CN1828255A - 适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置，由土槽体、四个弹性支承件和偏心振动机构组成，土槽体是一个长方形的框架箱体结构，并在其底部左右方向上设有前纵梁和后纵梁，前纵梁上安装有支承件C和支承件D，后纵梁上安装有支承件A和支承件B；偏心振动机构通过前侧板安装在前纵梁上，通过后侧板安装在后纵梁上，且位于土槽体底部的中心位置；本发明土槽装置通过与台车机构、台车支架和驱动机构的配合使用能够完成车轮移动性能测试实验，在试验前进行模拟行星土壤的整备工作时，支承件A上的压紧螺母处于松开状态，此时弹簧起到了弹性支承U形支座和土槽体的作用；土壤整备工作结束之后，拧紧压紧螺母，土槽体通过U形支座刚性支承在底座的上面板上，使土槽体保持稳定状态进行车轮移动性能测试。

Description

适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置

技术领域

本发明涉及一种适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置，该装置通过测量车轮行走时的滚动阻力、牵引力等力学参数，用来对行星探测车辆车轮的移动性能进行评价。

背景技术

人类目前的行星探测主要是指月球探测和火星探测，以往的探测表明在月球表面存在一层特别精细松软的月球土壤层，相当于地球上的精细沙地。月球土壤平均内聚力为1，内摩擦角为35°。火星上土壤和地球上的可见土壤类型相似，包括了流沙和软土路面，对火星地面可以使用常用的土壤特性参数来描述。目前行星探测车辆的移动机构以轮式为主，各种轮式行走机构由于结构、尺寸、材料的不同，其在行星表面行走的能力有较大的差别。由车辆地面力学的理论可知，车轮在行星表面松软路面行走时的滚动阻力和车轮所能提供的牵引力，决定了行星探测车辆的通过能力和所需功率的大小，通过对相应力学参数的测量，可以对探测车辆移动机构的移动性能进行评价。本发明提出一种模拟车轮在行星地面行走时与地面相互作用关系的实验装置，用来通过试验方法进行车轮移动性能研究、优化轮式行走机构的设计。

与车轮相互作用的土壤的特性决定了地面可以为车轮提供的支承力和最大牵引力。土壤的物理特性即颗粒尺寸、颗粒形状、含水量、相对密实度决定了其基本的力学特性即承压强度和剪切强度；对于试验所用的模拟行星土壤，由于不含水分，在土壤的颗粒形状和粒径一定的情况下，影响其力学特性的主要将是土壤的密实度，这一点与地面土壤具有较大的差别，因此有效改变土槽装置中的土壤密实度是模拟行星土壤力学特性的关键。在农业土壤整备中所用的刮板刮平、滚筒滚压的方法将会造成土壤的密实度在垂直方向差别较大，与行星表面自然形成、未经扰动的土壤特征不一致，不适合探测车辆车轮移动性能测试对土壤的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置，为达到上述目的，本发明设计了框架结构的土槽体，用来盛放模拟的行星土壤，在土槽体下面设计了弹性支承机构和偏心振动机构。在整备土壤时，通过偏心振动机构高速旋转产生的偏心力，来使土槽体在弹性支承机构上面产生高频振动，有效改变槽内模拟行星土壤的密实度，从而改变土壤的力学参数。

本发明是一种适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置，由土槽体、支承件A、支承件B、支承件C、支承件D和偏心振动机构组成，所述土槽体是一个长方形的框架箱体结构，在箱体底部左右方向上设有前纵梁和后纵梁，所述前纵梁上安装有支承件C和支承件D，所述后纵梁上安装有支承件A和支承件B；所述偏心振动机构通过前侧板安装在前纵梁上，通过后侧板安装在后纵梁上，且位于土槽体底部的中心位置；

所述支承件A由U形支座、底座、弹簧、压紧螺母和螺柱组成，弹簧套接在螺柱上，且螺柱的一端穿过底座上面板中心光孔后与压紧螺母连接；螺柱的另一端通过螺纹与U形支座上面板中心螺纹孔连接，上面板设有安装孔，安装孔用于实现与土槽体底部的后纵梁固定用；U形座设在底座上方，且U形座与底座在振动工作状态下不接触；所述支承件B、支承件C和支承件D与所述支承件A结构相同；

所述偏心振动机构由安装箱、偏心块和电机组成，偏心块和电机安装在安装箱内；滚珠轴承安装在安装箱的前侧板上，滚珠轴承安装在安装箱的立板上，偏心块的一端连接在滚珠轴承上，偏心块的另一端连接在滚珠轴承上，且与减速器连接，减速器与电机输出轴连接。

本发明土槽装置的优点在于：(1)多个弹性支承件为土槽体1提供了合适的支承高度，符合人机工程学的要求，便于试验操作和观察；(2)土槽体1采用框架箱体结构，挡板与框架通过螺纹连接，试验结束时可以拆卸下来，便于槽内土壤的清理；(3)采用电机303带动偏心块302高频振动作为激振源，带动土槽底框振动，使箱体内的土壤密实度随振动发生改变；(4)土槽体1底部设有的多个弹性支承件可以有效地改变槽内模拟行星土壤的力学参数；(5)土槽体1的各档板采用透明材质加工制作，便于观察土壤的变形情况。

附图说明

图1是本发明土槽装置的外部结构图。

图1A是本发明土槽体的结构图。

图2是弹性支承件A的结构图。

图3是偏心振动机构的结构图。

图3A是电机与偏心块的连接结构图。

图4是行星探测车辆车轮移动性能测试机构结构示意图。

图中：    1.土槽体        101.前纵梁      102.后纵梁     103.前档板104.后档板    105.底板        106.左档板      107.右档板     108.框架21.支承件A    22.支承件B      23.支承件C      24.支承件D     201.U形支座202.底座      203.弹簧        204.压紧螺母    205.螺柱       206.上面板207.上面板    208.安装孔      3.偏心振动机构  301.安装箱     302.偏心块303.电机      304.滚珠轴承    305.滚珠轴承    306.减速器     307.前侧板308.立板      309.后侧板      11.台车机构     12.台车支架    13.驱动机构

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参见图1所示，本发明是一种适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置，所述土槽装置包括一个土槽体1、四个弹性支承件(支承件A 21、支承件B 22、支承件C 23和支承件D 24，四个支承件的结构相同)和一个偏心振动机构3，四个弹性支承件和偏心振动机构3安装在土槽体1的底部。所述土槽体1是一个长方形的框架箱体结构，在箱体底部左右方向上设有前纵梁101和后纵梁102，所述前纵梁101上安装有支承件C 23和支承件D 24，所述后纵梁102上安装有支承件A21和支承件B 22；支承件A 21与支承件C 23的安装位置关系为平行，支承件B 22与支承件D 24的安装位置关系为平行。所述偏心振动机构3通过前侧板308安装在前纵梁101上，通过后侧板309安装在后纵梁102上，且位于土槽体1底部的中心位置。请参见图1A所示，本发明的土槽体1由多块挡板和框架108组成一个长方形箱体结构，其框架108采用型钢制作，在型钢上放置的各档板(前档板103、后档板104、底板105、左档板106和右档板107)采用透明材质制作，前档板103与后档板104平行放置，左档板106安装在平行放置的前档板103和后档板104的一端，平行放置的前档板103和后档板104另一端安装有右档板107，且左档板106与右档板107也保持平行。本发明的土槽体1设计成透明结构有利于观察槽内土壤内放置的标记点的变形情况。档板与框架采用分离器件的组装模式，在试验结束时可以拆卸下来，便于槽内土壤的清理。请参见图2所示，在本发明中，支承件A21由U形支座201、底座202、弹簧203、压紧螺母204和螺柱205组成，弹簧203套接在螺柱205上，且螺柱205的一端穿过底座202上面板206中心光孔后与压紧螺母204连接；螺柱205的另一端通过螺纹与U形支座201上面板207中心螺纹孔连接，上面板207设有安装孔208，安装孔208用于实现与土槽体1底部的后纵梁102固定用；U形座201设在底座202上方，且U形座201与底座202在振动工作状态下不接触。在行星探测车辆车轮移动性能测试前，进行土壤整备时，调松压紧螺母204，此时弹簧203起到了弹性支承起U形支座201的作用。测试时，拧紧压紧螺母204，此时U形支座201压紧在底座202的上面板206上，U形支座201起到了刚性支承土槽体1的作用。

请参见图3、图3A所示，在本发明中，偏心振动机构3由安装箱301、偏心块302和电机303组成，偏心块302和电机303安装在安装箱301内；滚珠轴承304安装在安装箱301的前侧板307上，滚珠轴承305安装在安装箱301的立板308上，偏心块302的一端连接在滚珠轴承304上，偏心块302的另一端连接在滚珠轴承305上，且与减速器306连接，减速器306与电机303输出轴连接。

本发明土槽装置是一种适用于行星探测车辆车轮移动性能测试用的机构，其通过与台车机构11、台车支架12和驱动机构13的配合使用能够完成车轮移动性能测试实验(请参见图4所示)。在试验前进行模拟行星土壤的整备工作时，支承件A21上的压紧螺母204处于松开状态，此时弹簧203起到了弹性支承U形支座201和土槽体1的作用；偏心振动机构3的电机303通过减速器306驱动偏心块302高速旋转，产生的离心力通过滚珠轴承304、滚珠轴承305和安装箱301传递至土槽体1上，使土槽体1产生振动，从而改变了槽内的土壤密实度。土壤整备工作结束之后，拧紧压紧螺母204，土槽体1通过U形支座201刚性支承在底座202的上面板206上，使土槽体1保持稳定状态进行车轮移动性能测试。

Claims (3)

1、一种适用于行星探测车辆车轮移动性能测试的土槽装置，其特征在于：由土槽体(1)、支承件A(21)、支承件B(22)、支承件C(23)、支承件D(24)和偏心振动机构(3)组成，所述土槽体(1)是一个长方形的框架箱体结构，在箱体底部左右方向上设有前纵梁(101)和后纵梁(102)，所述前纵梁(101)上安装有支承件C(23)和支承件D(24)，所述后纵梁(102)上安装有支承件A(21)和支承件B(22)；所述偏心振动机构(3)通过前侧板(308)安装在前纵梁(101)上，通过后侧板(309)安装在后纵梁(102)上，且位于土槽体(1)底部的中心位置；

所述支承件A(21)由U形支座(201)、底座(202)、弹簧(203)、压紧螺母(204)和螺柱(205)组成，弹簧(203)套接在螺柱(205)上，且螺柱(205)的一端穿过底座(202)上面板(206)中心光孔后与压紧螺母(204)连接；螺柱(205)的另一端通过螺纹与U形支座(201)上面板(207)中心螺纹孔连接，上面板(207)设有安装孔(208)，安装孔(208)用于实现与土槽体(1)底部的后纵梁(102)固定用；U形座(201)设在底座(202)上方，且U形座(201)与底座(202)在振动工作状态下不接触；所述支承件B(22)、支承件C(23)和支承件D(24)与所述支承件A(21)结构相同；

所述偏心振动机构3由安装箱(301)、偏心块(302)和电机(303)组成，偏心块(302)和电机(303)安装在安装箱(301)内；滚珠轴承(304)安装在安装箱(301)的前侧板(307)上，滚珠轴承(305)安装在安装箱(301)的立板(308)上，偏心块(302)的一端连接在滚珠轴承(304)上，偏心块(302)的另一端连接在滚珠轴承(305)上，且与减速器(306)连接，减速器(306)与电机(303)输出轴连接。

2、根据权利要求1所述的土槽装置，其特征在于：所述土槽体(1)由前挡板(103)、后挡板(104)、底板(105)、左挡板(106)、右挡板(107)和框架(108)组成一个长方形箱体结构，其框架(108)采用型钢制作，各档板采用透明材质制作。

3、根据权利要求1所述的土槽装置，其特征在于：所述支承件A(21)采用弹簧(203)、螺柱(205)和压紧螺母(204)的配合使用实现弹性支承和刚性支承的转换。

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