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坡度对动态汽车衡称重结果的影响研究
2019-12-18 18:04:12 来源:http://www.scalesh.com 作者:http://www.scalesh.com 【 】 浏览:217次 评论:0

0 引言

随着经济的快速发展,高速公路的货物运输越来越频繁,虽然我国高速公路在不断的发展,收费站的数量也在不断增加,但是部分修建较早收费站的通行量已经无法满足日益增长的运输车辆通行要求。收费站通常采用扩充车道的方式解决这一矛盾,由于后期改造收费站受场地和收费站通行车辆的影响,导致扩充改造的车道引道出现不同程度的坡道和弯道,这与国家检定规程JJG907-2006相悖。不仅给日常检定工作带来较大的不便,还使司乘人员与高速公路管理公司的纠纷大大增加。因此,研究坡道对动态汽车衡称重结果的影响具有非常重要的意义。

为简化分析,本文主要以两轴汽车为研究载体,建立汽车通过动态汽车衡时的力学数学模型,并通过理论分析结果和试验数据的对比,得出坡度对动态汽车衡称重结果的影响,为动态汽车衡的优化和高速公路收费站的新建、改造引道提供参考。

1 力学数学模型

1.1 动态汽车衡的受力分析假设动态汽车衡安装

在坡度为θ的平滑路面上,则汽车行驶通过动态汽车衡时的受力分析图如图1所示。

图1 汽车通过动态汽车衡时受力分析图

图1 汽车通过动态汽车衡时受力分析图  下载原图

Q—空气阻力;hq—空气阻力距地面的高度;F1—秤台对汽车前轮的支撑力;Rf—前轮的滚动阻力;Ff—前轮的驱动力;a—汽车加速度;G—汽车重力;h—汽车重心距地面高度;Rr—汽车后轮滚动阻力;Fr—汽车后轮驱动力;F2—地面对后轮的支撑力;L1—前轮与重心的水平距离;L2—后轮与重心的水平距离;L—前后轮的轮距。

1.2 动态汽车衡称重数学模型

由图1汽车行驶通过动态汽车衡时的受力分析图,结合力学原理可知此力学模型满足力矩平衡。

对汽车的前轮求矩,可得到:

式中:M1—汽车所受外力对汽车前轮的力矩。

由式(1)可得到式(2)成立:

式中:Q1—空气对汽车的阻力;hq1—空气阻力距地面的高度;G—汽车重力;θ—引道的坡度;h1—汽车重心距地面高度;L1—汽车前轮距重心的水平长度;a1—汽车加速度;g—重力加速度;F2—地面对汽车后轮的支撑力;L—汽车前后轮的轮距。

由式(2)可得到式(3)成立:

对汽车的后轮求矩,可得到:

式中:M2—汽车所受外力对汽车后轮的力矩。

由式(4)可得到式(5)成立:

式中:Q2—空气对汽车的阻力;hq2—空气阻力距地面的高度;h2—汽车重心距地面高度;L2—汽车后轮距重心的水平长度;a2—汽车加速度;F1—地面对汽车前轮的支撑力。

式(5)可得到式(6)成立:

如果路面平滑,可忽略路面的振动因素对动态汽车衡称重结果的影响。则有下列式子成立:

如果在无风的天气状况下,空气阻力相对较小,汽车短时间内匀速通过动态汽车衡,空气阻力的变化可以忽略,则有下式成立:

由式(5)~式(11)可得下式成立:

1.3 理论分析

由式(12)可知,坡度θ对动态汽车衡的称重结果有比较明显的影响,且坡度越大,称重结果的影响越大。

2 试验分析

2.1 试验数据

使用多功能坡度测量仪测得试验车道的坡度为3.8°和5.2°,试验使用约定真值[1,2]为13200kg的两轴刚性车辆作为参考车辆,采集参考车辆匀速行驶通过准确度等级为2级的动态汽车衡时称重结果为试验数据。由参考文献[3]可知,汽车以小于6km/h的速度通过动态汽车衡时,称重结果与约定真值的差值最小,本实验数据的采集以车速等于5km/h的速度匀速通过动态汽车衡,为了保证试验数据的准确性,本试验重复10次,得到如表1的试验数据。

表1 汽车匀速通过动态汽车衡时称重结果     下载原表

表1 汽车匀速通过动态汽车衡时称重结果

2.2 误差分析

通过称重结果与约定真值的对比分析,得到称重结果的最大误差如表2所示。

表2 最大误差分析     下载原表

表2 最大误差分析

由表2可知,汽车以5km/h的速度,匀速通过坡度为3.8°和5.2°的动态汽车衡时,汽车的称重结果与约定真值之间的偏差均较大,不符合动态汽车衡2级检定误差要求,[1]且坡度越大,超差越严重,这一试验结果与理论分析的趋势相吻合。

3 结束语

通过对汽车行驶进过动态汽车衡时的理论分析结果与汽车匀速通过动态汽车衡的称重数据进行对比,得出坡度对动态汽车衡的称重结果影响较大,这一研究能为动态汽车衡的优化和高速公路收费站的新建、改造引道提供参考。

Tags:地磅 责任编辑:admin
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