全文摘要
本实用新型公开了一种拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，包括水平加载装置和压垮加载装置，在水平加载装置上设置有水平液压加载油缸，在压垮加载装置上设置有在压垮液压加载油缸，在水平液压加载油缸与压垮液压加载油缸的活塞未端设置有拉压力传感器，位移传感器设置在水平液压加载油缸的本体上，拉压力传感器与位移传感器均连接至电气控制系统。本实用新型实现可靠、安全性地采集到强度试验所需要的数据，实验过程中操作方便。
主设计要求
1.一种拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：包括水平加载装置和压垮加载装置，在水平加载装置上设置有水平液压加载油缸，在压垮加载装置上设置有压垮液压加载油缸，在水平液压加载油缸和压垮液压加载油缸的活塞未端均设置有拉压力传感器，位移传感器设置在水平液压加载油缸的本体上，拉压力传感器与位移传感器均连接至电气控制系统。
设计方案
1.一种拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：包括水平加载装置和压垮加载装置，在水平加载装置上设置有水平液压加载油缸，在压垮加载装置上设置有压垮液压加载油缸，在水平液压加载油缸和压垮液压加载油缸的活塞未端均设置有拉压力传感器，位移传感器设置在水平液压加载油缸的本体上，拉压力传感器与位移传感器均连接至电气控制系统。
2.根据权利要求1所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：所述压垮加载装置包括龙门框架(6)，龙门框架(6)置于轨道上，压垮液压加载油缸(1)垂直设置在龙门框架(6)的主横梁上，压垮液压加载油缸与水平设置的压垮加载横梁(4)连接，所述龙门框架(6)的两个立柱的内侧设有轨道，用于压垮加载横梁(4)的上下移动，所述轨道上设置有多个螺栓孔，用于通过螺栓固定所述压垮加载横梁(4)的位置。
3.根据权利要求2所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：所述水平加载装置包括纵向加载装置和侧向加载装置，所述水平液压加载油缸包括纵向液压加载油缸(2)和侧向液压加载油缸(5)，所述纵向加载装置包括在压垮加载横梁上表面并沿压垮加载横梁(4)走向设置的丝杆一，所述丝杆一与电机一连接，支架一与丝杆一配合安装，纵向液压加载油缸(2)安装在支架一上，纵向液压加载油缸(2)在同一水平面与压垮加载横梁(4)相垂直设置；所述侧向加载装置包括两个水平方向的侧向液压加载油缸(5)，所述两个侧向液压加载油缸(5)分别安装在门框架(6)的两个立柱的内侧。
4.根据权利要求1所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：所述水平加载装置包括用于固定待测拖拉机防护装置的旋转承载平台(24)、旋转加载平台(25)设置于旋转承载平台(24)一侧，垂直加载梁一(21)设置于旋转加载平台(25)上部、水平液压加载油缸(22)水平方向设置于垂直加载梁一(21)上。
5.根据权利要求4所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：压垮加载装置包括压垮加载横梁(4)，压垮液压加载油缸(1)一端铰接在底座二(26)上固定，另一端铰接在调节链条(23)上，调节链条(23)另一端连接至压垮加载横梁(4)，压垮液压加载油缸(1)与调节链条的连接端设置有拉压力传感器(7)，压垮液压加载油缸(1)与液压站连接。
6.根据权利要求1所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：所述水平加载装置包括垂直加载梁二(33)、水平液压加载油缸(22)水平设置于垂直加载梁二(33)上，水平液压加载油缸(22)连接至液压站。
7.根据权利要求1所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：水平加载装置包括底座一(34)，垂直加载梁二(33)设置于底座一(34)上，在垂直加载梁二(33)的垂直方向上设置有垂直方向调节装置(35)。
8.根据权利要求7所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：所述垂直方向调节装置(35)包括一个沿垂直加载梁二(33)的垂直方向设置的丝杆螺母一，电机一与丝杆螺母一连接，通过电机一的控制及丝杆螺母一的自锁结构来实现水平液压加载油缸上下位置的调整。
9.根据权利要求7所述的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：还包括水平方向微调装置(36)，水平方向微调装置(36)包括一水平方向设置的丝杆螺母二，电机二与水丝杆螺母二连接，通过电机二的控制及丝杆螺母的自锁结构来实现水平液压加载油缸左右位置的调整。
设计说明书
技术领域
本发明涉及一种拖拉机防护装置强度试验系统，属于拖拉机防护装置强度试验技术领域。
背景技术
由于拖拉机的作业环境和条件的特殊性，其具有作业环境复杂、项目繁多、工作条件恶劣、劳动强度大等特点。随着拖拉机用途的日益扩大，拖拉机操作员的工作越来越繁重复杂。拖拉机在行驶的过程中，如果路况不佳，就有可能发生翻车事故。当拖拉机所行驶在的地面状况越槽糕，速度越高，转弯半径越小，行驶时间越长，则发生翻车事故的可能性就越大。拖拉机防护装置在发生翻车事故时，在与地面接触的瞬间会受到一个很大的冲击载荷作用，在该冲击载荷的作用下防护装置将会遭受严重的损坏，造成严重的人员伤亡事故。目前国内外对拖拉机防护装置的研究主要集中在拖拉机发生翻车时的动态特性和防护装置强度试验方法等方面，我国对拖拉机防护装置的研究深度和广度在一定程度上还是相当有限的，同时现在所公开的有关的研究和报道数量也较少。尤其是对于防护装置强度试验的机械加载装置，更需要一种成本低，可靠性高，安全性高，测试方便，体积小的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，实现可靠、安全性地采集到强度试验所需要的数据，实验过程中操作方便。
为解决上述技术问题，本发明提供一种拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，其特征在于：包括水平加载装置和压垮加载装置，在水平加载装置上设置有水平液压加载油缸，在压垮加载装置上设置有压垮液压加载油缸，在水平液压加载油缸和压垮液压加载油缸的活塞未端均设置有拉压力传感器，位移传感器设置在水平液压加载油缸的本体上，拉压力传感器与位移传感器均连接至电气控制系统。
本发明所达到的有益效果：本发明的拖拉机防护装置强度试验系统的机械加载装置，通过对拖拉机防护装置进行纵向加载、侧向加载和压垮加载试验，模拟拖拉机向后或侧面翻车时其防护装置上所受到载荷从而检验防护装置的强度，性能实现可靠、安全性地采集到强度试验所需要的数据，实验过程中操作方便。
附图说明
图1为实施例1的机械加载装置结构示意图；
图2实施例2的机械加载装置的水平加载装置结构示意图；
图3为实施例2的机械加载装置的压垮加载装置结构示意图；
图4为实施例3的水平加载装置结构示意图；
图5为实施例3的水平加载装置的结构详图；
图6为水平前后加载示意图；
图7为水平侧向加载示意图；
图8为压垮试验装置的后示图；
图9为压垮试验装置的侧示图。
图中：1.压垮液压加载油缸 2.纵向液压加载油缸 3.拉压力传感器 4.压垮加载横梁 5.侧向液压加载油缸 6.龙门框架 7.拉压力传感器 21.垂直加载梁一 22.水平液压加载油缸 23.位移传感器 24.旋转承载平台 25.旋转加载平台 31.垂直加载梁二 34.底座一 35.垂直方向调节装置 36.水平微调装置 37. 液压站； D1.后加载载荷 D2.座位标志点 D3.前加载载荷 D4.第二次纵向载荷前后作用点 D5.纵向中心面 D6.第一次纵向载荷前后作用点 D7.侧向载荷作用点 D8.后向加载时的变形 D9.载荷 D10.万向连接 D11.前后轴下的支撑 D12.后压垮试验时梁的位置 D13.前压垮试验时梁的位置 D14.当前部不能承受全部压垮力时第二次压垮梁的位置 D15.设想的地平面 D16.当翻车时能够支撑拖拉机质量的部位。
具体实施方式
本发明的拖拉机防护装置强度试验系统，包括机械加载装置、液压加载系统及电气控制系统。机械加载装置包括纵向加载装置、侧向加载装置和压垮加载装置。纵向加载装置、侧向加载装置都是在水平方向上对被试验拖拉机防护装置进行加载试验，所以也称水平加载装置。液压加载系统包括液压泵、过滤器、油箱、溢流阀、单向阀、流量阀、若干电磁换向阀及其他液压元件，通过对比例溢流阀的控制来实现对所有加载载荷大小的自动控制，通过对流量阀的控制来实现对试验时加载速度的调节，从而确保试验时的加载速度符合加载标准。电气控制系统控制液压泵站产生压力油对被试验拖拉机的防护装置施加载荷，同时利用传感器来测量试验过程中载荷和位移的变化量，然后用高速采集卡对传感器所获得的测量值进行 A\/D转换，最后将转换好的数据交给计算机来进行处理、显示，并对比所设定的值来分析整理所需的数据然后据此发出相应的加载压力控制指令，从而达到对整个拖拉机防护装置强度试验过程闭环控制的目的。
本发明的技术方案主要在于机械加载装置，下面通过具体实施例分别进行说明。
实施例1
机械加载装置为整体式，包括水平加载装置和压垮加载装置，所述压垮加载装置包括龙门框架6，龙门框架6置于轨道上，压垮液压加载油缸1 垂直设置在龙门框架6的主横梁上，压垮液压加载油缸与水平设置的压垮加载横梁4连接，所述龙门框架6的两个立柱的内侧设有轨道，用于压垮加载横梁4的上下移动，所述轨道上设置有多个螺栓孔，用于通过螺栓固定所述压垮加载横梁4的位置；所述水平加载装置包括纵向加载装置和侧向加载装置，所述纵向加载装置包括在压垮加载横梁上表面并沿压垮加载横梁4走向设置的丝杆一，所述丝杆一与电机一连接，支架一与丝杆一配合安装，纵向液压加载油缸2安装在支架一上，纵向液压加载油缸2在同一水平面与压垮加载横梁4相垂直设置；侧向加载装置包括两个水平方向的侧向液压加载油缸5，所述两个侧向液压加载油缸5分别安装在门框架6 的两个立柱的内侧。在压垮液压加载油缸1、纵向液压加载油缸2、侧向液压加载油缸5的活塞未端均设置一拉压力传感器，位移传感器设置在纵向液压加载油缸2、侧向液压加载油缸5的本体上，拉压力传感器与位移传感器均连接至电气控制系统。
侧向加载装置、纵向加载装置和压垮加载装置三个装置都做在一个龙门框架上。压垮液压加载油缸的支架安装在龙门框架的主横梁上。龙门框架置于轨道上，在进行纵向加载试验时，对被试验拖拉机纵向加载位置的调整通过龙门框架在轨道上的移动实现，其横向加载位置的调整由安装在压垮加载横梁上的电机一驱动丝杆一，带动支架一及纵向加载油缸在压垮加载横梁上移动。在进行压垮加载试验时，垂直方向的调整则由龙门框架的主横梁上的压垮液压加载油缸1带动压垮加载横梁向下移动来实现。所述纵向液压加载油缸2通过旋转纵机构安装在支架一上，纵向液压加载油缸2在水平方向上可以旋转一定的角度，以适应对被试验拖拉机防护装置前、后向的加载。纵向液压加载油缸的横向位置固定依靠丝杆的自锁机构实现。在进行侧向加载试验时由两侧的侧推液压加载油缸5实现，以尽量减少宽度，缩小占地面积。整个试验过程中被测拖拉机固定不动，试验时仅需对主龙门框架基脚的少数几个螺栓进行固定。其总体结构示意图如图1 所示。
纵向加载装置：利用龙门框架的立柱上的螺栓孔及螺栓可调节移动横梁所在的高度，从而使纵向液压加载油缸能对不同高度的被试验拖拉机的进行纵向加载试验。液压泵站为纵向液压加载油缸提供动力源实施加载，通过串联在纵向液压加载油缸与被试验防护装置之间的压力传感器和并联在纵向液压加载油缸与加载装置之间的位移传感器，来获取试验过程中载荷的大小与位移的变化量。
侧向加载装置：液压泵站作为动力源带动两侧向液压加载油缸之一实施加载，通过将拉压力传感器串联安装在侧向液压加载油缸与被试防护装置之间，利用位移传感器来获取试验过程中加载载荷与位移的变化量。侧向液压加载油缸5通过一球铰固定在龙门框架的立柱上，可以小幅两自由度摆动。
压垮装置：由压垮加载横梁4和两个压垮液压加载油缸实施加载，将拉压力传感器按放在压垮液压加载油缸的端部直接测量压垮合力，而横梁向下的位移即为作用力位移。
以上三个装置都是将获取的数据通过高速采集卡进行A\/D转换后交由电气控制系统对其进行数据处理然后将处理后的结果显示出来，最后根据所设定的值和处理后的结果发出相应的指令来控制加载载荷的大小从而实现整个试验过程的自动控制。
实施例2
机械加载装置包括水平加载装置和压垮加载装置。
如图2所示，所述水平加载装置包括用于固定待测拖拉机防护装置的旋转承载平台24、旋转加载平台25设置于旋转承载平台24一侧，垂直加载梁一21设置于旋转加载平台25上部、一水平液压加载油缸22水平方向设置于垂直加载梁一21上，拉压力传感器7设置于水平液压加载油缸22 的活塞端部，位移传感器设置于水平液压加载油缸22的本体上，所述拉压力传感器与位移传感器均连接至电气控制系统。
机械加载装置是通过旋转承载平台24和旋转加载平台25来调节纵向加载和侧向加载试验时的加载位置。
压垮加载装置包括压垮加载横梁4，压垮液压加载油缸1一端铰接在底座二26上固定，另一端铰接在调节链条23上，调节链条23另一端连接至压垮加载横梁4，压垮液压加载油缸1与调节链条的连接端设置有拉压力传感器7，压垮液压加载油缸1与液压站连接，拉压力传感器连接至电气控制系统。加载时载荷的变化通过拉压力传感器测量，电气控制系统实时对拉压力传感器的数据进行采集，图3为实施例压垮加载装置结构示意图。
水平加载装置：其旋转承载平台4采用型材焊接而成，并设计有齿轮机构可以进行旋转运动。旋转加载支架能够实现加载油缸升降和旋转运动，调整完成后螺栓锁死制动。液压站为加载油缸提供压力油，经过比例调速阀控制加载油缸的速度和压力，油缸活塞杆顶端布置有拉压力传感器，用于测量防护装置强度试验时的加载载荷大小。
压垮加载装置：压垮加载横梁是采用两个工字钢焊接而成的焊合梁，保证其具有足够的强度和刚度，加载部分通过两个压垮液压加载油缸实现，压垮液压加载油缸一端铰接在底座上固定，另一端铰接在调节链条上，试验时在拖拉机防护装置的垂直方向施加载荷对其进行压垮加载试验。两个液压加载油缸在加载时必须使加载横梁保持水平。压垮装置加载高度位置可通过两根调节链条来根据被试验拖拉机防护装置的高度进行垂直方向上的调整。压垮加载试验完成后可以通过行车将压垮加载横梁吊起放在相应的空地上。
实施例3
机械加载装置包括水平加载装置和压垮加载装置。所述水平加载装置包括垂直加载梁二33、水平液压加载油缸22水平设置于垂直加载梁二33 上，水平液压加载油缸22连接至液压站，拉压力传感器7设置于水平液压加载油缸22的活塞端部，位移传感器设置于水平液压加载油缸22的本体上，所述拉压力传感器和位移传感器均连接至电气控制系统。
图5为实施例3的机械加载装置的水平加载装置结构详图，包括底座 34，垂直加载梁二33设置于底座一34上，在垂直加载梁二33的垂直方向上设置有垂直方向调节装置35，垂直方向调节装置35包括一个沿垂直加载梁二33的垂直方向设置的丝杆螺母一，电机一与丝杆螺母一连接，通过电机一的控制及丝杆螺母一的自锁结构来实现水平液压加载油缸上下位置的调整，从而对不同高度的被试验拖拉机防护装置进行水平加载试验。
水平方向微调装置36包括一水平方向设置的丝杆螺母二，电机二与水丝杆螺母二连接，通过电机二的控制及丝杆螺母的自锁结构来实现水平液压加载油缸左右位置的调整，从而保证试验时水平加载装置对其加载位置的准确控制。
本实施例中，利用行车移动水平加载装置，同时通过自身的水平微调装置来调节纵向加载和侧向加载试验时的加载位置。
压垮加载装置与实施例2的压垮加载装置结构相同。包括压垮加载横梁和两个压垮液压加载油缸，其他组成附件还有拉压力传感器、位移传感器、液压站和电气控制系统等组成。加载时位移的变化通过位移传感器测量，载荷的变化通过拉压)力传感器测量，电气控制系统实时对位移传感器信号和拉(压)力传感器的数据进行采集，并根据所采集的数据绘制载荷和位移的变化曲线。
水平加载装置：通过行车吊动调节水平加载装置的加载位置可以实现对被试验拖拉机防护装置的侧向加载和纵向加载试验。水平加载装置的垂直方向上部安装有丝杆螺母结构，其在电机的带动下可以根据不同被试验拖拉机防护装置的高度来实现液压加载油缸上下位置的调节，从而完成整个水平加载试验。水平微调装置在水平方向上也是一个丝杆螺母结构，丝杆的右端安装有电机，其在电机的带动下可以实现液压加载油缸在其水平位置上的微调节，从而保证试验时水平加载装置对其加载位置的准确控制。
实施1中的结构为整体式的龙门框架，即纵向加载、侧向加载和压垮加载装置都设计在龙门框架上，结构紧凑，加载方便，但是整体体积太大，而且还需要用到五个液压加载油缸，因而成本相对来说高一些。实施2和实施3中都是由水平加载装置和压垮装置两部分组成，这两个方案都只需要三个液压加载油缸，设计成本较实施1的五个液压加载油缸来说比较低，因而考虑选择实施2和实施例3来降低成本。然后对比实施例2和实施例3 发现，实施例2和实施例3的压垮加载装置都是由一个加载横梁和两个液压加载油缸组成，结构简单，操作相对来说比较简单，都需要行车将压垮加载横梁吊起来进行压垮加载试验。
本拖拉机防护装置强度试验系统的试验方法是通过对拖拉机防护装置进行纵向加载、侧向加载和压垮加载试验，模拟拖拉机向后或侧面翻车时其防护装置上所受到载荷从而检验防护装置的强度性能以及其对驾驶员的保护作用。本试验系统能够对拖拉机防护装置进行完整的强度试验，试验快速，液压加载系统要求可靠方便，所测量的参数通过计算机采集、处理、记录，自动完成试验数据的汇总及试验报告的编写。试验时的实验项目和顺序如下：(a)第一次纵向加载试验；(b)第一次压垮试验；(c)侧向加载试验；(d)第二次压垮试验；(e)第二次纵向加载试验。
1)第一次纵向加载试验。在进行第一次纵向加载试验时，对于后轴至少支撑50％自身质量的拖拉机，纵向加载载荷作用在防护装置后部(见图6)，而其他拖拉机则作用在防护装置前部。如果作用在后部，则加载方向在侧向载荷的相反面，如果作用在前部，则加载方向在侧向载荷的同一面。载荷应平行于拖拉机的纵向中心平面施加在拖拉机防护装置最上部的横向构件上。
所施加的载荷加载在拖拉机防护装置最外角向内1\/6宽度的位置处。安装在液压加载油缸前部起均布载荷作用的刚性梁的长度必须大于或等于拖拉机防护装置宽度的1\/3。
2)第二次纵向加载试验在。进行第二次纵向加载试验时，其方向应与第一次纵向加载方向相反，且加载的位置在离它最远的角上。
3)侧向加载试验。如图7，在进行侧向加载试验时侧向载荷应垂直于纵向中心平面施加。其作用点在拖拉机防护装置外部座椅标志点前85mm的位置；而对于双向行驶的拖拉机，其作用点则在防护装置与座椅标志点的中间位置处。
当拖拉机发生侧向翻车事故时，如能确定是防护装置侧面的一个特定部位首先接触地面，则应在该部位进行侧向加载试验。对于具有两个立柱的拖拉机，应不考虑座椅标志点而在其最上部进行加载。对于座椅不在拖拉机正中间或防护装置不是对称结构的拖拉机，侧向载荷应加载在其最有可能导致进人容身区的一面。用来起均布载荷作用的刚性梁应尽可能长，最好达到最大值700mm。
4)第一次压垮试验。在进行第一次压垮试验时，压垮载荷应施加于拖拉机防护装置第一次纵向载荷的相同一侧。试验时将压垮横梁放在拖拉机防护装置后部顶上(见图8)，压垮加载载荷作用于拖拉机的纵向基准面内。施加的压垮力为Fr<\/sub>＝20mt<\/sub>(N)。该压垮力作用在拖拉机防护装置上时必须保持 5s以上。
如果防护装置的顶部不能完全承受全部压垮载荷，载荷应继续施加，直至其顶部变形到与翻车时能支撑拖拉机质量的后部部件相接触。然后卸载，改变载荷的加载位置，以便把刚性梁置于施拉机翻车时能支撑拖拉机的部位，然后施加全部载荷。
5)第二次压垮试验。在进行第二次压垮试验时，压垮载荷应施加于第一次纵向加载的相反一侧。试验时应将压垮横梁放在拖拉机防护装置前部顶上(见图9)，载荷作用于纵向基准面内。所施加的压垮力为Fr<\/sub>＝20mt<\/sub>(N)。该压垮力作用在防护装置上时必须保持5s以上。如果防护装置的顶部不能完全承受全部压垮载荷则与2.2.4第一次压垮试验情况相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920029901.1
申请日:2019-01-09
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN209858326U
授权时间:20191227
主分类号:G01N3/02
专利分类号:G01N3/02
范畴分类:31E;
申请人:江苏省农业机械试验鉴定站
第一申请人:江苏省农业机械试验鉴定站
申请人地址:210017 江苏省南京市南湖路97号
发明人:卞兆娟;杨浩勇;李和清;史庆春;陶雷;徐炳畑;徐伟
第一发明人:卞兆娟
当前权利人:江苏省农业机械试验鉴定站
代理人:董建林;许婉静
代理机构:32224
代理机构编号:南京纵横知识产权代理有限公司 32224
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计