和门槛梁加载适配块12，所述门槛梁加载适配块12前表面通过挡板13与刚性固定立柱9后表面固定连接，所述刚性固定立柱9后侧的试验台1上设置有伺服电机16，所述伺服电机16上方通过S型拉压力传感器15连接有竖拉杆14，所述竖拉杆14从弯曲加载横杆8两端底部穿出，通过螺母17固定在弯曲加载横杆8两端。

所述驾驶室前支撑3包括驾驶室前左支撑301和驾驶室前右支撑302，所述驾驶室前左支撑301和驾驶室前右支撑302一端通过连接板一601分别固定于驾驶室前端左右两侧的翻转支架连接板7上，另一端通过连接板二602分别固定于扭转梁导轨5的两个滑块上；所述驾驶室后支撑4包括驾驶室后左支撑401和驾驶室后右支撑402，所述驾驶室后左支撑401和驾驶室后右支撑402一端通过连接板三603分别固定于驾驶室后部两个支撑点上，另一端通过连接板四604分别固定于试验台1上。

如图2所示，所述加载垫块10形状为三角形，顶部倒圆角，所述垫高块11为长方体木质结构，所述门槛梁加载适配块12由精雕油泥材料塑成，软化温度为60℃，所述门槛梁加载适配块12塑成后为水平表面标准尺寸100mm×100mm的立柱形，门槛梁加载适配块下方与驾驶室2门槛梁不规则弯曲复杂型面相贴合。

如图3所示，还包括设置在驾驶室2底部纵梁上的传感器布置机构，所述传感器布置机构包括钢球座合件18、铝合金T型件19和位移传感器20，所述钢球座合件18由带孔磁性底板1801和钢球1802组成，所述钢球座合件18通过带孔磁性底板1801吸附于驾驶室2纵梁底部，其下方通过钢球1802与铝合金T型件19顶部平面接触，所述铝合金T型件19底部设有通孔，所述位移传感器20的探针插入到铝合金T型件19底部的通孔内，实现对位移传感器20的快速布置。

如图5所示，一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验方法，试验方法包括以下步骤：

S1.驾驶室的支撑固定

将驾驶室前左支撑301和驾驶室前右支撑302一端分别与驾驶室2前端左右两侧的翻转支架连接板7连接固定，另一端通过连接板二602安装在扭转梁导轨5的两个滑块上；将驾驶室后左支撑401和驾驶室后右支撑402一端分别与驾驶室2后端的两个支撑点相连，另一端通过连接板四604固定于试验台1上；

S2.弯曲加载机构的安装

在驾驶室2门槛梁中间位置放置门槛梁加载适配块12，在其上方依次安放垫高块11和加载垫块10，随后将弯曲加载横杆8放置在加载垫块10上，并用挡板13将门槛梁加载适配块12和刚性固定立柱9连接固定，之后将两根竖拉杆14穿过弯曲加载横杆8两端的通孔并通过螺母17调节至弯曲加载横杆8两端高度一致，最后在两根竖拉杆14底部各连接一个S型拉压力传感器15，并将这两个S型拉压力传感器分别与一个伺服电机16连接；

S3.驾驶室静态弯曲刚度的测定

在驾驶室2底部纵梁上布置多个位移传感器20，控制试验台1两侧的伺服电机16同步向下运动，带动S型拉压力传感器15和竖拉杆14对弯曲加载横杆8两端施加拉力，进而令弯曲加载横杆8通过加载垫块10、垫高块11和门槛梁加载适配块12对驾驶室2施加垂直方向的弯曲作用力，记录驾驶室2在不同的弯曲载荷作用下，读取布置在驾驶室2纵梁底部各位移传感器20中的最大位移值，并根据静态弯曲刚度计算公式，计算得到驾驶室2的静态弯曲刚度。

所述弯曲加载横杆8共有两种布置方式：①对于单排驾驶室：所述弯曲加载横杆8布置于门槛梁的中间位置；②对于双排驾驶室：所述弯曲加载横杆8布置于驾驶室2靠近B柱前门槛梁的平坦段位置。

步骤S3中所述根据静态弯曲刚度计算公式，计算得到驾驶室2的静态弯曲刚度，静态弯曲刚度的计算公式为：K弯曲=F/Dmax；其中，F表示弯曲作用力；Dmax表示驾驶室2在弯曲作用力下各测量点的最大位移值。

请参阅图1-图5，下面对本发明的工作原理和过程作进一步的说明。

将平头货车驾驶室2通过驾驶室前支撑3、驾驶室后支撑4固定于试验台上，驾驶室2固定后处于水平状态且横向对称于试验台1的纵向中心线，其中，驾驶室前、后支撑均放置在驾驶室2的主要支撑位置，驾驶室前支撑3上部通过连接板一601(带关节轴承)固定于驾驶室翻转支架连接板7所处的支撑位置，驾驶室前支撑3下部通过连接板二602带关节轴承固定于扭转梁导轨5的滑块上(滑块在驾驶室2支撑和调整完成后是固定的)，驾驶室后支撑4上部通过连接板三603(带关节轴承)固定于驾驶室2后部支撑位置，驾驶室后支撑4下部通过连接板四604(带关节轴承)直接固定于试验台1上；支撑完成后，驾驶室前左支撑301约束Y、Z向，驾驶室前右支撑302约束Z向，驾驶室后左支撑401约束X、Y、Z向，驾驶室后右支撑402约束X、Z向。

对于实际的弯曲试验，一根弯曲加载横杆8横穿驾驶室2且对称驾驶室2的纵向中心线，架在左、右门槛梁中间位置的加载夹具上，弯曲加载横杆8左、右两端的通孔分别通过一根竖拉杆14与S型拉压力传感器15及伺服电机16相连，对于平头单排驾驶室，因左、右门槛梁中间位置是一个弯曲较大的曲面，门槛梁加载适配块12放置在此曲线段，在其前侧面需设有一个垂面紧靠的挡板13，以阻止门槛梁加载适配块12在加载时受力下滑，挡板13安装在一个固定于试验台1的刚性固定立柱9上；当弯曲加载试验开始时，试验员控制试验台1两侧的伺服电机16同时向下运动，通过弯曲加载横杆8将力对称传递给左、右门槛梁，使驾驶室2受到垂直方向的弯曲作用力，在不同的弯曲载荷作用下，读取布置在驾驶室2底部纵梁上的位移传感器20的位移值，得到在不同载荷下取各测点中最大位移值，并按拉压力传感器所显示的总加载力除以最大位移值即K弯曲=F/Dmax来计算出驾驶室2的弯曲刚度。

综上所述，本发明一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置结构简单、成本低，能够通过对驾驶室弯曲加载机构的设计，实现对不同车型（单排驾驶室、多排驾驶室）的弯曲对比试验分析，并且与CAE分析有着一致的边界条件，依据公式所得的理论计算结果与CAE分析结果相接近，试验结果可靠；且本发明的试验方法，相较其它传统的驾驶室弯曲刚度试验方法，通用性好，简单实用，易操作，适合推广。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置，包括驾驶室固定机构和弯曲加载机构，其特征在于，所述驾驶室固定机构包括试验台（1）、驾驶室（2）、驾驶室前支撑（3）、驾驶室后支撑（4）和扭转梁导轨（5），所述试验台（1）前端设置有扭转梁导轨（5），所述驾驶室（2）通过驾驶室前支撑（3）和驾驶室后支撑（4）固定在试验台（1）上，所述驾驶室前支撑（3）一端通过连接板一（601）固定于驾驶室翻转支架连接板（7），另一端通过连接板二（602）固定于扭转梁导轨（5）的滑块上，所述驾驶室后支撑（4）一端通过连接板三（603）固定于驾驶室后部支撑点，另一端通过连接板四（604）固定于试验台上；

所述弯曲加载机构包括弯曲加载横杆（8）、刚性固定立柱（9）、加载垫块（10）、垫高块（11）、门槛梁加载适配块（12）、挡板（13）、竖拉杆（14）、S型拉压力传感器（15）和伺服电机（16），所述加载垫块（10）安装于驾驶室两侧门槛梁中间位置，加载垫块（10）上方放置有弯曲加载横杆（8），下方依次设置有垫高块（11）和门槛梁加载适配块（12），所述门槛梁加载适配块（12）前表面通过挡板（13）与刚性固定立柱（9）后表面固定连接，所述刚性固定立柱（9）后侧的试验台（1）上设置有伺服电机（16），所述伺服电机（16）上方通过S型拉压力传感器（15）连接有竖拉杆（14），所述竖拉杆（14）从弯曲加载横杆（8）两端底部穿出，通过螺母（17）固定在弯曲加载横杆（8）两端。

2.根据权利要求1所述的一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置，其特征在于，还包括设置在驾驶室（2）底部纵梁上的传感器布置机构，所述传感器布置机构包括钢球座合件（18）、铝合金T型件（19）和位移传感器（20），所述钢球座合件（18）由带孔磁性底板（1801）和钢球（1802）组成，所述钢球座合件（18）通过带孔磁性底板（1801）吸附于驾驶室（2）纵梁底部，其下方通过钢球（1802）与铝合金T型件（19）顶部平面接触，所述铝合金T型件（19）底部设有通孔，所述位移传感器（20）的探针插入到铝合金T型件（19）底部的通孔内，实现对位移传感器（20）的快速布置。

3.根据权利要求1所述的一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置，其特征在于，所述驾驶室前支撑（3）包括驾驶室前左支撑（301）和驾驶室前右支撑（302），所述驾驶室前左支撑（301）和驾驶室前右支撑（302）一端通过连接板一（601）分别固定于驾驶室前端左右两侧的翻转支架连接板（7）上，另一端通过连接板二（602）分别固定于扭转梁导轨（5）的两个滑块上；所述驾驶室后支撑（4）包括驾驶室后左支撑（401）和驾驶室后右支撑（402），所述驾驶室后左支撑（401）和驾驶室后右支撑（402）一端通过连接板三（603）分别固定于驾驶室后部的两个支撑点上，另一端通过连接板四（604）分别固定于试验台（1）上。

4.根据权利要求1所述的一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验装置，其特征在于，所述加载垫块（10）形状为三角形，顶部倒圆角，所述垫高块（11）为长方体木质结构，所述门槛梁加载适配块（12）由精雕油泥材料塑成，软化温度为60℃，所述门槛梁加载适配块（12）塑成后为水平表面标准尺寸100mm×100mm的立柱形，门槛梁加载适配块下方与驾驶室（2）门槛梁不规则弯曲复杂型面相贴合。

5.一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验方法，其特征在于，试验方法包括以下步骤：

S1.驾驶室的支撑固定

将驾驶室前左支撑（301）和驾驶室前右支撑（302）一端分别与驾驶室（2）前端左右两侧的翻转支架连接板（7）连接固定，另一端通过连接板二（602）安装在扭转梁导轨（5）的两个滑块上；将驾驶室后左支撑（401）和驾驶室后右支撑（402）一端分别与驾驶室（2）后端的两个支撑点相连，另一端通过连接板四（604）固定于试验台（1）上；

S2.弯曲加载机构的安装

在驾驶室（2）门槛梁中间位置放置门槛梁加载适配块（12），在其上方依次安放垫高块（11）和加载垫块（10），随后将弯曲加载横杆（8）放置在加载垫块（10）上，并用挡板（13）将门槛梁加载适配块（12）和刚性固定立柱（9）连接固定，之后将两根竖拉杆（14）穿过弯曲加载横杆（8）两端的通孔并通过螺母（17）调节至弯曲加载横杆（8）两端高度一致，最后在两根竖拉杆（14）底部各连接一个S型拉压力传感器（15），并将这两个S型拉压力传感器分别与一个伺服电机（16）连接；

S3.驾驶室静态弯曲刚度的测定

在驾驶室（2）底部纵梁上布置多个位移传感器（20），控制试验台（1）两侧的伺服电机（16）同步向下运动，带动S型拉压力传感器（15）和竖拉杆（14）对弯曲加载横杆（8）两端施加拉力，进而令弯曲加载横杆（8）通过加载垫块（10）、垫高块（11）和门槛梁加载适配块（12）对驾驶室（2）施加垂直方向的弯曲作用力，记录驾驶室（2）在不同的弯曲载荷作用下，读取布置在驾驶室（2）纵梁底部各位移传感器（20）中的最大位移值，并根据静态弯曲刚度计算公式，计算得到驾驶室（2）的静态弯曲刚度。

6.根据权利要求5所述的一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验方法，其特征在于，所述弯曲加载横杆（8）共有两种布置方式：①对于单排驾驶室：所述弯曲加载横杆（8）布置于门槛梁的中间位置；②对于双排驾驶室：所述弯曲加载横杆（8）布置于驾驶室（2）靠近B柱前门槛梁的平坦段位置。

7.根据权利要求5所述的一种平头货车驾驶室静态弯曲刚度试验方法，其特征在于，步骤S3中所述根据静态弯曲刚度计算公式，计算得到驾驶室（2）的静态弯曲刚度，静态弯曲刚度的计算公式为：K_弯曲=F/D_max；其中，F表示弯曲作用力；D_max表示驾驶室（2）在弯曲作用力下各测量点的最大位移值。

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