CN113865837B - 挂车牵引测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种挂车牵引测试装置，包括水平驱动机构、竖直驱动机构、双向铰链连接器、牵引装置固定架以及牵引装置，水平驱动机构和竖直驱动机构均与双向铰链连接器转动连接，牵引装置的一端与牵引装置固定架固定，牵引装置的另一端与双向铰链连接器活动连接，水平驱动机构用于给牵引装置提供水平方向上的作用力，竖直驱动机构用于给牵引装置提供竖直方向上的作用力。本发明的挂车牵引测试装置可以模拟实际牵引时牵引装置受到的竖直方向载荷和水平牵引载荷，同时可开展耐久性及极限强度的测试，无需牵引车以及被牵引车，可快速适配样件，提高验证工作的效率及经济性，克服国内开展单轴强度验证与整车耐久验证工作的技术缺陷以及高投入。

Description

挂车牵引测试装置
技术领域
本发明涉及挂车牵引测试技术领域，特别是涉及一种挂车牵引测试装置。
背景技术
房车牵引车在国内属于新兴事物，往往只需在乘用车上加装相应牵引装置即可成为房车牵引车，该类型牵引装置多为拖车球式牵引装置。在国内汽车牵引支架、牵引座等专业牵引装置或者机构主要应用于各类商用车、大型挂车等领域上，但近年来牵引式房车销量在逐年增长，在乘用车上配备牵引装置是很多车企开发的新兴领域。
但国内牵引装置仅开展单轴的静强度台架试验以及整车级的牵引耐久试验验证。国外验证体系中以开展多轴台架试验为主。相比国外验证技术，而国内各企业开展的台架测试多以开展单轴静强度试验，与牵引装置的实际工作状态不一致，测试结果的置信度不高，且整车级试验中房车、轻型挂车、驾驶员等人力物力投入大、损耗大、风险性大。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种挂车牵引测试装置，以解决现有技术中牵引车测试台架与牵引车实际工作状态不一致，导致测试结果置信度低的问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
本发明提供一种挂车牵引测试装置，包括水平驱动机构、竖直驱动机构、双向铰链连接器、牵引装置固定架以及牵引装置，该水平驱动机构和该竖直驱动机构均与该双向铰链连接器转动连接，该牵引装置的一端与该牵引装置固定架固定，该牵引装置的另一端与该双向铰链连接器活动连接，该水平驱动机构用于给该牵引装置提供水平方向上的作用力，该竖直驱动机构用于给该牵引装置提供竖直方向上的作用力。
进一步地，该水平驱动机构包括水平伺服作动器和固定座，该水平伺服作动器的一端与该固定座连接，该水平伺服作动器的另一端与该双向铰链连接器活动连接；该竖直驱动机构包括竖直伺服作动器和龙门架，该竖直伺服作动器的一端与该龙门架连接，该竖直伺服作动器的另一端与该双向铰链连接器活动连接。
进一步地，该水平伺服作动器和该竖直伺服作动器均包括作动器、力传感器以及位移传感器，该力传感器用于检测该作动器的作用力，该位移传感器用于检测该作动器的位移。
进一步地，该水平驱动机构还包括水平导向机构，该水平导向机构包括第一安装座、第一导向轴以及第一滑动轴承，该第一滑动轴承安装在该第一安装座上，该第一导向轴能够在该第一滑动轴承内沿水平方向滑动，该第一导向轴的一端与该水平伺服作动器连接，该第一导向轴的另一端与该双向铰链连接器转动连接。
进一步地，该水平导向机构还包括第一轴承安装板，该第一安装座还设有第一竖直滑槽，该第一轴承安装板安装在该第一竖直滑槽内并能在该第一安装座上沿竖直方向滑动，该第一滑动轴承固定在该第一轴承安装板上。
进一步地，该水平驱动机构还包括二力杆，该二力杆设于该第一导向轴与该双向铰链连接器之间，该二力杆的两端分别与该第一导向轴、该双向铰链连接器转动连接。
进一步地，该竖直驱动机构还包括竖直导向机构，该竖直导向机构包括第二安装座、第二导向轴、第二滑动轴承、中央连接板以及竖直旋转铰链构件，该第二滑动轴承安装在该第二安装座上，该第二导向轴能够在该第二滑动轴承内沿竖直方向滑动，该中央连接板与该第二导向轴连接，该竖直旋转铰链构件设于该中央连接板的底部，该中央连接板的顶部与该竖直伺服作动器连接，该竖直旋转铰链构件与该双向铰链连接器转动连接。
进一步地，该竖直导向机构还包括第二轴承安装板，该第二安装座还设有第二竖直滑槽，该第二轴承安装板安装在该第二竖直滑槽内并能在该第二安装座上沿竖直方向滑动，该第二滑动轴承固定在该第二轴承安装板上。
进一步地，该水平导向机构还包括第一球铰结构，该第一球铰结构设于该水平伺服作动器与该第一导向轴之间；该竖直导向机构还包括第二球铰结构，该第二球铰结构设于该中央连接板与该竖直伺服作动器之间。
进一步地，该牵引装置包括拖车支架、拖车臂以及拖车球，该拖车臂分别与拖车支架、拖车球连接，该拖车支架与该牵引装置固定架固定，该双向铰链连接器包括第一铰接部、第二铰接部以及与该拖车球配合的沉头孔，该第一铰接部与该水平驱动机构铰接，该第二铰接部与该竖直驱动机构铰接。
本发明有益效果在于：挂车牵引测试装置包括水平驱动机构、竖直驱动机构、双向铰链连接器、牵引装置固定架以及牵引装置，水平驱动机构和竖直驱动机构均与双向铰链连接器转动连接，牵引装置的一端与牵引装置固定架固定，牵引装置的另一端与双向铰链连接器活动连接，水平驱动机构用于给牵引装置提供水平方向上的作用力，竖直驱动机构用于给牵引装置提供竖直方向上的作用力。本发明的挂车牵引测试装置可以模拟实际牵引时牵引装置受到的竖直方向载荷和水平牵引载荷，同时可开展耐久性及极限强度的测试，无需牵引车以及被牵引车，可快速适配样件，提高验证工作的效率及经济性，克服国内开展单轴强度验证与整车耐久验证工作的技术缺陷以及高投入。
附图说明
图1是本发明中挂车牵引测试装置的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大结构示意图；
图3是本发明中牵引装置的结构示意图；
图4是本发明中挂车牵引测试装置的局部结构示意图；
图5是本发明中牵引装置固定架和牵引装置的结构示意图；
图6是本发明中牵引装置和水平驱动机构的结构示意图；
图7是本发明中竖直驱动机构的结构示意图；
图8是本发明中竖直导向机构的结构示意图；
图9是本发明中竖直驱动机构的局部结构示意图；
图10是本发明中水平驱动机构的结构示意图；
图11是本发明中水平导向机构的结构示意图；
图12是本发明中竖直旋转铰链构件的结构示意图；
图13是本发明中二力杆的结构示意图；
图14是本发明中双向铰链连接器的立体结构示意图；
图15是本发明中双向铰链连接器的仰视结构示意图；
图16是本发明中挂车牵引测试装置的结构简化原理图；
图17是本发明中挂车牵引测试装置的运动原理图。
图中：水平驱动机构10、水平伺服作动器11、固定座12、水平导向机构13、第一安装座131、第一竖直滑槽131a、第一导向轴132、第一滑动轴承133、第一轴承安装板134、二力杆铰链构件135、作动器连接板136、二力杆14、第一球铰结构15；竖直驱动机构20、竖直伺服作动器21、龙门架22、竖直导向机构23、第二安装座231、第二竖直滑槽231a、第二导向轴232、第二滑动轴承233、中央连接板234、竖直旋转铰链构件235、第二轴承安装板236、第二球铰结构24；双向铰链连接器30、第一铰接部31、第二铰接部32、沉头孔33；牵引装置固定架40、支架安装夹具41；牵引装置50、车支架51、拖车臂52、拖车球53；石墨无油衬套60。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的挂车牵引测试装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
图1是本发明中挂车牵引测试装置的结构示意图，图2是图1中A处的局部放大结构示意图，图3是本发明中牵引装置的结构示意图，图4是本发明中挂车牵引测试装置的局部结构示意图，图5是本发明中牵引装置固定架和牵引装置的结构示意图，图6是本发明中牵引装置和水平驱动机构的结构示意图，图7是本发明中竖直驱动机构的结构示意图，图8是本发明中竖直导向机构的结构示意图，图9是本发明中竖直驱动机构的局部结构示意图，图10是本发明中水平驱动机构的结构示意图，图11是本发明中水平导向机构的结构示意图，图12是本发明中竖直旋转铰链构件的结构示意图，图13是本发明中二力杆的结构示意图，图14是本发明中双向铰链连接器的立体结构示意图，图15是本发明中双向铰链连接器的仰视结构示意图。
如图1至图15所示，本发明提供的一种挂车牵引测试装置，包括水平驱动机构10、竖直驱动机构20、双向铰链连接器30、牵引装置固定架40以及牵引装置50，水平驱动机构10和竖直驱动机构20均与双向铰链连接器30转动连接，牵引装置50的一端与牵引装置固定架40固定，牵引装置50的另一端与双向铰链连接器30活动连接，水平驱动机构10用于给牵引装置50提供水平方向上的作用力，竖直驱动机构20用于给牵引装置50提供竖直方向上的作用力。
挂车牵引测试装置中的水平驱动机构10可以模拟实际牵引时牵引装置50受到的水平牵引载荷，竖直驱动机构20可以模拟实际牵引时牵引装置50受到的竖直方向载荷，通过设定水平驱动机构10和竖直驱动机构20对牵引装置50的作用力以及作用时间，真实还原牵引装置50的受力情况，可开展耐久性及极限强度的测试，便于观察样件裂纹、断裂等失效现象，从而无需将牵引装置50安装在牵引车以及被牵引车上，可快速适配样件，提高验证工作的效率及经济性，克服国内开展单轴强度验证与整车耐久验证工作的技术缺陷以及高投入。
本实施例中，水平驱动机构10包括水平伺服作动器11和固定座12，水平伺服作动器11的一端与固定座12连接，水平伺服作动器11的另一端与双向铰链连接器30活动连接。竖直驱动机构20包括竖直伺服作动器21和龙门架22，竖直伺服作动器21的一端与龙门架22连接，竖直伺服作动器21的另一端与双向铰链连接器30活动连接。其中，固定座12和龙门架22的底部均固定在地板上。
进一步地，水平伺服作动器11和竖直伺服作动器21均包括作动器、力传感器以及位移传感器，力传感器用于检测作动器的作用力，位移传感器用于检测作动器的位移，即力传感器用于检测施加在牵引装置50上的作用力，位移传感器用于检测牵引装置50的形变量。水平伺服作动器11和竖直伺服作动器21均为MTS公司的标准液压作动器，液压作动器是试验载荷的发生器以提供作用力，而且水平伺服作动器11和竖直伺服作动器21均集成位移传感器和力传感器于一身，其中作动器的活塞、力传感器、位移传感器处于同一轴线，可以实时检测记录作动器输出的载荷和位移。
如图6至图10所示，本实施例中，水平驱动机构10还包括水平导向机构13，水平导向机构13包括第一安装座131、第一导向轴132以及第一滑动轴承133，第一滑动轴承133安装在第一安装座131上，第一导向轴132能够在第一滑动轴承133内沿水平方向滑动，第一导向轴132的一端与水平伺服作动器11连接，第一导向轴132的另一端与双向铰链连接器30转动连接。竖直驱动机构20还包括竖直导向机构23，竖直导向机构23包括第二安装座231、第二导向轴232、第二滑动轴承233、中央连接板234以及竖直旋转铰链构件235，第二滑动轴承233安装在第二安装座231上，第二导向轴232能够在第二滑动轴承233内沿竖直方向滑动，中央连接板234与第二导向轴232连接，竖直旋转铰链构件235设于中央连接板234的底部，中央连接板234的顶部与竖直伺服作动器21连接，竖直旋转铰链构件235与双向铰链连接器30转动连接。
具体地，第一安装座131和第二安装座231的底部均固定在地板上。第一导向轴132和第二导向轴232均为滚珠导向轴，第一滑动轴承133和第二滑动轴承233均为无油法兰型滑动轴承，滚珠导向轴和无油法兰型滑动轴承之间设有滚珠。第一导向轴132、第二导向轴232、第一滑动轴承133、第二滑动轴承233以及第二安装座231的数量均为两个，两个第一导向轴132的两端通过二力杆铰链构件135和作动器连接板136固定在一起，两个第一导向轴132水平布置，从而保证第一导向轴132只能水平滑动。中央连接板234的两端分别设置一个第二导向轴232、第二滑动轴承233以及第二安装座231，两个第二导向轴232竖直布置，从而保证第二导向轴232只能竖直滑动。
如图12所示，竖直旋转铰链构件235为“T”形结构，竖直旋转铰链构件235和双向铰链连接器30在其配合处均设有轴孔，竖直旋转铰链构件235的轴孔处设有沉台孔，沉台孔内安装有石墨无油衬套60，以减小竖直旋转铰链构件235与双向铰链连接器30在转动时的摩擦力，提高测试精准度。
本实施例中，水平导向机构13还包括第一轴承安装板134，第一安装座131还设有第一竖直滑槽131a，第一轴承安装板134安装在第一竖直滑槽131a内并能在第一安装座131上沿竖直方向滑动，第一滑动轴承133固定在第一轴承安装板134上。可以通过第一轴承安装板134沿第一安装座131上下调节第一导向轴132的高度，以适用于不同高度的牵引装置50。
进一步地，水平驱动机构10还包括二力杆14，二力杆14设于第一导向轴132与双向铰链连接器30之间，二力杆14的两端分别与第一导向轴132、双向铰链连接器30转动连接。具体地，二力杆14与第一导向轴132之间通过二力杆铰链构件135连接，二力杆铰链构件135设有与二力杆14配合的轴孔，二力杆14两端设有轴孔，二力杆14在轴孔处设有沉台孔，沉台孔内安装有石墨无油衬套60，以减小二力杆14与双向铰链连接器30、二力杆14与二力杆铰链构件135在转动时的摩擦力，提高测试精准度。
本实施例中，竖直导向机构13还包括第二轴承安装板236，第二安装座231还设有第二竖直滑槽231a，第二轴承安装板236安装在第二竖直滑槽231a内并能在第二安装座231上沿竖直方向滑动，第二滑动轴承233固定在第二轴承安装板236上。可以通过第二轴承安装板236上下调节第二滑动轴承233的高度，以增加第二导向轴232在竖直上滑动范围，适用于不同高度的牵引装置50。
本实施例中，水平导向机构13还包括第一球铰结构15，第一球铰结构15设于水平伺服作动器11与第一导向轴132之间，第一球铰结构15与第一导向轴132之间设有作动器连接板136，第一球铰结构15通过作动器连接板136与第一导向轴132连接。竖直导向机构13还包括第二球铰结构24，第二球铰结构24设于中央连接板234与竖直伺服作动器21之间。
本实施例中，牵引装置50包括拖车支架51、拖车臂52以及拖车球53，拖车臂52分别与拖车支架51、拖车球53连接。牵引装置固定架40上设有支架安装夹具41，拖车支架51通过支架安装夹具41安装在牵引装置固定架40上，牵引装置固定架40的底部固定在地板上。
如图14和图15所示，双向铰链连接器30为“L”形结构，双向铰链连接器30包括第一铰接部31、第二铰接部32以及与拖车球53配合的沉头孔33，沉头孔33由半球形和圆柱形组成，第一铰接部31与水平驱动机构10铰接，第二铰接部32与竖直驱动机构20铰接。
本实施例中，可以改变牵引装置固定架40在地板上的安装位置，从而改变牵引装置50的受力角度，以调整水平导向机构13与车辆X轴的角度，模拟不同驾驶工况的受力。水平导向机构13与X轴平行即模拟正向直线行驶下的牵引受力，水平导向机构13与X轴形成夹角，模拟转向时的牵引受力情况。水平伺服作动器10即可施加拉力载荷，也可以施加压力载荷，模拟制动状态下的受力情况。当然，在其他实施例中，挂车牵引测试装置还可包括转盘，转盘安装在地板上并可在地板上转动，牵引装置固定架40固定在转盘上。通过转动转盘可调节牵引装置50的受力角度，从而可以模拟转弯时的牵引受力情况。或者，将水平驱动机构10和竖直驱动机构20同时固定在转盘上。
如图16和图17所示，挂车牵引测试装置可视为导向机构与相应方向上液压伺服作动器连为一体，构成相应方向的载荷模拟器，所以将挂车牵引测试装置结构的简化，便于理解。通过两个导向机构共同约束牵引装置，牵引装置仅在水平伺服作动器10的轴线与竖直伺服作动器20的轴线构成的平面内受力变形。其自由度F:＝3n-2PL-Ph-P＇-F＇＝3x4-2x5-0-1-0＝2，式中n为活动构件数；PL为低副数；Ph为高副数；P＇为虚约束；F＇为局部自由度。
测试装置自由度F等于挂车牵引测试装置的原动件数。从上式可以看出挂车牵引测试装置具有确定的运动条件，沿水平牵引载荷与竖直方向载荷的合力方向进行运动。
所以当连接牵引装置50，如图16所示，牵引装置50可同时受到水平牵引载荷和竖直方向载荷的共同作用，并沿其合力方向上发生变形。
在强度试验时，竖直伺服作动器20提供竖直载荷，同时水平伺服作动器10逐渐增加水平牵引载荷，直至达到要求的目标载荷为止。加载过程中可采集和观察作动器上载荷与位移的曲线，以判断牵引装置50的状态。
在耐久试验时，可在拖车臂上贴上应变片，在试验路面以制动、加速、过坑工况行驶分别对应Fx、Fy、Fz，采集应变信号，即台架试验时的目标应变谱。为了避免应变片粘贴误差，本方案建议在路面应变谱采集后，将贴了应变片的摆拖车臂直接用于台架试验。将采集到的应变谱作为双轴作动器迭代加载的目标信号，进行迭代，得到作动器驱动载荷谱。然后将驱动载荷谱重复播放，直至规定循环数，完成牵引装置50耐久性试验。因为，在实际中很难以同样的载荷和牵引力进行多次制动、加速、过坑工况行驶，在实际路面工况行驶的情况下采集应变谱，然后控制水平伺服作动器10和竖直伺服作动器20模拟实况的采集应并重复播放，从而测试耐久性。
在本文中，所涉及的上、下、左、右、前、后等方位词是以附图中的结构位于图中以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。还应当理解，本文中使用的术语“第一”和“第二”等，仅用于名称上的区分，并不用于限制数量和顺序。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰，为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种挂车牵引测试装置，其特征在于，包括水平驱动机构(10)、竖直驱动机构(20)、双向铰链连接器(30)、牵引装置固定架(40)以及牵引装置(50)，该水平驱动机构(10)和该竖直驱动机构(20)均与该双向铰链连接器(30)转动连接，该牵引装置(50)的一端与该牵引装置固定架(40)固定，该牵引装置(50)的另一端与该双向铰链连接器(30)活动连接，该水平驱动机构(10)用于给该牵引装置(50)提供水平方向上的作用力，该竖直驱动机构(20)用于给该牵引装置(50)提供竖直方向上的作用力；
该双向铰链连接器(30)包括第一铰接部(31)、第二铰接部(32)以及与该牵引装置(50)配合的沉头孔(33)，该水平驱动机构(10)包括水平导向机构(13)，该竖直驱动机构(20)包括竖直导向机构(23)，该第一铰接部(31)与该水平导向机构(13)的一端铰接，该第二铰接部(32)与该竖直导向机构(23)的一端铰接。
2.根据权利要求1所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该水平驱动机构(10)包括水平伺服作动器(11)和固定座(12)，该水平伺服作动器(11)的一端与该固定座(12)连接，该水平伺服作动器(11)的另一端与该双向铰链连接器(30)活动连接；该竖直驱动机构(20)包括竖直伺服作动器(21)和龙门架(22)，该竖直伺服作动器(21)的一端与该龙门架(22)连接，该竖直伺服作动器(21)的另一端与该双向铰链连接器(30)活动连接。
3.根据权利要求2所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该水平伺服作动器(11)和该竖直伺服作动器(21)均包括作动器、力传感器以及位移传感器，该力传感器用于检测该作动器的作用力，该位移传感器用于检测该作动器的位移。
4.根据权利要求2所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该水平导向机构(13)包括第一安装座(131)、第一导向轴(132)以及第一滑动轴承(133)，该第一滑动轴承(133)安装在该第一安装座(131)上，该第一导向轴(132)能够在该第一滑动轴承(133)内沿水平方向滑动，该第一导向轴(132)的一端与该水平伺服作动器(11)连接，该第一导向轴(132)的另一端与该双向铰链连接器(30)转动连接。
5.根据权利要求4所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该水平导向机构(13)还包括第一轴承安装板(134)，该第一安装座(131)还设有第一竖直滑槽(131a)，该第一轴承安装板(134)安装在该第一竖直滑槽(131a)内并能在该第一安装座(131)上沿竖直方向滑动，该第一滑动轴承(133)固定在该第一轴承安装板(134)上。
6.根据权利要求4所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该水平驱动机构(10)还包括二力杆(14)，该二力杆(14)设于该第一导向轴(132)与该双向铰链连接器(30)之间，该二力杆(14)的两端分别与该第一导向轴(132)、该双向铰链连接器(30)转动连接。
7.根据权利要求4所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该竖直导向机构(23)包括第二安装座(231)、第二导向轴(232)、第二滑动轴承(233)、中央连接板(234)以及竖直旋转铰链构件(235)，该第二滑动轴承(233)安装在该第二安装座(231)上，该第二导向轴(232)能够在该第二滑动轴承(233)内沿竖直方向滑动，该中央连接板(234)与该第二导向轴(232)连接，该竖直旋转铰链构件(235)设于该中央连接板(234)的底部，该中央连接板(234)的顶部与该竖直伺服作动器(21)连接，该竖直旋转铰链构件(235)与该双向铰链连接器(30)转动连接。
8.根据权利要求7所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该竖直导向机构(13)还包括第二轴承安装板(236)，该第二安装座(231)还设有第二竖直滑槽(231a)，该第二轴承安装板(236)安装在该第二竖直滑槽(231a)内并能在该第二安装座(231)上沿竖直方向滑动，该第二滑动轴承(233)固定在该第二轴承安装板(236)上。
9.根据权利要求7所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该水平导向机构(13)还包括第一球铰结构(15)，该第一球铰结构(15)设于该水平伺服作动器(11)与该第一导向轴(132)之间；该竖直导向机构(13)还包括第二球铰结构(24)，该第二球铰结构(24)设于该中央连接板(234)与该竖直伺服作动器(21)之间。
10.根据权利要求1所述的挂车牵引测试装置，其特征在于，该牵引装置(50)包括拖车支架(51)、拖车臂(52)以及拖车球(53)，该拖车臂(52)分别与拖车支架(51)、拖车球(53)连接，该拖车支架(51)与该牵引装置固定架(40)固定，该双向铰链连接器(30)包括第一铰接部(31)、第二铰接部(32)以及与该拖车球(53)配合的沉头孔(33)，该第一铰接部(31)与该水平驱动机构(10)铰接，该第二铰接部(32)与该竖直驱动机构(20)铰接。
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