CN103091117B - 一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台 - Google Patents

Abstract

一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，包括试验用火车的车体、纵向加载装置、垂向加载装置、安装在车体下方的多个激振装置；激振装置为六自由度激振装置，六自由度激振装置、纵向加载装置、垂向加载装置均通过隔振装置安装于地坑中，车体通气孔与气密装置相连；其中隔振装置的具体构成是：矩形盆状的底座内底部通过T型导轨与六自由度激振装置的底板相连，底座的侧沿的上表面固定有纵向加载装置及垂向加载装置；底座的侧沿通过缓冲橡胶堆与地坑的壁相连，底座的侧沿的下表面通过空气弹簧与地坑的台阶相连；该试验台既能进行强度疲劳试验又能完成全尺寸车体气密疲劳试验，试验成本低，试验效率高，试验结果更真实可靠；且试验时对周围环境影响很小。

Description

一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台

技术领域

本发明是涉及铁路机车车辆车体主体结构疲劳强度以及气密性载荷疲劳的试验台。

背景技术

铁路运输向高速重载的发展，使列车运行的振动加剧，各部件的服役环境恶化，暴露在转向架、轮轴和车体等的结构强度问题逐渐增多，特别是在高速列车所要求的结构轻量化后，结构强度问题将更加突出。

并且，随着铁道车辆高速化，铁道车辆特别是动车组车辆在会车时或者在隧道中运行时,均会引起车外较大的空气压力波动。当列车在线路上频繁会车或者通过隧道会对列车形成交替的气密性压力载荷。一般而言,车辆通过隧道所产生的压力波动比明线上两列车交会所产生的压力波要大。为了考察车体气密载荷车体疲劳强度，建立车体气密疲劳试验台也是非常必要的。

现有的车体主体结构强度疲劳通过纵向加载装置、垂向加载装置可对车体进行强度试验；但由于试验台的底座直接固定在大地上，试验时产生的高频振动将对附近建筑有破坏性作用，并对附近居民的生活产生严重干扰和影响。

而现有的气密试验台，是建立一个能进行增减压的密封的长大圆筒，底部设有专用导轨,借助工艺转向架,将被试车体送入长大圆筒内，对车体钢结构外部进行增压减压试验。但是由于长大圆筒体积的限制以及加压装置功率的限制，仅能对仅为实际车体1/3长度的特制的试验车体进行试验。

同样，受长大圆筒体积的限制气密疲劳试验台无法安装强度加载装置。因此。目前强度疲劳试验和气密疲劳试验无法在同一个试验台上完成。

发明内容

本发明的目的是提供一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，该试验台既能进行强度疲劳试验又能完成全尺寸车体气密疲劳试验，试验成本低，试验效率高，试验结果更真实可靠；能适用各种长短及轨距的车辆；并且试验时对周围环境影响很小。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，包括试验用火车的车体、车体一端的纵向加载装置、与车体内地板相连的垂向加载装置、安装在车体下方的多个激振装置，与纵向加载装置、垂向加载装置、激振装置相连的液压系统，其特征在于：所述的激振装置为六自由度激振装置，所述的六自由度激振装置、纵向加载装置、垂向加载装置均通过隔振装置安装于地坑中，所述的车体与气密装置相连；其中：

所述的隔振装置的具体构成是：矩形盆状的底座内底部通过T型导轨与六自由度激振装置的底板相连，底座的侧沿的上表面固定有纵向加载装置及垂向加载装置；底座的侧沿与地坑壁之间设有缓冲橡胶堆，底座的侧沿的下表面通过空气弹簧与地坑的台阶相连；

所述的气密装置的具体构成是：车体的通气孔依次经压力气管、高低压储气罐与压缩机相连。

所述的六自由度激振装置的具体构成是：顶板与车体地板固定连接，底板与顶板之间连有三个垂向双球铰液压作动器，底板的后部立有后壁板，后壁板的顶部与顶板的侧面之间连有两个纵向双球铰液压作动器，底板的右侧立有右筋板，顶板的左侧下方设有左筋板，右筋板与左筋板之间连有横向双球铰液压作动器。

本发明的工作过程和原理是：

车体的疲劳性能试验：

液压系统驱动垂向加载装置向车体施加向下的垂向载荷，纵向加载装置向车体施加纵向载荷，还可以通过六自由度激振装置向车体施加向上的垂向载荷，通过液压作动器进行循环力的周期长时间加载，并对车体的载荷及变形进行连续测试、记录，从而完成车体的疲劳性能试验。

由于垂向加载装置是固定于底座的侧沿上表面、而车体是通过六自由度加载装置固定于底座的底部上，因此垂向加载装置和底座及底座上的车体构成封闭的受力系统，而底座又是通过空气弹簧垂向固定于地坑台阶上，因此垂向加载时的载荷作为内力不会传递到底座以外的地坑及地表；载荷不均匀时产生的晃动也可被空气弹簧吸收。而纵向加载时同样由于纵向加载装置是固定于底座的侧沿上表面、而车体是通过六自由度加载装置固定于底座的底部上，因此纵向加载装置和底座及底座上的车体也构成封闭的受力系统；而底座又是通过侧向缓冲器侧向连接于地坑的壁上，因此纵向加载时载荷作为内力也不会传递到底座以外的地坑及地表；载荷不均匀时产生的晃动也可被缓冲橡胶堆吸收。

气密疲劳性能试验：

密封车体，压缩机通过高低压储气罐、压力气管及车体的通气孔向车体充、放气以使车体内部达到设定的气压变化，进行长时间气压变化加载，并对车体内的气体压力及车体变形进行连续测试、记录，即可进行火车车体的气密疲劳性能试验。

车体舒适度试验：

在火车车体内安装人体试验模型，通过火车车体下方的六自由度激振装置可向车体施加六个方向的力，使车体在六个方向上产生运动，通过人体试验模型来连续检测车体舒适度指标，从而完成车体舒适度试验。

由于车体舒适度试验时，激振的载荷较小对地坑及附近的地面影响较小。

以上三种试验过程可以单独进行，也可以任意二个或者三个同时进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在一个试验台上，既可以进行车体强度疲劳试验，又可以进行车体气密疲劳试验与车体舒适度试验。较之单纯的车体强度疲劳试验台和单纯的气密疲劳试验台，试验成本低，试验更加方便快捷，试验效率高。并且两种或者三种试验可以同时进行，与实际列车运行情况更接近。得到的试验数据更加真实，为列车的设计与维护提供更加可靠的试验数据。

二、本试验台综合了纵向和垂向的动态加载，垂向不仅可以通过垂向加载装置实现对车体向下的加载，也可以通过六自由度激振装置实现对车体施加向上的加载。使其能更加真实的模拟列车运行受力情况，也使试验数据更加真实、可靠。

三、本试验台通过底座及安装在底座上面的垂向加载装置、纵向加载装置构成封闭的垂向及纵向加载系统，加载的载荷作为内力不会作用在地坑及附近的地面；而加载不均匀可能造成的系统晃动又被底座底部的空气弹簧及周边的缓冲橡胶堆吸收。从而保证了试验区周围的建筑物以及居民生活环境不受影响；同时，试验区域也同样受到保护不被外界环境影响，使得试验数据更加真实可信。

四、气密试验时，将列车的通气孔与气密装置相连，实现了列车内部的封闭气压变化环境，较之另加一个长大圆筒从外部包住车体形成封闭的气压变化环境：本发明结构大为简化，其实施更方便容易。并且不再受大长圆筒体积的限制，能对全尺寸整个列车车体进行气密试验，与列车真实情况更接近，试验结果更加真实、可靠。

五、六自由度激振装置可以即方便又精确可靠的实现动态的三个方向(垂向、横向及纵向)的运动及三个方向的转动。

上述的垂向加载装置的具体结构是：垂向加载装置是门架式加载结构，多个横梁分别穿过车体对应的窗户，伸出窗户的横梁两端与两个立柱相连，两个立柱安装于隔震装置的底座侧沿上表面，横梁的中部通过两个垂向双球铰液压加载作动器与车体内的地板连接。

这样的垂向加载装置可以方便的实现对车体内的地板面各个位置的加载。并且垂向加载的反作用力来自于底座，使得垂向加载的力不会作用于地坑。并且垂向加载装置使用液压作动器可以进行载荷的循环动态加载，从而更真实的模拟列车真实的线路运行情况。

上述的纵向加载装置的具体结构是：两根纵向梁通过支撑座固定于隔震装置的底座侧沿上表面，两根纵向梁的端部之间连接有箱型的反力梁；车体一端的反力梁与车体之间连有纵向双球铰液压加载作动器。

这样的圈梁式纵向加载装置使得纵向载荷变为内力载荷进行消化吸收。既减少了对地基的振动影响，又无需另外设置体积庞大的反力墙。

上述的两根纵向梁的端部之间连接有箱型的反力梁的具体结构是：反力梁的端部为铰接的半圆形的上、下扣环，上、下扣环的另一端螺纹连接。上、下扣环的内表面设有与纵向梁外螺纹配合的内螺纹。

这样的扣环连接使得反力梁的位置可以在纵向梁上任意调节；并且能够很好的固定在纵向梁上。使得本发明能方便的用于各种长度、窗户间距车体的试验。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的俯视结构示意图。

图2为本发明实施例(地上部位)的左视结构示意图。

图3为本发明实施例的主视剖视(图1的A-A剖视)放大结构示意图。

图4为本发明实施例中的六自由度激振装置的侧视结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1～3示出，本次发明的一种具体实施方式是：一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，包括试验用火车的车体1、车体1一端的纵向加载装置2、与车体1内地板相连的垂向加载装置3、安装在车体1下方的多个激振装置(通常为三个或三个以上)，与纵向加载装置2、垂向加载装置3、激振装置相连的液压系统；所述的激振装置为六自由度激振装置4，所述的六自由度激振装置4、纵向加载装置2、垂向加载装置3均通过隔振装置安装于地坑10中，所述的车体1与气密装置相连。其中：

所述的隔振装置的具体构成是：矩形盆状的底座7c内底部通过T型导轨9与六自由度激振装置4的底板4a相连，底座7c的侧沿的上表面固定有纵向加载装置2及垂向加载装置3；底座7c的侧沿与地坑10壁之间设有缓冲橡胶堆7b，底座7c的侧沿的下表面通过空气弹簧7a与地坑10的台阶相连；

所述的气密装置的具体构成是：车体1的通气孔1a依次经压力气管5c、高低压储气罐5b与压缩机5a相连。

图3、4示出，本例的六自由度激振装置4的具体构成是：顶板4b与车体1地板固定连接，底板4a与顶板4b之间连有3个垂向双球铰液压作动器4c，底板4a的后部立有后壁板4d，后壁板4d的顶部与顶板4b的侧面之间连有3个纵向双球铰液压作动器4c，底板4a的右侧立有右筋板4e，顶板4b的左侧下方设有左筋板4f，右筋板4e与左筋板4f之间连有横向双球铰液压作动器4c。

图1-3还示出，本例的垂向加载装置3的具体结构是：垂向加载装置3是门架式加载结构，横梁3b穿过车体1的窗户1b，伸出窗户1b的横梁3b两端与两个垂向立柱3a的侧面相连，两个垂向立柱3a安装于隔震装置的底座4a侧沿上表面，横梁3b的中部通过2个垂向双球铰液压加载作动器3c与车体1内的地板连接。

本例的纵向加载装置2的具体结构是：实心钢管构成的圈梁的两根纵向梁2a通过支撑座2b固定于隔震装置的底座7c侧沿上表面，两根纵向梁2a的端部之间连接有箱型的反力梁2c；反力梁2c与车体1之间连有纵向双球铰液压加载作动器2d。

本例的两根纵向梁2a的端部之间连接有箱型的反力梁2c的具体结构是：反力梁2c的端部为铰接的半圆形的上、下扣环，上、下扣环的另一端螺纹连接。上、下扣环的内表面设有与纵向梁2a外螺纹配合的内螺纹。

Claims (4)

1.一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，包括试验用火车的车体(1)、车体(1)一端的纵向加载装置(2)、与车体(1)内地板相连的垂向加载装置(3)、安装在车体(1)下方的多个激振装置，与纵向加载装置(2)、垂向加载装置(3)、激振装置相连的液压系统，其特征在于：所述的激振装置为六自由度激振装置(4)，所述的六自由度激振装置(4)、纵向加载装置(2)、垂向加载装置(3)均通过隔振装置安装于地坑(10)中，所述的车体(1)与气密装置相连；其中：

所述的隔振装置的具体构成是：矩形盆状的底座(7c)内底部通过T型导轨(9)与六自由度激振装置(4)的底板(4a)相连，底座(7c)的侧沿的上表面固定有纵向加载装置(2)及垂向加载装置(3)；底座(7c)的侧沿与地坑(10)壁之间设有缓冲橡胶堆(7b)，底座(7c)的侧沿的下表面通过空气弹簧(7a)与地坑(10)的台阶相连；

所述的气密装置的具体构成是：车体(1)的通气孔(1a)依次经压力气管(5c)、高低压储气罐(5b)与压缩机(5a)相连；

所述的六自由度激振装置(4)的具体构成是：顶板(4b)与车体(1)地板固定连接，底板(4a)与顶板(4b)之间连有三个垂向双球铰液压作动器(4c)，底板(4a)的后部立有后壁板(4d)，后壁板(4d)的顶部与顶板(4b)的侧面之间连有两个纵向双球铰液压作动器(4g)，底板(4a)的右侧立有右筋板(4e)，顶板(4b)的左侧下方设有左筋板(4f)，右筋板(4e)与左筋板(4f)之间连有横向双球铰液压作动器(4h)。

2.根据权利要求1所述的一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，其特征在于：所述的垂向加载装置(3)的具体结构是：垂向加载装置(3)是门架式加载结构，多个横梁(3b)分别穿过车体(1)对应的窗户(1b)，伸出窗户(1b)的横梁(3b)两端与两个立柱(3a)相连，两个立柱(3a)安装于隔震装置的底座(7c)侧沿上表面，横梁(3b)的中部通过两个垂向双球铰液压加载作动器(3c)与车体(1)内的地板连接。

3.根据权利要求1所述的一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，其特征在于：所述的纵向加载装置(2)的具体结构是：两根纵向梁(2a)通过支撑座(2b)固定于隔震装置的底座(7c)侧沿上表面，两根纵向梁(2a)的端部之间连接有箱型的反力梁(2c)；车体(1)一端的反力梁(2c)与车体(1)之间连有纵向双球铰液压加载作动器(2d)。

4.根据权利要求3所述的一种车体强度疲劳及气密疲劳试验台，其特征在于：所述的两根纵向梁(2a)的端部之间连接有箱型的反力梁(2c)的具体结构是：反力梁(2c)的端部为铰接的半圆形的上、下扣环，上、下扣环的另一端螺纹连接；上、下扣环的内表面设有与纵向梁(2a)外螺纹配合的内螺纹。