CN101813566A - 一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置。该装置包括四套车轮卡具、一块三自由度运动平台、五套三自由度运动平台支撑座、两段过渡轨道、一个三自由度运动平台横向作动器、两个三自由度运动平台纵向作动器和四块一系三维测力平台，所述的三自由度运动平台支撑座分别固连在支撑三自由度运动平台底部的四角和中心位置，所述的一系三维测力平台固连在三自由度运动平台的上平面，所述的三自由度运动平台横向作动器和三自由度运动平台纵向作动器铰接在混凝土地基三自由度运动平台的侧壁上。本发明可以分别对各种型号轨道车辆转向架一系综合参数进行动态和静态测量，以满足轨道车辆转向架在多种运行状态下的主要动力学参数检测的需要。

Description

一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆转向架综合参数测试设备，特别是涉及一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置。

背景技术

典型的铁路车辆转向架主要由构架、两系悬挂、轮对等组成，其上承载车体，为轨道车辆的走行机构。轨道车辆转向架的主要参数包括一系、二系的垂向刚度、纵向刚度、横向刚度、回转刚度、抗菱刚度和回转摩擦力矩等，各参数的大小及匹配合理与否决定了转向架动态性能的好坏，在线路运行中，这些参数直接影响列车的速度、平稳性、舒适性及安全可靠性。因此，开发转向架综合参数检测台对铁路车辆转向架各主要参数进行准确的测定和研究是十分必需的。

转向架的一系悬挂即弹簧悬挂装置，是用来保证一定的轴重分配，缓和线路不平顺对车辆的冲击，并保证车辆运行平稳。它包括轴箱弹簧、垂向减振器和轴箱定位装置等。对转向架一系悬挂纵向、横向、回转、抗菱刚度及回转摩擦力矩等参数的测量要求转向架轮对及一系悬挂可以相对于转向架构架运动，这就要求在转向架构架固定的前提下，用于安装和固定转向架轮对的运动平台是浮动的，即运动平台可以在作动器的作用下能够在水平面内移动和转动，且水平移动和转动时的摩擦阻力和阻力矩越小越好。同时为了模拟转向架在实际线路行驶中受到三角坑的作用，运动平台的某角可以在垂向发生运动。测试过程中，分别通过力传感器和位移传感器测出所施加在轮对或轮轴上载荷及施力后一系悬挂相对构架位移的大小，即可由计算得到转向架一系悬挂各综合参数值。

自20世纪80年代以来，世界铁路进入了高速化的新时期。世界各国在发展高速列车时也在高速转向架及其特性参数测试台上投入了很大精力。加拿大的地面运输技术研究中心(CSTT)开发了专门的转向架特性参数测试台，主要用于测试转向架轮对间的抗剪刚度、抗弯刚度及其他参数。同时德国的Wind-Hoff公司、美国的SCT公司和加拿大庞巴迪公司都对铁路车辆转向架参数检测技术进行了研究，并研制了一些转向架参数试验台，但这些设备只能在静态条件下进行独立转向架的整体参数测试，不能满足分悬挂多参数动态测试的要求。

在国内，转向架测试技术的研究主要由高等院校及轨道车辆制造厂来进行。西南交通大学作为国内唯一一所具有轨道车辆国家级重点实验室的高等院校，在转向架检测技术方面具有一定的经验基础，其拥有两台转向架参数检测设备并在轨道车辆测试领域拥有多项发明专利。而齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司开发出拥有自主知识产权的转向架特性参数测试台，并获得了实用新型专利。吉林大学近两年也在轨道车辆转向架测试方面取得了一定的进展，目前已公开和申请多项专利。但上述参数试验台或多或少的都存在一定的问题：

1、西南交通大学的专利专利号：ZL 200610022671.3；发明名称：轨道车辆转向架参数测定台；授权公告号：CN100445721C；授权公告日：2008年12月24日；申请日：2006年12月27日。该专利提供了一种轨道车辆转向架刚度参数测定台，包括底座及底座上方的测定平台，其主要对底座与测定平台之间的浮动支承座的结构进行阐述。该测定台的浮动支承座由于受到围合钢球保持架的回位橡胶带的限制，使得测定平台相对于地面的位移较小，不能满足转向架参数测试过程中一系悬挂与构架之间有较大相对位移的要求。由于受到浮动支撑结构的限制在安装调试过程中对于检定平台的调平过程比较繁琐，且在试验过程中检定平台只能在水平面内运动。同时该测定台不能区分一系与二系悬挂的刚度参数，只能对整车刚度参数进行测定，使用具有局限性。

2、西南交通大学的专利专利号：ZL 200810044274.5；发明名称：一种能同时测量铁路车辆转向架三向刚度的测定试验台；授权公告号：CN100526843C；授权公告日：2009年8月12日；申请日：2008年4月23日。该专利公开了一种能同时测量铁路车辆转向架三向刚度的测定试验台，其通过龙门式的结构实现对转向架的垂向、横向和纵向加载，通过支撑板与移动平台之间的载荷传感器测量各向作用力；其纵向和横向移动平台可通过纵向滚动和横向滚动的圆柱滚子的滚动实现移动平台与底座的滚动移动，实现对铁路车辆转向架垂向刚度、纵向刚度及几何结构等参数进行测定。通过对其结构的分析，发现该试验台只能实现转向架整体刚度测试，不能区分一系、二系刚度，且试验时只能进行静态测试，不能进行动态测试。该试验台对转向架进行横向或纵向加载时，分别只有一条轮对相应的横向或纵向移动，无法保证两条轮对同时进行横向或纵向移动，故测试条件与转向架实际使用情况不一致，测试结果误差大。同时由于轮对只能发生横向或纵向位移，故该测试台无法完成转向架回转、抗菱刚度及回转摩擦力矩等参数的测量。在测试过程中，车轮的固定仅依靠轮轨支撑底座的两个定位凸轮来限制，在施加载荷后车轮可能与定位凸轮间发生相对移动，影响测试精度。

3、齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司的专利：ZL 200820133107.3；发明名称：转向架特性参数测试台；授权公告号：CN201247155Y；授权公告日：2009年5月27日；申请日：2008年8月29日。该实用新型公开了一种转向架特性参数测试台。通过对整体结构的分析，该专利只适用于传统的三大件式货车转向架，尤其是轮对纵向定位装置对现代高速车辆转向架没有通用性，因为现有高速车辆转向架车轴结构复杂，轮对车轴上多设置有制动盘等附属件，影响该装置的装卡。同时该专利只对转向架的定位装置进行了说明，未见其加载及测试装置，故不能算是完整的转向架参数试验台。

4、吉林大学的专利：申请号200810050261.9；发明名称：四柱式轨道车辆转向架刚度测试系统；公开号：CN101216376A；公开日：2008年7月9日；申请日：2008年1月16日。该专利中的测试系统的结构形式为四柱式，通过该系统中的五自由度施力系统对转向架进行合理的施力，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、抗蛇形以及侧倾等不同形式刚度的试验要求。但该专利所提的四柱式结构，结构复杂，零件加工和装配精度要求高，设备制造维护成本高。同时该测试系统只能对转向架产品进行单独测试，不能对装有车体的转向架进行测试。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的上述缺点，提供一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置，可以分别对各种型号轨道车辆转向架一系综合参数进行动态和静态测量，以满足轨道车辆转向架在多种运行状态下的主要动力学参数检测的需要。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下。

一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置，该装置包括四套车轮卡具d、一块三自由度运动平台e、五套三自由度运动平台支撑座f、两段过渡轨道g、一个三自由度运动平台横向作动器h、两个三自由度运动平台纵向作动器i和四块一系三维测力平台j，所述的三自由度运动平台支撑座f分别固连在支撑三自由度运动平台e底部的四角和中心位置，用于调整调节各支承点的高度，并通过地脚螺栓15固连在混凝土地基III上，所述的一系三维测力平台j固连在三自由度运动平台e的上平面，所述的三自由度运动平台横向作动器h和三自由度运动平台纵向作动器i尾部通过铰接支座与混凝土地基III固连，作动头通过铰接支座与三自由度运动平台e的侧壁固连，三自由度运动平台横向作动器h和三自由度运动平台纵向作动器i用于对三自由度运动平台e提供静态和动态载荷，其上装有里传感器和位移传感器，在三自由度运动平台e上通过螺栓固连着两条过渡轨道g，所述的车轮卡具d分别固连在一系三维测力平台j上。

所述的车轮卡具d由一对内卡式轮挡1、若干紧定螺钉2、一对轮挡锁紧螺栓3、一对弯头压板4和一块台板槽导轨5组成，所述的内卡式轮挡1分置在每个车轮的前端和后端，用T型螺栓固定在台板槽导轨5上，通过一对轮挡锁紧螺栓3将2个内卡式轮挡1内侧紧靠在车轮踏面上并锁紧，若干紧定螺钉2通过内卡式轮挡1侧壁的螺纹孔对车轮内外两侧进行预紧，所述的一对弯头压板4通过螺栓固连在台板槽导轨5上，其弯头部分压住车轮内外侧边缘，台板槽导轨5固连在一系三维测力平台j。

所述的三自由度运动平台支撑座f包括支撑座底板丝杠6、支撑座丝杠螺母7、球支撑座上盘8、塑胶防尘盖9、球支撑座中间保护环10、球支撑底座11、支撑钢球12、钢球保持架13、支撑座基础底板14和地脚螺栓15，支撑座基础底板14通过地脚螺栓15固定在混凝土地基III上，球支撑底座11通过螺栓固连在支撑座基础底板14上，支撑钢球12通过钢球保持架13约束放置在球支撑底座11上平面中心位置，在支撑钢球12上部放置球支撑座上盘8，支撑钢球12及钢球保持架13可以在上下两平面间自由移动，支撑座丝杠螺母7通过螺栓与三自由度运动平台e底部固连，支撑座底板丝杠6与支撑座丝杠螺母7螺纹连接，其底部球头与球支撑座上盘8的球形凹槽活动连接，球支撑座中间保护环10通过螺栓固连在球支撑底座11上，在球支撑座中间保护环10上部套上塑胶防尘盖9。

该装置采用了紧凑、合理的结构设计方法，在转向架构架被固定的前提下，可以满足转向架一系悬挂装置的垂向刚度、纵向刚度、横向刚度、回转刚度及回转摩擦力矩等不同参数的动、静态检测要求。测试过程自动化、程序化较高，能够使得转向架一系悬挂刚度参数在不同频率、不同振幅特性下的动态检测更加准确、高效。

与现有技术相比，本发明利用三自由度运动平台及转向架一系参数测量装置可以灵活、方便地对转向架轮对施加各向载荷，使转向架两条轮对相对构架发生横向、纵向或回转运动，通过三维测力平台及位移传感器测出施加的力及移动的位移，即可换算出一系悬挂各刚度参数；通过作动器还可以对三自由度运动平台进行一定频率和幅值的动态激励，对转向架轮对施加动态加载，实现一系悬挂各参数的动态测量。三自由度运动平台下的支撑座可以保证其在水平面内进行大尺寸移动，其结构简单，运动灵活，维护方便，并且可以保证三自由度运动平台任意一角在垂向上进行调整，模拟转向架在三角坑状态下的各项性能参数。车轮卡具可以实现对被测转向架车轮快速装卡及预紧，保证被测转向架轮对定位的准确和可靠，使转向架轮对在测试过程中相对于三自由度运动平台不发生横向、纵向和垂向位移，保证在动态测试过程中轮对与三自由度运动平台形成一刚性体，提高测量精度。通过车轮卡具下的测力平台，可以模拟出轮轨之间的作用力，减少外来因素的干扰，减小测量误差。

附图说明

图1转向架综合参数检测台整体效果图；

图2转向架综合参数检测台正视图(隐藏横向左构架定位支座)；

图3转向架综合参数检测台主体图；

图4转向架综合参数检测台俯视图；

图5转向架综合参数检测台各装置间相对位置示意图；

图6三自由度运动平台及转向架一系参数测量装置示意图；

图7三自由度运动平台及转向架一系参数测量装置俯视图；

图8(a)车轮卡具俯视图；

图8(b)是图8(a)的三维立体示意图；

图9(a)三自由度运动平台支撑座剖视图；

图9(b)是图9(a)的三维立体示意图。

图中：II-被测轨道车辆转向架，III-混凝土地基；

A-转向架构架定位装置；B-三自由度运动平台及转向架一系参数测量装置；C-试验模拟车架及转向架二系参数测量装置；

a-纵向构架定位支座；b-横向左构架定位支座；c-横向右构架定位支座；d-车轮卡具；e-三自由度运动平台；f-三自由度运动平台支撑座；g-过渡轨道；h-三自由度运动平台横向作动器；i-三自由度运动平台纵向作动器；j-一系三维测力平台；k-试验模拟车架活动支撑架；l-地面轨道；

1-内卡式轮挡；2-紧定螺钉；3-轮挡锁紧螺栓；4-弯头压板；5-台板槽导轨；6-支撑座底板丝杠；7-支撑座丝杠螺母；8-球支撑座上盘；9-塑胶防尘盖；10-球支撑座中间保护环；11-球支撑底座；12-支撑钢球；13-钢球保持架；14-支撑座基础底板；15-地脚螺栓。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例，进一步说明本发明的具体内容及其实施方式。

参阅图1、2、3、4，转向架综合参数检测台是由转向架构架定位装置A、三自由度运动平台及转向架一系参数测量装置B和试验模拟车架及转向架二系参数测量装置C组成的。转向架构架定位装置A的各构架定位支座通过T型螺栓固定在筑于混凝土地基内的T型槽地轨上。纵向构架定位支座a位于试验台前侧，可以对转向架构架起到纵向定位，并对模拟车架纵向作动器动作起到支撑的作用；横向左构架定位支座b及横向右构架定位支座c分别位于试验台左右两侧，可以对转向架构架起到横向定位，并对模拟车架横向作动器动作起到支撑的作用。三自由度运动平台及转向架一系参数测量装置B通过三自由度运动平台支撑座f上的地脚螺栓固连在混凝土地基III坑内，三自由度运动平台上平面过渡轨道g轨面与地面轨道l轨面处于同一平面，便于被测轨道车辆转向架进出试验台。试验模拟车架及转向架二系参数测量装置C的模拟车架的后部通过螺栓固连在被测转向架II二系空气弹簧或摇枕上，其模拟车架前部由试验模拟车架支撑活动架k支撑以保持平衡，同时通过与安装在模拟车架上的作动器配合可以实现模拟车架五自由度运动，满足各参数测量的要求。

参阅图5、6、7，其中三自由度运动平台及转向架一系参数测量装置B包括四套车轮卡具d、一块三自由度运动平台e、五套三自由度运动平台支撑座f、两段过渡轨道g、一个三自由度运动平台横向作动器h、两个三自由度运动平台纵向作动器i及四块一系三维测力平台j。五套三自由度运动平台支撑座f通过地脚螺栓15固连在混凝土地基III上，分别通过支撑座丝杠螺母7中的螺栓与三自由度运动平台e的四角和中心位置固连，对三自由度运动平台e起到支撑的作用，同时可以使三自由度平台e在水平面内任意的移动和转动。车轮卡具d通过螺栓固连在一系三维测力平台j的上平面，在测试过程中对转向架II车轮起到固定和锁紧的作用。四块一系三维测力平台j的下平面通过螺栓与三自由度运动平台e的上平面固连，测试过程中测量三自由度运动平台e和转向架II各车轮之间的横向、纵向和垂向作用力。三自由度运动平台横向作动器h及三自由度运动平台纵向作动器i尾部通过铰接支座与混凝土地基III固连，作动头通过铰接支座与三自由度运动平台e的侧壁固连。通过三自由度运动平台横向作动器h可以对三自由度运动平台e提供静态和动态横向载荷，使其在水平面内产生横向移动，实现转向架一系悬挂与构架间的横向相对位移，并通过三自由度运动平台横向作动器h上的位移传感器测出移动的位移，根据该位移与一系三维测力平台j所测得的横向作用力即可计算出被测轨道车辆转向架II一系悬挂的静态及动态横向刚度。通过三自由度运动平台纵向作动器i可以对三自由度运动平台e提供静态和动态纵向载荷，使其在水平面内产生纵向移动，实现转向架一系悬挂与构架间的纵向相对位移，并通过三自由度运动平台纵向作动器i上的位移传感器测出移动的位移，根据该位移与一系三维测力平台j所测得的纵向作用力即可计算出被测轨道车辆转向架II一系悬挂的静态及动态纵向刚度。通过液压伺服系统使三自由度运动平台横向作动器h与三自由度运动平台纵向作动器i同时动作可以实现三自由度运动平台e在水平面上绕任意位置转动，可以测量一系悬挂的回转摩擦力矩，而根据力和位移可以计算得到被测轨道车辆转向架II一系悬挂的回转刚度。为了使被测轨道车辆转向架II能够顺利而准确的停在试验台的测试位置，在三自由度运动平台e上通过螺栓固连着两条过渡轨道g。

参阅图6、7、8，其中车轮卡具d由一对内卡式轮挡1、若干紧定螺钉2、一对轮挡锁紧螺栓3、一对弯头压板4及一块台板槽导轨5组成。测试前，当被测轨道车辆转向架II的四个车轮分别停在四块台板槽导轨5后，内卡式轮挡1分别放置在每个车轮的前端和后端，用T型螺栓固定在台板槽导轨5上，通过一对轮挡锁紧螺栓3使内卡式轮挡1内侧紧靠在车轮踏面上并锁紧，保证转向架II的车轮在测试过程中不发生纵向移动；若干紧定螺钉2通过内卡式轮挡1侧壁的螺纹孔对车轮内外两侧进行预紧，保证转向架II的车轮在测试过程中不发生横向移动；一对弯头压板4通过螺栓固连在台板槽导轨5上，其弯头部分压住车轮内外侧边缘保证转向架II的车轮在测试过程中不发生垂向移动。车轮卡具d用于装卡被测轨道车辆转向架II的四个车轮，使转向架固定在三自由度运动平台e上，保证一系三维测力平台j所测量的作用力为三自由度运动平台e和车轮踏面之间的作用力，提高了测量精度，减小了测量误差。

参阅图6、7、9，其中三自由度运动平台支撑座f包括支撑座底板丝杠6、支撑座丝杠螺母7、球支撑座上盘8、塑胶防尘盖9、球支撑座中间保护环10、球支撑底座11、支撑钢球12、钢球保持架13、支撑座基础底板14及地脚螺栓15。支撑座基础底板14通过地脚螺栓15固定在混凝土地基III上。球支撑底座11通过螺栓固连在支撑座基础底板14上，支撑钢球12通过钢球保持架13约束放置在球支撑底座11上平面中心位置，在支撑钢球12上部放置球支撑座上盘8，支撑钢球12及钢球保持架13可以在上下两平面间自由移动。支撑座丝杠螺母7通过螺栓与三自由度运动平台e底部固连，支撑座底板丝杠6与支撑座丝杠螺母7通过螺纹连接，其底部放置在球支撑座上盘8的凹槽内，使得三自由度运动平台e可以通过支撑钢球12与支撑座基础底板14之间有相对运动。通过调节支撑座丝杠螺母7和支撑座底板丝杠6之间的位置可以调节各支承点的高度，从而保证三自由度运动平台e安装完成后保持水平状态。通过调整三自由度运动平台e某一角的支撑座丝杠螺母7与支撑座底板丝杠6的相对位置来调节该角的高度，模拟转向架通过三角坑的状态，实现在进行转向架通过三角坑状态下一系悬挂各参数的测量。为了保护球支撑底座11上平面与球支撑座上盘8下平面之间的支撑钢球12及钢球保持架13，通过螺栓将球支撑座中间保护环10固连在球支撑底座11上，同时为了防尘在球支撑座中间保护环10上部套上塑胶防尘盖9。通过三自由度运动平台支撑座f，三自由度运动平台e可以在水平面内移动。

Claims (3)

1.一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置，其特征在于：该装置包括四套车轮卡具(d)、一块三自由度运动平台(e)、五套三自由度运动平台支撑座(f)、两段过渡轨道(g)、一个三自由度运动平台横向作动器(h)、两个三自由度运动平台纵向作动器(i)和四块一系三维测力平台(j)，所述的三自由度运动平台支撑座(f)分别固连在支撑三自由度运动平台(e)底部的四角和中心位置，用于调整调节各支承点的高度，并通过地脚螺栓(15)固连在混凝土地基(III)上，所述的一系三维测力平台(j)固连在三自由度运动平台(e)的上平面，所述的三自由度运动平台横向作动器(h)和三自由度运动平台纵向作动器(i)尾部通过铰接支座与混凝土地基(III)固连，作动头通过铰接支座与三自由度运动平台(e)的侧壁固连，三自由度运动平台横向作动器(h)和三自由度运动平台纵向作动器(i)用于对三自由度运动平台(e)提供静态和动态载荷，其上装有力传感器和位移传感器，在三自由度运动平台(e)上通过螺栓固连着两条过渡轨道(g)，所述的车轮卡具(d)分别固连在一系三维测力平台(j)上。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置，其特征在于：所述的车轮卡具(d)由一对内卡式轮挡(1)、若干紧定螺钉(2)、一对轮挡锁紧螺栓(3)、一对弯头压板(4)和一块台板槽导轨(5)组成，所述的内卡式轮挡(1)分置在每个车轮的前端和后端，用T型螺栓固定在台板槽导轨(5)上，通过一对轮挡锁紧螺栓(3)将2个内卡式轮挡(1)内侧紧靠在车轮踏面上并锁紧，若干紧定螺钉(2)通过内卡式轮挡(1)侧壁的螺纹孔对车轮内外两侧进行预紧，所述的一对弯头压板(4)通过螺栓固连在台板槽导轨(5)上，其弯头部分压住车轮内外侧边缘，台板槽导轨(5)固连在一系三维测力平台(j)。

3.根据权利要求1所述的一种轨道车辆转向架一系悬挂综合参数测量装置，其特征在于：所述的三自由度运动平台支撑座(f)包括支撑座底板丝杠(6)、支撑座丝杠螺母(7)、球支撑座上盘(8)、塑胶防尘盖(9)、球支撑座中间保护环(10)、球支撑底座(11)、支撑钢球(12)、钢球保持架(13)、支撑座基础底板(14)和地脚螺栓(15)，支撑座基础底板(14)通过地脚螺栓(15)固定在混凝土地基(III)上，球支撑底座(11)通过螺栓固连在支撑座基础底板(14)上，支撑钢球(12)通过钢球保持架(13)约束放置在球支撑底座(11)上平面中心位置，在支撑钢球(12)上部放置球支撑座上盘(8)，支撑钢球(12)及钢球保持架(13)可以在上下两平面间自由移动，支撑座丝杠螺母(7)通过螺栓与三自由度运动平台(e)底部固连，支撑座底板丝杠(6)与支撑座丝杠螺母(7)螺纹连接，其底部球头与球支撑座上盘(8)的球形凹槽活动连接，球支撑座中间保护环(10)通过螺栓固连在球支撑底座(11)上，在球支撑座中间保护环(10)上部套上塑胶防尘盖(9)。

Images