農(nóng)田地面有效激勵譜測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于農(nóng)林機械技術領域，涉及一種力學測試設備，具體涉及一種農(nóng)田 地面有效激勵譜測量裝置。
【背景技術】
[0002] 農(nóng)機在田間工作時需通過耕地、草地、沙地等復雜軟路面，由路面不平激勵引起的 振動導致零部件過早地磨損、疲勞和損壞，長期以來，設計耐久性好、可靠性高的農(nóng)用裝備， 一直是有待深化研究的課題。目前，國內農(nóng)機具的設計對田間路面不平度引起的振動導致 零部件強度及可靠性變化的情況考慮較少，要對整機可靠性設計，必須考慮來自地面的隨 機激勵，設計一套適用于農(nóng)田不平度激勵采集裝置是關鍵所在。
[0003] 現(xiàn)有的路譜測試幾乎都是關于公路路面的，公路路面經(jīng)過壓實，路面硬度大，車輛 行駛過程中路面不會發(fā)生塑性變形，農(nóng)田地面由于土壤的粘彈性、剪脹性等，使得采集到的 縱斷面激勵譜并非真正作用農(nóng)機底盤的有效激勵。因此需要可以獲得不同負載下的有效激 勵數(shù)據(jù)的裝置和方法。
[0004] 已有的測試裝置對測試速度要求在30km/h以上才，農(nóng)田地面測量時速度應在 lOkm/h左右，需能適應農(nóng)機具正常行駛和作業(yè)速度的測量設備。
[0005] 不少路面譜測量方法都通過采集振動加速度信號，轉換得到位移功率譜密度的方 法誤差比較大，根本原因是加速度傳感器引入的誤差及二次積分后引起的靜態(tài)漂移。加速 度傳感器頻率響應低頻響應差，而農(nóng)田面起伏不平，在這種隨機振動沖擊下輪軸車的加速 度與正弦加速度不一樣，它的平均值不一定總是〇而相反是可能很大的，也就是其信號的 DC分量很大，而恰恰這個DC部分不能通過，引起加速度信號的失真，積分一次積分兩次以 后就出現(xiàn)單調上升。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是解決上述問題，因此提供一種農(nóng)田地面有效激勵譜測量裝 置，能夠高效采集農(nóng)田有效激勵數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理，處理后可用于農(nóng)用車輛虛擬樣機仿 真和室內道路模擬實驗，并且數(shù)據(jù)誤差小，可用于低速農(nóng)機。
[0007] 本實用新型提供了如下的技術方案：
[0008] -種農(nóng)田地面有效激勵譜測量裝置，包括：測量車和測試系統(tǒng)；
[0009] 所述測試系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
[0010] 所述測量車包括測量架、連接桿、地面仿形輪和升降機構，所述升降機構設于所述 測量架上，所述測量架套接在所述連接桿上，所述連接桿下端連有所述地面仿形輪；
[0011] 所述測量架和地面仿形輪之間設有彈簧，所述彈簧設于所述連接桿上，用來保證 輪子與地面實時接觸；
[0012] 所述測量架上設有速度傳感器，所述測量架與地面仿形輪之間設有直線位移傳感 器，所述地面仿形輪輪軸處設有光電旋轉編碼器；
[0013] 所述速度傳感器、直線位移傳感器和所述光電旋轉編碼器與所述數(shù)據(jù)采集模塊電 連接。
[0014] 本實用新型裝置還包括配重裝置，所述配重裝置設于所述測量架上，所述配重裝 置包括配重架和配重塊，所述配重塊的數(shù)目可調節(jié)。
[0015] 所述配重架包括底盤和凸起部，所述凸起部由定位部和卡接部組成。
[0016] 所述卡接部的橫截面為倒置的梯形。與配重塊的凹槽一一對應，使得配重塊能夠 牢牢卡在所述配重架上。
[0017] 還包括實體機連接裝置，所述實體機連接裝置包括依次連接的連接件和連桿，所 述連桿與所述升降機構相連接，所述連接件與所述連桿之間設有拉力傳感器，所述拉力傳 感器與所述數(shù)據(jù)采集模塊電連接。
[0018] 所述升降機構由四個平行的連桿和前、后支架組成平行四邊形機構，使得測量架 始終垂直地面運動。所述平行四邊形機構內還設有液壓缸作為動力裝置，液壓缸伸縮帶動 測試架上升或者下降，可以根據(jù)車輛底盤高度，調節(jié)測量架基準位置。可適用于多種農(nóng)機 具、農(nóng)用車。
[0019] 所述連接桿與地面仿形輪之間設有連接座。
[0020] 本實用新型的有益效果是：
[0021] 現(xiàn)有的路譜測試幾乎都是關于公路路面的，公路路面經(jīng)過壓實，路面硬度大，車輛 行駛過程中路面不會發(fā)生塑性變形，農(nóng)田地面由于土壤的粘彈性、剪脹性等，使得采集到的 縱斷面激勵譜并非真正作用農(nóng)機底盤的有效激勵。本實用新型針對此問題提出了解決辦 法，可以獲得不同負載下的有效激勵數(shù)據(jù)。
[0022] 已有的測試裝置對測試測試速度要求在30km/h以上才，農(nóng)田地面測量時速度應 在lOkm/h左右，需能適應農(nóng)機具正常行駛和作業(yè)速度。本設計的測量設備適合安裝于低速 農(nóng)機具。
[0023] 不少路面譜測量方法都通過采集振動加速度信號，轉換得到位移功率譜密度的方 法誤差比較大，根本原因是加速度傳感器引入的誤差及二次積分后引起的靜態(tài)漂移。加速 度傳感器低頻響應差，而農(nóng)田面起伏不平，在這種隨機振動沖擊下輪軸車的加速度平均值 不一定總是〇而相反是可能很大的，引起加速度信號的失真，積分兩次以后就出現(xiàn)單調上 升，本設計用直線位移傳感器測量路面隨機信號，避免了失真，并使用速度傳感器，獲得慣 性基準的位移信號，來校正地面仿形輪測得為位移值。
[0024] 本實用新型適用于低速的原因，農(nóng)機在田間行駛車速比較有限，通常都在10km/h， 被測地面位移信號屬于緩慢變化信號。
[0025] 而公路不平度測試系統(tǒng)，大多采用數(shù)字接口的傳感器，只能用來大致測量運動較 快的位移，對緩慢運動的測試效果極差，對電源的要求也很高。
[0026] 所以本實用新型采用模擬接口的傳感器配合放大電路、模擬積分電路等來實現(xiàn)對 農(nóng)田地面激勵數(shù)據(jù)低速測量的采集，總的系統(tǒng)誤差比較小。
【附圖說明】
[0027] 附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用 新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中：
[0028] 圖1是本實用新型農(nóng)田地面有效激勵譜測量裝置結構示意圖；
[0029] 圖2是一個較佳實施例測試系統(tǒng)的結構示意圖；
[0030] 圖3是本實用新型運彳丁流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 如圖1-3所示，本實用新型公開一種農(nóng)田地面有效激勵譜測量方法，
[0032] 測量車上的測量輪跟隨路面的起伏而升降，產(chǎn)生位移，通過安裝于測量架上的速 度傳感器測得測量架垂直方向振動速度信號，經(jīng)過硬件積分模塊獲得測量架的位移信號， 將兩個位移信號綜合以后得到對應路面的有效激勵譜。
[0033] 具體步驟為：測量車上的測量輪跟隨路面的起伏而升降，產(chǎn)生位移W，在測量車上 垂直于對應路面位置的地方，安裝速度傳感器，測量所述測量架上測量輪垂直方向的速度 Z,然后通過電路模擬積分，得到了所述測量架的位移Z;根據(jù)真實的路面不平度
[0035]由不平度Wni測量值序列qi⑴得到Gq (f)的譜估計值，空間頻率n。按GB7031-86 分位，再根據(jù)公式
[0036]f=nv(2)，
[0037] 對應地把時間頻率f按倍頻程分位，依f各分位點，讀取Gq (f)值，然后根據(jù)空間 頻率譜密度與時間頻率譜密度的關系
[0039]計算路面譜Gq (n)，
[0040] 其中：f為時間頻率，單位Hz，n為空間頻率，單位m\V為車速，通過測試所述測量 車輪角位移a與車輪半徑r可以換算得到，單位m/s;
[0041] 從而得到對應路面激勵譜。
[0042] 一種農(nóng)田地面有效激勵譜測量裝置，包括：測量車和測試系統(tǒng)；
[0043] 測試系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
[0044] 測量車包括測量架10、連接桿11、地面仿形輪1和升降機構7,升降機構7設于測 量架10上，測量架10套接在連接桿11上，連接桿11下端連有地面仿形輪地面仿形輪1 ;
[0045] 測量架10和地面仿形輪地面仿形輪1之間設有彈簧9,彈簧9設于連接桿11上；
[0046] 測量架10上設有速度傳感器4,測量架10與地面仿形輪1之間設有直線位移傳感 器3,地面仿形輪1上設有光電旋轉編碼器2 ;
[0047] 速度傳感器4、直線位移傳感器3和光電旋轉編碼器2與數(shù)據(jù)采集模塊電連接。
[0048] 本實用新型可根據(jù)實際用途配置配重裝置8或者實體機連接裝置6。
[0049] 配重裝置8設于測量架10上，配重裝置8包括配重架和配重塊，配重