一種路面能量采集測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種路面能量采集測試系統(tǒng)及方法,適用于模擬車輛在路面行駛過程中路面能量采集的工況,用于檢測路面能量采集系統(tǒng)隨汽車載重、速度變化時能量采集容量和效率。
【背景技術】
[0002]隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國對能源需求量大幅度增長,煤炭是我國主要能源,但煤炭燃燒后所產(chǎn)生的二氧化碳、二氧化硫與粉塵排放,造成嚴重環(huán)境污染。因此,人們對環(huán)保的重視推動了我國對節(jié)能環(huán)保和綠色能源需求。與此同時,近年來,我國汽車保有量迅速發(fā)展,截至2015年初,全國機動車總保有量達2.64億輛,其中汽車1.54億輛。我國已成為汽車大國,僅次于美國;同時公路建設發(fā)展迅猛,截至2014年,全國公路網(wǎng)總里程達到435.62萬公里,其中高速公路通車里程達到11.19萬公里。此外隨著城市規(guī)模及城市交通的快速發(fā)展,各種交通工具引起的路面振動和變形越來越多,路面具有可廣泛利用的機械能。如果將路面機械能轉(zhuǎn)換為電能,不但可以產(chǎn)出清潔的電能,還可以減小路面的振動和變形,減少路面結構損傷,降低結構維護成本以及減少噪音污染等,具有良好的應用前景。
[0003]目前缺少一種能夠模擬車輛在路面行駛過程中陶瓷壓電片受到車輛激勵的工作狀況,用于檢測在汽車壓力激勵作用下,不同壓力、不同作用頻率對陶瓷壓電片發(fā)電的影響的裝置(系統(tǒng))。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明首先提供一種路面能量采集測試系統(tǒng)及方法,適用于模擬車輛在路面行駛過程中路面能量采集的工況,用于檢測路面能量采集系統(tǒng)隨汽車載重、速度變化時能量采集容量和效率。
[0005]—種路面能量采集測試系統(tǒng),包括基架、固定在基架上的動力裝置、車輪模擬裝置、能量采集模塊(16)、加載裝置以及數(shù)據(jù)采集和分析裝置;動力裝置為車輪模擬裝置提供車輪轉(zhuǎn)動的動力,以模擬車輪碾壓的實際工況;能量采集模塊(16)與加載裝置連接,加載裝置為能量采集模塊(16)提供加載,將能量采集模塊壓緊在車輪模擬裝置的車輪上,以模擬不同加載力的實際工況;數(shù)據(jù)采集和分析裝置采集能量采集模塊的能量采集容量及效率數(shù)據(jù)并加以分析。
[0006]所述的路面能量采集測試系統(tǒng),車輪模擬裝置包括兩個加載輪架(5)、用于支撐加載輪架(5)的軸承座(4)、用于連續(xù)對能量采集模塊(16)加載的車輪(7)和傳動主軸(8),兩個加載輪架(5)對稱安裝在支撐橫梁(6)的兩側;加載輪架(5)是以兩塊圓盤形的加載輪架輪板(21)與加載輪架套筒(23)焊接固定在一起,構成車輪(7)安裝骨架,加載輪架輪板(21)設計為輪輻式結構以減輕加載輪架(5)的自身重量,兩塊加載輪架輪板(21)的圓周上均勻開設多個軸通孔(22),通過該多個軸通孔(22)以及螺栓(20)螺母(18),將多個車輪(7)安裝在加載輪架(5)上,車輪(7)的輪轂上安裝軸承,車輪(7)可以繞軸自轉(zhuǎn),每一個車輪(7)的兩側匹配安裝有軸套(19)用于將車輪(7)定位。
[0007]所述的路面能量采集測試系統(tǒng),能量采集模塊(16)包括方盒(26)、頂板(24)、壓力縮放器(29)、支撐柱(32)、陶瓷壓電片(30)和硅膠墊(31)、方盒(26)為一面無蓋的長方體或正方體盒子,無蓋一面采用頂板(24)蓋住,頂板(24)下方通過固定于方盒(26)四面的四個支撐柱(32)支撐,方盒(26)底部有一空腔,該空腔內(nèi)自下而上依次為硅膠墊(31)、若干枚陶瓷壓電片(30)、硅膠墊(31)和壓力縮放器(29),壓力縮放器(29)的上部為一段圓柱體,該圓柱體與頂板(24)所開圓孔間隙配合,圓柱體上平面與頂板(24)上表面平齊,壓力縮放器
(29)的底部為四棱臺結構,壓力縮放器(29)的底部通過上層的硅膠墊(31)加載在陶瓷壓電片(30)上;設置兩個能量采集模塊(16)與兩個加載輪架(5)對應,兩個能量采集模塊(16)對稱置于托盤(11)內(nèi)。
[0008]所述的路面能量采集測試系統(tǒng),動力裝置包括安裝在電機支撐光軸(9)上的變頻調(diào)速電動機(I)、與變頻調(diào)速電動機(I)連接的二級斜齒輪減速器(2)、與二級斜齒輪減速器
(2)輸出軸連接的柱銷聯(lián)軸器(3)。
[0009]所述的路面能量采集測試系統(tǒng),加載裝置包括以螺栓固定于底座(10)上的立式液壓缸(13)、托盤(11)、光軸(12)、滑套(15)、壓力傳感器28,光軸(12)通過固定支撐座(14)固定在底座(10)上,立式液壓缸(13)通過托盤上的通孔(27)和螺栓(25)與托盤(11)底部固定在一起,滑套(15)固定在托盤(11)的兩邊上,滑套(15)套在光軸(12)上,這樣托盤就可以沿著光軸(12)上下滑動,其中一個能量采集模塊(16)內(nèi)設置有壓力傳感器(28),該壓力傳感器固定于壓力縮放器(29)頂部開設的一凹槽內(nèi),用于測量加載壓力。
[0010]所述的路面能量采集測試系統(tǒng),支撐橫梁(6)包括支撐光軸(33)、橫梁(35)和筋板
(34),筋板(34)固定連接在支撐光軸(33)和橫梁(35)之間的夾角位置,橫梁(35)中部開設有通孔用以固定深溝球軸承(36)的軸承座(37),軸承座(37)內(nèi)安裝有深溝球軸承(36),傳動主軸(8)套在深溝球軸承(36)內(nèi)。
[0011]所述的路面能量采集測試系統(tǒng),加載輪架(5)正下方與兩個能量采集模塊(16)對齊,頂板(24)上所開圓孔的直徑與車輪(7)輪胎輪寬一致,這樣車輪能量能夠充分作用在壓力縮放器(29)的頂部。
[0012]根據(jù)任一的路面能量采集測試系統(tǒng)進行路面能量采集測試的方法,包括以下步驟:
[0013]I)將兩個能量采集模塊(16)對稱固定于托盤(11)兩端,其中一個能量采集模塊
(16)中設置壓力傳感器(28);
[0014]2)加載輪架(5)上任意一對車輪(7)的輪胎與能量采集模塊(16)上頂板(24)上所開圓孔對齊;
[0015]3)對立式液壓缸(13)加壓,推動托盤(I I)向上運動使得能量采集模塊(16)與輪胎
(7)接觸并壓緊,當壓力傳感器(28)測得壓力達到設定壓力時停止加壓;
[0016]4)陶瓷壓電片(30)輸出引線與能量采集卡輸入端連接,調(diào)定能量采集卡輸出電壓數(shù)值選項保證能量采集卡輸出電壓為預定值,能量采集卡輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連接,數(shù)據(jù)采集儀連接計算機收集數(shù)據(jù);
[0017]5)開啟變頻調(diào)速電動機(I),通過變頻器改變加載輪架(5)轉(zhuǎn)速,路面能量采集系統(tǒng)運行,計算機分析路面能量采集容量及效率。
[0018]所述的方法,更換不同規(guī)格的輪胎和相應規(guī)格的能量采集模塊(16)以模擬不同車輛加載的情況。
[0019]所述的方法,通過改變立式液壓缸(13)的壓力,模擬不同載重量的工況,調(diào)節(jié)加載輪架(5)轉(zhuǎn)速以模擬不同速度路面的能量采集工況。
[0020]本發(fā)明為解決現(xiàn)有裝置不能模擬車輛在路面行駛過程中陶瓷壓電片受到車輛激勵的工作狀況,提出了能量采集模塊的概念,取代以往直接將陶瓷壓電片直接埋入路面而造成的陶瓷壓電片損壞、無法接受到來自車輛對其的壓力,而造成的陶瓷壓電片無法正常工作或工作效率低下的問題。進而提出一種路面能量采集系統(tǒng)及方法,適用于模擬車輛在路面行駛過程中陶瓷壓電片受到車輛激勵的工作狀況,用于檢測在汽車壓力激勵作用下,不同壓力、不同作用頻率對陶瓷壓電片發(fā)電的影響。
[0021]有益效果:與現(xiàn)有的技術相比,本發(fā)明功能上突破了以往直接將陶瓷壓電片埋入路面而造成的陶瓷壓電片損壞、無法接受到來自車輛對其的壓力,而造成的陶瓷壓電片無法正常工作或工作效率低下的問題。提出以能量采集模塊為單元放置于托盤內(nèi),使得車輛輪胎的作用力可以通過巧妙的結構作用于陶瓷壓電片;本發(fā)明設計一種多輪加載輪架結構,可以實現(xiàn)在不同速度下,輪胎對能量采集模塊連續(xù)加載,模擬車輛在路面行駛過程中陶瓷壓電片受到車輛連續(xù)作用的工作狀況,通過變頻調(diào)速電機可以滿足陶瓷壓電片可以受到最高1Hz的沖擊頻率,以此模擬陶瓷壓電片在車輛以80km/h的速度在路面行駛的工況;本發(fā)明用以揭示以能量采集模塊為單元的路面能量采集壓電能量的容量及效率。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明路面能量采集測試系統(tǒng)的主視圖;
[0023]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)車輪模擬裝置主視圖;
[0024]圖3為圖2中車輪模擬裝置的左視圖;
[0025]圖4為車輪模擬裝置中加載輪架主視圖;
[0026]圖5為圖4中加載輪架的左視圖(右);
[0027]圖6為加載裝置俯視圖(已安裝能量采集模塊);
[0028]圖7為能量采集模塊俯視圖(已拆除頂板24);
[0029]圖8為能量采集模塊A-A剖面圖;
[0030]圖9為能量采集模塊B-B剖面圖
[0031]圖10為支撐橫梁主視圖;
[0032]其中:I變頻調(diào)速電動機、2二級斜齒輪減速器、3柱銷聯(lián)軸器、4軸承座、5加載輪架、6支撐橫梁、7車輪、8傳動主軸、9電機支撐光軸、10底座、11托盤、12光軸、13立式液壓缸、14固定支撐座、15滑套、16能量采集模塊、17軸承座支撐光軸、18螺母、19軸套、20螺栓、21加載輪架輪板、22軸通孔、23加載輪架套筒、24頂板、25螺栓、26方盒、27通孔、28壓力傳感器、29壓力縮放器、30陶瓷壓電片、31硅膠墊、32支撐柱、33光軸、34筋板、35橫梁、36深溝球軸承、37軸承座。
【具體實施方式】
[0033]以下結合具體實施例,對本發(fā)明進行詳細說明。
[0034]參考圖1,一種路面能量采集測試系統(tǒng),包括基架、固定在基架上的動力裝置、車輪模擬裝置、能量采集模塊16、加載裝置以及數(shù)據(jù)采集和分析裝置;動力裝置為車輪模擬裝置提供車輪轉(zhuǎn)動的動力,以模擬車輪碾壓的實際工況;能量采集模塊16與加載裝置連接,加載裝置為能量采集模塊16提供加載,將能量采集模塊壓緊在車輪模擬裝置的車輪上,以模擬不同加載力的實際工況;
[0035]基架包括底座10、固定在底座10上的電機支撐光軸9、固定在底座10上的軸承座支撐光軸17、固定于底座10上的支撐橫梁6,軸承座支撐光軸17用于支撐軸承座4。
[0036]動力裝置包括安裝在電機支撐光軸9上的變頻調(diào)速電動機1、與變頻調(diào)速電動機I連接的二級斜齒輪減速器2、與二級斜齒輪減速器2輸出軸連接的柱銷聯(lián)軸器3。
[0037]參考圖2-5,車輪模擬裝置包括兩個加載輪架5、用于支撐加載輪架5的軸承座4、用于連續(xù)對能量采集模塊16加載的車輪7和傳動主軸8,兩個加載輪架5對稱安裝在支撐橫梁6的兩側。加載輪架5是以兩塊圓盤形的加載輪架輪板21與加載輪架套筒23焊接固定在一起,構成車輪7安裝骨架,加載輪架輪板21設計為輪輻式結構以減輕加載輪架5的自身重量,兩塊加載輪架輪板21的圓周上均勻開設6個軸通孔22,通過該6個軸通