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车辆轮轴动荷载测量仪及测评方法
【专利摘要】本发明的车辆轮轴动荷载测量仪，包括多个加长螺杆和旋转平台，特征在于：还包括安装平台、编码器和固定杆，安装平台通过轴承可转动地固定于轴承杆上；编码器固定于安装平台上，且编码器的输入轴经联轴器与轴承杆固定连接，旋转平台上设置有加速度传感器。本发明的测评方法包括a).称取静态轴重；b).装载车辆仪器；c).车辆行驶；d).数据采集；e).计算动荷载系数及其标准差；f).计算静荷载换算系数；g).将动荷载转化为静荷载。本发明的车辆轮轴动载荷测量仪及方法，提出了静荷载转换为动荷载的科学理论和计算方法，为路面建设提出更加符合实际的理论指导，为利用动荷载研究车辆对路面的破坏性影响奠定了理论基础。
【专利说明】车辆轮轴动荷载测量仪及测评方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种车辆轮轴动荷载测量仪及测评方法，更具体的说，尤其涉及一种 通过车辆的速度和坚向加速度进行分析的车辆轮轴动荷载测量仪及测评方法。

【背景技术】
[0002] 我国浙青路面设计理论中，把车辆荷载视为静荷载或近似等效静荷载。经过多年 的发展，静荷载模式路面设计理论已经较完善，使用较广，为工程设计人员所接受。这种假 设在车速较低、车载较小时，静荷载模式路面结构设计是可以的。但从我国公路交通发展的 趋势来看，我国的公路交通现已进入重交通阶段，而且车辆运行速度越来越快。从道路功能 上来讲车辆以一定速度行驶是必然事件，而车辆静止则是偶然事件。实际中的车辆都是重 载高速车辆，其施加于路面的是动态荷载，是一种幅值大小和作用空间都随机变化的动力 荷载。由于动态荷载的存在，使得静力荷载模式与车辆行驶过程中对路面的实际作用力之 间的差异较大，路面结构的动力学特性也远非静力学特性所能描述，这些缺陷和差异，对于 现有的设计理论和方法而言是无法从根本上加以解决的，并且路面出现了许多用静力学理 论无法解释的破坏现象，如疲劳开裂、材料松散等。路面结构的损伤和破坏与重型车辆产生 的运动荷载密切相关，阐明浙青路面动力效应产生的破坏机理，将会促进路面结构的设计、 施工、养护和改建工作，为道路学科的发展打下坚实的基础。
[0003] 获取车辆荷载的方法目前主要是称重系统，目前有静态称重和动态称重系统。静 态称重要求每次称量时车辆必须停止，从而必须中断交通，不能适应大容量的交通荷载的 称量；动态称重技术（Weigh-in-Motion WIM)提供一种在不中断交通的情况下自动记录和 处理车辆重量、车型分类、车速等数据的技术手段。一个公路动态称重系统是一套传感器和 支持仪器，可用来测量在特定地点特定时间一辆行驶车辆的出现及其动态轮胎受力。动态 称重在测量时除了真实轴重作用于测量传感系统之外，还有许多因素产生的干扰力，如车 速、车辆自身振动、路面引起的车辆振动、轮胎特性、环境因素等等，测量时真实轴重往往被 淹没在各种干扰力中，这将严重地影响动态称重的精度。动态称重系统的作用是为公路交 通部门了解当前公路上行驶车辆的车型组成、轴载谱和超重程度，分析超重车辆对路面损 坏的影响程度，并制定相应的管理措施和管理法规，同时也为公路运营部门按车重收费提 供有效的技术手段。称重系统只能定点测量，无法实时检测车辆施加给路面的动态荷载。车 辆动态荷载既和车辆的载重有关，又和车辆速度、路面平整度以及车辆悬架参数有关，定点 的称重系统无法实现车辆的动荷载的实时监测，所以无法反映车辆动荷载的时域特征及动 荷载特征和路面平整度之间的关系。


【发明内容】

[0004] 本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种通过车辆的速度和坚向加速度 进行分析的车辆轮轴动荷载测量仪及测评方法。
[0005] 本发明的车辆轮轴动荷载测量仪，包括固定于车辆轮毂上的多个加长螺杆和固定 于加长螺杆上的旋转平台，旋转平台的四周开设有与加长螺杆相配合的螺栓孔；其特别之 处在于：还包括安装平台、编码器和固定杆，所述旋转平台的中心位置处开设有与轴承杆相 配合的螺栓孔，安装平台通过轴承可转动地固定于轴承杆上；编码器固定于安装平台上，且 编码器的输入轴经联轴器与轴承杆固定连接，固定杆与旋转平台相固定，测量时固定杆的 上端与车体的非转动部位相固定；旋转平台上设置有用于测量车辆行驶过程中坚直方向加 速度的加速度传感器。
[0006] 加长螺杆固定于车辆轮毂上，旋转平台固定于加长螺杆上，使得旋转平台可随车 轮的转动而转动。用于安装平台通过轴承固定于轴承杆上，且安装平台上设置有与车体固 定的固定杆，使得旋转平台随车辆的行驶转动的过车中，安装平台相对于车体成静止状态， 以便在安装平台上设置加速度传感器，对车辆行驶过程中坚直方向的加速度进行测量。编 码器的输入轴经联轴器与轴承杆相固定，使得编码器的输入轴随旋转平台的转动而转动， 进而实现对车辆行驶速度的测量。
[0007] 本发明的车辆轮轴动荷载测量仪，所述安装平台为U形槽形状，U形槽安装平台的 两侧面上均开设有通孔，安装平台一侧的通孔与轴承相配合，另一侧的通孔与编码器相配 合。
[0008] 本发明的车辆轮轴动荷载测量仪，所述加长螺杆的中部设置有凸台或一端设置有 加长帽。
[0009] 本发明的车辆轮轴动荷载测量仪，所述加长螺杆通过第一螺母与旋转平台相固 定，轴承杆通过第二螺母与旋转平台相固定。
[0010] 本发明的车辆轮轴动荷载测量仪的测评方法，以路面破坏等效为原则将车辆动 荷载换算为静荷载，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：a).称取静态轴重，选典型实 验的车辆，称量静态车辆轴重巧；b).装载车辆仪器，在待评价车辆车轴的轮毂上安装如 权利要求1中所述的车辆轮轴动荷载测量仪，以对车辆行驶过程中的速度和加速度进行 测量；c).车辆行驶，选取实际道路的某一段作为实验路段，让待评价车辆在试验路段上 行驶；d).数据采集，在车辆行驶的过程中，以固定周期利用编码器和加速度传感器，不断 采集车辆的瞬时速度v和坚向振动加速度a ;选取车速v大小相对稳定的一段时间内车 辆行驶的路程作为有效实验路段，设有效实验路段内共有《组瞬时速度&和加速度 ;利用公式（〇计算出有效实验路段内的平均速度:

【权利要求】
1. 一种车辆轮轴动荷载测量仪，包括固定于车辆轮毂上的多个加长螺杆（1)和固定于 加长螺杆上的旋转平台（3)，旋转平台的四周开设有与加长螺杆相配合的螺栓孔；其特征 在于：还包括安装平台（7)、编码器（10)和固定杆（9)，所述旋转平台的中心位置处开设有 与轴承杆（2)相配合的螺栓孔，安装平台通过轴承（6)可转动地固定于轴承杆上；编码器固 定于安装平台上，且编码器的输入轴经联轴器（8)与轴承杆固定连接，固定杆与旋转平台相 固定，测量时固定杆的上端与车体的非转动部位相固定；旋转平台上设置有用于测量车辆 行驶过程中坚直方向加速度的加速度传感器。
2. 根据权利要求1所述的车辆轮轴动荷载测量仪，其特征在于：所述安装平台（7)为U 形槽形状，U形槽安装平台的两侧面上均开设有通孔（13)，安装平台一侧的通孔与轴承（6) 相配合，另一侧的通孔与编码器（10)相配合。
3. 根据权利要求1或2所述的车辆轮轴动荷载测量仪，其特征在于：所述加长螺杆（1) 的中部设置有凸台（11)或一端设置有加长帽（12 )。
4. 根据权利要求1或2所述的车辆轮轴动荷载测量仪，其特征在于：所述加长螺杆（1) 通过第一螺母（4)与旋转平台（3)相固定，轴承杆（2)通过第二螺母（5)与旋转平台相固定。
5. -种基于权利要求1所述的车辆轮轴动荷载测量仪的测评方法，以路面破坏等效为 原则将车辆动荷载换算为静荷载，其特征在于，通过以下步骤来实现： a) .称取静态轴重，选典型实验的车辆，称量静态车辆轴重 ; b) .装载车辆仪器，在待评价车辆车轴的轮毂上安装如权利要求1中所述的车辆轮轴 动荷载测量仪，以对车辆行驶过程中的速度和加速度进行测量； c) .车辆行驶，选取实际道路的某一段作为实验路段，让待评价车辆在试验路段上行 驶； d) .数据采集，在车辆行驶的过程中，以固定周期利用编码器和加速度传感器，不断采 集车辆的瞬时速度v和坚向振动加速度α ; 选取车速ν大小相对稳定的一段时间内车辆行驶的路程作为有效实验路段，设有效实 验路段内共有《组瞬时速度1和加速度七，j = 0丄2，...，利用公式（1)计算出有效实 验路段内的平均速度F:
e) .计算动荷载系数及其标准差，按照公式（2)计算车辆动荷载系数A :
兵干，s刃里刀那速度； 利用公式（3)计算车辆动荷载系数的标准差：
f) .计算静荷载换算系数，在平均速度F条件下，利用公式（4 )计算车辆轮轴动荷载换 算为浙青路面设计所需静荷载的转换系数i:
其中，
为动荷载系数，乃为动荷载系数分布概率，其大小按照下表取值： 表1动荷载系数及其分布概率
g) .将动荷载转化为静荷载，按照动静荷载对路面破坏等效原则，在车辆速度为F的条 件下，按照公式（5)将动荷载转化为路面设计所需的静荷载：
(5) 利用动荷载转化为静荷载后的荷载数值进行评价，为路面建设提出更加符合实际的理 论指导。
6.根据权利要求5所述的车辆轮轴动荷载测量仪的测评方法，其特征在于：步骤d)中 所述的速度对高速公路和一级公路：v =60km/h、80km/h、100km/h、120km/h ;对二、三、四级 公路：v =20km/h、40km/h、60km/h、80km/h。
【文档编号】G01L5/00GK104122022SQ201410313740
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】胡朋, 李晋, 潘为刚, 李易庭 申请人:山东交通学院