一種室內(nèi)月球車-月壤相互作用試驗設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種室內(nèi)月球車-月壤相互作用試驗設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]月球車作為深空探測的“先兵”，有其獨特的優(yōu)勢和必要性。月球車在月面行走本質(zhì)上講涉及到人工裝置與月壤相互作用的問題，直接決定著著月球巡視器的設(shè)計。因而，在探測月球前必須進行探測器與模擬月壤相互作用的系統(tǒng)模型試驗，故有必要對月壤與探測器相互作用機理進行系統(tǒng)深入的研宄。而認識月壤與探測器的相互作用規(guī)律是其中亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。它涉及到月壤地基的制備與復(fù)雜力學(xué)特性、物理模型試驗與數(shù)值仿真技術(shù)三個方面。現(xiàn)有的月球車與月壤相互作用研宄主要是研宄探測器上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，未能深入地分析輪下月壤的復(fù)雜力學(xué)響應(yīng)。探測車輛的驅(qū)動輪行駛狀況與土的基本力學(xué)性能息息相關(guān)，并且其駛過月壤時所形成的車轍變形將能很直接的反映其驅(qū)動輪與月壤作用時的牽引性能情況。車轍的形狀、深淺度以及影響域等也將反映驅(qū)動輪與模擬月壤的相互作用關(guān)系等。輪下月壤的土壓力變化能夠直接反映車輪對土的影響方式及影響范圍。因此，在進行輪壤試驗時，除了考察車輪的行駛特性，對輪下月壤的變形及土壓力變化研宄同樣具有非常重要的意義。
[0003]真實月壤極其珍貴，目前國內(nèi)真實月壤僅有1978年美國總統(tǒng)訪問中國時贈送的I克。由于獲得大量高質(zhì)量“未擾動”真實月壤的困難，因此在地球表面采用真實月壤作為試驗材料是不現(xiàn)實的。然而，用于月壤工程力學(xué)性質(zhì)研宄的輪壤試驗所需要的月壤數(shù)量較大，為此，采用模擬月壤用于試驗研宄成為必然的選擇。模擬月壤作為真實月壤的一種替代物，能夠很好的反映月壤的工程力學(xué)特性和物理力學(xué)特性，借助輪壤試驗研宄模擬月壤的力學(xué)特性，從而推斷真實月壤的力學(xué)特性是一種有效的研宄方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種室內(nèi)月球車-月壤相互作用試驗設(shè)備，在原位測試困難的情況下，在室內(nèi)進行模型試驗，有效地獲得車輪牽引力、打滑率等行駛性能和土體中應(yīng)力變化的相關(guān)信息。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種室內(nèi)月球車-月壤相互作用試驗設(shè)備，包括模型箱、車輪單元、動力單元及測控單元，所述的模型箱內(nèi)裝填模擬地基土，上端設(shè)有導(dǎo)軌，所述的車輪單元包括車輪、上層板、下層板及導(dǎo)柱，所述的上層板與下層板平行設(shè)置，且通過導(dǎo)柱連接，所述的車輪通過連接板連接在下層板下方，使下層板與車輪固定在一起，所述的上層板滑動連接在導(dǎo)軌上，所述的車輪壓在模擬地基土上，所述的動力單元與車輪連接，帶動車輪轉(zhuǎn)動，所述的車輪上施加有水平向牽引力與垂直向載荷，所述的測控單元監(jiān)測車輪各向位移與扭矩，以及車輪行駛過程中地基土壓力變化情況。
[0007]所述的上層板上設(shè)有導(dǎo)向輪，通過導(dǎo)向輪卡設(shè)在導(dǎo)軌上，導(dǎo)向輪與導(dǎo)軌共同限制上層板側(cè)向和豎直向不產(chǎn)生位移變化。
[0008]所述的導(dǎo)向輪分別是卡設(shè)在導(dǎo)軌上端的上部導(dǎo)向輪、卡設(shè)在導(dǎo)軌下端的下部導(dǎo)向輪，以及卡設(shè)在導(dǎo)軌側(cè)面的側(cè)向?qū)蜉啞?br>[0009]所述的上層板與導(dǎo)柱滑動連接，所述的下層板及車輪可通過導(dǎo)柱產(chǎn)生上下移動，通過導(dǎo)致約束下層板及車輪的上下移動，導(dǎo)柱上端穿過上層板的高度大于預(yù)測的車輪最大沉降量。
[0010]所述的導(dǎo)柱上端設(shè)有套筒，所述的導(dǎo)柱與套筒之間采用滾珠接觸，以降低期間摩阻力。
[0011]所述的動力單元包括驅(qū)動電機與變頻調(diào)速器，所述的車輪中間為軸承，車輪的軸承一端與驅(qū)動電機連接，另一端與平衡配重連接，所述的變頻調(diào)速器與驅(qū)動電機連接，通過變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)車輪速度的調(diào)節(jié)。
[0012]所述的下層板上設(shè)有為車輪施加垂直向載荷的載重物，所述的模型箱外側(cè)設(shè)有支架，在支架上設(shè)有滑輪，鋼絞線一端垂掛掛重物，另一端繞過滑落滑輪后與車輪連接，設(shè)置滑落的位置與個數(shù)，保證掛重物通過鋼絞線對車輪施加有水平向牽引力，改變水平向牽引力與垂直向載荷，以研宄車輪的牽引性能；。
[0013]所述的測控單元包括的豎向位移傳感器、水平向位移傳感器、扭矩傳感器、土壓力盒以及應(yīng)變采集儀，所述的豎向位移傳感器固定在上層板上，在下層板上設(shè)置掛鉤與豎向位移傳感器連接，測量車輪豎向位移，所述的水平向位移傳感器固定在模型箱上，在上層板上設(shè)置掛鉤連接水平向位移傳感器，測量車輪水平向位移，所述的扭矩傳感器設(shè)置車輪的中間軸承上，測量車輪的扭矩，所述的土壓力盒埋設(shè)在模擬地基土內(nèi)，測量車輪行駛過程中地基土壓力變化，所述的應(yīng)變采集儀同時與豎向位移傳感器、水平向位移傳感器、扭矩傳感器及土壓力盒連接，采集各傳感器與土壓力盒的數(shù)據(jù)。通過豎向位移傳感器測量上層板與下層板的間距離變化以推算車輪沉陷量，通過水平向位移傳感器計算水平位移變化計算車輪打滑率，研宄其形式性能；通過在土層中埋設(shè)多個土壓力盒，以研宄車輪行駛過程中土體應(yīng)力變化。
[0014]所述的車輪外側(cè)可拆卸式連接有輪刺，可以選擇輪刺的形式和數(shù)量，以改變車輪的形式，可以通過輪刺數(shù)量及形式研宄輪刺的作用機理?？梢栽O(shè)置兩種可拆卸的輪刺，輪刺的高度優(yōu)選為1mm和20mm，在光滑車輪上打鉆螺絲孔，輪刺通過螺絲可以固定在光滑輪上。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0016](I)通過本發(fā)明的試驗設(shè)備，車輪試驗可以實現(xiàn)合理范圍內(nèi)施加任意大小水平牽引力；
[0017](2)輪刺設(shè)計成可拆卸模式，可以實現(xiàn)不同數(shù)量、不同高度的車輪輪次模式進行試驗；
[0018](3)車輪試驗設(shè)置荷載施加承臺鋼板，即下層板，可以施加合理范圍內(nèi)任意大小豎向荷載；
[0019](4)車輪試驗可以實現(xiàn)一定范圍內(nèi)任意速度的行駛；
[0020](5)車輪試驗行駛過程中，可以全程記錄車輪行駛的性能，包括沉陷量、滑轉(zhuǎn)率等。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1為車輪整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的室內(nèi)月球車-月壤相互作用試驗裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的室內(nèi)月球車-月壤相互作用試驗裝置側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中標(biāo)號:1為模型箱，2為鋼化玻璃，3為角鋼，4為槽鋼，5為車輪，6為輪刺，7為上層板，8為下層板，9為導(dǎo)柱，10為導(dǎo)向輪，11為載重物，12為平衡配重，13為滑輪，14為掛重物，15為導(dǎo)軌，16為豎向位移傳感器，17為水平向位移傳感器，18為扭矩傳感器，19為驅(qū)動電機，20為螺栓，21為應(yīng)變采集儀，22為變頻調(diào)速器，23為土壓力盒，24為套筒，25為連接板，26為支架。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0026]實施例
[0027]如圖1?圖3所示，一種室內(nèi)月球車-月壤相互作用試驗設(shè)備，包括模型箱1、車輪單元、動力單元及測控單元，模型箱I內(nèi)裝填模擬地基土，上端設(shè)有導(dǎo)軌15，車輪單元包括車輪5、上層板7、下層板8及導(dǎo)柱9，上層板7與下層板8平行設(shè)置，且通過導(dǎo)柱9連接，車輪5通過連接板25連接在下層板8下方，使下層板8與車輪5固定在一起，上層板7滑動連接在導(dǎo)軌15上，車輪5壓在模擬地基土上，動力單元與車輪5連接，帶動車輪5轉(zhuǎn)動，車輪5上施加有水平向牽引力與垂直向載荷，測控單元監(jiān)測車輪5各向位移與扭矩，以及車輪行駛過程中地基土壓力變化情況。
[0028]模型箱I的設(shè)計主要考慮不造成邊界效應(yīng)和盡可能減少用土量兩個因素，模型箱I底板為鋼板，四周采用鋼化玻璃2，底板與四周通過槽鋼4密封連接；同時，為了保證模型箱的穩(wěn)固性，周邊骨架采用角鋼3焊接，模型箱I上端拆卸式連接導(dǎo)軌15。
[0029]上層板7上設(shè)有導(dǎo)向輪10，通過導(dǎo)向輪10卡設(shè)在導(dǎo)軌15上，導(dǎo)向輪10與導(dǎo)軌15共同限制上層板7側(cè)向和豎直向不產(chǎn)生位移變化。導(dǎo)向輪10分別是卡設(shè)在導(dǎo)軌15上端的上部導(dǎo)向輪、卡設(shè)在導(dǎo)軌15下端的下部導(dǎo)向輪，以及卡設(shè)在導(dǎo)軌15側(cè)面的側(cè)向?qū)蜉?。上層?與導(dǎo)柱