落物保护结构与翻车保护结构综合测试系统及测试工艺

摘要

本发明公开了落物保护结构与翻车保护结构综合测试系统及测试工艺，包括ROPS测试系统、FOPS测试系统、试件装夹系统，ROPS测试系统和FOPS测试系统设于同一水平面上，且共用固定式基础工作台和试件装夹系统；FOPS测试系统设于两个平行的导轨上且能沿着平行导轨来回移动。本发明是通过ROPS测试系统和FOPS测试系统同一地基基础建设，共用试件多工位装夹可旋转式工作台、固定式基础工作台，FOPS测试系统沿地基埋设的两条行驶导轨移动至试验工作位置，实现了ROPS和FOPS测试一体化，同时满足于工程车辆和拖拉机的ROPS和FOPS性能测试。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于拖拉机及工程机械的司机防护落物保护结构（FOPS）与翻车保护结构（ROPS）综合测试系统，尤其是一种可以同时满足司机防护落物保护结构（FOPS）与翻车保护结构（ROPS）综合测试系统。

背景技术

目前国内研制的司机安全保护装置的试验设备为数不多，据了解吉林大学、国家工程机械质量监督检验中心、洛阳拖拉机研究所具有类似的试验设备并相应开展了ROPS和FOPS的性能研究，但这些设备均为功能单一、分别独立的试验系统，或仅有翻车保护结构试验设备、或仅有落物保护结构试验设备，试验能力上或只满足于工程机械车辆试验、或只满足于拖拉机试验。由于需对试件进行水平侧向、纵向和垂直方向等不同方向的加载试验，要求试件在不同的方向上多次重新定位装夹，因此导致目前试件安装繁琐、试验程序比较复杂、试验人员劳动强度较大、试验需要很长的时间。同时，对于FOPS测试系统撞击试验载荷的释放，存在安全性和稳定性的问题。

发明内容

本发明针对以上现状的不足之处，提供一种集ROPS和FOPS试验于一体的测控系统装置，可同时满足于工程车辆和拖拉机的ROPS和FOPS试验。

为解决其技术问题所采用技术方案是：

司机防护落物保护结构与翻车保护结构综合测试系统，包括ROPS测试系统、FOPS测试系统、试件装夹系统，所述的ROPS测试系统和FOPS测试系统设于同一水平面上，且共用固定式基础工作台和试件装夹系统；所述的FOPS测试系统设于两个平行的导轨上且能沿着平行导轨来回移动。

所述的试件装夹系统包括一个可实现试验试件一次装夹，按照试验标准规定的试验次序完成侧向、纵向和垂直方向的静态加载和动态撞击试验的试件多工位装夹可旋转式工作台。

所述的试件多工位装夹可旋转式工作台包括转台、轴向支承轴承、转轴、底板和锁紧螺栓，所述的转轴与转台固定联接，所述的转轴与底板通过轴向支撑轴承活动联接，所述的转台和底板可以通过锁紧螺栓锁紧，所述的转台上设有环形凹台槽。

所述的ROPS测试系统，包括水平加载作动器和两个垂直加载作动器，所述的水平加载作动器固定在固定式水平加载结构框架上，所述的水平加载作动器的位置由伺服调整机构调整，所述的两个垂直加载作动器固定在固定式基础工作台上,且在两个垂直加载作动器的上方设有加载横梁。

所述的固定式水平加载结构框架的结构呈立体门型框架结构固定于地基基础之上，固定式水平加载结构框架由两根H形立柱、两根H形斜撑、上横梁和中间横梁组成，所述的两根H形立柱内上端布置上横梁、中间布置可沿H形立柱移动以调整离地高度的中间横梁、后侧布置两根H形斜撑，所述的中间横梁上安装水平加载作动器位置伺服调整机构。

所述的位置伺服调整机构的结构包括伺服电机Ⅲ、丝杠Ⅲ、拖板，由伺服电机Ⅲ驱动丝杠Ⅲ，所述的丝杠Ⅲ拖动用于安装水平加载作动器的拖板，以调整水平加载作动器的水平位置。

所述的FOPS测试系统，包括移动式门型框架，在所述的门型框架上安装有垂直定位机构和水平定位机构，所述的垂直定位机构和水平定位机构固定在移动式门型框架上，所述的垂直定位机构与一个撞击载荷挂持释放机构相连，水平定位机构与撞击载荷相连。

所述的水平定位机构包括落锤悬链拖车、伺服电机Ⅰ、丝杠Ⅰ、4条悬链、激光距离传感器Ⅰ，所述的伺服电机Ⅰ驱动丝杠，在丝杠I的丝母上安装有一个落锤悬链拖车，所述的落锤悬链拖车上安装有4条悬链和一个激光距离传感器Ⅰ。

所述的垂直定位机构包括摆锤提升拖车、伺服电机Ⅱ、丝杠Ⅱ、激光距离传感器Ⅱ、水平位移传感器，所述的伺服电机Ⅱ驱动丝杠Ⅱ，在丝杠Ⅱ的丝母上安装有一个摆锤提升拖车，在摆锤提升拖车上安装有激光距离传感器Ⅱ、水平位移传感器。

所述的撞击载荷挂持释放机构的结构包括电磁吸盘、电动葫芦Ⅰ、万向式定滑轮Ⅰ和电动葫芦Ⅱ、万向式定滑轮Ⅱ，所述的万向式定滑轮Ⅰ和电动葫芦Ⅰ安装在水平定位机构上，万向式定滑轮I通过钢丝绳连接电磁吸盘，电磁吸盘吸吊落锤；所述的电动葫芦Ⅱ和万向式定滑轮Ⅱ安装在垂直定位机构上，万向式定滑轮Ⅱ通过钢丝绳连接电磁吸盘，水平定位机构的4条悬链连接摆锤，电磁吸盘吸吊摆锤。

所述的4条悬链的结构，其结构长度相同，分左右两侧悬挂摆锤，每侧前后2条悬链与上下4个挂节点构成平行四边形，左右两侧每侧的悬链在同一个平面内，并使两侧平面呈向上一定度数的夹角。确保摆锤在沿圆周轨迹下落过程中稳定平动、不扭摆。

所述的FOPS测试系统撞击载荷包括落锤与摆锤，其中，所述的摆锤用于拖拉机ROPS动态强度试验，质量为2吨，其结构由多片是同形不等边四边形的金属板共同组成侧面是同形不等边四边形的六面体，该六面体的两侧面互相平行且上部四角处附近设4个悬链吊耳，其前面为呈向上20°夹角的680mm×680mm的正方形倾斜面,其后面为680mm×680mm的正方形垂直面，倾斜面为后撞击试验和前撞击试验用的撞击面，垂直面为侧撞击试验用的撞击面。

所述的落锤为现有技术，因此在此不进行详细描述。

ROPS测试系统的电液伺服控制功能，可实现使水平加载作动器（伺服油缸）实现静态水平加载，可实现使垂直加载作动器（伺服油缸）选择位置控制和负荷控制两种静态垂直加载方式。

FOPS测试系统的拖拉机动态撞击试验的摆锤定位方式为：首先摆锤由悬链悬挂在落锤悬链拖车上，由挂接于摆锤提升拖车上的电磁吸盘吸吊至规定高度，再由丝杠Ⅱ带动摆锤提升拖车水平移动至规定的撞击能量位置。

所述的系统的测试工艺，如下：

进行FOPS性能试验时，移动式门型框架沿行驶导轨移动至试件位置，撞击载荷通过撞击载荷的水平定位机构和撞击载荷的垂直定位机构进行定位，撞击载荷挂持释放机构通过电磁吸盘的断电吸吊、通电释放撞击载荷，对试件进行撞击；其中，拖拉机动态撞击试验的摆锤定位方式为：首先摆锤由悬链悬挂在落锤悬链拖车上，由挂接于摆锤提升拖车上的电磁吸盘吸吊至规定高度，再由丝杠带动摆锤提升拖车水平移动至规定的撞击能量位置。

本发明的和现有技术相比，具有以下特点：

本发明是通过ROPS测试系统和FOPS测试系统同一地基基础建设，共用试件多工位装夹可旋转式工作台、固定式基础工作台，FOPS测试系统沿地基埋设的两条行驶导轨移动至试验工作位置，实现了ROPS和FOPS测试一体化，可同时满足于工程车辆和拖拉机的ROPS和FOPS性能测试。该系统应用电液伺服力位控制技术、激光测量技术，实现了静态加载能量的测控和载荷动能撞击能量的测控，采用合理的摆锤定位机构、撞击载荷挂持释放机构、试件多工位装夹机构，有效提高了试验效率和试验安全性，填补了国内该领域空白。

本发明的结构综合ROPS测试系统和FOPS测试系统为一体，包括了ROPS测试系统、FOPS测试系统、试件装夹系统、电液伺服控制系统、电器控制系统、传感器测量系统、视频监控系统。ROPS测试系统和FOPS测试系统同一地基基础建设，共用固定式基础工作台、试件多工位装夹可旋转式工作台，FOPS测试系统沿地基埋设的两条行驶导轨移动至试验工作位置。FOPS测试系统撞击试验载荷的释放，采用挂持释放机构中电磁吸盘的断电吸吊、通电释放方式。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1-1是ROPS & FOPS综合测试系统的结构主视图；

图1-2是ROPS & FOPS综合测试系统的结构侧视图；

图1-3是ROPS & FOPS综合测试系统的结构俯视图；

图中：1、ROPS测试系统，2、FOPS测试系统，2-6、行驶导轨，3、固定式基础工作台，4、试件多工位装夹可旋转式工作台。

图2-1是ROPS测试系统的结构主视图；

图2-2是ROPS测试系统的结构侧视图；

图中：1-1、固定式水平加载结构框架，1-2、水平加载作动器（伺服油缸），1-3、两个垂直加载作动器（伺服油缸），1-4、水平加载作动器位置伺服调整机构，1-5、铰接式垂直加载横梁，3固定式基础工作台，4、试件多工位装夹可旋转式工作台，

图3-1是ROPS测试系统的结构主视图；

图3-2是ROPS测试系统的结构侧视图；

图3-3是ROPS测试系统的结构俯视图；

图中：2-1、移动式门型框架，2-2、撞击载荷的水平定位机构，2-3、撞击载荷的垂直定位机构，2-4、撞击载荷挂持释放机构，2-5、撞击载荷（落锤与摆锤），2-6、行驶导轨，3、固定式基础工作台，4、试件多工位装夹可旋转式工作台。

图4-1是试件多工位装夹可旋转式工作台的结构主视图；

图4-2是试件多工位装夹可旋转式工作台的结构俯视图；

图中：4-1、转台，4-2、径向定位轴承，4-3、轴向支承轴承，4-4、转轴，4-5、底板，4-6、锁紧螺栓，4-7、环形凹台槽。

图5-1是固定式水平加载结构框架的结构主视图；

图5-2是固定式水平加载结构框架的结构侧视图；

图中：1-1-1、H形立柱， 1-1-2、H形斜撑，1-1-3、上横梁，1-1-4、中间横梁。

图6-1是水平加载作动器位置伺服调整机构的结构侧视图；

图6-2是水平加载作动器位置伺服调整机构的结构主视图；

图中：1-4-1、伺服电机Ⅲ，1-4-2、丝杠Ⅲ，1-4-3、拖板。

图7是撞击载荷的水平定位机构的结构示意图。

图中：2-2-1、落锤悬链拖车，2-2-2、伺服电机Ⅰ，2-2-3、丝杠Ⅰ，2-2-4、悬链，2-2-5、激光距离传感器Ⅰ。

图8是撞击载荷的垂直定位机构结构示意图。

图中：2-3-1、摆锤提升拖车，2-3-2、伺服电机Ⅱ，2-3-3、丝杠Ⅱ，2-3-4、激光距离传感器Ⅱ，2-3-5位移传感器。

图9是撞击载荷挂持释放机构的结构示意图。

图中：2-4-1、电磁吸盘，2-2-6、电动葫芦Ⅰ，2-2-7、万向式定滑轮Ⅰ，2-3-6、电动葫芦Ⅱ，2-3-7、万向式定滑轮Ⅱ。

图10-1摆锤主视图；

图10-2摆锤侧视图；

图10-3摆锤侧视图；

图中：2-5-1-6、同形不等边四边形的金属板，2-5-1-1、侧面是同形不等边四边形的六面体，2-5-1-2、悬链吊耳，2-5-1-3、向上20°夹角的680mm×680mm的正方形倾斜面，2-5-1-4、680mm×680mm的正方形垂直面。

具体实施方式

参照说明书附图1-1～附图10-3对拖拉机及工程机械司机防护落物保护结构（FOPS）与翻车保护结构（ROPS）综合测试系统作以下详细地说明。

本发明的拖拉机及工程机械司机防护落物保护结构（FOPS）与翻车保护结构（ROPS）综合测试系统包括：ROPS测试系统1和FOPS测试系统2。ROPS测试系统1的结构由一个固定式水平加载结构框架1-1、水平加载作动器（伺服油缸）1-2、两个垂直加载作动器（伺服油缸）1-3、水平加载作动器位置伺服调整机构1-4、铰接式垂直加载横梁1-5、固定式基础工作台3、试件多工位装夹可旋转式工作台4等部分组成。FOPS测试系统2的结构由移动式门型框架2-1、撞击载荷的水平定位机构2-2、撞击载荷的垂直定位机构2-3、撞击载荷挂持释放机构2-4、撞击载荷（落锤与摆锤）2-5、行驶导轨2-6、固定式基础工作台3、试件多工位装夹可旋转式工作台4等组成。

所述的ROPS测试系统1和FOPS测试系统2同一地基基础建设，共用固定式基础工作台3、试件多工位装夹可旋转式工作台4，FOPS测试系统2沿地基埋设的两条行驶导轨2-6移动至试验工作位置。

所述的ROPS测试系统1和FOPS测试系统2，所述的试件多工位装夹可旋转式工作台4，可实现试验试件一次装夹，按照试验标准规定的试验次序完成侧向、纵向和垂直方向等不同方向的静态加载和动态撞击试验。

所述的ROPS测试系统1，所述的ROPS测试系统1的电液伺服控制功能，可实现使水平加载作动器（伺服油缸）1-2实现静态水平加载，可实现使垂直加载作动器（伺服油缸）1-3选择位置控制和负荷控制两种静态垂直加载方式。

所述的FOPS测试系统2，所述的FOPS测试系统2的拖拉机动态撞击试验的摆锤2-5-1定位方式为：首先摆锤2-5-1由悬链2-2-3悬挂在落锤悬链拖车2-2-1上，由挂接于摆锤提升拖车2-3-1上的电磁吸盘2-4-1吸吊至规定高度，再由丝杠2-3-2带动摆锤提升拖车2-3-1水平移动至规定的撞击能量位置。

所述的固定式水平加载结构框架1-1的结构呈立体门型框架结构固定于地基基础之上，固定式水平加载结构框架1-1由两根H形立柱1-1-1、两根H形斜撑1-1-2、上横梁1-1-3和中间横梁1-1-4组成。所述的两根H形立柱内上端布置上横梁、中间布置可沿H形立柱移动以调整离地高度的中间横梁、后侧布置两根H形斜撑，所述的中间横梁上安装水平加载作动器位置伺服调整机构。中间横梁1-1-4安装水平加载作动器位置伺服调整机构1-4，并可沿两根H形立柱1-1-1移动以调整离地高度。

所述的水平加载作动器位置伺服调整机构1-4的结构由伺服电机Ⅲ1-4-1、丝杠Ⅲ1-4-2、拖板1-4-3组成。伺服电机Ⅲ1-4-1驱动丝杠Ⅲ1-4-2拖动安装水平加载作动器1-2的拖板1-4-3，以调整水平加载作动器1-2的水平位置。

所述的试件多工位装夹可旋转式工作台4的结构由转台4-1、径向定位轴承4-2、轴向支承轴承4-3、转轴4-4、底板4-5、锁紧螺栓4-6等组成，转台4-1上设数段环形凹台槽4-7，用于锁紧螺栓4-6把转台4-1与底板4-5锁紧。

所述的移动式门型框架2-1移动于两条行驶导轨2-6之上，移动式门型框架2-1由其底部的螺栓锁紧机构2-1-1与两条行驶导轨2-6夹紧固定。

所述的撞击载荷的水平定位机构2-2，由伺服电机Ⅰ2-2-2驱动丝杠Ⅰ2-2-3，丝杠Ⅰ2-2-3拖动落锤悬链拖车2-2-1及其上装置的4条悬链2-2-4、激光距离传感器Ⅰ2-2-5，所述的伺服电机Ⅰ驱动丝杠，在丝杠I的丝母上安装有一个落锤悬链拖车，所述的落锤悬链拖车上安装有4条悬链和一个激光距离传感器Ⅰ。系统根据激光距离传感器Ⅰ2-2-5传输的测量信号，对落锤的位置进行垂直定位。

所述的撞击载荷的垂直定位机构2-3，由伺服电机Ⅱ2-3-2驱动丝杠Ⅱ2-3-3，丝杠Ⅱ2-3-3拖动摆锤提升拖车2-3-1及其上装置的激光距离传感器Ⅱ2-3-4、水平位移传感器2-3-5，所述的伺服电机Ⅱ驱动丝杠Ⅱ，在丝杠Ⅱ的丝母上安装有一个摆锤提升拖车，在摆锤提升拖车上安装有激光距离传感器Ⅱ、水平位移传感器。系统根据激光距离传感器Ⅱ2-3-4和水平位移传感器2-3-5传输的测量信号，对摆锤的位置进行垂直和水平定位。

所述的撞击载荷挂持释放机构2-4的电动葫芦Ⅰ2-2-6、万向式定滑轮Ⅰ2-2-7固定安装在落锤悬链拖车2-2-1上，电动葫芦Ⅱ2-3-6、万向式定滑轮Ⅱ2-3-7固定安装在摆锤提升拖车2-3-1上，撞击载荷为落锤时，电磁吸盘2-4-1吸吊落锤，电磁吸盘2-4-1由通过钢丝绳与电动葫芦Ⅰ2-2-6挂接；撞击载荷为摆锤时，电磁吸盘2-4-1吸吊摆锤，电磁吸盘2-4-1由通过钢丝绳与电动葫芦Ⅱ2-3-6挂接。撞击载荷的挂持与释放，采用电磁吸盘2-4-1的断电吸吊、通电释放方式。

所述的4条悬链2-2-4的结构，其结构长度相同，分左右两侧悬挂摆锤2-5-1，每侧前后两条悬链2-2-4与上下四个挂节点构成平行四边形，左右两侧每侧的悬链2-2-4在同一个平面内，并使两侧平面呈向上一定度数的夹角。

所述的撞击载荷（落锤与摆锤）2-5中的摆锤2-5-1用于拖拉机ROPS动态强度试验，质量为2吨，其结构为由多片侧面是同形不等边四边形的金属板板2-5-1-6共同组成侧面是同形不等边四边形的六面体2-5-1-1，该六面体2-5-1-1的两侧面互相平行且上部四角处附近设4个悬链吊耳2-5-1-2，其前面为呈向上20°夹角的680mm×680mm的正方形倾斜面2-5-1-3,其后面为680mm×680mm的正方形垂直面2-5-1-4，倾斜面为后撞击试验和前撞击试验用的撞击面，垂直面为侧撞击试验用的撞击面。

本发明在试验测量的过程中，司机防护装置ROPS或FOPS试件，安装于固定式基础工作台3、或试件多工位装夹可旋转式工作台4上，试件可以在工作台升根据试验需要调整方向。

进行ROPS性能试验时，水平加载作动器（伺服油缸）1-2通过固定式水平加载结构框架1-1和水平加载作动器位置伺服调整机构1-4调整位置，对试件进行水平静态加载；两个垂直加载作动器（伺服油缸）1-3连接铰接式垂直加载横梁1-5，对试件进行垂直静态加载。

进行FOPS性能试验时，移动式门型框架2-1沿行驶导轨2-6移动至试件位置，撞击载荷（落锤与摆锤）2-5通过撞击载荷的水平定位机构2-2和撞击载荷的垂直定位机构2-3进行定位，撞击载荷挂持释放机构2-4通过电磁吸盘2-4-1的断电吸吊、通电释放撞击载荷（落锤与摆锤）2-5，对试件进行撞击。其中，拖拉机动态撞击试验的摆锤2-4-1定位方式为：首先摆锤2-5-1由悬链2-2-3悬挂在落锤悬链拖车2-2-1上，由挂接于摆锤提升拖车2-3-1上的电磁吸盘2-4-1吸吊至规定高度，再由丝杠2-3-2带动摆锤提升拖车2-3-1水平移动至规定的撞击能量位置。