輪胎橋面結構疲勞試驗機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輪胎橋面結構疲勞試驗機，包括試驗架，試驗架內設置模擬橋面和電控系統(tǒng)，模擬橋面和電控系統(tǒng)均與試驗架固定連接，試驗架上設置若干行走小車，行走小車包括車架，車架上方設置車載泵站、導向機構和驅動機構，車架下方設置加載油缸、承重輪機構和車橋，車載泵站、導向機構、驅動機構、加載油缸、承重輪機構和車橋均與車架固定連接。本發(fā)明輪胎橋面結構疲勞試驗機具有很強的適應性，通過升降油缸調節(jié)試驗架頂梁與底梁之間的高度距離，滿足不同高度模擬橋面的試驗要求，更換方便；通過加載油缸的壓力調節(jié)滿足不同載荷幅和載荷頻率的試驗要求；通過更換和組合不同的行走小車，可實現不同數量和類型輪胎在橋面上行走的模擬工況。
【專利說明】
輪胎橋面結構疲勞試驗機
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及試驗裝置，更具體的說，本發(fā)明涉及一種輪胎橋面結構疲勞試驗機。
【背景技術】
[0002]目前，隨著國民經濟的快速發(fā)展及汽車保有量的不斷增加，交通流量及車輛載荷越來越大，重載交通下正交異性鋼橋面板、混凝土橋面板等橋面結構疲勞劣化問題日益突出，因此改進橋面結構，保證橋梁結構的安全可靠性，延長橋梁使用壽命，是目前急需解決的任務。
[0003]目前，由于仿真模擬技術對于結構疲勞耐久性的評估準確性較低，主要原因有殘余應力場模擬、局部應力分析、多軸疲勞效應考量、疲勞抗力確定及疲勞壽命預測等技術難點，因此試驗手段是解決疲勞耐久性的直接有效方法，試驗能準確反映實際結構形式、邊界約束條件、制造安裝工藝及載荷施加特點。不合理的試驗方法會導致一些似是而非的錯誤，最終導致缺陷結構帶來經濟損失和傷亡危險，此類問題需要謹慎對待。對于直接承受車輪荷載的橋面結構，其模型疲勞試驗需要解決模擬車輪通過效應載荷施加的準確性問題。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于解決現有上述的問題，提供了一種輪胎橋面結構疲勞試驗機。
[0005]為實現以上目的，本發(fā)明的技術方案是一種輪胎橋面結構疲勞試驗機，包括試驗架，所述的試驗架內設置模擬橋面和電控系統(tǒng)，所述的模擬橋面和電控系統(tǒng)均與試驗架固定連接，所述的試驗架上設置若干行走小車，所述的行走小車包括車架，所述的車架上方設置車載栗站、導向機構和驅動機構，所述的車架下方設置加載油缸、承重輪機構和車橋，所述的車載栗站、導向機構、驅動機構、加載油缸、承重輪機構和車橋均與車架固定連接。
[0006]可選的，所述的驅動機構為鏈銷驅動機構或輪邊驅動機構。
[0007]可選的，所述的車橋包括主動車橋和從動車橋，所述的主動車橋和從動車橋均與車架固定連接。
[0008]可選的，所述的主動車橋包括主動雙輪車橋和主動單輪車橋。
[0009]可選的，所述的從動車橋包括從動雙輪車橋和從動單輪車橋。
[0010]可選的，所述的試驗架上還設置主動軌道，所述的主動軌道與試驗架固定連接。
[0011]可選的，所述的試驗架包括底梁、頂梁、連接桿、立柱和連接調節(jié)機構，所述的底梁、頂梁和連接桿均與立柱固定連接。
[0012]可選的，所述的連接調節(jié)機構包括上部連接座、下部連接座和升降油缸，所述的上部連接座和下部連接座均與立柱固定連接。
[0013]可選的，所述的電控系統(tǒng)包括中央控制器、配電箱、小車栗站、行走編碼器和傳感器，所述的配電箱、小車栗站、行走編碼器和傳感器均與中央控制器電連接。
[0014]可選的，所述的中央控制器上設置上位PC機、橋面高度調節(jié)栗站和無線控制模塊，所述的上位PC機、橋面高度調節(jié)栗站和無線控制模塊均與中央控制器電連接。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:輪胎橋面結構疲勞試驗機具有很強的適應性，主要體現在:第一，通過升降油缸調節(jié)試驗架頂梁與底梁之間的高度距離，可以滿足不同高度模擬橋面的試驗要求，更換方便;第二，通過加載油缸的壓力調節(jié)滿足不同載荷幅和載荷頻率的的試驗要求;第三，通過更換和組合不同的行走小車，可實現不同數量和類型輪胎在橋面上行走的模擬工況。
[0016]試驗機的行走小車采用模塊化設計方案，僅變更輪系及車橋部分的結構，便可與行走小車其他公用部分共同搭配組合形成銷鏈驅動雙輪，銷鏈驅動單輪，輪邊驅動雙輪，輪邊驅動單輪等幾種不同形式的行走小車。因此，實現了多種輪載加載模式和組合樣式。同時各行走小車車架I上部均設置有一個尺寸相同的連接法蘭，很容易利用緊固件實現任意兩車的組合加載試驗方案。
[0017]系統(tǒng)的電控系統(tǒng)通過專門的控制元件及傳感器配置，可按照設定的載荷，頻率和速度實現自動往復試驗，并在發(fā)生常見故障時停機報警。同時一次安裝到位后，可以通過操作升降油缸11調節(jié)適應不同高度的試驗模擬橋面15，僅需人工拆裝若干銷軸，自動化程度高，操作者勞動強度低。
[0018]本發(fā)明提供的輪胎橋面結構疲勞試驗機，不僅適用于橋面結構，還適用于橋面或路面鋪裝結構、橋梁伸縮等多種結構，適用范圍廣，便于維修。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的主視結構示意圖；
圖2為本發(fā)明的鏈銷驅動雙輪小車主視結構示意圖；
圖3為本發(fā)明的鏈銷驅動雙輪小車左視結構示意圖；
圖4為本發(fā)明的輪邊驅動雙輪小車主視結構示意圖；
圖5為本發(fā)明的輪邊驅動雙輪小車右視結構示意圖；
圖6a為本發(fā)明的鏈銷驅動單輪小車主視圖；
圖6b為本發(fā)明的鏈銷驅動單輪小車左視圖；
圖6c為本發(fā)明的鏈銷驅動單輪小車右視圖；
圖7a為本發(fā)明的輪邊驅動單輪小車主視圖；
圖7b為本發(fā)明的輪邊驅動單輪小車左視圖；
圖7c為本發(fā)明的輪邊驅動單輪小車右視圖；
圖8a為本發(fā)明的試驗架主視圖；
圖Sb為本發(fā)明的試驗架俯視圖；
圖Sc為本發(fā)明的試驗架左視圖；
圖9為本發(fā)明的連接調節(jié)機圖；
圖10為本發(fā)明的電控系統(tǒng)框圖。
[0020]1、車架，2、車載栗站，3、加載油缸，4、從動雙輪車橋，5、驅動機構，6、從動單輪車橋，7、主動雙輪車橋，8、主動單輪車橋，9、連接桿，10、頂梁，11、升降油缸，12、底梁，13、連接調節(jié)機構，14、下連接機構橫臂，15、模擬橋面，16、導向機構，17、承重輪機構，18、主動軌道，19、上部連接座，20、下部連接座，21、立柱，22、試驗架，23、上位PC機，24、配電箱，25、橋面高度調節(jié)栗站，26、無線控制模塊，27、小車栗站，28、傳感器，29、行走編碼器，30、中央控制器。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明:
實施例:輪胎橋面結構疲勞試驗機(見附圖1-10)，包括試驗架22，所述的試驗架22內設置模擬橋面15和電控系統(tǒng)，所述的模擬橋面15和電控系統(tǒng)均與試驗架22固定連接，所述的試驗架22上設置若干行走小車，所述的行走小車包括車架I，所述的車架I上方設置車載栗站2、導向機構16和驅動機構5，所述的車架I下方設置加載油缸3、承重輪機構17和車橋，所述的車載栗站2、導向機構16、驅動機構5、加載油缸3、承重輪機構17和車橋均與車架I固定連接，所述的驅動機構5為鏈銷驅動機構5或輪邊驅動機構5，所述的車橋包括主動車橋和從動車橋，所述的主動車橋和從動車橋均與車架I固定連接，所述的主動車橋包括主動雙輪車橋7和主動單輪車橋8，所述的從動車橋包括從動雙輪車橋4和從動單輪車橋6，所述的試驗架22上還設置主動軌道18，所述的主動軌道18與試驗架22固定連接，所述的試驗架22包括底梁12、頂梁1、連接桿9、立柱21和連接調節(jié)機構13，所述的底梁12、頂梁1和連接桿9均與立柱21固定連接，所述的連接調節(jié)機構13包括上部連接座19、下部連接座20和升降油缸11，所述的上部連接座19和下部連接座20均與立柱21固定連接，所述的電控系統(tǒng)包括中央控制器30、配電箱24、小車栗站27、行走編碼器29和傳感器28，所述的配電箱24、小車栗站27、行走編碼器29和傳感器28均與中央控制器30電連接，所述的中央控制器30上設置上位PC機23、橋面高度調節(jié)栗站25和無線控制模塊26，所述的上位PC機23、橋面高度調節(jié)栗站25和無線控制模塊26均與中央控制器30電連接。
[0022]電控系統(tǒng)和模擬橋面15，其中:行走小車由車架I，驅動機構5，加載油缸3，承重輪機構17，導向機構16和車載栗站2等功能部件構成。
[0023]如圖1所示，一種輪胎橋面結構疲勞試驗機的結構，包括行走小車，試驗架，液壓系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和模擬橋面15。試驗架提供試驗的總體支承結構及行走軌道，同時用于安放和固定模擬橋面;通過在模擬橋面15上布置一組可自行加載的行走小車，按指定的速度，載荷及組合形式往復行走運動，從而模擬車輛在橋面上通行行走的過程;液壓系統(tǒng)用于實現行走小車的驅動及加載和連接調節(jié)機構13支承調節(jié)；電控系統(tǒng)實現對整個疲勞試驗機的控制及安全監(jiān)控保護。
[0024]如圖2、3所示，所述的鏈銷驅動雙輪小車為從動車橋，在車架上方安裝有驅動鏈輪組件，所述驅動鏈輪組件包括鏈輪、馬達、減速機和帶銷軸組的主動軌道18，所述鏈輪、馬達和減速機安裝于車架I的上方，馬達連接減速機，減速機連接鏈輪，帶銷軸組的主動軌道18安裝于頂梁10上，在馬達、減速機、鏈輪帶動下，使行走小車能在主動軌道18上行走，同時鏈輪兩側裝有導向輪機構16，用于輔助小車在主動軌道18上行走，。
[0025]如圖4、5所示，所述的輪邊驅動雙輪小車為從動車橋。所述輪邊驅動機構包括減速機和馬達，所述馬達連接減速機，減速機安裝于主動車橋上，行走小車位于模擬橋面15上方，在馬達和減速機帶動下，使行走小車能在模擬橋面15上直接行走
如圖6、7所示，所述的鏈銷驅動單輪小車和輪邊驅動單輪小車，與雙輪小車不同之處在于同等行走速度時，單輪小車豎向載荷為雙輪小車豎向載荷的一半。
[0026]如圖8所示，所述試驗架包含底梁12、頂梁10、連接桿組9和連接調節(jié)機構13，所述頂梁10位于底梁12上方，所述頂梁10和底梁12為若干組，每組底梁12和頂梁10之間均設置有連接調節(jié)機構13和連接桿組9，用于固定安放頂梁10，以及承受豎向載荷保持底梁12及頂梁10的相對位置，在小車未施加豎向載荷時該機構用于承擔頂梁10的自重；當小車施加豎向載荷后該機構用于克服頂梁10自重與豎向載荷的合力。所述底梁12平放支承在地面上，上方用于放置模擬橋面，同時承受行走小車施加的豎向載荷;所述頂梁10主要用于安裝鏈銷驅動行走小車的主動軌道18，提供行走小車行走橫向導向支撐，同時承受行走小車施加的豎向載荷。
[0027]所述連接調節(jié)機構13由上部結構19、下部結構20、立柱21和升降油缸11組成，所述上部結構19左端與立柱21通過銷軸連接，右端與頂梁10伸出的法蘭結構固結，所述下部結構20左端與立柱21底部固結，右端與底梁12伸出的法蘭結構固結，所述立柱21底部固結在底梁12上，所述升降油缸11位于每組連接調節(jié)機構13的上、下結構之間，與上、下結構分別用鉸接連接。在底梁12和頂梁10之間，左右對稱共有4組8個連接調節(jié)機構13，通過升降油缸11調節(jié)頂梁10與底梁12之間的豎直距離，以滿足模擬橋面15高度變化的要求。同時連接調節(jié)機構13的上、下結構件上設置有相互對應的銷孔，當將頂梁頂升到需要的位置時，用銷軸將頂梁和底梁之間的位置固定，則升降油缸11處于自由狀態(tài)，不再承受載荷。
[0028]所述加載油缸3位于車架I和車橋橫臂結構之間，當油缸施加載荷時，油缸大腔壓力增加，橫臂有繞鉸點旋轉的趨勢，此時加載在輪胎上的豎向載荷提供一個相反的力矩，使橫臂結構保持平衡，此時小車輪胎上的豎向載荷即為加載在模擬橋面上的豎向載荷。加載油缸3受車載栗站2控制，可控制加載大小的頻率。在試驗過程中，以最大載荷的10%幅度循環(huán)加載，載荷作用的頻率為3Hz。
[0029]系統(tǒng)包含有輪胎主動驅動和被動拖動兩種形式的行走小車，同時行走小車的輪胎形式包括單輪和雙輪車橋兩種形式，因此車橋包含從動車橋和主動車橋，各行走小車要能夠利用試驗架向模擬橋面15上施加規(guī)定的豎向載荷，同時能夠按照一定的速度沿著模擬橋面15行走，具體情況有:加載豎直載荷:雙輪小車25t，單輪小車12.5t;加載頻率:所有行走小車的豎向載荷的加載頻率均為3Hz;行走速度要求:雙輪小車15kmph@10t，10kmph@15t;單輪小15kmph@5t，10kmphi7.5t ；輪胎形式:小車分單輪雙輪兩種形式，輪胎形式均采取雙胎輪胎;輪胎中心距:對于雙輪小車，要求兩輪之間的中心距為1800mm;試驗架圖8及軌道系統(tǒng)由由底梁12，頂梁10，連接桿組9及連接調節(jié)機構13等構成，其長度要求應能滿足使整個試驗機有30m長的試驗軌道，其中單次使用軌道長度不小于1m;寬度和高度上的空間限制為5mX9m，同時試驗架圖8的頂梁和底梁之間的距離有3.5m的變化調節(jié)范圍。
[0030]工作過程如下:模擬橋面15固定安裝于試驗架圖8底梁12之上，行走小車以組合的形式的在模擬橋面15上方往復行走運動，系統(tǒng)小車組合包含鏈銷驅動雙輪小車、輪邊驅動雙輪小車、鏈銷驅動雙輪小車、輪邊驅動雙輪小車。
[0031]雙輪或單輪形式的鏈銷驅動小車車橋為從動車橋，這種形式的小車在車架I上方安裝有驅動鏈輪組件，同時在試驗架圖8頂梁10上安裝一條帶銷軸組的主動軌道18，行走小車在馬達、減速機、鏈輪帶動下，能夠在主動軌道18上行走，同時鏈輪兩側裝有導向輪機構16，用于輔助小車在主動軌道18上行走。
[0032]雙輪或單輪形式的輪邊驅動小車車橋為主動車橋，車橋上安裝有輪邊減速機，則其驅動機構5為“輪邊減速機+馬達”的形式，液壓馬達驅動輪邊減速器帶動小車直接在樣件上實現行走。
[0033]行走驅動采用閉式回路，比例變量栗+定量馬達調速方式，可實現無級調速，駐車制動單獨控制。加載控制采用比例溢流閥，壓力無級可調。加載油缸小腔設置液壓鎖，防止吊裝時輪組掉下來。模擬橋面15高度調節(jié)系統(tǒng)由電機+定量栗驅動，8個油缸之間通過換向閥實現伸縮，同步采用節(jié)流閥一次調節(jié)到位。小車加載后產生豎向載荷，分別作用在模擬橋面15上和試驗架圖8頂梁10上，試驗架圖8上連接和調節(jié)機構保證承受該豎向載荷，并保證頂梁10和底梁12之間的相對位置不變，各行走小車利用固定的試驗架圖8通過加載油缸實現的向模擬橋面15上施加規(guī)定的豎向載荷，加載油缸位于車架I機構和車橋橫臂結構之間，當油缸施加載荷時，油缸大腔壓力增加，橫臂有繞鉸點旋轉的趨勢，此時加載在輪胎上的豎向載荷提供一個相反的力矩，使橫臂結構保持平衡，此時輪胎上的豎向載荷即為加載在模擬橋面15上的豎向載荷。加載油缸受車載液壓栗站控制，可方便地控制加載的大小的頻率。驅動及加載系統(tǒng)均作為一個車載栗站2安裝在行走小車上，行走驅動采用閉式回路，比例變量栗和定量馬達調速方式，可實現無級調速，駐車制動單獨控制。加載控制采用比例溢流閥，壓力無級可調。加載油缸小腔設置液壓鎖，防止吊裝時輪組掉下來。
[0034]試驗架頂梁10主要用于安裝鏈銷驅動行走小車的驅動軌道，提供行走小車行走橫向導向支撐，同時承受行走小車施加的豎向載荷。底梁12平放支承在地面上，行走小車的豎向載荷分別施加到底梁12和頂梁10上，為了固定安放頂梁10，同時也為能夠承受豎向載荷保持底梁12及頂梁10的相對位置，在底梁12和頂梁10之間設置一系列連接調節(jié)機構13，在小車未施加豎向載荷時該機構用于承擔頂梁10的自重；當小車施加豎向載荷后該機構用于克服頂梁10自重與豎向載荷的合力。試驗架的連接調節(jié)機構13由升降油缸11、下連接機構橫臂14、導向機構16及承載結構組成，位于底梁12和頂梁10之間，其上部結構與頂梁10上伸出的法蘭結構固接，下部結構與底梁12上伸出的法蘭結構固接。在頂梁10和底梁12上分別連接有8套連接調節(jié)機構13，相互之間分別用銷軸連接實現承載;每組頂梁10和底梁12連接結構之間的升降油缸11，用于實現高度調節(jié)以滿足模擬橋面15高度變化的要求，油缸與上下結構分別鉸接連接，連接調節(jié)機構13由電機和定量栗進行液壓控制，驅動8個油缸之間通過換向閥實現伸縮，同步采用節(jié)流閥一次調節(jié)到位。
[0035]如圖10所示，本疲勞試驗控制系統(tǒng)通過由計算機系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和操作平臺組成的控制系統(tǒng)對輪胎橋面結構疲勞機工作的全過程進行控制和監(jiān)測?？刂葡到y(tǒng)是基于總線的實時控制系統(tǒng)，主要包括上位PC機、中央控制器、和栗站控制模塊組成的CAN總線網絡控制系統(tǒng)。上位PC機上設置組態(tài)軟件，接收中央控制器發(fā)送過來的狀態(tài)數據，在屏幕上動態(tài)化顯示工作過程。同時，通過USB/CAN將控制指令發(fā)送給中央控制器。中央控制器是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)，通過3路獨立的帶隔離的CAN總線通信模塊，與上位PC機、栗站控制模塊進行實時通訊。栗站控制模塊主要的功能是根據中央控制器的指令驅動電磁閥，實現對液壓元件各種動作和速度的控制，并反饋給中央控制器行程和壓力信號。栗站控制模塊帶一路隔離的CAN總線通訊模塊。此模塊除可控制電磁閥外，還可接收行程和油壓等傳感器信號，并通過CAN總線將信號發(fā)送給中央控制器，達到實時監(jiān)控的目的。
[0036]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，包括試驗架，所述的試驗架內設置模擬橋面和電控系統(tǒng)，所述的模擬橋面和電控系統(tǒng)均與試驗架固定連接，所述的試驗架上設置若干行走小車，所述的行走小車包括車架，所述的車架上方設置車載栗站、導向機構和驅動機構，所述的車架下方設置加載油缸、承重輪機構和車橋，所述的車載栗站、導向機構、驅動機構、加載油缸、承重輪機構和車橋均與車架固定連接。2.根據權利要求1所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的驅動機構為鏈銷驅動機構或輪邊驅動機構。3.根據權利要求1所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的車橋包括主動車橋和從動車橋，所述的主動車橋和從動車橋均與車架固定連接。4.根據權利要求3所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的主動車橋包括主動雙輪車橋和主動單輪車橋。5.根據權利要求3所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的從動車橋包括從動雙輪車橋和從動單輪車橋。6.根據權利要求1所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的試驗架上還設置主動軌道，所述的主動軌道與試驗架固定連接。7.根據權利要求1-6任一項所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的試驗架包括底梁、頂梁、連接桿、立柱和連接調節(jié)機構，所述的底梁、頂梁和連接桿均與立柱固定連接。8.根據權利要求7所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的連接調節(jié)機構包括上部連接座、下部連接座和升降油缸，所述的上部連接座和下部連接座均與立柱固定連接。9.根據權利要求1-6任一項所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的電控系統(tǒng)包括中央控制器、配電箱、小車栗站、行走編碼器和傳感器，所述的配電箱、小車栗站、行走編碼器和傳感器均與中央控制器電連接。10.根據權利要求9所述的輪胎橋面結構疲勞試驗機，其特征是，所述的中央控制器上設置上位PC機、橋面高度調節(jié)栗站和無線控制模塊，所述的上位PC機、橋面高度調節(jié)栗站和無線控制模塊均與中央控制器電連接。
【文檔編號】G01N3/36GK105823674SQ201610304740
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】 田 浩, 卞永明, 陳艾榮, 金小平
【申請人】浙江省交通運輸科學研究院, 上海同新高泰機械設備有限公司, 上海矩尺土木科技有限公司