一种可变车辆荷载模型试验装置及试验方法与流程

本发明涉及荷载模拟试验装置，尤其是涉及一种可变车辆荷载模型试验装置及试验方法。

背景技术：

随着汽车的使用量不断加大，越来越多的人开始关注车辆荷载对道路、桥梁、路基等交通工程构筑物的影响。虽然目前已有很多学者通过模型试验对此开展了大量研究，但现有的研究手段主要还是利用加载装置对构筑物模型顶部某定点重复施加竖向荷载，以此来模拟车辆循环荷载作用。此方法存在较多缺陷，施加的荷载与实际车辆荷载存在较大差异，无法准确模拟车辆荷载的影响。如：无法模拟车辆的移动效应，也不能探究车辆加速、减速、制动等情况对结构的影响。

也有部分学者，将加载装置改造成实际的车轮，但大多是独轮的情况，无法模拟出真实情况下车辆多轮共同作用的情况，更无法模拟出不同车辆类型(重量、轮距、轴距以及轮组数均不相同)对工程结构的影响。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了提供一种可变车辆荷载模型试验装置及试验方法，通过设计模型车辆可以模拟不同车重和不同的轮对数，以及两个电机从两边分别进行牵引，从而实现不同车辆状态包括加减速、制动等的模拟，从而提高模拟的准确性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，包括：

模型箱，内填充有待试验的模型；

模型车辆，包括车辆承台、可拆卸安装于车辆承台底面的两个轮轴、分别设于车辆承台轴向两端的两个牵引钩和置于车辆承台上的重块，所述轮轴与车辆承台的轴向垂直，且两端均设有可拆卸的一个或多个轮胎；

两个电机，分别通过安装支架设于模型箱两端，并通过牵引绳分别连接至模型车辆的两个牵引钩；

控制模块，与两个电机连接。

进一步的，所述车辆承台上沿轴向排列有多组轮轴安装孔，通过变换轮轴所安装的轮轴安装孔调节两个轮轴之间的轴距。

进一步的，所述重块通过固定螺栓安装于车辆承台上。

进一步的，所述轮胎沿轮轴滑动，并由锁紧机构固定在任一位置。

进一步的，所述模型箱由多个矩形钢环堆叠而成，通过调节矩形钢环的数量调节高度。

进一步的，所述控制模块包括上位机和伺服系统，所述伺服系统的一端与上位机连接，另一端与两个电机连接。

进一步的，所述轮胎为橡胶轮胎。

进一步的，所述车辆承台由钢板制成。

此外，提供一种基于上述的模型试验装置的试验方法，包括：

步骤s1：调节模型箱的高度，并搭建待试验的模型，布设传感器；

步骤s2：调节模型车辆的轮胎、轴距、轮距和重块的质量；

步骤s3：将模型车辆置于模型的顶部后，连接牵引绳和牵引钩；

步骤s4：启动控制模块，控制电机使得牵引绳处于拉紧的状态；

步骤s5：在控制模块中输入模型车辆的运动指令，由控制模块控制两个电机运动以调节模型车辆的运动状态；

步骤s6：控制模块获取由传感器采集的试验数据完成试验。

所述步骤s4中使得牵引绳处于拉紧的状态时牵引绳的拉力为5～10n。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)通过设计模型车辆可以模拟不同车重和不同的轮对数，以及两个电机从两边分别进行牵引，从而实现不同车辆状态包括加减速、制动等的模拟，从而提高模拟的准确性。

2)轴距可调，模拟更准确。

3)重块通过固定螺栓安装于车辆承台上，方便拆卸和安装。

4)轮胎沿轮轴滑动并由锁紧机构固定在任一位置，可以调节轮距。

5)模型箱由多个矩形钢环堆叠而成，通过调节矩形钢环的数量可以调节高度。

6)在试验初始阶段，控制电机使得牵引绳处于拉紧但不是很紧的状态，可以提高试验的准确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为模型车辆的结构示意图；

其中：1、模型箱，2、电机，3、模型箱，4、牵引绳，5、模型，6、伺服系统，7、上位机，1-1、车辆承台，1-2、牵引钩，1-3、轮胎，1-4、轮轴，1-5、轮轴安装孔，1-6、重块，1-7、固定螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，如图1所示，包括：

模型箱3，内填充有待试验的模型5；

模型车辆1，如图2所示，包括车辆承台1-1、可拆卸安装于车辆承台1-1底面的两个轮轴1-4、分别设于车辆承台1-1轴向两端的两个牵引钩1-2和置于车辆承台1-1上的重块1-6，轮轴1-4与车辆承台1-1的轴向垂直，且两端均设有可拆卸的一个或多个轮胎1-3；

两个电机2，分别通过安装支架设于模型箱3两端，并通过牵引绳4分别连接至模型车辆1的两个牵引钩1-2；

控制模块，与两个电机2连接。

车辆承台1-1上沿轴向排列有多组轮轴安装孔1-5，通过变换轮轴1-4所安装的轮轴安装孔1-5调节两个轮轴1-4之间的轴距，轮胎1-3沿轮轴1-4滑动，并由锁紧机构固定在任一位置。重块1-6通过固定螺栓1-7安装于车辆承台1-1上。

模型箱3为叠环式结构，由多个矩形钢环堆叠而成，通过调节矩形钢环的数量可以调节高度。

在试验开始之前，需要按照相似原理确定轮胎直径、胎面宽度，扁平比以及轮距、轴距、轴重等具体参数，因此试验模型箱高度可以调节，模型车辆的重量、轮距、轴距以及轮组数也都可以调节，因此可以适用于各种复杂的工况。

控制模块包括上位机7和伺服系统6，伺服系统6的一端与上位机7连接，另一端与两个电机连接，上位机7是一台服务器，主要用于输入各种指令并由伺服系统6精确实现各种指令操作，使得模型车辆可以实现加速、加速、刹车以及来回往复运动等各种操作。

轮胎1-3为橡胶轮胎，车辆承台1-1由钢板制成。

一种基于上述的模型试验装置的试验方法，包括：

步骤s1：调节模型箱3的高度，并搭建待试验的模型5，布设传感器；

步骤s2：调节模型车辆1的轮胎1-3、轴距、轮距和重块1-6的质量；

步骤s3：将模型车辆1置于模型5的顶部后，连接牵引绳4和牵引钩1-2；

步骤s4：启动控制模块，控制电机2使得牵引绳4处于拉紧的状态；

步骤s5：在控制模块中输入模型车辆1的运动指令，由控制模块控制两个电机运动以调节模型车辆1的运动状态；

步骤s6：控制模块获取由传感器采集的试验数据完成试验。

步骤s4中使得牵引绳4处于拉紧的状态时牵引绳4的拉力为5～10n。

试验完毕后，保存数据，进行下一组试验或关闭程序，最后完成所有试验后，分析和整理数据。

技术特征：

1.一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，包括：

模型箱(3)，内填充有待试验的模型(5)；

模型车辆(1)，包括车辆承台(1-1)、可拆卸安装于车辆承台(1-1)底面的两个轮轴(1-4)、分别设于车辆承台(1-1)轴向两端的两个牵引钩(1-2)和置于车辆承台(1-1)上的重块(1-6)，所述轮轴(1-4)与车辆承台(1-1)的轴向垂直，且两端均设有可拆卸的一个或多个轮胎(1-3)；

两个电机(2)，分别通过安装支架设于模型箱(3)两端，并通过牵引绳(4)分别连接至模型车辆(1)的两个牵引钩(1-2)；

控制模块，与两个电机(2)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，所述车辆承台(1-1)上沿轴向排列有多组轮轴安装孔(1-5)，通过变换轮轴(1-4)所安装的轮轴安装孔(1-5)调节两个轮轴(1-4)之间的轴距。

3.根据权利要求1所述的一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，所述重块(1-6)通过固定螺栓(1-7)安装于车辆承台(1-1)上。

4.根据权利要求2所述的一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，所述轮胎(1-3)沿轮轴(1-4)滑动，并由锁紧机构固定在任一位置。

5.根据权利要求4所述的一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，所述模型箱(3)由多个矩形钢环堆叠而成，通过调节矩形钢环的数量调节高度。

6.根据权利要求1所述的一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，所述控制模块包括上位机(7)和伺服系统(6)，所述伺服系统(6)的一端与上位机(7)连接，另一端与两个电机连接。

7.根据权利要求1所述的一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，所述轮胎(1-3)为橡胶轮胎。

8.根据权利要求1所述的一种可以模拟各种车辆荷载的模型试验装置，其特征在于，所述车辆承台(1-1)由钢板制成。

9.一种基于如权利要求4所述的模型试验装置的试验方法，其特征在于，包括：

步骤s1：调节模型箱(3)的高度，并搭建待试验的模型(5)，布设传感器；

步骤s2：调节模型车辆(1)的轮胎(1-3)、轴距、轮距和重块(1-6)的质量；

步骤s3：将模型车辆(1)置于模型(5)的顶部后，连接牵引绳(4)和牵引钩(1-2)；

步骤s4：启动控制模块，控制电机(2)使得牵引绳(4)处于拉紧的状态；

步骤s5：在控制模块中输入模型车辆(1)的运动指令，由控制模块控制两个电机运动以调节模型车辆(1)的运动状态；

步骤s6：控制模块获取由传感器采集的试验数据完成试验。

10.根据权利要求9所述的试验方法，其特征在于，所述步骤s4中使得牵引绳(4)处于拉紧的状态时牵引绳(4)的拉力为5～10n。

技术总结
本发明涉及一种可变车辆荷载模型试验装置及试验方法，其中试验装置包括：模型箱，内填充有待试验的模型；模型车辆，包括车辆承台、可拆卸安装于车辆承台底面的两个轮轴、分别设于车辆承台轴向两端的两个牵引钩和置于车辆承台上的重块，轮轴与车辆承台的轴向垂直，且两端均设有可拆卸的一个或多个轮胎；两个电机，分别通过安装支架设于模型箱两端，并通过牵引绳分别连接至模型车辆的两个牵引钩；控制模块，与两个电机连接。与现有技术相比，本发明通过设计模型车辆可以模拟不同车重和不同的轮对数，以及两个电机从两边分别进行牵引，从而实现不同车辆状态包括加减速、制动等的模拟，从而提高模拟的准确性。

技术研发人员：任非凡;黄强强
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2020.09.28
技术公布日：2021.01.12