[发明专利]一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法

说明书

本发明公开了一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，主要包括：建立坐标系I、获取平台车重心G在坐标系I下的偏移量，建立力矩平衡方程、获取平台车重心G在坐标系I下的初始位置坐标、建立坐标系Ⅱ，获取平台车重心G在坐标系Ⅱ下的位置坐标(x”，y”，z”)和获取平台车重心G在姿态变化后的重心坐标，完成对平台车重心G的实时监测等几个步骤，采用力矩平衡方程得到平台车重心相对其中轴线的偏移量，由三维软件建模仿真并计算获得重心高度，即得到平台车重心相对于隧道中心的坐标；最后使用空间三维坐标转换矩阵，获得平台车在姿态变化之后的重心坐标，实现对平台车重心的实时监测，精确到高，成本低。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法。

背景技术

目前，国内外测定车辆重心位置的方法主要有5种：摇摆法、悬挂法、零位法、平台支撑反力法和质量反应法。其中：摇摆法所需设备复杂，局限性很大；悬挂法通常难于实现，尤其大型车辆，因难以选择适合悬挂整车质量的悬挂点，而且悬挂后变形很大，测量精度不能保证；零位法和平台支撑反力法需用专用设备，投资较大，普及率较低；质量反应法所需测试设备少，虽易于实现，但受零部件变形、配合间隙变化等影响，测量精度不高。

上述方法都属于静态测定方法，要求车辆静止于测量平台上，监测车辆静止状态下的重心位置，而隧道施工领域的无轨自行式平台车，运行在圆形隧道的管片上，操作工人携带检测、维修工具和施工材料等在平台车上作业，由于工人数量、位置以及施工材料的重量在改变，整车的质量和重心也随之变化。平台车在圆形隧道管片上，重心偏移会导致平台车在行驶过程中姿态发生变化，影响施工安全，因此急需一种重心计算方法实现对圆形隧道内无轨自行式变质量平台车重心位置的动态监测，为地铁隧道平台车重心调节提供依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，能实现对圆形隧道变质量平台车动态重心位置的实时监测，以解决现有缺乏对圆形隧道变质量平台车动态重心位置实时监控的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，包括以下几个步骤：

S1、建立坐标系I，以平台车底面中心O’为原点，宽度方向为X’轴，长度方向为Y’轴，高度方向为Z’轴建立坐标系I；

S2、获取平台车重心G在坐标系I下的偏移量，建立力矩平衡方程，得到平台车重心G相对平台车中轴线的偏移量；

S3、获取平台车重心G在坐标系I下的初始位置坐标，根据所述偏移量建模得到初始位置坐标(x’，y’，z’)；

S4、建立坐标系Ⅱ，以隧道圆心O为原点，隧道水平方向为X轴，隧道轴线方向为Y轴，隧道竖直方向为Z轴建立坐标系Ⅱ，获取平台车重心G在坐标系Ⅱ下的位置坐标(x”，y”，z”)；

S5、获取平台车重心G在姿态变化后的重心坐标，测量平台车姿态变化时的俯仰角β，横滚角α和航向角γ，建立空间三维坐标转换矩阵，获取平台车重心G在坐标系Ⅱ下的重心坐标(x，y，z)，完成对平台车重心G的实时监测。

进一步地，所述步骤S2中，获取平台车重心G的偏移量的分步骤包括：

S210、测量平台车重心G距离平台车的支腿A、支腿B、支腿C和支腿D的垂直距离分别为L1，L2，W1和W2，重心G离平台车底面高度为ΔH；

S220、在四条支腿上安装压力传感器，所述压力传感器获得各支腿的实时支反力F_a0、F_b0、F_c0和F_d0，建立力矩平衡方程：

其中，L为平台车的长，W为平台车的宽，求解方程组可得：