CN115468782A - 一种车轮环形土槽试验台 - Google Patents

Abstract

一种车轮环形土槽试验台，用于测试车轮寿命、承载能力及牵引性能等。由回转臂、转臂固定架、台车、土槽、圆形导轨组成，土槽由方形外框和圆形内框构成，土槽内铺设模拟路面；圆形导轨安装在土槽圆形内框内侧；转臂固定架固定安装在土槽中心位置的地面上。本发明即可用于不同直径车轮寿命试验测试、承载能力测试，还可用来测试被试车轮牵引性能，结构简单，维护方便，成本较低。

Description

一种车轮环形土槽试验台

技术领域

本发明涉及车轮性能测试领域，具体涉及一种可用于进行车轮寿命测试、承载能力测试、牵引性能测试的车轮环形土槽试验台。

背景技术

寿命是评价车轮性能的重要指标之一。目前车轮寿命测试主要有三种方法，第一种是室外道路试验，第二种是试验装置模拟试验，第三种是土槽模拟试验。室外道路试验往往难以保证地面一致性，土壤含水量、地面受载历程、作业方法、作业时间都会影响试验结果，同时试验还受到天气和其他外界条件的影响，室外整车试验还存在成本高、组织难、时间长等问题。试验装置模拟试验如立式车轮寿命试验台，将车轮安装在试验台上，在车轮增加垂直载荷，并在与车辆接触位置下方安装有滚动辊，滚动辊表面为模拟路面，具有一个摩擦系数，通过增加滚动辊的转速来改变车轮的转速；侧置式车轮寿命试验台，其水平方向的一侧为一个由电机驱动的滚动辊，其表面附着有摩擦材料，具有一定的摩擦系数，车轮通过另一侧的支撑架支承，并应用液压缸驱动施加车轮与滚动辊的正压力。通过试验装置测试车轮寿命的优点是可在室内进行，环境可控，成本较低，不足之处在于，对于松软路面、凸凹不平路面、大的越障路面难以模拟。土槽模拟试验是根据试验需要，在土槽内铺设路面，通过相应装置进行车轮寿命试验，相对来讲，可模拟多种路面，可根据需要实时调整载荷，控制试验进程，试验具有可重复性，试验效果更好，成本较低。

国内外相关公司和科研机构开发设计了不同的土槽试验装置，基本为直线型和环形。直线型土槽由于长度限制，单向行驶距离有限，往复行驶时车轮受力情况又有差异，一般不用于寿命试验。环形土槽可连续作业，是寿命试验比较好的选择。

针对车轮寿命试验需要，本专利公开一种车轮环形土槽试验台，相比较同类环形土槽试验台，本专利所述车轮环形土槽试验台结构更简单，轨道式台车和回转控制使被试验车轮姿态控制更可靠，试验结果更精确。试验台即可用于车轮寿命测试，还可用于承载能力测试和牵引性能测试。

发明内容

本发明公开一种车轮环形土槽试验台，可用于车轮寿命试验。

一种车轮环形土槽试验台，包括转臂、转臂固定架、台车、土槽和圆形导轨；

土槽由方形外框和圆形内框构成，土槽内可根据试验要求铺设多种模拟路面；

圆形导轨安装在土槽圆形内框内侧，圆形导轨由多个高度可调整支架和多段导轨组成，可调整支架底部安装在地面上，多段导轨安装在可调整支架顶端，多段导轨首位相接，构成平滑圆形导轨；圆形导轨为一定宽度的水平圆环轨道，能为台车提供支撑和行驶轨道；轨道是由多个独立的圆弧导轨端连接而成，底部支架高度400～500mm以避免轨道上覆盖土壤，影响台车的滑动平顺性。

转臂固定架由底部固定架和固定在底部固定架上的回转柱组成，转臂固定架固定安装在土槽重心位置的地面上；中心的回转柱起到固定回转圆心的作用，通过拉拽回转臂，保证台车在轨道内旋转，为被试轮提供支撑；回转柱上装有滑环，为台车及测控机构提供动力及信号电缆连接；

回转臂由第一拉杆、第二拉杆、第三拉杆、第一拉杆约束架、第二拉杆约束架和转臂支架组成，回转臂的第一拉杆、第二拉杆和第三拉杆的一端通过轴承安装在转臂固定架上的回转柱上，第一拉杆、第二拉杆和第三拉杆的另一端与转臂支架固连；第一拉杆、第二拉杆、第三拉杆在空间呈交叉三角形分布，相对位置由第一拉杆约束架和第二拉杆约束架约束；第二拉杆和第三拉杆上装有配件板，在配件板上放置试验台电控系统器件。

台车由第一台车轮、第二台车轮、悬挂固定板、上悬挂架、下悬挂架、羊角架、驱动电机、传动轴、第一万向节、第二万向节、第一台车轮轴、第二台车轮轴、被试车轮轴、第一载荷架、第二载荷架组成；在回转臂的约束下，台车只能在圆形平面轨道上进行回转行进，同时保证台车整体的地面垂直度；被试车轮的驱动电机安装在转臂支架上，以减轻驱动电机质量对被试轮测试的影响；悬挂固定板通过不同高度安装位，适应不同规格的被试车轮测试需求。

台车的主要功能是为被试车轮提供支撑、导向、牵引阻力；台车的第一台车轮的第一轮轴和第二台车轮的第二轮轴一端通过轴承支撑在转臂支架上，第一轮轴和第二轮轴的另一端通过轴承支撑在悬挂固定板上；由于两轮支撑机构和回转臂的限制，保证台车只能在圆形导轨上行驶；第一台车轮和第二台车轮以轻量化目的采用轮毂电机窄胎；第一台车轮和第二台车轮通过安装在轮轴上的轮毂电机独立驱动，从而带动台车运动；被试车轮安装在台车上，被试车轮的驱动电机安装在转臂支架上，可在回转臂约束下沿圆形导轨外侧做圆周运动；驱动电机输出扭矩通过第一万向节、第二万向节、第一传动轴、第二传动轴传入被试轮轴；被试车轮的驱动电机输出轴上安装动态扭矩传感器测试单元，可测量被试轮转速、驱动扭矩；被试轮轴上装有位移传感器，可测量车轮沉陷量；台车电动轮轴上安装动态扭矩传感器测试单元，可测量台车转速、扭矩。可通过调整台车速度与被试轮速度差值，控制被试车轮滑转率。

上悬挂架和下悬挂架的一端与悬挂固定板上的安装座铰接，上悬挂架和下悬挂架的另一端铰接在羊角架上的安装座上，当车轮在凸凹不平路面行驶时，由上悬挂架、下悬挂架、悬挂固定架、羊角架组成的平行四边形机构可上下起伏；羊角架与第一载荷架固连，第二载荷架固连在第一载荷架顶端，可根据试验要求在第二载荷架上搭载配重载荷；悬挂固定板上可根据需要安装立杆，立杆端部安装横杆，横杆上安装摄像设备，用以观察、拍摄被试车轮的行驶情况。

试验台电控系统器件包含：测控工作台、台车轮驱动电机、被试轮驱动电机、转速传感器、速度传感器、扭矩传感器、位移传感器、拉力传感器、角度传感器等。

土槽内可根据试验需要铺设模拟路面，包括越障路况、斜坡路况、松软土壤路况等。

本发明还可以用来测试被试车轮牵引性能，可以通过控制台车速度，使台车速度低于车轮速度，此时台车处于被拖动状态，即为被试验车轮施加牵引方向的阻力，进而测试被试车轮的牵引性能。

本发明的有益效果：

本发明即可用于不同直径车轮寿命试验测试、承载能力测试，还可用来测试被试车轮牵引性能，结构简单，维护方便，成本较低。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的土槽结构示意图；

图3为本发明的回转臂、转臂固定架、台车、圆形导轨位置关系示意图；

图4为本发明的圆形导轨结构示意图；

图5为本发明的回转臂、转臂固定架、台车装配示意图；

图6为本发明的回转臂与台车装配关系示意图；

图7和图8为本发明的不同角度台车结构示意图。

图中：1-回转臂；11-第一拉杆；13-第二拉杆；14-第三拉杆；12-第一拉杆约束架；15-第二拉杆约束架；16-试验台电控系统器件；17-配件板；18-转臂支架；2-转臂固定架；21-底部固定架；22-回转柱；221-滑环；3-台车；31-驱动电机；32-第一台车轮；34-第二台车轮；33-第一传动轴；38-第二传动轴；35-悬挂固定板；351-安装位；36-安装座；37-第一万向节；319-第二万向节；39-第一载荷架；314-第二载荷架；310-上悬挂架；311-下悬挂架；312-羊角架；313-安装座；315-配重载荷；316-立杆；317-横杆；318-摄像设备；320-第一台车轮轴、321-第二台车轮轴；322-被试车轮轴；4-地面；5-土槽；51-方形外框；52-圆形内框；6-圆形导轨；61-多段导轨；62-可调整支架；7-模拟路面；8-被试车轮。

具体实施方式

如图1所示，一种车轮环形土槽试验台，包括转臂1、转臂固定架2、台车3、土槽5和圆形导轨6；

如图2所示，土槽5由方形外框51和圆形内框52构成，土槽内可根据试验要求铺设多种模拟路面7；

如图3和4所示，圆形导轨6安装在土槽圆形内框52内侧，圆形导轨6由多个高度可调整支架62和多段导轨61组成，可调整支架62底部安装在地面4上，多段导轨61安装在可调整支架62顶端，多段导轨61首位相接，构成平滑圆形导轨6；圆形导轨6为一定宽度的水平圆环轨道，能为台车提供支撑和行驶轨道；轨道是由多个独立的圆弧导轨端连接而成，底部支架高度400～500mm以避免轨道上覆盖土壤，影响台车的滑动平顺性。

如图3和图5所示，转臂固定架2由底部固定架21和固定在底部固定架21上的回转柱22组成，转臂固定架2固定安装在土槽重心位置的地面4上；中心的回转柱22起到固定回转圆心的作用，通过拉拽回转臂，保证台车在轨道内旋转，为被试轮提供支撑；回转柱22上装有滑环221，为台车及测控机构提供动力及信号电缆连接；

如图3、图5和图6所示，回转臂1由第一拉杆11、第二拉杆13、第三拉杆14、第一拉杆约束架12、第二拉杆约束架15和转臂支架18组成，回转臂1的第一拉杆11、第二拉杆13和第三拉杆14的一端通过轴承安装在转臂固定架2上的回转柱22上，第一拉杆11、第二拉杆13和第三拉杆14的另一端与转臂支架18固连；第一拉杆11、第二拉杆13、第三拉杆14在空间呈交叉三角形分布，相对位置由第一拉杆约束架12和第二拉杆约束架15约束；第二拉杆13和第三拉杆14上装有配件板17，在配件板上放置试验台电控系统器件16。

如图6、图7和图8所示，台车3由第一台车轮32、第二台车轮34、悬挂固定板35、上悬挂架310、下悬挂架311、羊角架312、驱动电机31、传动轴33、第一万向节37、第二万向节319、第一台车轮轴320、第二台车轮轴321、被试车轮轴322、第一载荷架39、第二载荷架314组成；在回转臂的约束下，台车只能在圆形平面轨道6上进行回转行进，同时保证台车整体的地面垂直度；被试车轮8的驱动电机31安装在转臂支架18上，以减轻驱动电机质量对被试轮测试的影响；悬挂固定板35通过不同高度安装位351，适应不同规格的被试车轮8测试需求。

台车3的主要功能是为被试车轮8提供支撑、导向、牵引阻力；台车3的第一台车轮32的第一轮轴320和第二台车轮34的第二轮轴321一端通过轴承支撑在转臂支架18上，第一轮轴320和第二轮轴321的另一端通过轴承支撑在悬挂固定板35上；由于两轮支撑机构和回转臂的限制，保证台车3只能在圆形导轨6上行驶；第一台车轮32和第二台车轮34以轻量化目的采用轮毂电机窄胎；第一台车轮32和第二台车轮34通过安装在轮轴上的轮毂电机独立驱动，从而带动台车3运动；被试车轮8安装在台车3上，被试车轮8的驱动电机31安装在转臂支架18上，可在回转臂1约束下沿圆形导轨6外侧做圆周运动；驱动电机31输出扭矩通过第一万向节37、第二万向节319、第一传动轴33、第二传动轴38传入被试轮轴322；被试车轮8的驱动电机31输出轴上安装动态扭矩传感器测试单元，可测量被试轮转速、驱动扭矩；被试轮轴322上装有位移传感器，可测量车轮沉陷量；台车电动轮轴上安装动态扭矩传感器测试单元，可测量台车转速、扭矩。可通过调整台车速度与被试轮速度差值，控制被试车轮滑转率。

上悬挂架310和下悬挂架311的一端与悬挂固定板35上的安装座36铰接，上悬挂架310和下悬挂架311的另一端铰接在羊角架312上的安装座313上，当车轮8在凸凹不平路面行驶时，由上悬挂架310、下悬挂架311、悬挂固定架35、羊角架312组成的平行四边形机构可上下起伏；羊角架312与第一载荷架39固连，第二载荷架314固连在第一载荷架39顶端，可根据试验要求在第二载荷架314上搭载配重载荷315；悬挂固定板35上可根据需要安装立杆316，立杆316端部安装横杆317，横杆317上安装摄像设备318，用以观察、拍摄被试车轮8的行驶情况。

试验台电控系统器件16包含：测控工作台、台车轮驱动电机、被试轮驱动电机、转速传感器、速度传感器、扭矩传感器、位移传感器、拉力传感器、角度传感器等。

土槽5内可根据试验需要铺设模拟路面，包括越障路况、斜坡路况、松软土壤路况等。

本发明还可以用来测试被试车轮牵引性能，可以通过控制台车速度，使台车速度低于车轮速度，此时台车处于被拖动状态，即为被试验车轮施加牵引方向的阻力，进而测试被试车轮的牵引性能。

Claims (4)

1.一种车轮环形土槽试验台，其特征在于：包括转臂(1)、转臂固定架(2)、台车(3)、土槽(5)和圆形导轨(6)；

土槽(5)由方形外框(51)和圆形内框(52)构成，土槽(5)内铺设模拟路面(7)；

圆形导轨(6)安装在土槽圆形内框(52)内侧，圆形导轨(6)由多个高度可调整支架(62)和多段导轨(61)组成，可调整支架(62)底部安装在地面(4)上，多段导轨(61)安装在可调整支架(62)顶端，多段导轨(61)首位相接，构成平滑圆形导轨(6)；

转臂固定架(2)由底部固定架(21)和固定在底部固定架(21)上的回转柱(22)组成，转臂固定架(2)固定安装在土槽重心位置的地面(4)上，回转柱(22)上装有滑环(221)；

回转臂(1)由第一拉杆(11)、第二拉杆(13)、第三拉杆(14)、第一拉杆约束架(12)、第二拉杆约束架(15)和转臂支架(18)组成，回转臂(1)的第一拉杆(11)、第二拉杆(13)和第三拉杆(14)的一端通过轴承安装在转臂固定架(2)上的回转柱(22)上，第一拉杆(11)、第二拉杆(13)和第三拉杆(14)的另一端与转臂支架(18)固连；第一拉杆(11)、第二拉杆(13)、第三拉杆(14)在空间呈交叉三角形分布，相对位置由第一拉杆约束架(12)和第二拉杆约束架(15)约束；第二拉杆(13)和第三拉杆(14)上装有配件板(17)，在配件板(17)上放置试验台电控系统器件(16)；

台车(3)由第一台车轮(32)、第二台车轮(34)、悬挂固定板(35)、上悬挂架(310)、下悬挂架(311)、羊角架(312)、驱动电机(31)、传动轴(33)、第一万向节(37)、第二万向节(319)、第一台车轮轴(320)、第二台车轮轴(321)、被试车轮轴(322)、第一载荷架(39)、第二载荷架(314)组成；在回转臂的约束下，台车只能在圆形平面轨道(6)上进行回转行进，同时保证台车整体的地面垂直度；被试车轮(8)的驱动电机(31)安装在转臂支架(18)上；悬挂固定板(35)通过不同高度安装位(351)，适应不同规格的被试车轮(8)测试需求；台车(3)的第一台车轮(32)的第一轮轴(320)和第二台车轮(34)的第二轮轴(321)一端通过轴承支撑在转臂支架(18)上，第一轮轴(320)和第二轮轴(321)的另一端通过轴承支撑在悬挂固定板(35)上；第一台车轮(32)和第二台车轮(34)通过安装在轮轴上的轮毂电机独立驱动，从而带动台车(3)运动；被试车轮(8)安装在台车(3)上，被试车轮(8)的驱动电机(31)安装在转臂支架(18)上，能在回转臂(1)约束下沿圆形导轨(6)外侧做圆周运动；驱动电机(31)输出扭矩通过第一万向节(37)、第二万向节(319)、第一传动轴(33)、第二传动轴(38)传入被试轮轴(322)；被试车轮(8)的驱动电机(31)输出轴上安装动态扭矩传感器测试单元，可测量被试轮转速、驱动扭矩；被试轮轴(322)上装有位移传感器，可测量车轮沉陷量；台车电动轮轴上安装动态扭矩传感器测试单元，可测量台车转速、扭矩。可通过调整台车速度与被试轮速度差值，控制被试车轮滑转率；

上悬挂架(310)和下悬挂架(311)的一端与悬挂固定板(35)上的安装座(36)铰接，上悬挂架(310)和下悬挂架(311)的另一端铰接在羊角架(312)上的安装座(313)上，当车轮(8)在凸凹不平路面行驶时，由上悬挂架(310)、下悬挂架(311)、悬挂固定架(35)、羊角架(312)组成的平行四边形机构可上下起伏；羊角架(312)与第一载荷架(39)固连，第二载荷架(314)固连在第一载荷架(39)顶端，可根据试验要求在第二载荷架(314)上搭载配重载荷(315)；悬挂固定板(35)上安装有立杆(316)，立杆(316)端部安装横杆(317)，横杆(317)上安装摄像设备(318)，用以观察、拍摄被试车轮(8)的行驶情况。

2.根据权利要求1所述的一种车轮环形土槽试验台，其特征在于：所述的试验台电控系统器件(16)包含测控工作台、台车轮驱动电机、被试轮驱动电机、转速传感器、速度传感器、扭矩传感器、位移传感器、拉力传感器、角度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种车轮环形土槽试验台，其特征在于：所述的圆形导轨(6)为水平圆环轨道，能为台车提供支撑和行驶轨道；轨道是由多个独立的圆弧导轨端连接而成，底部支架高度400～500mm以避免轨道上覆盖土壤，影响台车的滑动平顺性。

4.根据权利要求1所述的一种车轮环形土槽试验台，其特征在于：所述的土槽(5)内的模拟路面包括越障路况、斜坡路况和松软土壤路况。

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