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車輛輪軸動荷載測量儀及測評方法
【專利摘要】本發(fā)明的車輛輪軸動荷載測量儀，包括多個加長螺桿和旋轉(zhuǎn)平臺，特征在于：還包括安裝平臺、編碼器和固定桿，安裝平臺通過軸承可轉(zhuǎn)動地固定于軸承桿上；編碼器固定于安裝平臺上，且編碼器的輸入軸經(jīng)聯(lián)軸器與軸承桿固定連接，旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)置有加速度傳感器。本發(fā)明的測評方法包括a).稱取靜態(tài)軸重；b).裝載車輛儀器；c).車輛行駛；d).數(shù)據(jù)采集；e).計算動荷載系數(shù)及其標準差；f).計算靜荷載換算系數(shù)；g).將動荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載。本發(fā)明的車輛輪軸動載荷測量儀及方法，提出了靜荷載轉(zhuǎn)換為動荷載的科學理論和計算方法，為路面建設(shè)提出更加符合實際的理論指導，為利用動荷載研究車輛對路面的破壞性影響奠定了理論基礎(chǔ)。
【專利說明】車輛輪軸動荷載測量儀及測評方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種車輛輪軸動荷載測量儀及測評方法，更具體的說，尤其涉及一種 通過車輛的速度和堅向加速度進行分析的車輛輪軸動荷載測量儀及測評方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國浙青路面設(shè)計理論中，把車輛荷載視為靜荷載或近似等效靜荷載。經(jīng)過多年 的發(fā)展，靜荷載模式路面設(shè)計理論已經(jīng)較完善，使用較廣，為工程設(shè)計人員所接受。這種假 設(shè)在車速較低、車載較小時，靜荷載模式路面結(jié)構(gòu)設(shè)計是可以的。但從我國公路交通發(fā)展的 趨勢來看，我國的公路交通現(xiàn)已進入重交通階段，而且車輛運行速度越來越快。從道路功能 上來講車輛以一定速度行駛是必然事件，而車輛靜止則是偶然事件。實際中的車輛都是重 載高速車輛，其施加于路面的是動態(tài)荷載，是一種幅值大小和作用空間都隨機變化的動力 荷載。由于動態(tài)荷載的存在，使得靜力荷載模式與車輛行駛過程中對路面的實際作用力之 間的差異較大，路面結(jié)構(gòu)的動力學特性也遠非靜力學特性所能描述，這些缺陷和差異，對于 現(xiàn)有的設(shè)計理論和方法而言是無法從根本上加以解決的，并且路面出現(xiàn)了許多用靜力學理 論無法解釋的破壞現(xiàn)象，如疲勞開裂、材料松散等。路面結(jié)構(gòu)的損傷和破壞與重型車輛產(chǎn)生 的運動荷載密切相關(guān)，闡明浙青路面動力效應產(chǎn)生的破壞機理，將會促進路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計、 施工、養(yǎng)護和改建工作，為道路學科的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。
[0003] 獲取車輛荷載的方法目前主要是稱重系統(tǒng)，目前有靜態(tài)稱重和動態(tài)稱重系統(tǒng)。靜 態(tài)稱重要求每次稱量時車輛必須停止，從而必須中斷交通，不能適應大容量的交通荷載的 稱量；動態(tài)稱重技術(shù)（Weigh-in-Motion WIM)提供一種在不中斷交通的情況下自動記錄和 處理車輛重量、車型分類、車速等數(shù)據(jù)的技術(shù)手段。一個公路動態(tài)稱重系統(tǒng)是一套傳感器和 支持儀器，可用來測量在特定地點特定時間一輛行駛車輛的出現(xiàn)及其動態(tài)輪胎受力。動態(tài) 稱重在測量時除了真實軸重作用于測量傳感系統(tǒng)之外，還有許多因素產(chǎn)生的干擾力，如車 速、車輛自身振動、路面引起的車輛振動、輪胎特性、環(huán)境因素等等，測量時真實軸重往往被 淹沒在各種干擾力中，這將嚴重地影響動態(tài)稱重的精度。動態(tài)稱重系統(tǒng)的作用是為公路交 通部門了解當前公路上行駛車輛的車型組成、軸載譜和超重程度，分析超重車輛對路面損 壞的影響程度，并制定相應的管理措施和管理法規(guī)，同時也為公路運營部門按車重收費提 供有效的技術(shù)手段。稱重系統(tǒng)只能定點測量，無法實時檢測車輛施加給路面的動態(tài)荷載。車 輛動態(tài)荷載既和車輛的載重有關(guān)，又和車輛速度、路面平整度以及車輛懸架參數(shù)有關(guān)，定點 的稱重系統(tǒng)無法實現(xiàn)車輛的動荷載的實時監(jiān)測，所以無法反映車輛動荷載的時域特征及動 荷載特征和路面平整度之間的關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種通過車輛的速度和堅向加速度 進行分析的車輛輪軸動荷載測量儀及測評方法。
[0005] 本發(fā)明的車輛輪軸動荷載測量儀，包括固定于車輛輪轂上的多個加長螺桿和固定 于加長螺桿上的旋轉(zhuǎn)平臺，旋轉(zhuǎn)平臺的四周開設(shè)有與加長螺桿相配合的螺栓孔；其特別之 處在于：還包括安裝平臺、編碼器和固定桿，所述旋轉(zhuǎn)平臺的中心位置處開設(shè)有與軸承桿相 配合的螺栓孔，安裝平臺通過軸承可轉(zhuǎn)動地固定于軸承桿上；編碼器固定于安裝平臺上，且 編碼器的輸入軸經(jīng)聯(lián)軸器與軸承桿固定連接，固定桿與旋轉(zhuǎn)平臺相固定，測量時固定桿的 上端與車體的非轉(zhuǎn)動部位相固定；旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)置有用于測量車輛行駛過程中堅直方向加 速度的加速度傳感器。
[0006] 加長螺桿固定于車輛輪轂上，旋轉(zhuǎn)平臺固定于加長螺桿上，使得旋轉(zhuǎn)平臺可隨車 輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。用于安裝平臺通過軸承固定于軸承桿上，且安裝平臺上設(shè)置有與車體固 定的固定桿，使得旋轉(zhuǎn)平臺隨車輛的行駛轉(zhuǎn)動的過車中，安裝平臺相對于車體成靜止狀態(tài)， 以便在安裝平臺上設(shè)置加速度傳感器，對車輛行駛過程中堅直方向的加速度進行測量。編 碼器的輸入軸經(jīng)聯(lián)軸器與軸承桿相固定，使得編碼器的輸入軸隨旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動， 進而實現(xiàn)對車輛行駛速度的測量。
[0007] 本發(fā)明的車輛輪軸動荷載測量儀，所述安裝平臺為U形槽形狀，U形槽安裝平臺的 兩側(cè)面上均開設(shè)有通孔，安裝平臺一側(cè)的通孔與軸承相配合，另一側(cè)的通孔與編碼器相配 合。
[0008] 本發(fā)明的車輛輪軸動荷載測量儀，所述加長螺桿的中部設(shè)置有凸臺或一端設(shè)置有 加長帽。
[0009] 本發(fā)明的車輛輪軸動荷載測量儀，所述加長螺桿通過第一螺母與旋轉(zhuǎn)平臺相固 定，軸承桿通過第二螺母與旋轉(zhuǎn)平臺相固定。
[0010] 本發(fā)明的車輛輪軸動荷載測量儀的測評方法，以路面破壞等效為原則將車輛動 荷載換算為靜荷載，其特別之處在于，通過以下步驟來實現(xiàn)：a).稱取靜態(tài)軸重，選典型實 驗的車輛，稱量靜態(tài)車輛軸重巧；b).裝載車輛儀器，在待評價車輛車軸的輪轂上安裝如 權(quán)利要求1中所述的車輛輪軸動荷載測量儀，以對車輛行駛過程中的速度和加速度進行 測量；c).車輛行駛，選取實際道路的某一段作為實驗路段，讓待評價車輛在試驗路段上 行駛；d).數(shù)據(jù)采集，在車輛行駛的過程中，以固定周期利用編碼器和加速度傳感器，不斷 采集車輛的瞬時速度v和堅向振動加速度a ;選取車速v大小相對穩(wěn)定的一段時間內(nèi)車 輛行駛的路程作為有效實驗路段，設(shè)有效實驗路段內(nèi)共有《組瞬時速度&和加速度 ;利用公式（〇計算出有效實驗路段內(nèi)的平均速度:

【權(quán)利要求】
1. 一種車輛輪軸動荷載測量儀，包括固定于車輛輪轂上的多個加長螺桿（1)和固定于 加長螺桿上的旋轉(zhuǎn)平臺（3)，旋轉(zhuǎn)平臺的四周開設(shè)有與加長螺桿相配合的螺栓孔；其特征 在于：還包括安裝平臺（7)、編碼器（10)和固定桿（9)，所述旋轉(zhuǎn)平臺的中心位置處開設(shè)有 與軸承桿（2)相配合的螺栓孔，安裝平臺通過軸承（6)可轉(zhuǎn)動地固定于軸承桿上；編碼器固 定于安裝平臺上，且編碼器的輸入軸經(jīng)聯(lián)軸器（8)與軸承桿固定連接，固定桿與旋轉(zhuǎn)平臺相 固定，測量時固定桿的上端與車體的非轉(zhuǎn)動部位相固定；旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)置有用于測量車輛 行駛過程中堅直方向加速度的加速度傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪軸動荷載測量儀，其特征在于：所述安裝平臺（7)為U 形槽形狀，U形槽安裝平臺的兩側(cè)面上均開設(shè)有通孔（13)，安裝平臺一側(cè)的通孔與軸承（6) 相配合，另一側(cè)的通孔與編碼器（10)相配合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛輪軸動荷載測量儀，其特征在于：所述加長螺桿（1) 的中部設(shè)置有凸臺（11)或一端設(shè)置有加長帽（12 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛輪軸動荷載測量儀，其特征在于：所述加長螺桿（1) 通過第一螺母（4)與旋轉(zhuǎn)平臺（3)相固定，軸承桿（2)通過第二螺母（5)與旋轉(zhuǎn)平臺相固定。
5. -種基于權(quán)利要求1所述的車輛輪軸動荷載測量儀的測評方法，以路面破壞等效為 原則將車輛動荷載換算為靜荷載，其特征在于，通過以下步驟來實現(xiàn)： a) .稱取靜態(tài)軸重，選典型實驗的車輛，稱量靜態(tài)車輛軸重 ; b) .裝載車輛儀器，在待評價車輛車軸的輪轂上安裝如權(quán)利要求1中所述的車輛輪軸 動荷載測量儀，以對車輛行駛過程中的速度和加速度進行測量； c) .車輛行駛，選取實際道路的某一段作為實驗路段，讓待評價車輛在試驗路段上行 駛； d) .數(shù)據(jù)采集，在車輛行駛的過程中，以固定周期利用編碼器和加速度傳感器，不斷采 集車輛的瞬時速度v和堅向振動加速度α ; 選取車速ν大小相對穩(wěn)定的一段時間內(nèi)車輛行駛的路程作為有效實驗路段，設(shè)有效實 驗路段內(nèi)共有《組瞬時速度1和加速度七，j = 0丄2，...，利用公式（1)計算出有效實 驗路段內(nèi)的平均速度F:
e) .計算動荷載系數(shù)及其標準差，按照公式（2)計算車輛動荷載系數(shù)A :
兵干，s刃里刀那速度； 利用公式（3)計算車輛動荷載系數(shù)的標準差：
f) .計算靜荷載換算系數(shù)，在平均速度F條件下，利用公式（4 )計算車輛輪軸動荷載換 算為浙青路面設(shè)計所需靜荷載的轉(zhuǎn)換系數(shù)i:
其中，
為動荷載系數(shù)，乃為動荷載系數(shù)分布概率，其大小按照下表取值： 表1動荷載系數(shù)及其分布概率
g) .將動荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載，按照動靜荷載對路面破壞等效原則，在車輛速度為F的條 件下，按照公式（5)將動荷載轉(zhuǎn)化為路面設(shè)計所需的靜荷載：
(5) 利用動荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載后的荷載數(shù)值進行評價，為路面建設(shè)提出更加符合實際的理 論指導。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛輪軸動荷載測量儀的測評方法，其特征在于：步驟d)中 所述的速度對高速公路和一級公路：v =60km/h、80km/h、100km/h、120km/h ;對二、三、四級 公路：v =20km/h、40km/h、60km/h、80km/h。
【文檔編號】G01L5/00GK104122022SQ201410313740
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】胡朋, 李晉, 潘為剛, 李易庭 申請人:山東交通學院