本发明专利技术提供了一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪，主要由吸附在车辆表面的真空吸盘、长度和角度可变的连接装置、控制中枢测量箱、以及进入土壤实际测量的剪切杆和圆锥杆组成；圆锥杆的贯入竖直运动和爪盘的剪切旋转运动分别实现，互不影响，精度较高；电动推杆代替人工操作，便于控制圆锥杆的贯入速度，同时还可以通过与电动推杆下部连接的直线位移传感器时刻感知贯入深度；测量箱内部的丝杠螺母机构可实现箱体与车辆固定位置的相对移动，箱体下端固定长度的爪盘能伸入土壤，进行剪切力的测量；通过测量仪尾端的真空吸盘实现与车辆的连接，方便拆卸，并可实现不同方位、不同角度的测量。
【技术实现步骤摘要】
一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪
本专利技术涉及一种车载测量仪，特别涉及一种可以同时测量车辆前方区域或者车身侧面未知区域土壤剪切力和圆锥指数的车载测量仪。
技术介绍
地面力学是工程力学的一个新分支，主要研究机器与其工作地面之间的关系。根据不同的土壤物理特性，地面几何特性，轮胎力学特性以及车辆负荷和几何尺寸间所存在的相互关系建立一系列理论公式、纯经验或半经验公式，并从中决定车辆的设计参数和选择最佳设计方案。而其主要内容之一就是分析汽车在松软土壤中的性能及松软土壤性能的分析。所以，设计出合适的车载测量仪器十分重要。随着科技的发展，不同行业领域的车辆对地面通过性提出了急切的研究需求，车辆在土壤中的通过性问题变得十分重要。为了判断土壤行驶性，美军工程兵瓦透韦斯试验站推荐了一种快速测定法，简称WES法，这个方法已为国际上所采用。WES法主要是把影响土壤支撑能力和土壤推进力的机械性质结合在一起组成为一个度量值，叫做“圆锥指数”(CI)。但目前测量土壤圆锥指数的仪器几乎为独立测量式的，并没有和车辆相结合，需要工作人员离开行驶车辆，手持测量。此外，汽车在松软地面上行驶时所能产生的最大牵引力受到土壤切向抗切强度的限制，因此，土壤的剪切特性是影响汽车松软地面通过性的最重要特性。如何同时测量土壤的剪切力和圆锥指数这两个土壤的重要特性，并与车辆结合显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术对于现有技术的不足，提供了一种可以同时测量剪切力和圆锥指数的车载仪器，且剪切力和圆锥指数的测量各自独立进行，互不影响，精度较高。为解决上述问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪，其特征在于，包括一个用于吸附在车身上的真空吸盘，真空吸盘通过1号球头万向节与伸缩杆的一端铰接，伸缩杆的另一端通过2号球头万向节与连接杆的一端铰接，一个测量箱的右侧端面上开有竖直的通槽，连接杆的另一端穿过测量箱的通槽与测量箱内的丝杠螺母机构中的丝杠螺母通过连接板固定连接，丝杠螺母机构中的丝杠的上端通过第一联轴器与减速电机的输出轴固定连接，丝杠的下端通过深沟球轴承和固定座连接在测量箱的下壁内表面上，一个电动推杆的伸缩端的下端与一个压力传感器的电气接口螺纹连接，压力传感器下端的压力接口与一个下端带有圆锥探头的圆锥杆固定连接，一个直线位移传感器的测量端与电动推杆固定连接，减速电机、电动推杆的控制端以及直线位移传感器通过上固定板固定在测量箱内，一个空心圆杆结构的剪切杆的上端穿过测量箱下壁与设置在测量箱内的减速齿轮固定连接，剪切杆的下端固定设置有一个圆柱形的爪盘，爪盘底面间隔均匀地设有四个长方体叶片，圆锥杆的上端穿过剪切杆中心通孔和测量箱下壁后与压力传感器的压力接口固定连接，一个伺服电机通过一个下固定板固定设置在测量箱内，伺服电机的输出轴通过一个第二联轴器与一个传动轴的上端连接，传动轴的下端与一个传动齿轮固定连接，传动齿轮与减速齿轮啮合，减速齿轮的齿数大于传动齿轮的齿数，一个法兰式扭矩传感器设置在传动轴上用于测量传动轴的扭矩，测量箱内设置有控制电路，减速电机、压力传感器、直线位移传感器、电动推杆的控制端、伺服电机以及法兰式扭矩传感器均通过线束与控制电路连接。进一步的技术方案包括：真空吸盘包括橡胶吸附面和吸盘座，吸附面用于吸附在车身上，吸盘座下端有一用于与真空设备的抽气管连接的气口，吸盘座顶端自带螺纹，1号球头万向节与2号球头万向节均为自带锁紧环的球头万向节，1号球头万向节的锁紧环端与真空吸盘的吸盘座顶端的螺纹连接，1号球头万向节球头端与伸缩杆的一端连接，2号球头万向节的锁紧环与伸缩杆的另一端连接，2号球头万向节的球头端与连接杆连接。所述的伸缩杆为一个两段嵌套式中空圆杆，伸缩杆的两段分别为外套杆和内套杆，外套杆和内套杆嵌套在一起，在外套杆与内套杆连接处有一锁紧螺栓，该锁紧螺栓与外套杆上的螺纹孔螺纹连接，拧紧锁紧螺栓时，螺栓底部接触内套杆，防止内外套杆相对运动，起到固定作用，外套杆和内套杆均有内螺纹，内套杆前端通过螺纹与1号球头万向节的球头端连接，外套杆后端也通过内螺纹与2号球头万向节的锁紧环连接。电动推杆下端开有竖直的螺纹孔用于与压力传感器上方的电气接口螺纹连接，电动推杆竖直的螺纹孔上方开有水平的螺纹通孔，直线位移传感器的测量端底部开有螺纹孔，连接螺栓与电动推杆下端水平的螺纹孔和直线位移传感器的测量端底部的螺纹孔螺纹连接，将电动推杆与直线位移传感器的测量端固定。所述的测量箱的前端面上固定设置有用于操作者持握的前握把，测量箱的后端面上设置有与前握把对称的后握把。所述的测量箱的左侧端面上固定设置有一块LED显示屏，左侧端面上位于LED显示屏的下方设置有开关键、复位键、测量箱上升控制键、测量箱下降控制键、剪切杆工作键、圆锥杆上升控制键、圆锥杆下降控制键和深度记录键，LED显示屏、开关键、复位键、测量箱上升控制键、测量箱下降控制键、剪切杆工作键、圆锥杆上升控制键、圆锥杆下降控制键和深度记录键均通过线束与测量箱内的控制电路连接。本专利技术相对于现有技术，具有如下有益效果：1.可同时测量土壤的剪切力和圆锥指数，圆锥杆的贯入竖直运动和爪盘的剪切旋转运动分别实现，两种测量互不影响，互不干预，精度较高，而且圆锥杆和爪盘由两个电机各自驱动，可以进行同步运动；2.采用电动推杆代替人工操作，便于控制圆锥杆的贯入速度，使之完全符合国际ASAES313.3FEB04标准，同时还可以通过与电动推杆下部连接的直线位移传感器时刻感知贯入深度，使所测的圆锥指数更精确；3.测量箱内部的螺母机构，可以实现箱体与车辆固定位置的相对移动，从而使得该测量仪在一定固定高度的条件下，箱体下端固定长度的爪盘能伸入土壤，进行剪切力的测量，并且箱体侧面装有两个对称的握把，可以保证爪盘及圆锥杆垂直贯入；4.通过测量仪尾端的真空吸盘实现与车辆的连接，方便拆卸，可安装在车辆表面不同位置，并通过伸缩杆及杆两侧的两个球头万向节实现不同方位，不同角度的测量，比如车辆前方区域、车身侧面范围以及一定坡度的路面。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：图1为本专利技术所述的一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪工作状态的结构示意图；图2为本专利技术所述的一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪收起状态的结构示意图；图3为本专利技术所述的一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪中测量箱的正面结构示意图；图4为本专利技术所述的一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪中测量箱的内部结构示意图；图5为本专利技术所述的一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪信号流程图；图中：1.真空吸盘，2.1号球头万向节，3.锁紧螺栓，4.伸缩杆，5.2号球头万向节，6.连接杆，7.测量箱，8.前握把，9.后握把，10.剪切杆，11.圆锥杆，12.LED显示屏，13.开关键，14.复位键，15.测量箱上升控制键，16.测量箱下降控制键，17.剪切杆工作键，18.圆锥杆上升控制键，19.圆锥杆下降控制键，20.深度记录键，21.减速电机，22.上固定板，23.第一联轴器，24.连接板，25.丝杠螺母，26.丝杠，27.深沟球轴承，28.固定座，29.电动推杆，30.压力传感器，31.直线位移传感器，32.连接螺栓，33.伺服电机，34本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪，其特征在于，包括一个用于吸附在车身上的真空吸盘(1)，真空吸盘(1)通过1号球头万向节(2)与伸缩杆(4)的一端铰接，伸缩杆(4)的另一端通过2号球头万向节(5)与连接杆(6)的一端铰接，一个测量箱(7)的右侧端面上开有竖直的通槽，连接杆(6)的另一端穿过测量箱(7)的通槽与测量箱(7)内的丝杠螺母机构中的丝杠螺母(25)通过连接板(24)固定连接，丝杠螺母机构中的丝杠(26)的上端通过第一联轴器(23)与减速电机(21)的输出轴固定连接，丝杠(26)的下端通过深沟球轴承(27)和固定座(28)连接在测量箱(7)的下壁内表面上，一个电动推杆(29)的伸缩端的下端与一个压力传感器(30)的电气接口螺纹连接，压力传感器(30)下端的压力接口与一个下端带有圆锥探头的圆锥杆(11)固定连接，一个直线位移传感器(31)的测量端与电动推杆(29)固定连接，减速电机(21)、电动推杆(29)的控制端以及直线位移传感器(31)通过上固定板(22)固定在测量箱(7)内，一个空心圆杆结构的剪切杆(10)的上端穿过测量箱(7)下壁与设置在测量箱(7)内的减速齿轮(39)固定连接，剪切杆(10)的下端固定设置有一个圆柱形的爪盘，爪盘底面间隔均匀地设有四个长方体叶片，圆锥杆(11)的上端穿过剪切杆(10)中心通孔和测量箱(7)下壁后与压力传感器(30)的压力接口固定连接，一个伺服电机(33)通过一个下固定板(34)固定设置在测量箱(7)内，伺服电机(33)的输出轴通过一个第二联轴器(35)与一个传动轴(36)的上端连接，传动轴(36)的下端与一个传动齿轮(38)固定连接，传动齿轮(38)与减速齿轮(39)啮合，减速齿轮(39)的齿数大于传动齿轮(38)的齿数，一个法兰式扭矩传感器(37)设置在传动轴(36)上用于测量传动轴(36)的扭矩，测量箱(7)内设置有控制电路，减速电机(21)、压力传感器(39)、直线位移传感器(31)、电动推杆(29)的控制端、伺服电机(33)以及法兰式扭矩传感器(37)均通过线束与控制电路连接。...
【技术特征摘要】
1.一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪，其特征在于，包括一个用于吸附在车身上的真空吸盘(1)，真空吸盘(1)通过1号球头万向节(2)与伸缩杆(4)的一端铰接，伸缩杆(4)的另一端通过2号球头万向节(5)与连接杆(6)的一端铰接，一个测量箱(7)的右侧端面上开有竖直的通槽，连接杆(6)的另一端穿过测量箱(7)的通槽与测量箱(7)内的丝杠螺母机构中的丝杠螺母(25)通过连接板(24)固定连接，丝杠螺母机构中的丝杠(26)的上端通过第一联轴器(23)与减速电机(21)的输出轴固定连接，丝杠(26)的下端通过深沟球轴承(27)和固定座(28)连接在测量箱(7)的下壁内表面上，一个电动推杆(29)的伸缩端的下端与一个压力传感器(30)的电气接口螺纹连接，压力传感器(30)下端的压力接口与一个下端带有圆锥探头的圆锥杆(11)固定连接，一个直线位移传感器(31)的测量端与电动推杆(29)固定连接，减速电机(21)、电动推杆(29)的控制端以及直线位移传感器(31)通过上固定板(22)固定在测量箱(7)内，一个空心圆杆结构的剪切杆(10)的上端穿过测量箱(7)下壁与设置在测量箱(7)内的减速齿轮(39)固定连接，剪切杆(10)的下端固定设置有一个圆柱形的爪盘，爪盘底面间隔均匀地设有四个长方体叶片，圆锥杆(11)的上端穿过剪切杆(10)中心通孔和测量箱(7)下壁后与压力传感器(30)的压力接口固定连接，一个伺服电机(33)通过一个下固定板(34)固定设置在测量箱(7)内，伺服电机(33)的输出轴通过一个第二联轴器(35)与一个传动轴(36)的上端连接，传动轴(36)的下端与一个传动齿轮(38)固定连接，传动齿轮(38)与减速齿轮(39)啮合，减速齿轮(39)的齿数大于传动齿轮(38)的齿数，一个法兰式扭矩传感器(37)设置在传动轴(36)上用于测量传动轴(36)的扭矩，测量箱(7)内设置有控制电路，减速电机(21)、压力传感器(39)、直线位移传感器(31)、电动推杆(29)的控制端、伺服电机(33)以及法兰式扭矩传感器(37)均通过线束与控制电路连接。2.根据权利要求1所述的一种可同时测量剪切力和圆锥指数的车载测量仪，其特征在于，真空吸盘(1)包括橡胶吸附面和吸盘座，吸附面用于吸附在车身上，吸盘座下端有一用于与真空设备的抽气管连接的气口，吸盘座顶端自带螺纹，1号球头万向节(2)与...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，李至轩，朱冰，李伟男，孙玉泽，李享泰，邓志辉，田海舰，张培兴，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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