四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统的制作方法

日期:2019-03-08 09:52:21

专利名称:四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统的制作方法
技术领域
本实用新型涉及轨道车辆性能检测设备,特别是涉及一种四柱式轨道车辆转向架刚度检 测系统。
背景技术
1、 国外公司转向架检测设施情况
欧洲主要有两个大型的转向架生产基地, 一个是西门子的GRAZ公司,另一个是ALSTOM 的科露索公司。欧洲的转向架生产基地与车体生产在不同的地点,所以在进行转向架各项参 数检测时多不考虑车体,而是在转向架上部安装平台模拟车体。
欧洲公司在新型转向架研制过程中,根据线路谱对转向架的悬挂参数进行计算和优化, 但这仅仅是理论计算,转向架组装完成后, 一系、二系、扭转以及整体悬挂参数是否达到设 计要求,必须通过参数测试台获取,并进行适当的修正。
2、 国内转向架参数试验台情况
国内在新型转向架设计时,无论是机车、货车还是客车转向架,动力学的选取、计算以 及整车的滚振试验都在西南交通大学完成,西南交通大学也具有参数检测设施。
国内各铁路制造公司以前都没有转向架的参数检测设备,但随着铁路车辆的发展,铁路 客车引进200km/h和300km/h技术,铁路货车向重载发展,转向架的参数检测设备越来越重 要、株洲电力机车厂、青岛四方公司都计划组建转向架整体参数检测设备。
因此,研制开发结构合理,测试方法操作简单有效的有轨车辆转向架刚度测试系统,以 此来检测转向架弹簧刚度是否合格,确保车辆运行的安全性、平稳性以及动力学性能,已是 一项迫在眉睫的任务。
发明内容
本实用新型的目的在于为了满足对轨道车辆转向架各种运动状态下的主要动力学参数 的检测需要,提供一种四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统。该试验台通过采用了更加合理 的施力系统设计结构,可以满足转向架组装完成后的一系、二系整体的纵向、横向、扭转、 抗蛇行以及侧倾等不同形式刚度的试验要求;其液压控制方式采用伺服力控制;将三维力传 感器应用到该测试系统中以实现三维力的测量;试验步骤的程序化、自动化使转向架刚度在 不同速度、不同振幅、不同频率下的阻尼特性的检测更加便捷。
本实用新型地上述目的是这样实现的,结合附图说明如下
一种四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其由机械系统、液压系统、测试系统、控制 系统组成,其中的机械系统包括由横梁1和立柱2通过夹紧装置组装成框架结构的龙门架 系统A,由模拟车身载荷压力板5、模拟车身载荷压力柱4和模拟车身重心高度调整机构3 组成的五自由度施力系统F以及对转向架的夹紧定位的轮对定位夹紧系统B;液压系统E包括对转向架垂直、纵向、横向作用的油缸以及液压站;测试系统包括主要由三维测力传感器 13组成的三维力检测系统G和主要以由光栅式位移传感器19组成的转向架位移检测系统C; 控制系统主要由液压控制系统、电气控制系统和计算机系统组成。
该转向架刚度测试系统解决了由于制造工艺等因素使转向架在制造后达不到设计性能 要求的问题。通过参数测试调整后的转向架在动力学试验过程中的动力学性能一次就达到要 求,大大縮短了产品研制开发周期,节省了大量的试验时间及经费,该测试系统的研制成功, 将在加速我国铁路货车产品的升级换代过程中起到重要作用,应用前景十分广阔。具有一定 的社会效益和经济效益,有利于社会的发展。


图1轨道车辆转向架结构示意图2四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统外观图3四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统正视图4龙门架系统示意图5横梁加强筋支撑装配图6立柱加强筋支撑装配图7横梁夹紧板装配图8油缸横梁支座装配图9五自由度施力系统装配图IO五自由度施力滑枕系统正视图11车身垂直载荷压力柱与车身载荷下压板装配图12五自由度施力系统横向刚度测试示意图13五自由度施力系统纵向刚度测试示意图14五自由度施力系统回转刚度测试示意图15五自由度施力系统车身侧倾测试力示意图16三维测力传感器示意图17三维测力传感器与接口盘连接示意图18三维力传感器接口盘剖视图19三维力检测系统示意图20转向架空气弹簧与三维力传感器接口盘连接示意图21转向架与三维力检测系统连接示意图22位移检测系统示意图23位移检测系统局部示意图24轮对定位夹紧系统示意图25液压控制系统;
图26电气控制系统和计算机系统。
图中A-龙门架系统B-轮对定位夹紧系统C-车架位移检测系统D-转向架E—液压系统F—五自由度施力系统G—三维力检测系统 i-轴箱 n-二系空气弹簧 m-构 架iv-轮对 v-—系弹簧
l-横梁2-立柱3-模拟车身重心高度调整机构4-模拟载荷ji力柱5-模拟车身载 荷压力板6-纵向作用油缸7-垂直作用油缸8-上压板9-下压板10、 11-横向作用油 缸12-接口盘13-三维力传感器14-传力联结座15-传感器安装板16-测量板17-磁力表座18-光栅尺安装架19-车架光栅式位移传感器20-轮缘夹紧嵌口 21-油缸
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本实用新型专利结构作进一步详细说明。 参阅图2、 3、 25、 26,本实用新型专利涉及一种四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统, 它主要由机械系统、液压系统、测试系统、控制系统等组成。其中机械系统主要包括龙门 架系统A是由九个横梁1、四个立柱2以及夹紧装置(参阅图5、 6、 7)组成。所述的五自 由度施力系统F是由模拟车身载荷压力板5、模拟车身载荷压力柱4、模拟模拟车身重心高 度调整机构3组成。所述的轮对定位夹紧系统B实现对转向架的夹紧定位功能;所述的液压 系统E是由六个垂直作用油缸7、两个纵向作用油缸6和两个横向作用油缸IO组成。通过 六个垂直作用油缸7可对转向架垂直方向进行加载,实现对车身质量的模拟。通过两个纵向 油缸6的作用,可实现对车辆纵向以及扭转运动的模拟。通过横向作用油缸10的作用,可 以对转向架施加横向作用力以及侧向力;测试系统主要包括三维力检测系统G、转向架位移 检测系统C。所述的三维力检测系统G包括三维测力传感器13、接口盘12、传力联结座14 和传感器安装板15,其中接口盘12用于三维力传感器13与转向架空气弹簧的联结。所述 的转向架位移检测系统C包括光栅式位移传感器19、测量板16、磁力表座17和安装架18, 其中光栅式位移传感器19固定在安装架(18上;控制系统主要由液压控制系统(参阅图25)、 电气控制系统和计算机系统(参阅图26)组成。所述的液压控制系统采用力伺服控制,由 定量泵、伺服阀、伺服放大器等控制元件组成。所述的电气控制系统和计算机系统是由力、 位移和开关量传感器,控制器、变送器、A/D、 D/A采集卡、I/O卡、工业控制计算机及分 析处理系统组成。
参阅图4、 5、 6、 7,所述的龙门架系统A由横梁1和立柱2组成。所说的龙门架系统A 中的立柱2采用四根,固定在基础上,横梁1采用9根,通过夹紧装置与立柱2联结,其布 置形式为框架结构,立柱2和横梁1采用钢板焊接成封闭的箱型结构,并焊有加强筋。
参阅图8、 9、 10、 11,所述的五自由度施力系统F由模拟车身载荷压力板5、模拟车 身载荷压力柱4、模拟车身重心高度调整机构3组成。所说的五自由度施力系统F所示中 模拟车身载荷压力柱4固定在模拟车身载荷下压板9上,上压板8套在模拟载荷压力柱4上 并通过四个垂直作用油缸7悬挂在龙门架上,当四个垂直作用油缸7同步伸縮时,上压板8 带动下压板9延垂直方向移动,对转向架施加垂直载荷。控制转向架横向、纵向运动的油缸 一端与上压板8铰接,另一端通过油缸支座(参阅图8)夹紧在龙门架横梁l上。控制模拟 车身载荷压力板5上下移动的四个油缸, 一端与压力板5铰接,另一端通过油缸支座(参阅 图8)夹紧在龙门架上,通过压力板5的上下移动实现对转向架的垂直方向的加载。联结模拟车身载荷压力柱4和压力板5的两个垂直作用油缸7作用时,可实现对转向架垂直加载来 模拟车身质量。两个横向作用油缸10,其中一个作用在模拟车身载荷压力柱4上,用来模 拟转向架在行驶时所受到的侧向力,从而实现对车身侧倾状态下的测试。另一个与上压板8 联结,当油缸伸縮时,上压板8带动下压板9延横向方向移动,对转向架施加横向力。两个 纵向作用油缸6—端与上压板8铰接,另一端通过纵向油缸支座(参阅图8)夹紧在龙门架 横梁1上,当两纵向作用油缸6同步伸縮时,上压板8带动下压板9延纵向方向移动,对转 向架施加纵向力。当两纵向作用油缸6相对反向伸縮时,上压板8带动下压板9实现摆动, 对转向架施加扭转力矩,从而实现车身回转刚度测试。
参阅图16、 17、 18、 19、 20、 21,所述的三维力检测系统G包括三维测力传感器13、 接口盘12、传力联结座14和传感器安装板15。三维力检测系统G中传感器采用电阻应变式 三维力传感器13,其弹性体部分釆用参阅图16所示结构。在弹性体上贴有电阻应变片,可 同时检测X、 Y、 Z三个方向的力Fx 、 Fy 、 Fz 。当五自由度施力系统对转向架施加作用 力时,传感器的弹性体产生变形,粘贴在弹性体上的应变计阻值随之发生变化,弹性体部分 采用特殊的结构设计,例如当对转向架施加X方向作用力时,应变片所在的弹性体部分发 生主要形变,所以对应的延X方向延伸的弹性体上的电阻应变片阻值发生变化;同样当对 转向架施加Y、 Z方向作用力时,应变片所在的弹性体部分发生主要形变,即延Y、 Z方向 延伸的弹性体上的电阻应变片阻值发生变化。由电桥将应变计阻值的变化转换成变化的电压 输出,由放大电路进行信号调理,经计算机接口电路进行A/D转换送至计算机。
其中三维力传感器13 —端用螺栓固定在接口盘12上,另一端通过传感器安装板15与 模拟车身载荷下压板9相连参阅图IO所示。这样,模拟车身载荷下压板9向下运动到一定 位置时,转向架的空气弹簧可以通过接口盘12和模拟车身载荷下压板9连接在一起参阅图 20、 21所示。所以转向架的空气弹簧可以与下压板9 一起实现平面内纵向、横向、扭转以 及翻转运动,通过三维力传感器13检定出力的大小。
参阅图2、 22、 23,所述的转向架位移检测系统C包括车架光栅式位移传感器19、测量 板16、磁力表座17和光栅尺安装架18。其中磁力表座17吸附在转向架上,起到测量基准 的作用,光栅式位移传感器19固定在光栅尺安装架18上。进行转向架刚度检测时,可通过 该车架位移检测系统检定出转向架的纵向、横向和垂直方向上的位移量。配合三维力检测系 统就可以检测出转向架弹簧刚度,包括一系簧、二系簧垂向、纵向、横向刚度,以及转向架 系统回转和侧倾状态下的刚度。
参阅图24,所述的轮对定位夹紧系统B是由轮缘夹紧嵌口 20、油缸21组成。轮对定位 夹紧系统B中轮缘夹紧嵌口 20铰接在槽钢上,其中一端与油缸21铰接,通过油缸21控制 嵌口 20张开与夹紧,从而实现轮对的定位。
所述的液压系统采用电液伺服施力控制,其系统液压原理参阅图25所示,系统的油源 为电机组合泵,其工作压力和卸荷由电磁溢流阀设定和控制,压力由压力表显示。系统的执 行器为液压缸,通过电液伺服阀的控制,液压缸的活塞按要求方向运动并带动转向架运动, 并施加所设定的力。伺服阀前设有带污染指示的精过滤器,系统还设有液位计、温度调节器、吸油和回油过滤器、储能器等辅助元件。该液压系统与微机控制系统对实验台进行闭环反馈 控制。
根据设计要求,采用单杆液压缸即非对称液压缸对转向架进行加载,采用三维力传感器 13进行检测反馈,从而构成一个伺服阀控制液压缸的闭环电液力控制系统。转向架需按一 定形式的受力谱来模拟轨道车辆运动时的受力状态,对转向架力的输入是由阀控液压缸给 出。因此,实际上是由阀控液压缸输出一定形式的受力谱来对转向架进行加载。计算机发出 的力指令信号经放大器放大后送入伺服阀的线圈中,伺服阀输出与电信号成比例的压差作用 在液压缸的活塞上,形成与电信号成比例的作用力。力传感器检测实际作用力并转换成电信 号经反馈放大器放大后与指令信号相比较,如果实际作用力小于给定值,两个电流差值不为 零,则伺服阀输出的压差增加,升高活塞的作用力直至实际作用力等于给定值时为止。
参阅图25,所述的液压控制系统采用压力伺服控制,系统的油源为电机组合泵,其工 作压力和卸荷由电磁溢流阀设定和控制,压力由压力表显示。系统的执行器为液压缸,通过 电液伺服阀的控制,液压缸的活塞按要求方向运动并带动转向架运动,并施加所设定的力。 伺服阔前设有带污染指示的精过滤器,系统还设有液位计、温度调节器、吸油和回油过滤器、 储能器等辅助元件。该液压系统与微机控制系统对实验台进行闭环反馈控制
参阅图26,所述的电气控制系统和计算机系统是由力、位移和开关量传感器,控制器、 变送器、A/D、 D/A采集卡、1/0卡以及工业控制计算机及分析处理系统组成。有轨车辆转向 架刚度测试系统的全部工作过程由工业控制计算机统一管理控制。包括对油缸动作的方向、 速度控制,自动采集数据以及自动完成数据处理。
电气控制系统中的主控机为工业控制计算机,通过数据采集卡对实验系统进行测控,试 验台动作指令由微机发出,通过D/A接口进入伺服阔放大器进行信号放大,输出电流信号, 使液压缸活塞按要求的方向和设定的力进行运动加载,液压缸同时带动转向架运动,并分别 通过三维力传感器和光栅式位移传感器测量力和位移,检测到的位移信号,力信号通过适当 调理,分别进入数据采集卡的A/D中;计算机通过数据处理得到要求的转向架特性曲线。 由于系统采用力反馈控制,因此力信号通过适当处理,转化为调整指令发送到伺服放大器。
权利要求1.一种四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于由机械系统、液压系统、测试系统、控制系统组成,其中的机械系统包括由横梁(1)和立柱(2)通过夹紧装置组装成框架结构的龙门架系统(A),由模拟车身载荷压力板(5)、模拟车身载荷压力柱(4)和模拟车身重心高度调整机构(3)组成的五自由度施力系统(F)以及对转向架的夹紧定位的轮对定位夹紧系统(B);液压系统(E)包括对转向架垂直、纵向、横向作用的油缸以及液压站;测试系统包括主要由三维测力传感器(13)组成的三维力检测系统(G)和主要以由光栅式位移传感器(19)组成的转向架位移检测系统(C);控制系统主要由液压控制系统、电气控制系统和计算机系统组成。
2、 根据权利要求1所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的龙 门架系统(A)中的立柱(2)采用四根,固定在基础上,横梁(1)采用9根,通过夹紧装 置与立柱(2)联结,其布置形式为框架结构,立柱(2)和横梁(1)采用钢板焊接成封闭 的箱型结构,并焊有加强筋。
3、 根据权利要求l所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的五 自由度施力系统(F)中的模拟车身载荷压力柱(4)固定在模拟车身载荷下压板(9)上, 上压板(8)套在模拟载荷压力柱(4)上并通过四个垂直作用油缸(7)悬挂在龙门架上, 模拟车身载荷压力柱(4)上还设有铰接在上压板(8)上的两个垂直作用油缸,通过油缸横 梁支座夹紧在龙门架横梁(1)上的两个横向作用油缸(10、 11),分别与上压板(8)和模 拟车身载荷压力柱(4)连接,两个纵向作用油缸(6) —端与上压板(8)铰接,另一端通 过油缸横梁支座夹紧在龙门架横梁(1)上,模拟车身载荷压力柱(4)上装有模拟车身重心 高度调整机构(3)。
4、 根据权利要求1所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的三 维力检测系统(G)中的三维力传感器(13)采用电阻应变式,其弹性体上贴有可同时检测 X、 Y、 Z三个方向的力Fx 、 Fy 、 Fz电阻应变片,三维力传感器(13) —端固定在接口盘(12)上,另一端通过传感器安装板(15)与模拟车身载荷下压板(9)相连,模拟车身载 荷下压板(9)向下运动到一定位置时,模拟车身载荷下压板(9)通过接口盘(12)与转向 架的空气弹簧连接在一起。
5、 根据权利要求4所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的弹 性体上的电阻应变片阻值的变化通过电桥转换成变化的电压输出,由放大电路进行信号调 理,经计算机接口电路进行A/D转换送至计算机。
6、 根据权利要求1所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的液 压控制系统包括定量泵、伺服阀、伺服放大器等控制元件,采用电液伺服施力控制,系统的 油源为电机组合泵,其工作压力和卸荷由电磁溢流阀设定和控制;压力由压力表显示,系统 的执行器为液压缸,通过电液伺服阀的控制,液压缸的活塞按要求方向运动并带动转向架运 动,并施加所设定的力;伺服阀前设有带污染指示的精过滤器,系统还设有包括液位计、温度调节器、吸油和回油过滤器、储能器的辅助元件;该液压系统与微机控制系统对实验台进 行闭环反馈控制。
7、 根据权利要求1所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的转 向架位移检测系统(C)包括车架光栅式位移传感器(19)、测量板(16)、磁力表座(17) 和光栅尺安装架(18),其中磁力表座(17)吸附在转向架上,光栅式位移传感器(19)固 定在光栅尺安装架(18)上。
8、 根据权利要求1所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的轮 对定位夹紧系统(B)中轮缘夹紧嵌口 (20)铰接在槽钢上,其中一端与油缸(21)铰接, 轮缘夹紧嵌口 (20)对轮对实施张开与夹紧通过油缸控制。
9、 根据权利要求l所述的四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统,其特征在于所说的电 气控制系统和计算机系统包括力、位移和开关量传感器,控制器、变送器、A/D、 D/A采集 卡、I/O卡、工业控制计算机及分析处理系统,主控机为工业控制计算机,通过数据采集卡 对实验系统进行测控,试验台动作指令由微机发出,通过D/A接口进入伺服阀放大器进行 信号放大,输出电流信号,使液压缸活塞按要求的方向和设定的力进行运动加载,液压缸同 时带动转向架运动,并分别通过三维力传感器和光栅式位移传感器测量力和位移,检测到的 位移信号,力信号通过调理,分别进入数据采集卡的A/D中;计算机通过数据处理得到要 求的转向架特性曲线;系统采用力反馈控制,力信号通过适当处理,转化为调整指令发送到 伺服放大器。
专利摘要四柱式轨道车辆转向架刚度检测系统涉及轨道车辆性能检测设备。该系统是为了满足对轨道车辆转向架各种运动状态下的主要动力学参数的检测需要设计的。它由机械系统、液压系统、测试系统、控制系统组成,其中的机械系统包括由横梁(1)和立柱(2)组装成框架结构的龙门架系统(A),由模拟车身载荷压力板(5)、模拟车身载荷压力柱(4)和模拟车身重心高度调整机构(3)组成的五自由度施力系统(F)以及对转向架的夹紧定位的轮对定位夹紧系统(B);液压系统(E)包括对转向架垂直、纵向、横向作用的油缸;测试系统包括三维力检测系统(G)和转向架位移检测系统(C);控制系统主要由液压控制系统、电气控制系统和计算机系统组成。
文档编号G01M17/08GK201145641SQ20082007128
公开日2008年11月5日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者刘玉梅, 单红梅, 磊 孙, 张力斌, 观 徐, 戴建国, 潘洪达, 建 苏, 苏丽俐, 熔 陈 申请人:吉林大学


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