【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，非固體材料的影響難以精確計(jì)算等。所以，這種方法一般不采用，而應(yīng)該通過(guò)使用更加科學(xué)的試驗(yàn)方法來(lái)驗(yàn)證質(zhì)心的位置 [10]。但如何通過(guò)精確的測(cè)量和計(jì)算來(lái)得到質(zhì)心的位置呢？這包括應(yīng)該如何選擇正確的試驗(yàn)設(shè)備以及采用何種正確的計(jì)算方法。而這將是本章要分析的重點(diǎn)。 當(dāng)質(zhì)心位置的左右方向偏移較小且對(duì)汽車安全穩(wěn)定性無(wú)較大影響時(shí)，通常用汽車質(zhì)心距前軸中心線的水平距離以及汽車質(zhì)心高度共同來(lái)表示。而通過(guò)精確測(cè)量軸荷便可 簡(jiǎn)單的計(jì)算出質(zhì)心的水平位置，因此測(cè)定汽車質(zhì)心的高度也是本章的重中之重。 目前，國(guó)內(nèi)外測(cè)定車體質(zhì)心高度主要由以下幾種方法：（ 1）幾何作圖法（ 2）懸掛法（ 3）零位法 (4)搖擺法 (5)質(zhì)量反應(yīng)法 (6)平臺(tái)支撐反力法 方法 1是一種理論方法，一般不采用。 方法 2測(cè)量精度無(wú)法保證 ，因此這種方法很少被采用。 方法 3需要專用設(shè)備，對(duì)于客車這種大型汽車而言，很難保證強(qiáng)度。 6 方法 4測(cè)出來(lái)的精度較高，不過(guò)設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，不容易加工出來(lái)，所局限的東西太多。 方法 5所需要用到的測(cè)試設(shè)備 少，比較容易實(shí)現(xiàn)，因此被廣泛采用。 方法 6的原理是將汽車置于平臺(tái)上，平臺(tái)舉升至某一角度時(shí)，測(cè)量質(zhì)量的重新分配值，然后計(jì)算出質(zhì)心位置。此種方法所需測(cè)試設(shè)備少，而且比較容易實(shí)現(xiàn)，被廣泛采用。但卻由于各方面因素的影響，導(dǎo)致所測(cè)出來(lái)的精度不高。 本課題主要研究的是使用平臺(tái)支撐反力法，其所需的專用設(shè)備可用側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)代替使用，側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)克服了以往的不利因素，提高了試驗(yàn)精度。 為了讓計(jì)算變得更加的方便，我們選取了回轉(zhuǎn)支撐鉸的回轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)系原點(diǎn) O，建立平臺(tái)坐標(biāo)系 OXYZ，如下圖 21 中的 a）所示，其中 OX 軸 為平臺(tái)長(zhǎng)邊方向， OY 軸為寬邊方向， OZ 軸為豎直方向，稱重儀的測(cè)力方向沿 OZ軸。 首先我們以車體上的后軸中點(diǎn)為 O’點(diǎn)，分為跟 OX， OY， OZ 同向，依次為 O’X， O’ Y， O’ Z 建立車體坐標(biāo)系 O’ X’ Y’ Z’。假設(shè)車體質(zhì)心在 c1 點(diǎn) , 在平臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 ( xc, yc, zc) , 在車體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 ( x’ c,y’ c, z’c) , 平臺(tái)質(zhì)心在 C2 點(diǎn) , 在平臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 ( x2c, y2c, z2c) 。 平臺(tái)的質(zhì)量 m2, 平臺(tái)的質(zhì)心坐標(biāo) ( x2c, y2c,z2c), 車體坐標(biāo)系原點(diǎn)在 平臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo) ( x1,y1, z1)。 平臺(tái)處于水平位置時(shí) , 3 個(gè)驅(qū)動(dòng)缸鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)( xdc1, ydc1, 0) , ( xdc1, ydc2, 0), ( xdc1, ydc3, 0), 液壓缸下鉸中心點(diǎn)到上鉸中心點(diǎn)的距離 Ld。 平臺(tái)的側(cè)傾角 θ 。 6 個(gè)支撐鉸的受力 F1， F2， F3，F(xiàn)4， F5， 。而車體的質(zhì)量 m1, 車體質(zhì)心在平臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo) (xc, yc, z c)是所要求解的參數(shù) [11]。已知長(zhǎng)度的測(cè)量和質(zhì)心高度的具體計(jì)算步驟如下： 1. 臺(tái)體保持水平 , 被測(cè)車體固定在平臺(tái)上。求解車體坐標(biāo)系原點(diǎn)在平臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo) (x1, y1, z 1). 其中 : x1, y1 可用初始位置測(cè)量系統(tǒng)精確測(cè)出 , 而 z1 可通過(guò)公式 (21)計(jì)算 : L1 Z+L +H =1Z 式中 : H 為平臺(tái)的厚度 , mm。 L 為平臺(tái)下表面到平臺(tái)坐標(biāo)系 XOY 面的距離 , mm。 ZL1 為車體坐標(biāo)系原點(diǎn)距離平臺(tái)上表面的高度 , mm. 2. 平臺(tái)水平 , 求解車體的質(zhì)量 m1 （ 21） 7 g g)2m 6F +5F +4F 3F +2F +1F ( =1m ? 式中 : F1=F2=F3， F4=F5=F6 分別為 6個(gè)支撐鉸的受力，由 2個(gè)稱重傳感器給出，單位 N； m2 為平臺(tái)的質(zhì)量，單位 kg； g 為重力加速度；取 9. 8 2s/ m 。 3. 求解車體的 X 向質(zhì)心坐標(biāo) xc g1m 2cxg2m 1dc x)3F2F +1F (cx???? 式中 : F1， F2， F3 分別為 3 個(gè)驅(qū)動(dòng)缸鉸的受力 , 由 2 個(gè)稱重傳感器給出平分至三個(gè)驅(qū) 動(dòng)缸鉸上，單位， N； xdc1 分別為 3個(gè)驅(qū)動(dòng)缸鉸的 X 向坐標(biāo) ,單位 mm。 x2c為平臺(tái)質(zhì)心的 X 向坐標(biāo) ,單位 mm。m1 為車體的質(zhì)量 ,單位 kg. 4. 求解車體的 Y 向質(zhì)心坐標(biāo) yc g1m )2cyg2m d c 3y3F +d c 2y2 F +d c 1y1 (F =cy ? 式中 : ydc1, ydc2, ydc3 分別為 3 個(gè)驅(qū)動(dòng)缸鉸支點(diǎn)的 Y 向坐標(biāo) ,單位 mm。y2c為平臺(tái)質(zhì)心的 Y 向坐標(biāo) ,單位 mm。 5. 臺(tái)體側(cè)傾 , 求解車體的 Z 向質(zhì)心坐標(biāo) ? ??? g s i n 1m Sd c 1 x)3F2F +1F ( s i n2c zg2m c o s ]g2cx2m +1) c x(1m [ =CZ ????? 2]2c o s2dL+2s i nd c 14 [ x +2 2s i nd2Ls i n d c 1 x+ c o sdL=S?????? 式中 : xc 為車體的 X 向質(zhì)心坐標(biāo) ,mm。 1? 為平臺(tái)側(cè)傾時(shí) , 車體質(zhì)心沿 X 向移動(dòng)距離 , mm。θ為平臺(tái)的側(cè)傾角 。z2c 為平臺(tái)質(zhì)心的 Z 向坐標(biāo) , mm。 yc 為車體的 Y 向質(zhì)心坐標(biāo) , mm。dl 為驅(qū) 動(dòng)液壓缸的初始長(zhǎng)度 , mm. 最后得 2)2c o s2dL+2s i nd c 14 ( x + 22s i nd2Ld c 1 x+c o t dLg1md c 1)x3F2F +1F (2cZ1m2mc o t ]1m2cx2m+ 1) c x( [=Zc????? ??? 6. 通過(guò)坐標(biāo)變換求解車體質(zhì)心在車體坐標(biāo)系中的位置 ( x’ c, y’ c, z’（ 22） （ 23） （ 24） （ 25） （ 26） （ 27） 8 c), 11139。39。39。ccccccx x xy y yz z z?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? a)質(zhì)心 X坐標(biāo)的測(cè)量（平臺(tái)水平） c）質(zhì)心 Z坐標(biāo)的測(cè)量（平臺(tái)傾斜 20176。） b)質(zhì)心 X坐標(biāo)的測(cè)量（平臺(tái)水平） 圖 21 質(zhì)心測(cè)量平臺(tái)原理及其力學(xué)模型 小結(jié) 本章主要分 析了利用平臺(tái)支撐反力法來(lái)計(jì)算求得質(zhì)心位置，而此種方法所需的專用試驗(yàn)設(shè)備可用側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)。同樣一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)能夠達(dá)到既測(cè)量了客車側(cè)翻時(shí)的穩(wěn)定角又能通過(guò)測(cè)量和計(jì)算得到質(zhì)心位置，這正是本設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的，接下來(lái)將要具體講述此平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)，以及平臺(tái)上所需設(shè)備的選擇。 3 側(cè)傾平臺(tái)的總體設(shè)計(jì) （ 28） 9 總體性能參數(shù) 客車側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)包括：試驗(yàn)平臺(tái)臺(tái)面的尺寸，承載板的厚度，所選鋼材矩形方管的尺寸，承載板的板重，臺(tái)面最大承載重量，最大負(fù)載下舉升油缸所能達(dá)到的最大舉升力，平臺(tái)所能達(dá)到的傾斜角的最大角 度，國(guó)標(biāo)中對(duì)于角度精度的要求，平臺(tái)翻轉(zhuǎn)速度（即平臺(tái)翻轉(zhuǎn)到最大角度所用的時(shí)間）。總體性能參數(shù)值如表 31所示 表 31 總體性能參數(shù)值 項(xiàng)目 參數(shù) 試驗(yàn)平臺(tái)臺(tái)面尺寸（長(zhǎng) x寬） (mm) 12200x3400 承載板厚度 (mm) 5 矩形方管尺寸（長(zhǎng)、寬、壁厚） (mm) 300x200x8 承載板重 (t) 14 臺(tái)面最大承載重量 (t) 40 舉升油缸的最大舉升力， KN 120x3 平臺(tái)所能達(dá)到的傾斜角范圍（176。） 0~55 角度精度（176。） 177。 達(dá)到臺(tái)面最大傾斜角（ 55176。）所需時(shí)間（ min） 6~10 側(cè)傾平臺(tái)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的分析 本文所研究的側(cè)傾試驗(yàn)方法主要是參照《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)汽車靜側(cè)翻穩(wěn)定性臺(tái)架試驗(yàn)方法 GB/T 1417239》 [12]。在此國(guó)標(biāo)中明確規(guī)定了進(jìn)行側(cè)傾試驗(yàn)時(shí)平臺(tái)所需的測(cè)量?jī)x器設(shè)備、試驗(yàn)所具備條件以及試驗(yàn)時(shí)所使用的正確方法。同時(shí)也對(duì)靜側(cè)傾穩(wěn)定角以及最大側(cè)翻穩(wěn)定角給出了較為詳細(xì)的定義：汽車在靜態(tài)條件下所受到的側(cè)向力是其本身所固有的抗側(cè)翻能力。而在側(cè)翻試驗(yàn)臺(tái)上，當(dāng)傾斜的汽車一側(cè)車輪支承平面法向反力為零時(shí)的平臺(tái)側(cè)翻角度為汽車的最大側(cè)翻穩(wěn)定角。車輪負(fù)荷計(jì)精度不低于 1%； 尺寸測(cè)量?jī)x精度不低于 1mm；角度測(cè)量?jī)x器精度不低于 176。這些都是國(guó)標(biāo)中對(duì)于試驗(yàn)設(shè)備和儀器的精度要求。 以上是對(duì)試驗(yàn)儀器和尺寸等精度所需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)要概括。現(xiàn)將簡(jiǎn)述汽車側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)所需要滿足的要求。首先，試驗(yàn)平臺(tái)的臺(tái)面的傾斜角范圍必須要在零度與汽車側(cè)翻穩(wěn)定角之間連續(xù)調(diào)節(jié)（能達(dá)到的最大角度最好為 55176。），并且要 10 能夠在其之間的任意角度固定，以至于記錄下當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，以供分析。其次，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)該平穩(wěn)，并且試驗(yàn)平臺(tái)翻轉(zhuǎn)速度不能太快，防止造成不必要的振動(dòng)，從而導(dǎo)致汽車還未達(dá)到側(cè)翻穩(wěn)定角時(shí)就側(cè)翻，給數(shù)據(jù) 帶來(lái)了不必要的誤差，而且還可能對(duì)結(jié)果造成較大的影響，對(duì)此，試驗(yàn)臺(tái)面的上升速度小于等于 10176。 /min，下降速度小于等于 27176。 /min。另外，試驗(yàn)平臺(tái)的臺(tái)面與車輪間的側(cè)向附著系數(shù)要大于等于 。最后試驗(yàn)臺(tái)面的平面度不低于 GB1184 中規(guī)定的D級(jí)，試驗(yàn)臺(tái)面與轉(zhuǎn)動(dòng)中心的平行度不能低于 12 級(jí)。 為了防止試驗(yàn)過(guò)程中由于汽車傾斜，而導(dǎo)致重力在平行于承載板向下的分力大于摩擦力，而導(dǎo)致汽車側(cè)滑，可采用的方法就是在試驗(yàn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心靠近輪胎外側(cè)（側(cè)翻中心一側(cè)輪邊）安裝防側(cè)滑擋塊的方法，并且有相關(guān)規(guī)定，擋塊的高度不能大于 30mm。而當(dāng)汽車開(kāi)上平臺(tái)，車輪壓在測(cè)重儀上面時(shí)，也要防止由于手剎不緊或其他原因所造成的車輪縱向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)可安裝碶形塊解決這個(gè)問(wèn)題。 對(duì)于應(yīng)該滿足的試驗(yàn)條件有：汽車技術(shù)狀況要求；保證汽車處于整備質(zhì)量狀態(tài)；試驗(yàn)時(shí)的周邊的環(huán)境要保證風(fēng)速不大于 。 而對(duì)于汽車技術(shù)狀況包括：汽車各總成、部件及附屬裝備（包括隨車工具與備用輪胎）都必須按出廠技術(shù)條件裝備齊全，并且安裝在汽車規(guī)定的位置上；輪胎氣壓應(yīng)符合汽車技術(shù)條件的規(guī)定，誤差不得超過(guò) 10KPa；為防止燃料、潤(rùn)滑油、冷卻液的泄漏，可采用堵塞或等質(zhì)量代換的辦法；對(duì)于采用空氣懸架及油氣懸架的汽車，應(yīng)安裝防止懸架脫開(kāi)的安全裝置。有高度調(diào)整機(jī)構(gòu)者應(yīng)鎖止該機(jī)構(gòu)。 現(xiàn)將對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的試驗(yàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單概括。分別測(cè)定左、右最大側(cè)翻穩(wěn)定角，而兩邊的測(cè)定方法都是一樣的，只是將汽車調(diào)個(gè)車頭，最簡(jiǎn)單的方法就是正向?qū)④囬_(kāi)上試驗(yàn)平臺(tái)以及將 車倒著開(kāi)上試驗(yàn)平臺(tái)。本試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是正向先測(cè)定右最大側(cè)翻穩(wěn)定角。首先，將汽車沿著坡道開(kāi)到試驗(yàn)平臺(tái)上，汽車的縱向?qū)ΨQ平面與試驗(yàn)臺(tái)面轉(zhuǎn)動(dòng)中心線平行度不低于 GB 1184 中規(guī)定的 12 級(jí)。其次，實(shí)施駐車制動(dòng)，安裝防側(cè)滑擋塊及防側(cè)翻安全設(shè)備。再次，啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，液壓缸開(kāi)始工作，汽車伴隨試驗(yàn)臺(tái)向左慢慢傾斜（汽車向右傾斜），試驗(yàn)臺(tái)面傾斜角每增加5176。就測(cè)量一次車輪負(fù)荷。在達(dá)到最大側(cè)翻穩(wěn)定角前 5176。起，則每隔 1176。測(cè)量一次車輪負(fù)荷；直到汽車左側(cè)（平臺(tái)右側(cè)）兩個(gè)輪胎下的車重測(cè)量?jī)x讀數(shù)顯示為“ 0”時(shí)止。當(dāng)汽車側(cè)翻一瞬間，按下開(kāi)關(guān)，試 驗(yàn)平臺(tái)停止工作接著，記錄此時(shí)計(jì)算質(zhì)心高度所需要的數(shù)據(jù)。再次啟動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)，使液壓缸縮回到平臺(tái)傾斜角度為 0176。汽車倒著開(kāi)上試驗(yàn)平臺(tái)，重復(fù)以上步驟，測(cè)量左最大側(cè)翻穩(wěn)定角。最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 11 行處理：最大側(cè)翻穩(wěn)定角值取三次測(cè)量值的算術(shù)平均值。取值到十分位。 對(duì)于試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容，國(guó)標(biāo)中也給出了要求，其中的內(nèi)容必須包括：概述、汽車主要參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果、主要測(cè)量?jī)x器和裝備、試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)人員、報(bào)告編寫(xiě)人。 總體方案確定 所設(shè)計(jì)的側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)組成主要包括平臺(tái)、回轉(zhuǎn)鉸座、液壓控制系統(tǒng)、液壓源、液壓缸，輪重測(cè)量?jī)x、角度測(cè)量 儀、防側(cè)滑擋塊及側(cè)翻安全保護(hù)裝置、墊塊裝置。側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)總裝配圖如圖 31 所示。 圖 31 客車側(cè)傾試驗(yàn)平臺(tái)總裝配 1） 平臺(tái)：采用長(zhǎng) 12m，寬 ，厚度為 5mm 的鋼板焊接在截面長(zhǎng)為 300mm， 寬為 200mm，壁厚為 8mm 的矩形方管上。如圖 32 所示。 圖 32 平臺(tái) 2） 液壓控制系統(tǒng)：液壓缸采用虎克鉸與平臺(tái)和基礎(chǔ)相連。如圖 33所示。 12 圖 33 虎克鉸 3） 擋塊：為防止車輛在試驗(yàn)中側(cè)向滑動(dòng)，在左側(cè)車輪旁安裝檔塊。 4） 車輛保護(hù)裝置：用于平臺(tái)轉(zhuǎn)角達(dá)到車輛傾覆角時(shí)，防止車輛發(fā)生側(cè)翻。 本設(shè)計(jì)采用鐵鏈繞過(guò)擋塊孔 再回到另一側(cè)的圓形鐵鏈鉤。如圖 34所示。 圖 34 防側(cè)翻圓形鉤及擋塊 5） 傾斜臺(tái)采用三缸驅(qū)動(dòng)，每個(gè)缸可以雙向作用，可都以對(duì)平臺(tái)產(chǎn)生推力和 拉力，采用伺服閥控制，保證三缸位置同步。如圖 35所示。 圖 35 液壓缸 6） 輪重測(cè)量?jī)x：可以將輪胎施加到測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳送到計(jì)算機(jī)。如 圖 36 所示。本平臺(tái)主要選擇由山東交院運(yùn)達(dá)設(shè)備公司濟(jì)南應(yīng)用技術(shù)研究所 生產(chǎn)的 CAS 牌便攜式汽車軸載質(zhì)量測(cè)定