一种单轮土槽试验台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种试验平台，尤其是一种单轮土槽试验台。
【背景技术】
[0002]据申请人了解，室内土槽是一种土壤一机器系统研究的必备实验设备，现有土槽通常是用来研究农业机械性能的。上世纪30年代以来，为了提高农业机械的试验精度，许多国家相继建立了土槽试验台系统。一般地，土槽试验台是在模拟田间土壤的含水率和坚实度的条件下，控制农机具的牵引速度、耕深和旋转部件的转速，测试农机具在行进中所受的拉力、旋转扭矩等参数，从而分析拉力、扭矩与牵引速度、耕深、转速之间的相应关系，为机具的开发与研究提供设计依据。
[0003]近年来，土槽试验台逐渐被用于车辆车轮移动性能测试中。车辆地面力学是一门试验与理论结合的学科，引进土槽进行模拟试验是车轮地面力学非常重要的研究手段。在进行越野车与松软土壤研究时，可通过实际松软地面试验获取相应的数据，但是由于以下原因，使得实际松软地面试验受到限制:
a)即使是同一条松软地面，土壤类型和土壤情况变化也很大，很难找到较为理想的松软地面进行试验；
b)含水量对土壤的特性影响很大，对于实际地面，很难有效控制器含水量；
c)同一地面重复进行多次试验，土壤处理麻烦且具有一定的难度；
d)实际地面试验受到季节、天气等外部因素的影响，试验中许多因素无法控制，导致试验数据的精度不高，且不能时时进行试验。
[0004]然而，土槽试验不受外界环境影响，通过室内土槽试验进行越野车与松软土壤的研究成为车辆地面力学发展的趋势。21世纪以来，随着各国对行星探测的研究，相继开发了较高精度的行星探测专用土槽试验系统，并广泛开展了试验和理论研究工作，例如日本东北大学研发了行星探测车轮地相互作用测试系统；美国卡内基-梅隆大学设计了圆周单轮土槽试验台，以模拟车轮在行星表面松软土壤上的移动性能；美国麻省理工学院于2001年设计了车轮机动性能测试系统，该系统能够测试行驶中挂钩牵引力、沉陷量和车辆滑转率等参数。国内的哈尔滨工业大学，北京航空航天大学及吉林大学也建立了相应的土槽试验系统。然而，目前的单轮土槽试验台多集中在行星探测方面，不适合进行大型越野车辆车轮的通过性能研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的不足，提出一种单轮土槽试验台，用于研究松软地面行驶车轮的通过性，并测定不同松软土壤状况下车轮的行驶阻力、牵引力、滑转率、接地压力及下陷量等参数，为越野车辆的设计提供理论依据。
[0006]为了达到以上目的，本发明的技术方案如下:
一种单轮土槽试验台，包括土槽系统、驱动系统、拖拽系统、控制系统和数据采集系统，其中所述土槽系统主要由土槽体和沿土槽体设置的行走导轨组成；所述驱动系统包括安装在行走导轨上并沿行走导轨运动的驱动支架，所述驱动支架为长方形框架，所述长方形框架的边框外侧设有垂直位移传感器，垂直位移传感器的探头朝向驱动系统的底板，可用来测量车轮中心处的下陷量，所述长方形框架的边框内侧设有若干个直线轴承，所述直线轴承内设置垂直导杆，所述垂直导杆可沿直线轴承上下滑动，所述垂直导杆的下端通过垂直导杆支座固定安装在底板上，所述底板上制有凹槽，在所述底板上位于凹槽两侧设有车轮固定轴支座，所述车轮固定轴支座内装有车轮固定轴，并且所述车轮固定轴可在车轮固定轴支座内转动，所述车轮固定轴与布置在底板凹槽内的车轮固定连接，所述车轮固定轴上套接第二减速链轮，所述第二减速链轮通过传动链条与第二主动链轮连接，所述第二主动链轮与第一减速链轮连接，所述第一减速链轮通过传动链条与安装在驱动电机输出轴上的第一主动链轮连接，所述第一减速链轮与所述第二主动链轮之间通过联轴器设置驱动扭矩-转速传感器；所述拖拽系统包括拖拽电机，所述拖拽电机的输出轴上安装有第一主动齿轮和拖拽扭矩-转速传感器，所述第一主动齿轮通过拖拽链条与第一减速齿轮连接，所述第一减速齿轮通过拖拽链条与第二主动齿轮连接，所述第二主动齿轮通过拖拽链条及驱动支架与第二减速齿轮连接。
[0007]本发明设计的驱动系统和拖拽系统能够更好地模拟越野车辆在松软地面行驶时的受力情况，进而模拟车轮滑转过程。在驱动系统和拖拽系统工作的同时，垂直位移传感器能够实时测量车轮下陷量，压力传感器测量车轮通过时地面所受压力，因此本发明的设计对于研究滑转率、胎压、行驶速度及载荷等因素对越野车辆通过性能的影响很有效，并具有一定的通用性，适用于多种轮胎通过性的研究。另外，采用垂直导杆与直线轴承的设计，垂直导杆能保证驱动系统实现平顺的垂直运动，还通过直线轴承将拖拽系统施加的阻力传递到驱动支架上，实现牵引力的模拟。这样不仅能够实现车轮在垂直方向自由运动，并快速模拟出车轮的沉陷，进而保证了驱动系统上下平顺的跳动，还能减少垂直导杆与驱动支架之间的间隙，进而减小由拖拽系统施加阻力对驱动系统带来的冲击。
[0008]本发明进一步细化的结构如下:
上述技术方案中，土槽体为长方形的箱体结构，其内装有试验土壤；箱体结构内沿横向布置有第一桁架，第一桁架包括平行设置的两根横梁及两根纵梁和四根第一立柱，横梁与纵梁首尾连接组成闭合的框架，框架的四角设有竖直向下的第一立柱，并且位于所述框架一端的两根第一立柱之间还连接有至少两根纵梁，在横梁上竖直向下设有至少两根加强筋；第一桁架的左右两端分别连接左、右第二桁架，左、右第二桁架均包括至少两层矩形架，矩形架靠近第一桁架的一侧边与第一立柱固定连接，另一侧边与第二立柱固定连接，并且每层矩形架主要由相对设置的两根侧梁和一根连接两根侧梁端部的副梁组成，副梁与纵梁平行设置，侧梁与副梁及纵梁首尾固定连接，第二支柱垂直设置在所述侧梁与副梁的连接处。
[0009]上述技术方案中，第一桁架上设有行走导轨，所述行走导轨由第一、第二槽钢组成，所述第一槽钢开口朝内安装在第一桁架的一根横梁上，所述第二槽钢开口朝内安装在第一桁架的另一根横梁上，所述第一、第二槽钢的开口通过一组双卡轮装置与驱动支架的侧边配合连接；所述左、右第二桁架的顶层均设有第一格栅状构件，所述第一格栅状构件上安装有轴承座，所述轴承座上安装第一减速齿轮、第二减速齿轮或第二主动齿轮；所述右第二桁架的中间层设有第二格栅状构件，所述第二格栅状构件上安装有电机支座，所述电机支座上安装拖拽电机。
[0010]上述技术方案中，双卡轮装置包括上下两个卡轮，卡轮的一端向外延伸出卡轮承托，卡轮承托的圆周面与第一、第二槽钢的开口内壁相吻合，卡轮的另一端设有卡轮轴，卡轮轴可转动连接于卡轮轴支座的轴孔内，这样卡轮与卡轮轴支座之间采用轴承转动连接，能够减少卡转转动的阻力，卡轮轴支座固定安装在驱动支架的侧边上，驱动支架的四个边角处设有滚轮。驱动支架与导轨之间采用双卡轮设计，卡轮及卡轮承托采用尼龙制作，利用上下两个卡轮将驱动支架牢牢地卡在行走导轨内侧，不仅减小了驱动支架行驶阻力，减小了导轨的磨损，还减小了驱动支架行驶时在垂直方向的振动，进而能够有效减少试验过程中因摩擦和振动带来的测量误差。
[0011 ] 上述技术方案中，第一减速链轮、第二主动链轮通过轴承座安装在底板上，驱动电机通过电机支座安装在底板上；在所述底板上位于车轮两侧均匀设有三个配重杆支座，所述配重杆支座内安装配重杆，所述配重杆的上端设有截面为三角形的配重块安装板，所述配重块安装板上设有配重块。配重块的设计使试验台能够模拟不同载荷试验环境，便于试验台进行不同载荷作用下的轮地作用分析。
[0012]上述技术方案中，轴承座、电机支座上设有调节螺栓，调节螺栓用于调节传动链条或拖拽链条的松紧度，保证力矩稳定传递。
[0013]上述技术方