一種路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)及方法，適用于模擬車(chē)輛在路面行駛過(guò)程中路面能量采集的工況，用于檢測(cè)路面能量采集系統(tǒng)隨汽車(chē)載重、速度變化時(shí)能量采集容量和效率。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源需求量大幅度增長(zhǎng)，煤炭是我國(guó)主要能源，但煤炭燃燒后所產(chǎn)生的二氧化碳、二氧化硫與粉塵排放，造成嚴(yán)重環(huán)境污染。因此，人們對(duì)環(huán)保的重視推動(dòng)了我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保和綠色能源需求。與此同時(shí)，近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)保有量迅速發(fā)展，截至2015年初，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)總保有量達(dá)2.64億輛，其中汽車(chē)1.54億輛。我國(guó)已成為汽車(chē)大國(guó)，僅次于美國(guó)；同時(shí)公路建設(shè)發(fā)展迅猛，截至2014年，全國(guó)公路網(wǎng)總里程達(dá)到435.62萬(wàn)公里，其中高速公路通車(chē)?yán)锍踢_(dá)到11.19萬(wàn)公里。此外隨著城市規(guī)模及城市交通的快速發(fā)展，各種交通工具引起的路面振動(dòng)和變形越來(lái)越多，路面具有可廣泛利用的機(jī)械能。如果將路面機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，不但可以產(chǎn)出清潔的電能，還可以減小路面的振動(dòng)和變形，減少路面結(jié)構(gòu)損傷，降低結(jié)構(gòu)維護(hù)成本以及減少噪音污染等，具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]目前缺少一種能夠模擬車(chē)輛在路面行駛過(guò)程中陶瓷壓電片受到車(chē)輛激勵(lì)的工作狀況，用于檢測(cè)在汽車(chē)壓力激勵(lì)作用下，不同壓力、不同作用頻率對(duì)陶瓷壓電片發(fā)電的影響的裝置(系統(tǒng))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明首先提供一種路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)及方法，適用于模擬車(chē)輛在路面行駛過(guò)程中路面能量采集的工況，用于檢測(cè)路面能量采集系統(tǒng)隨汽車(chē)載重、速度變化時(shí)能量采集容量和效率。
[0005]—種路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，包括基架、固定在基架上的動(dòng)力裝置、車(chē)輪模擬裝置、能量采集模塊(16)、加載裝置以及數(shù)據(jù)采集和分析裝置;動(dòng)力裝置為車(chē)輪模擬裝置提供車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，以模擬車(chē)輪碾壓的實(shí)際工況;能量采集模塊(16)與加載裝置連接，加載裝置為能量采集模塊(16)提供加載，將能量采集模塊壓緊在車(chē)輪模擬裝置的車(chē)輪上，以模擬不同加載力的實(shí)際工況;數(shù)據(jù)采集和分析裝置采集能量采集模塊的能量采集容量及效率數(shù)據(jù)并加以分析。
[0006]所述的路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，車(chē)輪模擬裝置包括兩個(gè)加載輪架(5)、用于支撐加載輪架(5)的軸承座(4)、用于連續(xù)對(duì)能量采集模塊(16)加載的車(chē)輪(7)和傳動(dòng)主軸(8)，兩個(gè)加載輪架(5)對(duì)稱(chēng)安裝在支撐橫梁(6)的兩側(cè);加載輪架(5)是以兩塊圓盤(pán)形的加載輪架輪板(21)與加載輪架套筒(23)焊接固定在一起，構(gòu)成車(chē)輪(7)安裝骨架，加載輪架輪板(21)設(shè)計(jì)為輪輻式結(jié)構(gòu)以減輕加載輪架(5)的自身重量，兩塊加載輪架輪板(21)的圓周上均勻開(kāi)設(shè)多個(gè)軸通孔(22)，通過(guò)該多個(gè)軸通孔(22)以及螺栓(20)螺母(18)，將多個(gè)車(chē)輪(7)安裝在加載輪架(5)上，車(chē)輪(7)的輪轂上安裝軸承，車(chē)輪(7)可以繞軸自轉(zhuǎn)，每一個(gè)車(chē)輪(7)的兩側(cè)匹配安裝有軸套(19)用于將車(chē)輪(7)定位。
[0007]所述的路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，能量采集模塊(16)包括方盒(26)、頂板(24)、壓力縮放器(29)、支撐柱(32)、陶瓷壓電片(30)和硅膠墊(31)、方盒(26)為一面無(wú)蓋的長(zhǎng)方體或正方體盒子，無(wú)蓋一面采用頂板(24)蓋住，頂板(24)下方通過(guò)固定于方盒(26)四面的四個(gè)支撐柱(32)支撐，方盒(26)底部有一空腔，該空腔內(nèi)自下而上依次為硅膠墊(31)、若干枚陶瓷壓電片(30)、硅膠墊(31)和壓力縮放器(29)，壓力縮放器(29)的上部為一段圓柱體，該圓柱體與頂板(24)所開(kāi)圓孔間隙配合，圓柱體上平面與頂板(24)上表面平齊，壓力縮放器
(29)的底部為四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)，壓力縮放器(29)的底部通過(guò)上層的硅膠墊(31)加載在陶瓷壓電片(30)上;設(shè)置兩個(gè)能量采集模塊(16)與兩個(gè)加載輪架(5)對(duì)應(yīng)，兩個(gè)能量采集模塊(16)對(duì)稱(chēng)置于托盤(pán)(11)內(nèi)。
[0008]所述的路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，動(dòng)力裝置包括安裝在電機(jī)支撐光軸(9)上的變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)(I)、與變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)(I)連接的二級(jí)斜齒輪減速器(2)、與二級(jí)斜齒輪減速器
(2)輸出軸連接的柱銷(xiāo)聯(lián)軸器(3)。
[0009]所述的路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，加載裝置包括以螺栓固定于底座(10)上的立式液壓缸(13)、托盤(pán)(11)、光軸(12)、滑套(15)、壓力傳感器28，光軸(12)通過(guò)固定支撐座(14)固定在底座(10)上，立式液壓缸(13)通過(guò)托盤(pán)上的通孔(27)和螺栓(25)與托盤(pán)(11)底部固定在一起，滑套(15)固定在托盤(pán)(11)的兩邊上，滑套(15)套在光軸(12)上，這樣托盤(pán)就可以沿著光軸(12)上下滑動(dòng)，其中一個(gè)能量采集模塊(16)內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器(28)，該壓力傳感器固定于壓力縮放器(29)頂部開(kāi)設(shè)的一凹槽內(nèi)，用于測(cè)量加載壓力。
[0010]所述的路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，支撐橫梁(6)包括支撐光軸(33)、橫梁(35)和筋板
(34)，筋板(34)固定連接在支撐光軸(33)和橫梁(35)之間的夾角位置，橫梁(35)中部開(kāi)設(shè)有通孔用以固定深溝球軸承(36)的軸承座(37)，軸承座(37)內(nèi)安裝有深溝球軸承(36)，傳動(dòng)主軸(8)套在深溝球軸承(36)內(nèi)。
[0011]所述的路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，加載輪架(5)正下方與兩個(gè)能量采集模塊(16)對(duì)齊，頂板(24)上所開(kāi)圓孔的直徑與車(chē)輪(7)輪胎輪寬一致，這樣車(chē)輪能量能夠充分作用在壓力縮放器(29)的頂部。
[0012]根據(jù)任一的路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行路面能量采集測(cè)試的方法，包括以下步驟:
[0013]I)將兩個(gè)能量采集模塊(16)對(duì)稱(chēng)固定于托盤(pán)(11)兩端，其中一個(gè)能量采集模塊
(16)中設(shè)置壓力傳感器(28);
[0014]2)加載輪架(5)上任意一對(duì)車(chē)輪(7)的輪胎與能量采集模塊(16)上頂板(24)上所開(kāi)圓孔對(duì)齊；
[0015]3)對(duì)立式液壓缸(13)加壓，推動(dòng)托盤(pán)(I I)向上運(yùn)動(dòng)使得能量采集模塊(16)與輪胎
(7)接觸并壓緊，當(dāng)壓力傳感器(28)測(cè)得壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)停止加壓；
[0016]4)陶瓷壓電片(30)輸出引線與能量采集卡輸入端連接，調(diào)定能量采集卡輸出電壓數(shù)值選項(xiàng)保證能量采集卡輸出電壓為預(yù)定值，能量采集卡輸出端與數(shù)據(jù)采集儀相連接，數(shù)據(jù)采集儀連接計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)；
[0017]5)開(kāi)啟變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)(I)，通過(guò)變頻器改變加載輪架(5)轉(zhuǎn)速，路面能量采集系統(tǒng)運(yùn)行，計(jì)算機(jī)分析路面能量采集容量及效率。
[0018]所述的方法，更換不同規(guī)格的輪胎和相應(yīng)規(guī)格的能量采集模塊(16)以模擬不同車(chē)輛加載的情況。
[0019]所述的方法，通過(guò)改變立式液壓缸(13)的壓力，模擬不同載重量的工況，調(diào)節(jié)加載輪架(5)轉(zhuǎn)速以模擬不同速度路面的能量采集工況。
[0020]本發(fā)明為解決現(xiàn)有裝置不能模擬車(chē)輛在路面行駛過(guò)程中陶瓷壓電片受到車(chē)輛激勵(lì)的工作狀況，提出了能量采集模塊的概念，取代以往直接將陶瓷壓電片直接埋入路面而造成的陶瓷壓電片損壞、無(wú)法接受到來(lái)自車(chē)輛對(duì)其的壓力，而造成的陶瓷壓電片無(wú)法正常工作或工作效率低下的問(wèn)題。進(jìn)而提出一種路面能量采集系統(tǒng)及方法，適用于模擬車(chē)輛在路面行駛過(guò)程中陶瓷壓電片受到車(chē)輛激勵(lì)的工作狀況，用于檢測(cè)在汽車(chē)壓力激勵(lì)作用下，不同壓力、不同作用頻率對(duì)陶瓷壓電片發(fā)電的影響。
[0021]有益效果:與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明功能上突破了以往直接將陶瓷壓電片埋入路面而造成的陶瓷壓電片損壞、無(wú)法接受到來(lái)自車(chē)輛對(duì)其的壓力，而造成的陶瓷壓電片無(wú)法正常工作或工作效率低下的問(wèn)題。提出以能量采集模塊為單元放置于托盤(pán)內(nèi)，使得車(chē)輛輪胎的作用力可以通過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)作用于陶瓷壓電片；本發(fā)明設(shè)計(jì)一種多輪加載輪架結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)在不同速度下，輪胎對(duì)能量采集模塊連續(xù)加載，模擬車(chē)輛在路面行駛過(guò)程中陶瓷壓電片受到車(chē)輛連續(xù)作用的工作狀況，通過(guò)變頻調(diào)速電機(jī)可以滿足陶瓷壓電片可以受到最高1Hz的沖擊頻率，以此模擬陶瓷壓電片在車(chē)輛以80km/h的速度在路面行駛的工況;本發(fā)明用以揭示以能量采集模塊為單元的路面能量采集壓電能量的容量及效率。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)的主視圖；
[0023]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)車(chē)輪模擬裝置主視圖；
[0024]圖3為圖2中車(chē)輪模擬裝置的左視圖；
[0025]圖4為車(chē)輪模擬裝置中加載輪架主視圖；
[0026]圖5為圖4中加載輪架的左視圖(右)；
[0027]圖6為加載裝置俯視圖(已安裝能量采集模塊)；
[0028]圖7為能量采集模塊俯視圖(已拆除頂板24);
[0029]圖8為能量采集模塊A-A剖面圖；
[0030]圖9為能量采集模塊B-B剖面圖
[0031]圖10為支撐橫梁主視圖；
[0032]其中:I變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、2二級(jí)斜齒輪減速器、3柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、4軸承座、5加載輪架、6支撐橫梁、7車(chē)輪、8傳動(dòng)主軸、9電機(jī)支撐光軸、10底座、11托盤(pán)、12光軸、13立式液壓缸、14固定支撐座、15滑套、16能量采集模塊、17軸承座支撐光軸、18螺母、19軸套、20螺栓、21加載輪架輪板、22軸通孔、23加載輪架套筒、24頂板、25螺栓、26方盒、27通孔、28壓力傳感器、29壓力縮放器、30陶瓷壓電片、31硅膠墊、32支撐柱、33光軸、34筋板、35橫梁、36深溝球軸承、37軸承座。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]參考圖1，一種路面能量采集測(cè)試系統(tǒng)，包括基架、固定在基架上的動(dòng)力裝置、車(chē)輪模擬裝置、能量采集模塊16、加載裝置以及數(shù)據(jù)采集和分析裝置;動(dòng)力裝置為車(chē)輪模擬裝置提供車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，以模擬車(chē)輪碾壓的實(shí)際工況;能量采集模塊16與加載裝置連接，加載裝置為能量采集模塊16提供加載，將能量采集模塊壓緊在車(chē)輪模擬裝置的車(chē)輪上，以模擬不同加載力的實(shí)際工況；
[0035]基架包括底座10、固定在底座10上的電機(jī)支撐光軸9、固定在底座10上的軸承座支撐光軸17、固定于底座10上的支撐橫梁6，軸承座支撐光軸17用于支撐軸承座4。
[0036]動(dòng)力裝置包括安裝在電機(jī)支撐光軸9上的變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)1、與變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)I連接的二級(jí)斜齒輪減速器2、與二級(jí)斜齒輪減速器2輸出軸連接的柱銷(xiāo)聯(lián)軸器3。
[0037]參考圖2-5，車(chē)輪模擬裝置包括兩個(gè)加載輪架5、用于支撐加載輪架5的軸承座4、用于連續(xù)對(duì)能量采集模塊16加載的車(chē)輪7和傳動(dòng)主軸8，兩個(gè)加載輪架5對(duì)稱(chēng)安裝在支撐橫梁6的兩側(cè)。加載輪架5是以兩塊圓盤(pán)形的加載輪架輪板21與加載輪架套筒23焊接固定在一起，構(gòu)成車(chē)輪7安裝骨架，加載輪架輪板21設(shè)計(jì)為輪輻式結(jié)構(gòu)以減輕加載輪架5的自身重量，兩塊加載輪架輪板21的圓周上均勻開(kāi)設(shè)6個(gè)軸通孔22，通過(guò)該6個(gè)軸通