一种牵引车车架多工况试验装置的制作方法

本发明涉及牵引车车架试验技术领域，特别是涉及一种牵引车车架多工况试验装置。

背景技术：

牵引车的用途是牵引后方的挂车，在行驶过程中，由于路面的颠簸，牵引车车架会受到来自挂车和路面传递过来的动态力，路面情况越复杂，行驶速度越快，所受的动态力幅值约大，频率越高。牵引车车架试验装置，是用于复现牵引车在行驶过程中受到的动载荷的试验设备，以疲劳试验的手段对车架在不同工况下的刚度和强度进行测试与评估，快速检验车架的可靠性。

牵引车拖带挂车行驶时，受力工况主要分为四个工况，第一个为垂弯工况，牵引车车架受到挂车通过鞍座施加的垂向力，导致车架弯曲；第二个为纵向工况，牵引车在加速或减速时，受到挂车通过鞍座施加的纵向力；第三个为扭转工况，牵引车在凹凸不平路面上行驶时，汽车车轮会出现不在同一平面上的情况，从而使车架发生扭转；第四个为侧弯工况，牵引车转弯时，车架会由于离心力的作用承受侧向力，导致弯曲。

牵引车拖带挂车在行驶的过程中，四种工况是同时作用于车架的，但行业内现有的车架试验装置，大部分单工况加载试验装置，即仅能满足四个工况中某一工况的疲劳加载，导致试验结果的准确性降低，也会导致多个工况需要单独进行试验，拉长了总体试验周期，降低了研发效率。行业内现有装置无法实现多工况同时耦合加载的主要技术原因，是由于单工况试验装置在约束和加载方式上仅针对其特定工况，而对其他工况而言，会产生过约束的现象或者无法进行加载。比如行业内单一扭转工况试验装置(如图1及图2所示)，其车架后端采用四个轴承座进行约束，每个约束点仅释放一个绕轴承的旋转自由度。加载方式采用横梁加载，通过一根刚性横梁连接在车架两端，在横梁一侧施加扭转载荷，使车架前端在横梁的带动下一起发生扭转。若将此类试验装置与侧向工况进行组合加载时，后端的约束点由于没有释放侧向方向的旋转自由度，导致车架在约束点位置侧向过约束，造成局部侧向应力集中，和车架的实际受力状态不一致，不满足试验要求。

最近，行业内也有厂家尝试采用原本用于车轮和悬架系统疲劳试验的多轴道路模拟设备进行车架的多工况加载，但是此类设备要求试验的车架总成必须附带全部的车桥、悬挂和轮毂系统才能进行加载，其缺点是占用设备资源多，试验成本高，试验装置搭建难度大、时间长。另外，由于附带全部的车桥、悬挂和轮毂系统，虽然受力工况更贴近于真实工况，但车架所受载荷的传递路径过长，试验中的非线性因素增多，造成最终解耦困难，试验难度显著增加。因此，有必要研究一种牵引车车架多工况耦合试验装置，既满足多种工况同时加载的要求，又能够满足试验装置可快速搭建、占用设备资源少、试验控制解耦易实现等要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种牵引车车架多工况试验装置，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种牵引车车架多工况试验装置，包括固定组件，所述固定组件用于固定车架；

所述固定组件包括第一支架和第二支架，所述第一支架远离所述第二支架的一端铰接有纵向加载装置，所述第一支架两侧分别铰接有第一垂向加载装置和第二垂向加载装置，所述第一垂向加载装置和所述第二垂向加载装置相对设置；所述第一支架上铰接有若干约束连杆；

所述第二支架底端铰接有两个平行设置的扭转加载装置，所述扭转加载装置与所述纵向加载装置分别设置于所述车架两端；所述第二支架一端铰接有侧弯加载装置，所述侧弯加载装置与所述第一垂向加载装置同侧设置。

优选的，所述第一支架包括上下对应设置的模拟板簧和模拟鞍座，所述模拟板簧与所述模拟鞍座之间固定有所述车架；所述模拟板簧的下端面可拆卸连接有平衡轴；所述纵向加载装置与所述模拟鞍座铰接，所述第一垂向加载装置和所述第二垂向加载装置分别与所述模拟鞍座底面的两侧铰接；所述约束连杆与所述模拟板簧铰接。

优选的，所述约束连杆包括若干垂向约束连杆，若干横向约束连杆和若干纵向约束连杆，所述垂向约束连杆铰接在所述模拟板簧的底面与地面之间，所述横向约束连杆的两端分别与所述模拟板簧和所述第一垂向加载装置铰接，所述纵向约束连杆的两端分别与所述模拟板簧和所述纵向加载装置铰接。

优选的，所述第二支架包括模拟横梁，所述模拟横梁底面的两端分别与两个所述扭转加载装置铰接；所述模拟横梁的顶面固定有车辆板簧，所述车辆板簧的顶面用于固定所述车架，所述模拟横梁靠近所述侧弯加载装置的一端与所述侧弯加载装置铰接。

优选的，所述纵向加载装置包括固定在地面的纵向反力支座，所述纵向反力支座靠近所述模拟鞍座的一侧与所述模拟鞍座靠近所述纵向反力支座的一侧端面之间铰接有纵向激振器，所述纵向约束连杆铰接在所述模拟板簧的端面与所述纵向反力支座之间。

优选的，所述第一垂向加载装置包括固定在地面的第一垂向反力支座，所述第一垂向反力支座靠近所述车架的一侧轴接有垂向三角臂的直角轴，所述第一垂向反力支座与所述垂向三角臂的一个锐角边之间铰接有垂向激振器，所述垂向三角臂的另一个锐角边与所述模拟鞍座的底边之间铰接有垂向传力杆，所述横向约束连杆铰接在所述模拟板簧的侧面与所述第一垂向反力支座之间。

优选的，所述第二垂向加载装置包括第二垂向反力支座，所述第二垂向反力支座朝向所述车架的一侧轴接有另一个所述垂向三角臂的直角轴，所述第二垂向反力支座与所述垂向三角臂的一个锐角边之间铰接有另一个所述垂向激振器，所述垂向三角臂的另一个锐角边与所述模拟鞍座的底边之间铰接有另一个垂向传力杆，两个所述垂向传力杆对称设置。

优选的，所述侧弯加载装置包括侧弯反力支座，所述侧弯反力支座朝向所述车架的侧面轴接有侧弯三角臂的直角轴，所述侧弯三角臂的一个锐角边与所述侧弯反力支座之间铰接有侧弯激振器，所述侧弯三角臂的另一个锐角边与所述模拟横梁的一侧端面之间铰接有侧弯传力杆。

优选的，所述扭转加载装置包括扭转反力支座，所述扭转反力支座朝向所述车架的一侧轴接有扭转三角臂的直角轴，所述扭转三角臂的一个锐角边与所述扭转反力支座之间铰接有扭转激振器，所述扭转三角臂的另一个锐角边与所述模拟横梁的底面一侧之间铰接有扭转传力杆，两个所述扭转传力杆对称设置。

本发明公开了以下技术效果：与现有技术相比，本发明的牵引车车架多工况试验装置通过设置第一支架和第二支架，用于固定架设待测试的车架，模拟车架实际使用情况；设置纵向加载装置、第一垂向加载装置、第二垂向加载装置与第一支架铰接，设置扭转加载装置、侧弯加载装置与第二支架铰接，模拟车架在实际运动中的受力状况，实现垂弯、纵向、扭转、侧弯多种工况同时耦合，然后加载在牵引车车架上，克服了现有单一工况试验装置与实车使用工况不一致的问题，同时避免了叠加其他工况时车架的局部应力集中，保证了试验模拟工况和结果的准确性；本装置试验所需的车架总成无需附带全部的车桥、悬挂和轮毂系统，仅需附带车架两侧平衡轴和车辆板簧，即可实现多工况耦合加载，试验系统简单，占用试验设备资源少，缩短了车架所受载荷的传递路径，降低了试验解耦难度，可实现快速搭建和试验复现，缩短了总的试验时间，提高了研发效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为单一扭转工况试验装置三维视图；

图2为单一扭转工况试验装置侧视图；

图3为本发明牵引车车架多工况试验装置第一视角结构示意图；

图4为本发明牵引车车架多工况试验装置第二视角结构示意图；

图5为图3中a的局部放大图；

图6为图4中b的局部放大图；

其中，1-加载横梁，2-牵引车架，3-约束轴承座，4-纵向反力支座，5-第一垂向反力支座，6-第二垂向反力支座，7-侧弯反力支座，8-扭转反力支座，9-车架，10-纵向激振器，11-垂向激振器，12-侧弯激振器，13-扭转激振器，14-模拟鞍座，15-垂向约束连杆，16-垂向传力杆，17-垂向三角臂，18-横向约束连杆，19-纵向约束连杆，20-侧弯传力杆，21-侧弯三角臂，22-扭转三角臂，23-扭转传力杆，24-模拟横梁，25-车辆板簧，26-模拟板簧，27-平衡轴，28-垂向约束连杆座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图3-6，本发明提供一种牵引车车架多工况试验装置，包括固定组件，所述固定组件用于固定车架9；

所述固定组件包括第一支架和第二支架，所述第一支架远离所述第二支架的一端铰接有纵向加载装置，所述第一支架两侧分别铰接有第一垂向加载装置和第二垂向加载装置，所述第一垂向加载装置和所述第二垂向加载装置相对设置；所述第一支架上铰接有若干约束连杆；

所述第二支架底端铰接有两个平行设置的扭转加载装置，所述扭转加载装置与所述纵向加载装置分别设置于所述车架两端；所述第二支架一端铰接有侧弯加载装置，所述侧弯加载装置与所述第一垂向加载装置同侧设置。

进一步优化方案，所述第一支架包括上下对应设置的模拟板簧26和模拟鞍座14，所述模拟板簧26与所述模拟鞍座14之间固定有所述车架9；所述模拟板簧26的下端面可拆卸连接有平衡轴27；所述纵向加载装置与所述模拟鞍座14铰接，所述第一垂向加载装置和所述第二垂向加载装置分别与所述模拟鞍座14的底面两侧铰接；所述约束连杆与所述模拟板簧26铰接；模拟鞍座14与纵向加载装置铰接，模拟牵引车在加速或减速时，受到挂车通过鞍座施加的纵向力；模拟鞍座14的下端面两侧分别与第一垂向加载装置和第二垂向加载装置铰接，模拟牵引车车架受到挂车通过鞍座施加的垂向力。

进一步优化方案，所述约束连杆包括若干垂向约束连杆15，若干横向约束连杆18和若干纵向约束连杆19，所述垂向约束连杆15铰接在所述模拟板簧26的底面与地面之间，所述横向约束连杆18的两端分别与所述模拟板簧26和所述第一垂向加载装置铰接，所述纵向约束连杆19的两端分别与所述模拟板簧26和所述纵向加载装置铰接；约束连杆的数量为8根，其中包括4根垂向约束连杆15，2根横向约束连杆18和2根纵向约束连杆19，垂向约束连杆15沿z轴布置，与地面之间设有垂向约束连杆座28，横向约束连杆18沿y轴布置，纵向约束连杆19沿x轴布置，约束连杆对车架9后端沿x轴、y轴和z轴的3个平动、绕x轴和绕z轴的2个转动自由度进行整体限位，同时释放车架9绕平衡轴中心线的整体转动自由度。

进一步优化方案，所述第二支架包括模拟横梁24，所述模拟横梁24的底面两端分别与两个所述扭转加载装置铰接；所述模拟横梁24的顶端固定有车辆板簧25，所述车辆板簧25的顶端用于固定所述车架9，所述模拟横梁24的侧面与所述侧弯加载装置铰接；模拟横梁24与两个平行设置的扭转加载装置铰接，模拟牵引车在凹凸不平路面上行驶时，汽车车轮出现不在同一平面上，从而使车架发生扭转的工况，模拟横梁24与侧弯加载装置铰接模拟牵引车转弯时，车架由于离心力的作用承受侧向力，导致弯曲的工况。

进一步优化方案，所述纵向加载装置包括固定在地面的纵向反力支座4，所述纵向反力支座4靠近所述模拟鞍座14的一侧铰接有纵向激振器10，所述纵向激振器10的另一端与所述模拟鞍座14靠近所述纵向反力支座4的一侧端面铰接，所述纵向约束连杆19铰接在所述模拟板簧26的后端面与所述纵向反力支座4之间；纵向反力支座4固定在地面上，纵向激振器10铰接在模拟鞍座14上，模拟鞍座14刚性连接在车架9上，与实车鞍座固定方式一致，将纵向载荷传递到车架9上，当纵向激振器10工作时，纵向激振器10的长度伸长或缩短，对模拟鞍座14施力，模拟模拟牵引车在加速或减速时，受到挂车通过鞍座施加的纵向力；纵向约束连杆19铰接在所述模拟板簧26的后端面与所述纵向反力支座4之间，对车架9后端沿x轴方向的平动自由度进行限定。

进一步优化方案，所述第一垂向加载装置包括固定在地面的第一垂向反力支座5，所述第一垂向反力支座5靠近所述车架9的一侧铰接有垂向三角臂17的直角轴，所述第一垂向反力支座5与所述垂向三角臂17的一个锐角边之间铰接有垂向激振器11，所述垂向三角臂17的另一个锐角边与所述模拟鞍座14的底边之间铰接有垂向传力杆16，所述横向约束连杆18铰接在所述模拟板簧26的侧面与所述第一垂向反力支座5之间；所述第二垂向加载装置包括第二垂向反力支座6，所述第二垂向反力支座6朝向所述车架9的一侧铰接有另一个所述垂向三角臂17的直角轴，所述第二垂向反力支座6与所述垂向三角臂17的一个锐角边之间铰接有另一个所述垂向激振器11，所述垂向三角臂17的另一个锐角边与所述模拟鞍座14的底边之间铰接有另一个垂向传力杆16，两个所述垂向传力杆16对称设置；车架9两侧的第一垂向加载装置和第二垂向加载装置于实现垂弯工况加载，第一垂向反力支座5和第二垂向反力支座6分别固定在地面上，第一垂向反力支座5和第二垂向反力支座6上分别铰接有一个垂向三角臂17的直角轴，第一垂向反力支座5和第二垂向反力支座6上与垂向三角臂17的一个锐角边之间分别铰接有一个垂向激振器11，垂向三角臂17的另一个锐角边与模拟鞍座14的一侧之间铰接有垂向传力杆16，垂向三角臂17可以绕直角轴转动，将垂向激振器11的加载方向转换为垂向。垂向三角臂17的另一端连接垂向传力杆16，垂向传力杆16两端安装球形铰，作为执行部件将垂向载荷传递到模拟鞍座14底面。模拟鞍座14刚性连接在车架9上方，最终将垂向载荷传递到车架9上，使车架9发生垂向弯曲变形。

进一步优化方案，所述侧弯加载装置包括侧弯反力支座7，所述侧弯反力支座7朝向所述车架9的侧面铰接有侧弯三角臂21的直角轴，所述侧弯三角臂21的一个锐角边与所述侧弯反力支座7之间铰接有侧弯激振器12，所述侧弯三角臂21的另一个锐角边与所述模拟横梁24靠近所述侧弯三角臂21的一侧端面之间铰接有侧弯传力杆20；侧弯反力支座7固定在地面上，侧弯激振器12的两端分别与侧弯反力支座7和侧弯三角臂21铰接，侧弯传力杆20的两端分别与侧弯三角臂21和模拟横梁24一端球形铰接，侧弯三角臂21能绕直角轴转动，将侧弯激振器12的加载方向转换为水平向，侧弯传力杆20作为执行部件将侧弯载荷传递到模拟横梁24侧面，模拟横梁24与车架9前端端两侧附带板簧刚性连接，最终将侧弯载荷传递到车架9上，使车架9发生侧向弯曲变形。

进一步优化方案，所述扭转加载装置包括扭转反力支座8，所述扭转反力支座8朝向所述车架9的一侧铰接有扭转三角臂22的直角轴，所述扭转三角臂22的一个锐角边与所述扭转反力支座8之间铰接有扭转激振器13，所述扭转三角臂22的另一个锐角边与所述模拟横梁24的底面一侧指引铰接有扭转传力杆23，两个所述扭转传力杆23对称设置；扭转反力支座8固定在地面上，两个扭转激振器13用于实现扭转工况加载，每个扭转激振器13两端通过铰接的方式分别与扭转反力支座8和扭转三角臂22相连，扭转三角臂22的直角轴与扭转反力支座8轴接，可以绕直角轴转动，将扭转激振器13的加载方向转换为垂向。扭转三角臂22的另一端连接扭转传力杆23，扭转传力杆23两端安装球形铰，作为执行部件将扭转载荷传递到模拟横梁24底面。模拟横梁24与车架9前端两侧附带板簧刚性连接，最终将扭转载荷传递到车架上，使车架发生扭转变形。

使用方法：使用本装置前，预先检查各部件的连接是否牢固，铰接点运动是否受阻，检查无误后，将车架9安装在第一支架和第二支架之间，使车架9后端刚性固定在模拟板簧26和模拟鞍座14之间，车架9的前端固定在车辆板簧25的顶端。

启动纵向激振器10，垂向激振器11，侧弯激振器12和扭转激振器13，施加预设好的荷载力，纵向激振器10的加载作用到模拟鞍座14上，垂向激振器11的加载通过垂向三角臂17换向后作用到模拟鞍座14上，侧弯激振器12和扭转激振器13的加载分别通过侧弯三角臂21和扭转三角臂22转换方向，然后分别作用到模拟横梁24上，然后通过模拟鞍座14和模拟横梁24对车架9施加作用力，实现对车架9在纵向、垂弯、侧弯和扭转四种工况作用力的施加。

本发明在多工况耦合加载时，控制所有激振器同时进行加载，由于采用约束连杆和铰接的连接方式，车架9在纵向、垂弯、侧弯和扭转四种工况的叠加不存在局部应力集中现象，克服了现有单一工况试验装置与实车使用工况不一致的问题，可完全复现牵引车实车受力工况，另外，试验所需的车架总成无需附带全部的车桥、悬挂和轮毂系统，仅需附带车架两侧平衡轴和后端板簧，即可实现多工况耦合加载，试验系统简单，占用试验设备资源少，缩短了车架所受载荷的传递路径，降低了试验解耦难度，可实现快速搭建和试验复现，缩短了总的试验时间，提高了研发效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。