車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀及測評方法
【專利摘要】本發(fā)明的車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀，包括多個(gè)加長螺桿和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，特征在于：還包括安裝平臺(tái)、編碼器和固定桿，安裝平臺(tái)通過軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于軸承桿上；編碼器固定于安裝平臺(tái)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(tái)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(jì)算動(dòng)荷載系數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)差；f).計(jì)算靜荷載換算系數(shù)；g).將動(dòng)荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載。本發(fā)明的車輛輪軸動(dòng)載荷測量儀及方法，提出了靜荷載轉(zhuǎn)換為動(dòng)荷載的科學(xué)理論和計(jì)算方法，為路面建設(shè)提出更加符合實(shí)際的理論指導(dǎo)，為利用動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jiān)向加速度進(jìn)行分析的車輛輪軸動(dòng)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(jì)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(jì)理論已經(jīng)較完善，使用較廣，為工程設(shè)計(jì)人員所接受。這種假 設(shè)在車速較低、車載較小時(shí)，靜荷載模式路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)入重交通階段，而且車輛運(yùn)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(shí)際中的車輛都是重 載高速車輛，其施加于路面的是動(dòng)態(tài)荷載，是一種幅值大小和作用空間都隨機(jī)變化的動(dòng)力 荷載。由于動(dòng)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(shí)際作用力之 間的差異較大，路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性也遠(yuǎn)非靜力學(xué)特性所能描述，這些缺陷和差異，對于 現(xiàn)有的設(shè)計(jì)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(xué)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(yùn)動(dòng)荷載密切相關(guān)，闡明浙青路面動(dòng)力效應(yīng)產(chǎn)生的破壞機(jī)理，將會(huì)促進(jìn)路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、 施工、養(yǎng)護(hù)和改建工作，為道路學(xué)科的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)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(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。靜 態(tài)稱重要求每次稱量時(shí)車輛必須停止，從而必須中斷交通，不能適應(yīng)大容量的交通荷載的 稱量；動(dòng)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(dòng)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(gè)公路動(dòng)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(diǎn)特定時(shí)間一輛行駛車輛的出現(xiàn)及其動(dòng)態(tài)輪胎受力。動(dòng)態(tài) 稱重在測量時(shí)除了真實(shí)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(dòng)、路面引起的車輛振動(dòng)、輪胎特性、環(huán)境因素等等，測量時(shí)真實(shí)軸重往往被 淹沒在各種干擾力中，這將嚴(yán)重地影響動(dòng)態(tài)稱重的精度。動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的作用是為公路交 通部門了解當(dāng)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(yīng)的管理措施和管理法規(guī)，同時(shí)也為公路運(yùn)營部門按車重收費(fèi)提 供有效的技術(shù)手段。稱重系統(tǒng)只能定點(diǎn)測量，無法實(shí)時(shí)檢測車輛施加給路面的動(dòng)態(tài)荷載。車 輛動(dòng)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(diǎn) 的稱重系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)荷載的實(shí)時(shí)監(jiān)測，所以無法反映車輛動(dòng)荷載的時(shí)域特征及動(dòng) 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(diǎn)，提供了一種通過車輛的速度和堅(jiān)向加速度 進(jìn)行分析的車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀及測評方法。
[0005] 本發(fā)明的車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀，包括固定于車輛輪轂上的多個(gè)加長螺桿和固定 于加長螺桿上的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)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(tái)、編碼器和固定桿，所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)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(tái)通過軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于軸承桿上；編碼器固定于安裝平臺(tái)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(tái)相固定，測量時(shí)固定桿的 上端與車體的非轉(zhuǎn)動(dòng)部位相固定；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上設(shè)置有用于測量車輛行駛過程中堅(jiān)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(tái)固定于加長螺桿上，使得旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可隨車 輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。用于安裝平臺(tái)通過軸承固定于軸承桿上，且安裝平臺(tái)上設(shè)置有與車體固 定的固定桿，使得旋轉(zhuǎn)平臺(tái)隨車輛的行駛轉(zhuǎn)動(dòng)的過車中，安裝平臺(tái)相對于車體成靜止?fàn)顟B(tài)， 以便在安裝平臺(tái)上設(shè)置加速度傳感器，對車輛行駛過程中堅(jiān)直方向的加速度進(jìn)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(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對車輛行駛速度的測量。
[0007] 本發(fā)明的車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀，所述安裝平臺(tái)為U形槽形狀，U形槽安裝平臺(tái)的 兩側(cè)面上均開設(shè)有通孔，安裝平臺(tái)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(dòng)荷載測量儀，所述加長螺桿的中部設(shè)置有凸臺(tái)或一端設(shè)置有 加長帽。
[0009] 本發(fā)明的車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀，所述加長螺桿通過第一螺母與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相固 定，軸承桿通過第二螺母與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相固定。
[0010] 本發(fā)明的車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀的測評方法，以路面破壞等效為原則將車輛動(dòng) 荷載換算為靜荷載，其特別之處在于，通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)：a).稱取靜態(tài)軸重，選典型實(shí) 驗(yàn)的車輛，稱量靜態(tài)車輛軸重巧；b).裝載車輛儀器，在待評價(jià)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(dòng)荷載測量儀，以對車輛行駛過程中的速度和加速度進(jìn)行 測量；c).車輛行駛，選取實(shí)際道路的某一段作為實(shí)驗(yàn)路段，讓待評價(jià)車輛在試驗(yàn)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(shí)速度v和堅(jiān)向振動(dòng)加速度a ;選取車速v大小相對穩(wěn)定的一段時(shí)間內(nèi)車 輛行駛的路程作為有效實(shí)驗(yàn)路段，設(shè)有效實(shí)驗(yàn)路段內(nèi)共有《組瞬時(shí)速度&和加速度 ;利用公式（〇計(jì)算出有效實(shí)驗(yàn)路段內(nèi)的平均速度:

【權(quán)利要求】
1. 一種車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀，包括固定于車輛輪轂上的多個(gè)加長螺桿（1)和固定于 加長螺桿上的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（3)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)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(tái)（7)、編碼器（10)和固定桿（9)，所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)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(tái)通過軸承（6)可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于軸承桿上；編碼器固 定于安裝平臺(tái)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(tái)相 固定，測量時(shí)固定桿的上端與車體的非轉(zhuǎn)動(dòng)部位相固定；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上設(shè)置有用于測量車輛 行駛過程中堅(jiān)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(dòng)荷載測量儀，其特征在于：所述安裝平臺(tái)（7)為U 形槽形狀，U形槽安裝平臺(tái)的兩側(cè)面上均開設(shè)有通孔（13)，安裝平臺(tái)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(dòng)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(tái)（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(dòng)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(tái)（3)相固定，軸承桿（2)通過第二螺母（5)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相固定。
5. -種基于權(quán)利要求1所述的車輛輪軸動(dòng)荷載測量儀的測評方法，以路面破壞等效為 原則將車輛動(dòng)荷載換算為靜荷載，其特征在于，通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)： a) .稱取靜態(tài)軸重，選典型實(shí)驗(yàn)的車輛，稱量靜態(tài)車輛軸重 ; b) .裝載車輛儀器，在待評價(jià)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(dòng)荷載測量儀，以對車輛行駛過程中的速度和加速度進(jìn)行測量； c) .車輛行駛，選取實(shí)際道路的某一段作為實(shí)驗(yàn)路段，讓待評價(jià)車輛在試驗(yàn)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(shí)速度v和堅(jiān)向振動(dòng)加速度α ; 選取車速ν大小相對穩(wěn)定的一段時(shí)間內(nèi)車輛行駛的路程作為有效實(shí)驗(yàn)路段，設(shè)有效實(shí) 驗(yàn)路段內(nèi)共有《組瞬時(shí)速度1和加速度七，j = 0丄2，...，利用公式（1)計(jì)算出有效實(shí) 驗(yàn)路段內(nèi)的平均速度F:
e) .計(jì)算動(dòng)荷載系數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)差，按照公式（2)計(jì)算車輛動(dòng)荷載系數(shù)A :
兵干，s刃里刀那速度； 利用公式（3)計(jì)算車輛動(dòng)荷載系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差：
f) .計(jì)算靜荷載換算系數(shù)，在平均速度F條件下，利用公式（4 )計(jì)算車輛輪軸動(dòng)荷載換 算為浙青路面設(shè)計(jì)所需靜荷載的轉(zhuǎn)換系數(shù)i:
其中，
為動(dòng)荷載系數(shù)，乃為動(dòng)荷載系數(shù)分布概率，其大小按照下表取值： 表1動(dòng)荷載系數(shù)及其分布概率
g) .將動(dòng)荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載，按照動(dòng)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(dòng)荷載轉(zhuǎn)化為路面設(shè)計(jì)所需的靜荷載：
(5) 利用動(dòng)荷載轉(zhuǎn)化為靜荷載后的荷載數(shù)值進(jìn)行評價(jià)，為路面建設(shè)提出更加符合實(shí)際的理 論指導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛輪軸動(dòng)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(jí)公路：v =60km/h、80km/h、100km/h、120km/h ;對二、三、四級(jí) 公路：v =20km/h、40km/h、60km/h、80km/h。
【文檔編號(hào)】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(xué)院