三地輪軟硬路面譜測試原理

1、1996年12月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第27卷第4期三地輪軟硬路面譜測試原理*殷涌光楊志宏呂景忠【摘要】分析了三地輪軟硬路面譜測試儀的測試原理,指出這一測試原理可直接測取路表波形,同時(shí)還提供測試儀牽引車路面行駛時(shí)俯仰振動的信息,可用于牽引車振動的分析,以及這種振動與路形之間關(guān)系的研究。敘詞:路面譜測試原理1前言車輛在行駛過程中,由于存在著地面隨機(jī)激勵,這種隨機(jī)激勵源引起的車輛振動,不僅導(dǎo)致車輛的垂直振動,而且還伴有側(cè)傾、縱傾和扭轉(zhuǎn)方面的振動。作為引起車輛振動的激勵源,路面平度對車輛及一切行走機(jī)械的性能有很大的影響,其研究在車輛的研究中占有重要地位。早期的路面平度測量與研究是和公路路面質(zhì)量評價(jià)相聯(lián)系的。路

2、面平度測量的出現(xiàn)可追溯到1925年。國內(nèi)外已有許多測量方法,但就其原理可分為兩大類:動態(tài)響應(yīng)類和直接測量類。前者是在測量裝置通過被測路面時(shí),記錄該裝置上某一點(diǎn)的動態(tài)響應(yīng),再根據(jù)測量裝置的系統(tǒng)標(biāo)定(傳遞函數(shù))反求路面平度;后者是直接測量路面波形。直接測量類平度儀可以直接測量沿軌跡的路面縱斷面,國內(nèi)外已有一些方法。Chrysler的地面輪廓儀以兩個靜止車輛之間的連接鋼絲繩為基準(zhǔn),用由第二根鋼絲繩拉動的跟蹤臂和一個地輪,測量地表起伏的高度。Michigan大學(xué)地表測定儀是以陀螺儀為垂直基準(zhǔn),以拖動桿拖動兩個串聯(lián)的地輪測試地表起伏。長春汽車研究所等研究的真實(shí)路面計(jì),以陀螺儀建立角圖1真實(shí)路面計(jì)結(jié)構(gòu)方案

3、簡圖度測量基準(zhǔn),用雙地輪行走,以車架拖臂和跟隨輪擺架間夾角1.擺動架2.角度傳感器3.擺臂的變化,用迭代方式計(jì)算地表的垂直起伏2。圖1為路面計(jì)結(jié)4.陀螺儀5.扭片彈簧和角度傳感器6.計(jì)算裝置1構(gòu)方案簡圖?，F(xiàn)有斷面類平度儀均需跟隨測試基準(zhǔn)。由于基準(zhǔn)的不同,測試的精度、測試速度、儀器成本均有很大差別,其測試儀的成本及測量的方便程度、自動化程度也不同。2三地輪路面譜測試原理三地輪路面譜測試屬直接測量類。這種方法不需要基準(zhǔn),計(jì)算機(jī)采樣處理,易實(shí)現(xiàn)自動測量,同時(shí)在測量路面波形的同時(shí),還可測量測試儀拖動車輛的兩維振動時(shí)間歷程,這對于研究收稿日期:1996-08-12*國家教委博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目殷涌光吉林工

4、業(yè)大學(xué)食品與包裝工程學(xué)院副院長教授博士導(dǎo)師,130025長春市楊志宏吉林省交通廳技術(shù)員,130022長春市104農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)1996年路面譜及運(yùn)行車輛的振動均可提供原始的數(shù)據(jù)信息。測量系統(tǒng)由測試儀即安裝于A、B和C處的3個相同的裝置構(gòu)成,每個測量裝置包括測量行走地輪、四桿機(jī)構(gòu)、角位移傳感器3部分。三測量裝置各自獨(dú)立,安裝在牽引桿上,它們之間有相等間隔。測量地輪A、B和C按測試儀拖動車輛行駛方向順序成直線縱向排列,并行走在同一軌跡上(見圖3)。四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了保證測量地輪沿路面行走時(shí)的位移是沿鉛垂方向,并保證位移量與角位移傳感器的測量保持線性關(guān)系。四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)如圖2所示。S點(diǎn)為測量地輪

5、輪心,當(dāng)?shù)剌喯蛏线\(yùn)動時(shí)QP與RP延長線的夾角 將減小。由地輪的上下運(yùn)動造成 角變化用 表示(以順時(shí)針為正)。當(dāng)選 0=70°作為初始平衡位置時(shí),則任意時(shí)刻的 角可表示為i= 0+ i桿的距離減小為正)為hi=K ihi與 i及K的關(guān)系見表1。表1角度變化與測試地輪位移的關(guān)系角度變量/(°)-15.0-12.5-10.0-7.5-5.0-2.50地輪位移h/mm54.9145.8036.6827.5418.409.250地輪水平位移l/mm1.901.801.591.311.010.920系數(shù)K-3.66-3.66-3.67-3.67-3.68-3.70角度變量 /(

6、6;)2.55.07.510.012.515.0地輪位移h/mm-9.26-18.55-27.68-37.22-46.15-55.32地輪水平位移l/mm1.011.111.411.711.901.91系數(shù)K-3.70-3.71-3.69-3.72-3.69-3.69圖2四桿機(jī)構(gòu)簡圖(1)如將測量的角度變化量直接表示成S點(diǎn)上下位移的高度時(shí),則高度變化hi(以測量地輪與牽引(2)測試的采樣間隔由第五輪儀發(fā)生的脈沖決定,以5個脈沖為一個間隔。測試儀測試原理可由圖3表示。圖中oo線為水平參考線。測試地輪相對牽引桿的位移變化量以式(2)表示。由于所用角位移傳感器的靈敏度為2000脈沖/360°

7、;,即對應(yīng)于一個脈沖變化的角度為0.18°,所以地輪相對牽引桿的位移變化量x為x=0.66(NP-NN)式中NP傳感器正脈沖NN傳感器負(fù)脈沖設(shè)初始位置時(shí),牽引車質(zhì)心的位移y1=0,測試儀牽引桿初始位置與水平線間夾角為 1,A測量輪位于u2點(diǎn),Bu0點(diǎn),則sin 1sin 1(4)(3)第4期殷涌光等:三地輪軟硬路面譜測試原理105式中ziui點(diǎn)地面的相對高度lA、lB、lC分別為測量輪A、B和C的牽引點(diǎn)距牽引車質(zhì)心的距離xA1、xB1、xC1測量輪A、B和C距牽引桿位移變化量1很小,可將式(4)寫為由于z2=xA1-lA 1z1=xB1-lB 1z0=xC1-lC1(5)圖3三地輪測

8、試儀原理圖1.第五輪儀2.角位移傳感器3.牽引桿如果當(dāng)初始位置z1=z0=0時(shí),則1=z2=B1C1=lBlCA1CC1ABA1AB1=lClBz3=y2-lA 2+xA2z2=y2-lB 2+xB2z1=y2-lC 2+xC2由式(8)可求出y2、 2和z3。車輛繼續(xù)行駛,則有如下遞推公式zi+1=yi-lA i+xAizi=yi-lB i+xBizi-1=yi-lC i+xCi由式(9)可求得i= (6)(7)車輛向前行駛,C輪到達(dá)u1點(diǎn),B輪到達(dá)u2點(diǎn),A輪向前到達(dá)u3點(diǎn),車輛質(zhì)心垂直位移為y2,則(8)(9)CiBii-1ilC-lBi-1CiCiBilB-lCBi-1CiAiCiBi

9、AiACiBii-1i-+lB-lClB-lClB-lC(10)yi=lBzi+1=式(zi00106農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)1996年地表的高度。因此本測試儀測試原理可直接測量地表波形。式(10)中變量 i和yi為牽引車輛縱向平面兩個自由度振動變量,因此本測試原理還可同時(shí)測量測試儀牽引車輛在行駛路面上的振動,這對研究路面平度及對車輛的振動激勵均可提供直接的測試數(shù)據(jù)。我們?yōu)闄z驗(yàn)本測試儀測量的有效性,選擇了同一類型的瀝青路,分別進(jìn)行了標(biāo)桿手工測量與測試儀測量對比試驗(yàn)。用兩種方法的測試結(jié)果幾乎完全相同,說明用本測試儀進(jìn)行試驗(yàn)測試是可行的。3結(jié)論(1)對三地輪軟硬路面譜測試原理進(jìn)行了理論分析,并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,說明

10、三地輪路面譜測試原理是可行的。(2)三地輪測試儀除可測量地表波形外,還可同時(shí)測量牽引車的振動,這對研究路面及對車輛振動的激勵均可提供原始數(shù)據(jù)。(3)三地輪測試儀給出了一個直線度測量的方法,它不需基準(zhǔn),完全可以推廣到機(jī)械加工、建筑施工領(lǐng)域,用于直線度及平面度的測量。參考文獻(xiàn)1劉躍明.軟路面譜測定儀學(xué)位論文.長春吉林工業(yè)大學(xué),1990.2趙濟(jì)海.斜率式路面計(jì).汽車技術(shù),1979(4)MEASURINGPRINCIPLEOFROADPROFILESUSINGTHREEGROUNDWHEELSMETHODYinYongguang(JilinUniversityofTechnology)YangZhihong(JilinTrafficDepartment)L Jingzhong(JilinUniversityofTechnology)AbstractInthispaper,themeasuringprincipleofroadprofilemeasureapparatuswiththreegroundwheelswasanalyzed,anditwaspresentedthatthisprinciplecouldbeusedtomea-sureroadprofilesdirectlyandatthesametimev