CN103267602A

CN103267602A - 平板式六分力测力平台装置

Info

Publication number: CN103267602A
Application number: CN2013101848615A
Authority: CN
Inventors: 苏建; 林慧英; 赵强; 王秀刚; 曹晓宁; 张益瑞; 宫海彬; 杨小敏; 宋建; 杜志豪; 张兰; 王启明
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-05-19
Filing date: 2013-05-19
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-05-19
Also published as: CN103267602B

Abstract

本发明涉及轨道车辆转向架参数检测设备。本发明针对目前轨道车辆转向架参数检测中无法全面、准确评价力学性能的技术现状，提供一种平板式六分力测力平台装置，该装置由六分力测力平台上台板（A）和六分力测力平台底板（B），4个相同的三维测力传感器机构（C₁，C₂，C₃，C₄）组成。每个三维测力传感器机构通过螺栓，分别沿X向和Y向对称固定安装在六分力测力平台底板上（B）；利用圆螺母（3）、锁止垫圈（4）、压紧垫圈（5）将六分力测力平台上台板（A）与每个三维测力传感器机构固定在一起。

Description

平板式六分力测力平台装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆转向架参数检测设备，特别是涉及一种新型的平板式六分力测力平台装置。

背景技术

在对三维测力传感器以及三维测力装置的研究中，有很多国内外学者都不少发明，并有多项有关专利技术，例如：一种立柱式三维测力传感器（中国专利：CN201548356U)，整体预紧平台式三维力传感器(中国专利：CN1263259A)，一种应变式三维测力平台（中国专利：CN2702708)，一种具有弹性铰链的三维力与力矩传感器（专利申请号：99102421.4）。国外学者Kerr、Nguyen等人提出并研究了斯帝瓦特（Stewart）结构的三维力传感器，但是这些三维力传感器及测试平台存在的主要问题是有的结构复杂、线性度不好、刚度低、不便于标定、灵敏度偏低、制造成本较高等缺陷，而且这些三维测力传感器及三维测力平台，并不是十分适用于轨道车辆转向架力学参数的测试，目前在测试轨道车辆转向架参数中使用的三维力传感器，其性能很受局限性，且结构较为复杂，在轨道车辆转向架参数测试中不便于采用。

发明内容

本发明针对目前轨道车辆转向架参数检测中无法全面、准确评价动力学参数的技术现状，提供一种新型平板式六分力测力平台装置。

一种平板式六分力测力平台装置，主要由六分力测力平台上台板A、六分力测力平台底板B、四个相同的三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄组成，每个三维测力传感器机构通过螺栓，分别沿X向和Y向对称固定安装在六分力测力平台底板上B；利用圆螺母3、锁止垫圈4、压紧垫圈5将六分力测力平台上台板A与每个三维测力传感器机构固定在一起。

所述的三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄主要包括圆螺母3、锁止垫圈4、压紧垫圈5、涨紧套6、高度调整垫片7、三维测力传感器弹性体8组成。高度调整垫片7、涨紧套6依次套入三维测力传感器弹性体8的上端。通过拧紧涨紧套6上的螺栓，使涨紧套6与传感器弹性体8涨紧消除间隙。圆螺母3与三维测力传感器弹性体8上端的螺纹连接，并且使用圆螺母用止动垫圈4将圆螺母3锁住。

所述的六分力测力平台上台板A为钢板焊接结构，六分力测力平台上台板A上平面的4个角上加工有传感器连接通孔1，通过传感器连接通孔1六分力测力平台上台板A由四个相同的三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄支撑，并利用三维测力传感器高度调整垫片7保证四个三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄支撑上平台的载荷分配均匀，同时每个传感器弹性体10上部通过涨紧套6来消除传感器弹性体8和传感器连接通孔1之间的水平间隙。然后利用圆螺母3、锁止垫圈4、压紧垫圈5将六分力测力平台上台板A与三维力传感器弹性体8固定在一起。

所述的六分力测力平台底板B为平整钢板，在六分力测力平台底板B四角加工有凹槽并钻有传感器连接螺纹孔2；三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄通过螺栓安装在下平台的4个凹槽内，同时每个三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄底部四周分别利用一对六分力测力平台下板撑紧楔铁D来消除弹性体和下平台凹槽之间的水平间隙，六分力测力平台下板撑紧楔铁D通过螺栓与六分力测力平台底板B连接，起到撑紧的作用。

所述的三维力传感器弹性体8为一整体式对称结构，由轮辐基座11、筋板10与中心销柱9组成，所述中心销柱9通过筋板10连接在轮辐基座11的中心处，中心销柱9面上包含四个矩形侧面，其中两两对称平行并与XY平面即轮辐基座11底平面垂直，所述筋板10为四块，其上包含八个与XY平面垂直的侧面，

本发明的技术效果：该装置可以同步测量空间X向，Y向，Z向的三维力，以及平面XY，平面XZ，平面YX上的扭矩。该装置具有结构简单灵巧、线性度好，刚度好、制造成本较低，并且便于维护等优点，能够满足轨道车辆转向架力学参数测试中力学参数测试的需要，保证测试结果的准确性。平板式六分力测力平台装置为轨道车辆转向架动参数测试过程中力学参数的测量提供了技术手段，同时大幅度减小了转向架力学参数测试时因局部应力及间隙而引起的误差，保障测试结果的准确性，具有广阔的技术前景和可观的应用价值。

附图说明

图1平板式六分力测力平台测试装置外观示意图；

图2平板式六分力测力平台测试装置3个方向测力以及扭矩示意图；

图3平板式六分力测力平台测试装置透视图；

图4六分力测力平台上台板示意图；

图5六分力测力平台底板示意图；

图6三维测力传感器机构外观示意图；

图7三维测力传感器机构与六分力测力平台上台板、六分力测力平台底板连接I-I向剖视图；

图8三维测力传感器机构结构示意图；

图9三维测力传感器弹性体结构示意图；

图中：A.六分力测力平台上台板；B.六分力测力平台底板；C₁、C₂、C₃、C₄.三维测力传感器机构；D.六分力测力平台下板撑紧楔铁；

X向为前后向，Y向为左右向，Z向为上下向；

XY平面为六分力测力平台上台板A面，YZ和XZ平面为与XY平面垂直且相互垂直的两个平面；

1.传感器连接通孔；2.传感器连接螺纹孔；3.圆螺母；4.锁止垫圈；5.压紧垫圈；6.涨紧套；7.高度调整垫片；8.三维力传感器弹性体；9.中心销柱；10.筋板；11.轮辐基座；12.装卡段；13.凸台段；14.方形贴片段。

具体实施方式

下面结合附图所述实施例对本发明结构作进一步详细说明。

参照图1、2、3，一种平板式六分力测力装置，主要由六分力测力平台上台板A、六分力测力平台底板B、四个相同的三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄组成，每个三维测力传感器机构通过螺栓，分别沿X向和Y向对称固定安装在六分力测力平台底板上B；利用圆螺母3、锁止垫圈4、压紧垫圈5将六分力测力平台上台板A与每个三维测力传感器机构固定在一起。在进行测力的过程中一种平板式六分力测力装置，能够测出X，Y，Z三个方向的力，以及平面XY，YZ，XZ三个方向的扭矩，其中三个方向的力分别为：

三个方向的力，以及平面XY，YZ，XZ三个方向的扭矩，其中三个方向的力分别为

F_X＝F_X1＋F_X2＋F_X3＋F_X4；

F_Y＝F_Y1＋F_Y2＋F_Y3＋F_Y4；

F_Z＝F_Z1＋F_Z2＋F_Z3＋F_Z4；

三个方向的扭矩分别为

M_X=﹙F_Z1－F_Z2－F_Z3＋F_Z4﹚·L₁／2＋﹙－F_Y1－F_Y2－F_Y3－F_Y4﹚·L₃；

M_Y=﹙F_Z1＋F_Z2－F_Z3－F_Z4﹚·L₂／2＋﹙F_X1＋F_X2＋F_X3＋F_X4﹚·L₃；

M_Z=﹙－F_X1＋F_X2＋F_X3－F_X4﹚·L₁／2＋﹙－F_Y1－F_Y2＋F_Y3＋F_Y4﹚·L₂／2

F_X、F_Y、F_Z分别为X、Y、Z三个方向上受到的合力，F_X1、F_Y1、F_Z1分别为三维测力传感器机构C₁在X、Y、Z三个方向上受到的力，三维测力传感器机构C2、C3、C4上受力的表示方式同三维测力传感器机构C₁，M_X、M_Y、M_Z分别为平面Y_Z，X_Z，X_Y三个方向上的扭矩，L₁为三维测力传感器机构C₁、C₂之间的距离，L₂三维测力传感器机构C₂、C₃之间的距离，L₃为三维测力传感器机构受力面即涨紧套6中心面与六分力测力平台上台板平面之间的距离，示意图如图2，此时力的作用平面就是上台板平面，当有工件固定在上台板产生扭矩时，力矩L₃还需加上工件回转中心到上台板平面之间的距离。

参照图4、5、6、7、8，一种平板式六分力测力装置，所述的六分力测力平台上台板A为钢板焊接结构，六分力测力平台上台板A上平面的4个角上加工有传感器连接通孔1，通过传感器连接通孔1六分力测力平台上台板A由四个相同的三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄支撑，并利用三维测力传感器高度调整垫片7保证四个三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄支撑上平台的载荷分配均匀，同时每个传感器弹性体10上部通过涨紧套6来消除传感器弹性体8和传感器连接通孔1之间的水平间隙，保证六分力测力平台上台板A所受水平力直接传递至三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄上。然后利用圆螺母3、锁止垫圈4、压紧垫圈5将六分力测力平台上台板A与三维力传感器弹性体8固定在一起。

所述的六分力测力平台底板B为平整钢板，在六分力测力平台底板B四角加工有凹槽并钻有传感器连接螺纹孔2；三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄通过螺栓安装在下平台的4个凹槽内，同时每个三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄底部四周分别利用一对六分力测力平台下板撑紧楔铁D来消除弹性体和下平台凹槽之间的水平间隙，保证了六分力测力平台底板B所受水平力直接传递至三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄上。六分力测力平台下板撑紧楔铁D通过螺栓与六分力测力平台底板B连接，起到撑紧的作用。

六分力测力平台上台板A与六分力测力平台底板B之间无任何接触，仅通过4个三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄支撑、连接并传递载荷，当六分力测力平台上台板A与六分力测力平台底板B之间受到垂向载荷时，三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄受到由上、下平台传递的拉伸力；当当六分力测力平台上台板A与六分力测力平台底板B之间受到水平载荷时，三维测力传感器机构C₁，C₂，C₃，C₄受到由上、下平台传递的剪切力。

参照图9，一种平板式六分力测力装置，所述的三维力传感器弹性体8为一整体式对称结构，由轮辐基座11、筋板10与中心销柱9组成，所述中心销柱9通过筋板10连接在轮辐基座11的中心处，中心销柱9面上包含四个矩形侧面，其中两两对称平行并与XY平面即轮辐基座11底平面垂直，所述筋板10为四块，其上包含八个与XY平面垂直的侧面。轮辐基座11为一四方环形结构，外部四角边加工有过渡圆角，内部为圆形中空。中心销柱9为一柱形结构，根据不同形状可分为装卡段12、凸台段13及方形贴片段14组成。装卡段12通过涨紧套6的涨紧，与其装配在一起。凸台段13用于放置高度调整垫片7。方形贴片段14用于粘贴应变片。在中心销柱9顶端加工有螺纹与圆螺母3固定。

平板式六分力测力装置的工作原理：

平板式六分力测力装置的工作时，将三维测力平台底板B固定，三维测力平台上台板A会受到某个方向的力或者扭矩，以受到X方向的力说明，当三维测力平台上台板A受到X方向的力时，4个三维测力传感器机构C₁、C₂、C₃、C₄会测出相对应X方向的力的数值，将其4个数值求和的数值就是三维测力平台上台板A受到X方向的力，即F_X＝F_X1＋F_X2＋F_X3＋F_X4，Y方向与Z方向原理相同。当三维测力平台上台板A受到XY面上的扭矩时，每个传感器会测出X，Y方向上的两个力的数值，X方向上力的数值与L₁/2的乘积为每个传感器X方向上受到的力矩，其中L₁为传感器C₁与传感器C₂之间的距离，Y方向上力的数值与L₂/2的乘积为每个传感器Y方向上受到的力矩，其中L₂为传感器C₂与传感器C₃之间的距离，最后将每个传感器上受到的所有力矩求和就是三维测力平台上台板A受到XY面上的扭矩，即M_Z=﹙－F_X1＋F_X2＋F_X3－F_X4﹚·L₁／2＋﹙－F_Y1－F_Y2＋F_Y3＋F_Y4﹚·L₂／2，YZ平面与XZ平面原理相同。

Claims

1.一种平板式六分力测力平台装置，其特征在于：

该装置主要由六分力测力平台上台板（A）、六分力测力平台底板（B）和四个相同的三维测力传感器机构（C₁，C₂，C₃，C₄）组成，每个三维测力传感器机构通过螺栓，分别沿X向和Y向对称固定安装在六分力测力平台底板上（B），利用圆螺母（3）、锁止垫圈（4）和压紧垫圈（5）将六分力测力平台上台板（A）与每个三维测力传感器机构固定在一起；

所述三维测力传感器机构（C₁，C₂，C₃，C₄）包括圆螺母（3）、锁止垫圈（4）、压紧垫圈（5）、涨紧套（6）、高度调整垫片（7）和三维测力传感器弹性体（8）组成，高度调整垫片（7）、涨紧套（6）依次套入三维测力传感器弹性体（8）的上端，通过拧紧涨紧套（6）上的螺栓，使涨紧套（6）与传感器弹性体（8）涨紧消除间隙，圆螺母（3）与三维测力传感器弹性体（8）上端的螺纹连接，并且使用圆螺母用止动垫圈（4）将圆螺母（3）锁住。

2.根据权利要求1所述的一种平板式六分力测力平台装置，其特征在于：

所述六分力测力平台上台板（A）为钢板焊接结构，六分力测力平台上台板（A）上平面的4个角上加工有传感器连接通孔（1），六分力测力平台上台板（A）由四个相同的三维测力传感器机构（C₁，C₂，C₃，C₄）支撑，并利用三维测力传感器高度调整垫片（7）保证四个三维测力传感器机构（C₁，C₂，C₃，C₄）支撑上平台的载荷分配均匀，同时每个传感器弹性体（10）上部通过涨紧套（6）来消除传感器弹性体（8）和传感器连接通孔（1）之间的水平间隙，然后利用圆螺母（3）、锁止垫圈（4）和压紧垫圈（5）将六分力测力平台上台板（A）与三维力传感器弹性体（8）固定在一起。

3.根据权利要求1所述的一种平板式六分力测力平台装置，其特征在于：

所述六分力测力平台底板（B）为平整钢板，在六分力测力平台底板（B）四角加工有凹槽并钻有传感器连接螺纹孔（2）；三维测力传感器机构（C₁，C₂，C₃，C₄）通过螺栓安装在下平台的4个凹槽内，同时每个三维测力传感器机构（C₁，C₂，C₃，C₄）底部四周分别利用一对六分力测力平台下板撑紧楔铁（D）来消除弹性体和下平台凹槽之间的水平间隙，六分力测力平台下板撑紧楔铁（D）通过螺栓与六分力测力平台底板（B）连接，起到撑紧的作用。

4.根据权利要求1所述的一种平板式六分力测力平台装置，其特征在于：

所述三维力传感器弹性体（8）为一整体式对称结构，由轮辐基座（11）、筋板（10）和中心销柱（9）组成，所述中心销柱（9）通过筋板（10）连接在轮辐基座（11）的中心处，中心销柱（9）面上包含四个矩形侧面，其中两两对称平行并与XY平面即轮辐基座（11）底平面垂直，所述筋板（10）为四块，其上包含八个与XY平面垂直的侧面。