CN118254961A - 自行式飞机荷载模拟加载车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行式飞机荷载模拟加载车，属于飞机载荷模拟技术领域。所述加载系统包括用于安装加载轮的载重大梁，所述载重大梁的两侧对称设有两个用于避免整车侧翻和保证加载轮承载力恒定的弹簧偏心辅助轮，且所述载重大梁的左右两侧分别设有两个用于对加载系统高度进行调节的手摇支腿；所述载重大梁内还设有若干配重块，且所述载重大梁上设有用于装配所述配重块的吊机。本发明的模拟加载车能够模拟加载轮直线行驶时对道面的加载效果，模拟加载过程中同步采集加载轮的速度及其承担的水平荷载、侧向荷载和竖向荷载，整个模拟加载车稳定性好，配重块吊装更加方便。

Description

自行式飞机荷载模拟加载车

技术领域

本发明涉及飞机载荷模拟技术领域，尤其涉及自行式飞机荷载模拟加载车。

背景技术

飞机在起降和滑跑时，飞机的主轮会对路面产生极大的载荷。在研究机场道面时，需要考虑飞机荷载对道面结构和材料的影响，从加载角度考虑，做实验时最理想的方法是直接让真实飞机通行给道面加载，但是飞机的调动是十分困难的事情，涉及到成本、安全、场地等一系列问题。如何既能得到飞机的近似加载效果，又方便价廉，是目前亟待解决的一个问题。

公开号为CN 113232885 B的发明专利中公开了一种模拟飞机加载车，包括载重系统、车架系统、升降液压系统和电子检测系统；载重系统与车架系统可拆卸连接，且载重系统可以通过装配不同质量的配重块模拟不同承载能力的飞机在滑跑时对地面施加的载荷；车架系统包括车体大梁框架、导向柱、牵引转向前轴和牵引后轴，车架系统通过导向柱与载重系统连接，牵引转向前轴使整车具有转向、行驶、刹车等功能；牵引转向前轴上安装有液压泵站和电子检测系统，升降液压系统安装在所述车体大梁框架上，且液压泵站为所述升降液压系统提供动力。该模拟飞机加载车可以模拟计算飞机在滑跑时对地面施加的载荷，且整车左右对称设计，重心基本无偏载。但是该模拟飞机加载车在使用时仍存在一些需要改进的地方：具体表现在：

(1)结构设计方面：①此加载车设计重心过高，稳定性和安全性不足，并且超过一般叉车提升高度，只能使用吊车进行配重块装载。②此加载车设置四个辅助轮，理论上当道面较为平整时，加载箱体通过四个导向柱可上下运动，将加载荷载完全传递到加载轮上，四个辅助轮承担的荷载很小，但实际运行中，待加载道面往往会存在轮辙等不平整，当此加载车运行到此处时，容易发生四个导向柱不同步运动，即加载车箱体会发生倾斜，此时辅助轮将承担很大荷载，而加载轮上荷载将会变小，不满足加载需求；而且当道面轮辙较深，还会出现加载车箱体倾斜卡滞现象(即使加载车驶离轮辙区域，到达平整道面，加载车箱体仍无法水平)，严重影响试验效果。③加载车自身为三轴结构，且不带动力，需要用装载机等机械牵引，加上牵引车的两轴，一共是五轴车，车体系统整体长度很长，转弯半径巨大，对加载场地限制很大，而且倒车时很难控制保证车沿直线行驶。④加载轮设置在加载箱体下方，如需更换加载轮需要将所有配重块卸除后将箱体顶升，让加载轮悬空，然后卸下加载轮更换其他加载轮；但即使将加载箱体提升到最顶端，其下方换加载轮的空间仍然很小，一般加载轮及其配套的转接架很重，可达几百公斤重，人工无法操作，需叉车等机械配合，这么小的操作空间会造成换加载轮工作十分繁琐困难。

(2)实际使用方面：①此加载车不带动力，开展加载试验时需要临时协调装载机等牵引车，在不同地区开展加载试验时有时牵引车并不好找；且不同型号的装载机其挂钩位置不同，主要是高度不同，经常会出现其高度同加载车牵引架高度不同，这样会增大加载车牵引难度。②由于不带动力，在进行转运时，此加载车无法自行上下平板车，必须在装车和卸车时分别协调吊车，且装载配重块时同样需要协调吊车，自我保障能力很差，给试验带来很大的难度；③原加载车仅能采集竖向荷载，此加载车可采集加载轮上三向荷载。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种自行式飞机荷载模拟加载车，该模拟加载车能够提供加载轮安装与配重平台，通过安装实际飞机主起落架机轮(即加载轮)，采用配重块按机轮实际承担荷载进行配重，并自带动力以模拟加载轮直线行驶时对道面的加载效果，过程中能够同步采集加载轮的速度及其承担的水平荷载、侧向荷载和竖向荷载。此外，该模拟加载车依托动力系统自行牵引运行，依托吊机自行装卸配重块，仅设置两个辅助轮，全车仅两个轴，转弯半径能控制在10米以内，结构设计紧凑。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

自行式飞机荷载模拟加载车，包括动力系统、加载系统和监测系统，所述加载系统包括用于安装加载轮的载重大梁，所述载重大梁的两侧对称设有两个用于避免整车侧翻和保证加载轮承载力恒定的弹簧偏心辅助轮，且所述载重大梁的左右两侧分别设有两个用于对加载系统高度进行调节的手摇支腿。

进一步的，所述载重大梁内还设有若干配重块，且所述载重大梁上设有用于装配所述配重块的吊机。

进一步的，所述弹簧偏心辅助轮包括辅助轮和用于安装所述辅助轮胎的辅助轮安装架，所述辅助轮安装架与所述载重大梁的腹板连接。

进一步的，所述辅助轮安装架包括安装在所述载重大梁上的第一辅助轮支架和第二辅助轮支架，所述第一辅助轮支架的底部设有L型的第三辅助轮支架，所述辅助轮安装在所述第三辅助轮支架上，所述第二辅助轮支架与所述第三辅助轮支架之间连接有悬架弹簧。

进一步的，所述第三辅助轮支架上与所述第二辅助轮支架相对应的位置处设有U型的悬架弹簧连接耳座，所述悬架弹簧的顶部和底部分别与所述第二辅助轮支架和悬架弹簧连接耳座对应连接。

进一步的，所述第一辅助轮支架、第三辅助轮支架和载重大梁之间通过辅助轮转动轴连接，所述辅助轮转动轴与所述载重大梁转动连接。

进一步的，所述动力系统上设有转向油缸，所述载重大梁上设有与所述动力系统连接的牵引块，以及与所述转向油缸连接的液压缸连接支耳。

进一步的，所述配重块的侧边设有两个连接把手，且所述配重块的顶部设有凸起块，底部设有与所述凸起块相对应的凹陷孔。

进一步的，所述监测系统包括速度传感器、两个放大器、无纸记录仪和两个三分量力传感器，两个所述三分量力传感器分别通过对应的放大器与无纸记录仪连接，所述速度传感器也与无纸记录仪连接。

进一步的，所述载重大梁的底板上设有两个用于安装所述三分量力传感器的三维力传感器连接板，两个三维力传感器连接板分别位于所述加载轮的两侧，所述速度传感器安装在其中一个三维力传感器连接板上。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，

1、本发明的模拟加载车结构紧凑，相较于现有的模拟加载车，加载系统的高度降低至1513mm，安全性和稳定性显著得到提高，自带吊机装置，可自行装卸配重块。

2、本发明中的模拟加载车减少了辅助轮的数量，仅有两个辅助轮，且辅助轮与加载轮同轴，即使加载道面出现较大不平整，也不会出现辅助轮分担较大荷载的情况，能始终保持加载荷载主要都在加载轮上。

3、本发明中的模拟加载车辅助轮和加载轮同轴，加上牵引车一轴，全车仅两轴，操作简单，转弯半径小，可控制在10米以内，且很容易进行转向、前进、后退等操作。

4、本发明中的模拟加载车，配重块位于加载轮的两侧，加载轮更换方便，可使用自带的吊机辅助进行装卸，无需借助外在工具。而且本发明中的模拟加载车在更换加载轮时，使用自带的吊机卸掉所有配重块，让加载车空载，然后在辅助轮下放置两个垫块，加载车前进，辅助轮驶上此垫块，则加载轮将悬空。这时加载轮不受力，卸掉加载轮和三维力传感器连接板，更换新的加载轮即可。

5、本发明中的模拟加载车在配件部分还包括自带的爬梯，结合该加载车自带的动力系统，可以自行上下平板车便于转运，爬梯为分离式结构，一方面是可以降低爬梯的重量，方面装卸，另一方面是拆卸后的爬梯在转运过程中可以方便放置在加载车下方，不占用额外空间，在转运到新的实验地点后自我保障能力高，无需借助额外的装备。

6、本发明中的模拟加载车监测系统包括速度传感器和两个三分量力传感器，可在试验过程中能够同步采集加载轮的速度及其承担的水平荷载、侧向荷载和竖向荷载。

7、本发明中的模拟加载车设置有两个弹簧偏心辅助轮，当汽车正常行驶未发生侧倾时，单侧悬架弹簧压缩，为加载车提供支撑力，当加载车发生侧倾且侧倾角度低于6°时，单侧悬架弹簧的压缩量增加，另一侧悬架弹簧的压缩量减少，且增加量和减少量相等，即，单侧悬架弹簧增加的支撑力与另一侧悬架弹簧减少的支撑力相等，能够使加载轮的承载力为恒定值。

附图说明

图1为本发明模拟加载车整车结构示意图。

图2为本发明动力系统结构示意图。

图3为本发明加载系统结构示意图。

图4为本发明加载轮安装位置结构示意图。

图5为本发明载重大梁内部结构示意图。

图6为本发明载重大梁底部结构示意图。

图7为本发明三维力传感器连接板结构示意图。

图8为本发明配重块顶部结构示意图。

图9为本发明配重块底部结构示意图。

图10为本发明弹簧偏心辅助轮整体结构示意图。

图11为本发明弹簧偏心辅助轮整体结构俯视图。

图12为本发明辅助轮安装架后侧视结构侧视图。

图13为本发明辅助轮安装架前侧视结构侧视图。

图14为本发明手摇支腿结构示意图。

图15为本发明监测系统电气原理图。

图16为本发明监测系统的系统结构拓扑图。

图17为本发明中垫块结构示意图。

图18为本发明中爬梯结构示意图。

图19为本发明模拟加载车整车拉力受力分析示意图。

图20为本发明模拟加载车整车受力分析示意图。

图21为本发明加载轮和两辅助轮受力分析。

图22为本发明弹簧悬架位置尺寸图。

图23为本发明一侧的辅助轮完全压缩时示意图。

图24为本发明加载车发生微小的偏移时示意图。

图25为本发明加载车发生微小的偏移时受力情况示意图。

图26为本发明动力系统与加载系统之间连接装置仿真受力图。

图27为本发明动力系统与加载系统之间连接装置仿真位移云图。

图28为本发明动力系统与加载系统之间连接装置仿真应力云图。

其中：1-动力系统，101-转向油缸，2-载重大梁，201-牵引块，202-液压缸连接支耳，203-安装通孔，3-加载轮，4-三维力传感器底板，5-三维力传感器连接板，6-辅助加强大梁，7-配重块，701-连接把手，702-凸起块，702-凹陷孔，8-吊机，9-栓紧带，10-弹簧偏心辅助轮，1001-辅助轮，1002-第一辅助轮支架，1003-第二辅助轮支架，1004-第三辅助轮支架，1005-悬架弹簧连接耳座，1006-悬架弹簧，1007-辅助轮转动轴，1003-第二辅助轮支架，11-手摇支腿，12-速度传感器，13-放大器，14-无纸记录仪，15-三分量力传感器，16-稳压模块，17-垫块，18-爬梯。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-16所示的自行式飞机荷载模拟加载车，包括动力系统1、加载系统和监测系统，所述动力系统1与所述加载系统连接，为所述加载系统提供动力，加载系统用于对加载轮3施加模拟载荷，监测系统用于监测加载轮3的运动状态。

具体的，所述动力系统1选用QCY360牵引车，牵引车整机重量为16000kg，I档时速为0～8.4km/h、牵引力为126kN，II档时速为0～15.2km/h、牵引力为106kN，外形尺寸为5940mm×2750mm×3350mm。

所述加载系统的尺寸为4727mm×2936mm×1513mm，具体包括载重大梁2，所述载重大梁2的主体框架由箱形的纵梁和横梁拼焊组成，载重大梁的纵梁和横梁是由厚度为30mm的Q345板焊接而成。所述载重大梁2与所述动力系统1之间通过转向油缸101连接，所述转向油缸101采用牵引车自动的转向油缸，所述载重大梁2上设有与所述动力系统1连接的牵引块201，以及与转向油缸101连接的液压缸连接支耳202。

所述载重大梁2的底板上开设有用于安装加载轮3的安装通孔203，所述安装通孔203的左右两侧均通过三维力传感器底板4安装有三维力传感器连接板5，所述传感器三维力传感器底板4与载重大梁2的底板连接，作为载重大梁2与三维力传感器连接板5之间的过渡板，在实际加工过程中，方便后续装配操作，所述三维力传感器连接板5整体为凸形结构，为监测系统中的三分量力传感器15提供安装位置，保证三分量力传感器15工作的精度和稳定性。

所述加载轮3的可选外径有四种，分别是1245mm、1050mm、995mm和950mm。

为了提高载重大梁2在试验过程中的承载力，在所述载重大梁2的底部，位于安装通孔203的两侧处均设有辅助加强大梁6，辅助加强大梁6主要由一块横板、三块竖板和两块挡板组成，横板的尺寸为1300mm×400mm×30mm，竖板的尺寸为1300mm×210mm×30mm，挡板的尺寸为400mm×240mm×10mm。安装装配时，先将三块竖板直接与载重大梁2的底板进行焊接，再将横板与竖板进行焊接，最后焊接前后挡板。

所述载重大梁2内还设有若干配重块7，配重块7用于对加载轮3施加载荷，在装配时，将配重块7装配在加载轮3的前侧和后侧。在本发明中，每个配重块7的重量为0.5t，对应的尺寸为698mm×698mm×160mm。配重块7的侧边设有两个连接把手701，满足吊机8的举升和下放。配重块7的顶部设有凸起块702，底部设有凹陷孔703，尺寸皆为200mm×200mm和100mm×100mm，高度为50mm，通过凸起块702和凹陷孔703可以对多个配重块7叠加放置时进行水平面限位。

为了方便对配重块7进行装配，在所述载重大梁2靠近动力系统1的一端设有吊机8，吊机8选用徐州赵氏起重机械有限公司生产的吊机，额定载荷为1t，安全系数为2，吊机8的额定载荷为250kg～1000kg，吊升长度为1.2～1.7m，吊臂可绕着立柱作圆周转动，也可上下摆动，上下摆动档位有3个，吊臂顶距离地面高度为1.3m～2.26m，吊装架总重80kg，安装拆卸的时候，可以分别安装吊装架立柱(48kg)和吊装架吊臂(32kg)，两个成人即可完成安装拆卸。吊升长度长度越长，吊机8起吊的额定重量越小，起吊长度为1.2m时，起吊额定重量为1t，起吊长度为1.7m时，起吊额定重量为0.25t。因此吊机8吊装配重块7时，吊机8的吊臂长度选择1.45m，可吊装本发明中0.5t的配重块7，本发明中配重块7的数量为24块，总重量为12t，在试验时可以根据需要增减配重块7的数量。

为了避免配重块7在运输和试验过程中发生晃动，在所述载重大梁2的左右两侧之间设有长度可调的栓紧带9，栓紧带9的总长度为10m，宽度为5.1cm，拉力为1.5t～4.1t。当配重块7装载完毕后，安装栓紧带9，栓紧带9围绕载重大梁2一圈并通过捆绑器锁紧，每列配重块7搭配两根栓紧带9。栓紧带9将配重块7整体进行上下拉紧固定，配重块7左右方向由自身的凸起块702和凹陷孔703固定，避免运输和试验过程中引起晃动。

进一步的，所述载重大梁2的左右两侧均设有弹簧偏心辅助轮10，弹簧偏心辅助轮10用于支撑辅助载重大梁2进行移动。弹簧偏心辅助轮10包括辅助轮1001和用于安装所述辅助轮胎1001的辅助轮安装架，辅助轮1001采用贵州前进轮胎，型号为8.25-15/6.5，轮胎花纹代码为OB520，为低速实心轮胎，规格为8.25-15，外直径814mm，断面宽208mm，轮辋6.5-15，速度10km/h状态下，承载重力为5085kg。

所述辅助轮安装架包括安装在所述载重大梁2上的第一辅助轮支架1002和第二辅助轮支架1003，所述第一辅助轮支架1002的底部设有L型的第三辅助轮支架1004，所述辅助轮1001安装在所述第三辅助轮支架1004上，所述第三辅助轮支架1004上与所述第二辅助轮支架1003相对应的位置处设有U型的悬架弹簧连接耳座1005，所述第二辅助轮支架1003与所述悬架弹簧连接耳座1005之间连接有悬架弹簧1006。所述第一辅助轮支架1002、第三辅助轮支架1004和载重大梁2之间通过辅助轮转动轴1007连接，辅助轮转动轴1007与载重大梁2之间转动连接，使得辅助轮1001在经过障碍物或者在路面不平的情况下，辅助轮1001和第三辅助轮支架1004能够发生转动。

更加具体的，所述第一辅助轮支架1002的主要作用是连接辅助轮转动轴1007，避免辅助轮转动轴1007受力过大导致变形过大。第一辅助轮支架1002主要由430mm×100mm×30mm矩管和440mm×100mm×20mmL型管垂直焊接连接，中间与辅助轮转动轴1007的连接孔为Φ39mm。

所述第二辅助轮支架1003的作用是连接悬架弹簧1006，第二辅助轮支架1003与载重大梁2采用焊接，与悬架弹簧1006的顶部采用M20螺栓连接。

所述第三辅助轮支架1004的主要作用是辅助支撑连接辅助轮1001。第三辅助轮支架1004由1000mm×300mm×20mm矩管和1000mm×120mm×20mm矩管焊接而成。加载轮3外径有1245mm、1050mm、995mm和950mm这四种直径，当更改不同直径的加载轮3时，只需在安装加载轮3对应的位置处添加厚度块，使辅助轮1001和加载轮3同水平着地并且加载轮3承受18t以上的力。

所述悬架弹簧连接耳座1005的作用主要是连接悬架弹簧1006，悬架弹簧连接耳座1005的地面支架焊接固定在第三辅助轮支架1004上，开口处通过M20螺栓与悬架弹簧1006连接。

所述悬架弹簧1006的螺旋弹簧外径为165mm、丝径为25mm、内径为115mm、圈数为13.5r、自由高度为631mm、压缩行程为240mm、最低压缩高度为391mm，螺旋弹簧刚度为120N/mm。

所述辅助轮转动轴1007用于辅助固定辅助轮1001，使辅助轮1007在上下跳动时，能够以此轴转动。辅助轮转动轴1007的一端连接载重大梁2，连接载重大梁2的厚度为20mm，载重大梁2内部还添加厚度为20mm的垫块，垫块的尺寸为Φ150mm×Φ60mm×20mm，连接载重大梁2的腹板，载重大梁2的右侧腹板还掏空了一个Φ180mm的连接孔，其主要作用是方便辅助轮转动轴1007的装配。

弹簧偏心辅助轮10的主要作用是：当汽车正常行驶未发生侧倾时，单侧悬架弹簧1006提供0.5t的支撑力，当汽车侧倾且侧倾角度分别为3°、4°、5°、6°、7°时，对应的悬架弹簧1006压缩量分别为66.52mm、88.75mm、111.04mm、133.40mm、155.84mm，此时侧倾边，单侧悬架弹簧1006对应提供的力分别为2614.5kg、2886.8kg、3433.5kg、3159.7kg和3708.3kg。当侧倾角度大于7°时，侧倾位移高于160mm，此时手摇支腿11触地，保护整车侧翻。

正常行驶时，单侧悬架弹簧1006的压缩量为41.67mm，提供支撑力为0.5t，当加载车发生侧倾且侧倾角度低于6°时，悬架弹簧1006增加减少的数值为133.4mm，约等于正常行驶时的压缩值，因此，当整车发生侧倾且侧倾角度低于6°时，单侧悬架弹簧1006的压缩量增加，另一侧悬架弹簧1006的压缩量减少，且增加量和减少量相等，即，单侧悬架弹簧1006增加的支撑力与另一侧悬架弹簧1006减少的支撑力相等，此时，加载轮3的承载力为恒定值。

进一步的，所述载重大梁2的左右两侧分别设有两个长度可调的手摇支腿11，所述手摇支腿11的作用有两个：第一，安装拆卸吊机8和配重块7时，伸长手摇支腿11，手摇支腿11的底部触地，整个加载系统保持调平和稳定状态，防侧倾；第二，在模拟加载车运动过程中，手摇支腿11的底部与地面的距离为160mm，当加载系统侧倾角度大于7°时，手摇支腿11与地面接触，防止整车侧倾。

需要说明的是，手摇支腿11采用现有的成品结构，通过转动把手可以调节手摇支腿11的长度，手摇支腿11额定载荷为8t，缩回时，总高度为760mm，伸长行程为400mm，伸长值最大时，总高度为1160mm，外管尺寸为110mm×110mm×3.7mm，内管尺寸为100mm×100mm×3mm，净重25.8kg。手摇支腿11与载重大梁2之间采用螺栓连接，数量为8个，螺栓尺寸为M16。

进一步的，所述监测系统包括速度传感器12、两个放大器13、无纸记录仪14和两个三分量力传感器15，所述监测系统的用电来自动力系统1的车载24V电瓶供电。监测系统的基本原理图如附图15所示。车载电池与监测系统之间还设有稳压模块16，系统拓扑图如附图16所示。

车载电池电源经过隔离宽电压输入电源模块给各用电设备供电。本发明选用金升阳的CUWF2424JYT-3WR3系列。该系列稳压模块具有输入欠压保护，输出短路保护、过流保护、过压保护；可以保障后续用电设备的用电安全。经过稳压模块输出24V稳定电源。

两个所述三分量力传感器15分别安装在载重大梁2的安装通孔202两侧，三维力传感器连接板5与三维力传感器底板4之间，测量水平、侧向和竖直方向的力，测量出的力在无纸记录仪14上显示并保存。三分量力传感器15由北京天工俊联传感器公司提供，可准确采集水平、侧向和竖直方向的力，水平、侧向方向能承受100kN的力，竖直方向能承受300kN的力，能安全超载1.5倍的力。工作温度为-40℃到70℃，测量力的误差范围为0.3％，其力值采集频率为3000Hz，频率输出的信号形式为mV，搭配一个放大器13输出范围是4-20mA。加载轮3承受的竖向力由左右两个三分量力传感器15测量出的竖向力相加，而加载轮3承受的水平、侧向力由左右两个三分量力传感器15测量出的水平、侧向力相加后得出。所述放大器13由深圳耐特恩科技有限公司提供。采用HSGA3系列三通道应变式放大器，每个通道独立可调，配合三分量力传感器可方便实现信号调理。工作电压18-24VDC，其输出信号有±5V、±10V和0-20mA等范围，经过放大器13输出的信号经无纸记录仪14显示及保存。

所述速度传感器12用于试验过程中采集加载轮3的速度，速度传感器12由深圳耐特恩科技有限公司提供，工作温度为-40℃到70℃，频率响应500Hz，输出为4-20mA，速度传感器12安装在三维力传感器连接板5上，加载轮3系统安装有光栅盘结构，在试验过程中，速度传感器12采集栅格数量计算出转动圈数，进而得到加载轮3的运动速度，光栅盘与加载轮3采用销钉连接。速度传感器12采集到的加载轮3速度也在无纸记录仪14上显示并保存。

无纸记录仪14的作用是实时显示和存储三分量力传感器15和速度传感器12的数据，无纸记录仪14的品牌为联测仪表，型号为SIN-R200T6-JDQ8-24(三线式)，能稳定记录，数据可以同步实时显示，具有8通道、8报警，最快能1秒对各通道采样一次，存储空间128MB能存储90万条记录，支持U盘导出数据。当需要到导出数据时，把U盘插入U盘插入口后，在操作按钮进行导出数据操作。采用24V直流供电，放置在驾驶室内，供电方式为连接车载电瓶。三分量力传感器15首先连接放大器13，然后再与无纸记录仪14相连；速度传感器12可以直接与无纸记录仪14相连。

此外，作为配件部分，本发明中模拟加载车的配件还包括但不限于两个垫块17和一个自带的爬梯18，如附图17和18所示。所述垫块17用于在更换加载轮3时，使用自带的吊机8卸掉所有配重块7，让加载车空载，然后在两个辅助轮1001下分别放置一个垫块17，加载车前进，辅助轮1001驶上此垫块17，则加载轮3将悬空。这时加载轮3不受力，卸掉加载轮3和三维力传感器连接板5，更换新的加载轮3即可。

所述爬梯18用于加载车转运时辅助加载车上下平板车，将加载车放置在平板车的车尾，整个加载车在动力系统1的作用下可以自行上下平板车，爬梯18为分离式结构，一方面是可以降低爬梯18的重量，方面装卸，另一方面是拆卸后的爬梯18在转运过程中可以方便放置在加载车下方，不占用额外空间，在转运到新的实验地点后自我保障能力高，无需借助额外的装备。

进一步的，本发明中还对设计出来的飞机模拟加载车进行性能和参数分析计算，具体包括以下内容：

1、整车拉力计算

本发明中模拟加载车整车的总重为30025.9kg，在加载系统移动过程中，路面不是绝对平整，故取路面的偏斜角度为3°，受力分析图如附图19所示。则与加载系统连接的动力系统1的拉力F_a1(N)为：

F_a1＝μ×m×g×cosθ+m×g×sinθ

式中，μ-滑动摩擦系数，μ＝0.03

m-承载重量(kg)，m＝30025.9kg

g-重力加速度(m/s²)，g＝9.8m/s²

θ-倾斜角度(°)，θ＝3°

则计算得F_a1＝24215.576N

从安全角度考虑，取安全系数S＝2，则最终所需要的动力系统1的推力F_a2(N)，计算为：F_a2＝s×F_a1＝48431.1519N。

因此，本发明中所选的动力系统1为型号为QCY360的牵引车，II档速度下，牵引力为106kN，速度为15km/h，考虑本方案只有单轴驱动，牵引力为整车的0.5倍，即53kN，该车满足实验动力需求，且能满足加载车行驶速度不低于10km/h。

2、载荷分析计算

根据加载系统的结构形式，设动力系统1(下称牵引车)的车轴为原点，加载系统方向为x正向，整车受力分析如附图20所示。

由图18可知，整车的重心A为

式中，F₁-牵引车重量(kg)，F₁＝10000kg

L₁-牵引车重心距离原点距离(mm)，L₁＝300mm

F₂-加载系统重量(kg)，F₂＝20025.9kg

L₂-加载系统重心距离原点距离(mm)，L₂＝4065mm

则计算得A＝2768mm。

加载轮3与两个弹簧偏心辅助轮10的受力关系如附图21所示。

由图21可知，牵引车两前轮受地面支撑力为F₃，承载系统试验轮受地面支撑力为F₄，

式中：

F-整车重量(kg)，F＝30025.9kg

F₅-辅助轮受力(kg)，F₅＝500kg

L-牵引车前轮和辅助轮后轮轴距(mm)，L＝3614mm

A-重心距离原点距离(mm)，A＝2768mm

则计算得F₃＝7028.75kg，F₄＝21997.15kg。

因此，加载轮3的承重达到18t以上。

3、加载车最大横向加速度计算

已知加载车最大转弯半径为10m，最大转弯速度为10km/h，计算加载车最大转弯加速度。

a＝v²/R

式中：v-加载车行驶的速度，v＝10km/h

R-加载车转弯半径，R＝10m

则计算得a＝0.77284m/s²

可知，最大转弯加速度即横向加速度小于0.1g，预留1.2倍的安全系数，横向加速度为0.1g。

4、弹簧悬架分析计算

悬架弹簧计算过程：先假定侧倾角度，计算悬架侧倾刚度，忽略牵引车前轮悬挂刚度，粗略算出悬架弹簧1006的刚度，再根据空间位置，得出悬架弹簧1006的长度和中径，将这几个数值给供应商，供应商根据实际情况，计算出悬架弹簧1006实际刚度、长度和中径。再根据供应商反馈的刚度、外径等参数，检验悬架弹簧1006是否干涉以及验算在0.1g横向加速度下的侧倾角度。

假设加载车在转弯过程或受侧倾加速度0.1g情况下，汽车的倾角为3°。悬架弹簧1006位置尺寸示意图如附图22所示。

根据悬架弹簧1006的受力示意图，其侧倾角刚度可以用下式计算得到：

a_yM_mh+M_bmghΦ＝C_Φ×Φ

式中，M_bm-满载簧上重量，M_bm＝1000kg

a_y-设定横向加速度，a_y＝0.1g

h-质心高度，h＝822.5mm

Φ-侧倾角度，Φ＝3°

C_Φ-整车侧倾角刚度

忽略前轮(牵引车轮)悬架C_Φrf的刚度，整车侧倾刚度与后悬架弹簧刚度的关系如下所示

式中，C_s-悬架弹簧刚度，C_Φ-整车侧倾刚度，C_Φrr-后悬侧倾刚度，s-悬架弹簧安装距离，s＝2267mm；

则计算得C_Φ＝120N/mm。

满载时悬架弹簧的压缩量为：

式中，s₁-弹簧满载时压缩量，F_b1-满载时受力，取满载时弹簧承重500kg，即F_b1＝5000N；C_s-螺旋弹簧刚度，C_s＝120N·mm

则计算得s₁＝41.67mm。

根据空间位置，得出悬架弹簧中径不超过200mm，满载压缩弹簧长度为500mm左右，悬架弹簧的刚度为120N/mm，悬架弹簧的自由高度为514mm。

将数据给予供应商，根据反馈，实际生产悬架弹簧的外径为165mm、丝径为25mm、内径为115mm、圈数为13.5r、自由高度为514mm、最低压缩高度为314mm，悬架弹簧刚度为120N/mm。

根据公式可知，当整车侧倾刚度C_Φ越大，则侧倾角度越小，当忽略前轮侧倾刚度时，整车的侧倾角度为3°，当不忽略前轮的侧倾刚度时，整车的侧倾角度低于3°。

正常行驶时，单侧悬架弹簧提供500kg的支撑力，当侧倾角度分别为3°、4°、5°、6°、7°时，对应的弹簧压缩量分别为73.48mm、97.94mm、122.37mm、146.76mm和171.11mm，单侧悬架弹簧对应提供的力分别为1381.76kg、2886.8kg、3433.5kg、3159.7kg和3708.3kg。

正常行驶时，单侧悬架弹簧的压缩量为41.67mm，当侧倾且侧倾角度低于6°时，悬架弹簧增加减少的数值为146.76mm。单侧悬架弹簧的压缩量增加，另一侧悬架弹簧的压缩量减少，且增加量和减少量相等，因此，单侧悬架弹簧增加的力与另一侧悬架弹簧减少的力相等，即，当侧倾角度低于6°时，两个悬架弹簧提供的支撑力相等，加载轮3的承载力为恒定值。

5、加载车系统上平板拖车

动力系统QCY360和加载系统通过连接装置成为加载车系统，由于加载轮3直径大的原因，加载车不能独立开上平板车上后进行运输。如果加载车需要独立开上平板车，需要卸掉加载轮3，保留两个辅助轮1001后能独立开上平板车。

6、加载车转弯半径计算

转弯半径是指车辆行驶过程中，由转向中心到前外转向轮与地面接触点的距离。当方向盘转到极限位置时，由转向中心到前外转向轮接地中心的距离称为最小转弯半径，它反映了车辆通过最小曲率半径弯曲道路的能力和在狭窄路面上调头行驶的能力。以下采用两种方法计算加载车的最小转弯半径：

(1)计算加载车的最小转弯半径：

式中，L-加载车长度(m)，L＝8.1m；-车辆的最大转角，

则计算得R＝9.58353m。

(2)计算加载车的最小转弯半径：

式中：D-加载车的轴距(m)，D＝3.65m；-车辆的最大转角，

则计算得R＝7.82745m。

由此可得，两种方法计算得到的加载车最小转弯半径都小于10m。

7、辅助轮一侧完全压缩时受力情况

加载系统受到0.1g的横向加速度，悬架弹簧一侧继续压缩150mm完全压缩到位，如附图23所示。计算辅助轮和加载轮的受力情况。

由附图23可知，能得出以下等式：

mg*L1*sinθ+0.1*mg*L1*cosθ＝F2*L2

sinθ＝L3/L2

式中，m-加载系统的重量(kg)，m＝22997.15kg；L₁-加载车重心到地面的高度(mm)，L₁＝822.5mm；L₂-加载轮到辅助轮的中心距(mm)，L₂＝1404mm；L₃-辅助轮上的弹簧压缩量(mm)，L₃＝150mm；

则计算得F2＝26425.97N，F1＝178975.93N

由此可得，一侧的悬架弹簧完全压缩，另一侧的悬架弹簧完全悬空，辅助轮承受2642.597kg的力，选择的2个辅助轮均采用贵州前进轮胎，型号为8.25-15/6.5，其最大承载重力为5085kg，因此，辅助轮胎满足此极限工况要求。

8、加载系统是否为静定结构

对于加载系统是否为静定结构，看加载系统发生小的重心偏移后，辅助轮系统能否给加载系统恢复平衡状态的能力，如附图24和附图25所示。

由图22和23可得，sina＝Z/L1，sinβ＝X/L2

因为加载系统只发生微小变形，则sinα＝sinβ，计算出X＝Z*L2/L1。

弹簧的力矩：M_弹＝F2*L1 F2＝k*Z

重力的力矩：M_重＝mg*X

式中：L₁-加载车重心到地面的高度(mm)，L₁＝1404mm

L₂-加载轮到辅助轮的中心距(mm)，L₂＝822.5mm

m-加载系统的重量(kg)，m＝22997.15kg

k-悬架弹簧的刚度系数，k＝120N/mm

则计算得M_弹/M_重＝1.236。

计算出悬架弹簧的弹力对原点的力矩大于重心偏移对原点的力矩，表示加载系统发生小的重心偏移后，辅助轮系统能使加载系统恢复平衡状态，得出加载系统始终处于平衡状态。

9、连接装置强度仿真分析计算

动力系统QCY360和加载系统通过连接装置(牵引块201)成为加载车系统，当辅助轮一侧的悬架弹簧完全压缩(200mm的行程)，此时连接装置受到较大的扭矩力、0.1g的横向加速度及22997.15kg的重力，需要仿真连接装置强度是否满足。

对牵引块20l的上下连接耳圆孔(插上销轴)进行固定，整车行驶的横向过载O.1g，加载系统的重量为22997.15kg。已知连接装置的材质为Q345E，连接板两侧各受26462.58N的力但方向相反，0.1g的横向加速度及22997.15kg的重力，仿真的受力图如附图26-28所示。

对连接装置进行强度仿真，仿真出最大位移为0.4269mm，发生在连接装置的连接板上，仿真出最大应力为135.83MPa，发生在连接装置的连接耳，其最小安全系数为2.54。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.自行式飞机荷载模拟加载车，包括动力系统(1)、加载系统和监测系统，其特征在于：所述加载系统包括用于安装加载轮(3)的载重大梁(2)，所述载重大梁(2)的两侧对称设有两个用于避免整车侧翻和保证加载轮(3)承载力恒定的弹簧偏心辅助轮(10)，且所述载重大梁(2)的左右两侧分别设有两个用于对加载系统高度进行调节的手摇支腿(11)。

2.根据权利要求1所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述载重大梁(2)内还设有若干配重块(7)，且所述载重大梁(2)上设有用于装配所述配重块(7)的吊机(8)。

3.根据权利要求1所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述弹簧偏心辅助轮(10)包括辅助轮(1001)和用于安装所述辅助轮胎(1001)的辅助轮安装架，所述辅助轮安装架与所述载重大梁(2)的腹板连接。

4.根据权利要求3所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述辅助轮安装架包括安装在所述载重大梁(2)上的第一辅助轮支架(1002)和第二辅助轮支架(1003)，所述第一辅助轮支架(1002)的底部设有L型的第三辅助轮支架(1004)，所述辅助轮(1001)安装在所述第三辅助轮支架(1004)上，所述第二辅助轮支架(1003)与所述第三辅助轮支架(1004)之间连接有悬架弹簧(1006)。

5.根据权利要求4所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述第三辅助轮支架(1004)上与所述第二辅助轮支架(1003)相对应的位置处设有U型的悬架弹簧连接耳座(1005)，所述悬架弹簧(1006)的顶部和底部分别与所述第二辅助轮支架(1003)和悬架弹簧连接耳座(1005)对应连接。

6.根据权利要求5所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述第一辅助轮支架(1002)、第三辅助轮支架(1004)和载重大梁(2)之间通过辅助轮转动轴(1007)连接，所述辅助轮转动轴(1007)与所述载重大梁(2)转动连接。

7.根据权利要求1所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述动力系统(1)上设有转向油缸(101)，所述载重大梁(2)上设有与所述动力系统(1)连接的牵引块(201)，以及与所述转向油缸(101)连接的液压缸连接支耳(202)。

8.根据权利要求1所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述配重块(7)的侧边设有两个连接把手(701)，且所述配重块(7)的顶部设有凸起块(702)，底部设有与所述凸起块(702)相对应的凹陷孔(703)。

9.根据权利要求1所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述监测系统包括速度传感器(12)、两个放大器(13)、无纸记录仪(14)和两个三分量力传感器(15)，两个所述三分量力传感器(15)分别通过对应的放大器(13)与无纸记录仪(14)连接，所述速度传感器(12)也与无纸记录仪(14)连接。

10.根据权利要求1所述的自行式飞机荷载模拟加载车，其特征在于：所述载重大梁(2)的底板上设有两个用于安装所述三分量力传感器(15)的三维力传感器连接板(5)，两个三维力传感器连接板(5)分别位于所述加载轮(3)的两侧，所述速度传感器(12)安装在其中一个三维力传感器连接板(5)上。