CN103376201B - 空气弹簧失效过程模拟实验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气弹簧失效过程模拟实验方法及装置，在待测空气弹簧上设置一排风装置，通过控制所述排风装置的流量模拟所述空气弹簧的泄漏量，向所述空气弹簧上施加空车或重车载荷，实时采集并记录空气弹簧在不同的空气泄漏量工况下的各参数变化数值。本发明整体结构简单，实验方法简单，可操作性强，准确度高。通过控制排风装置的流量而再现空气弹簧的破裂过程，进而能够真实反映空气弹簧破裂过程对运行安全性的动态影响，还可以评估在不同线路工况下空气弹簧失效引起增减载对运行安全性的影响。

Description

空气弹簧失效过程模拟实验方法及装置

技术领域

本发明涉及一种铁路车辆转向架空气弹簧的检测装置，特别涉及一种空气弹簧失效过程模拟实验方法及装置。

背景技术

铁道车辆越来越多地采用空气弹簧，空气弹簧的作用原理是通过在空气弹簧内充入压缩空气起到承载和减振的功能，是现代铁道车辆的重要悬挂元件。

车体一般设置前后转向架的四个空气弹簧支撑，车体重量通过四个空气弹簧传至构架，再经八个轴箱弹簧传至轮对。为保证运行安全，要求同一轮对两轮静载荷差在规定的限制内，线路动力学试验进行轮重减载测试，但出于安全考虑，一般不进行空气弹簧破裂的线路运行试验，一侧空气弹簧破裂的过程及故障后果目前尚无试验手段。

目前动力学仿真仅校核空气弹簧无气状态下的运行安全性(脱轨系数和轮重减载率)，不能真实反映空气弹簧破裂过程对运行安全性的动态影响，国内外现有的动力学试验规范对此也无试验要求。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种空气弹簧失效过程模拟实验方法，该方法操作简单，可以模拟空气弹簧不同破裂程度的泄漏过程，并可对泄漏过程实现实时动态监测。

本发明的主要目的还在于提供一种结构简单，可以模拟空气弹簧不同破裂程度的泄漏过程，并可对泄漏过程实现实时动态监测的空气弹簧失效过程模拟实验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种空气弹簧失效过程模拟实验方法，待测空气弹簧为两组，模拟现车结构安置在实验台上，所述实验台的底座平台绕转轴旋转，用以模拟不同的轨道超高量，在待测空气弹簧上设置一排风装置，通过控制所述排风装置的流量模拟所述空气弹簧的泄漏量，向所述空气弹簧上施加空车或重车载荷，实时采集并记录空气弹簧在不同的空气泄漏量工况下的各参数变化数值。

进一步，所述排风装置采用流量可调控的电磁阀，以模拟所述空气弹簧在失效时不同的泄漏量。

进一步，只在其中一侧的所述空气弹簧上设置所述排风装置，以模拟一侧所述空气弹簧的失效过程。

本发明的另一个技术方案是：

一种空气弹簧失效过程模拟实验装置，包括底座平台、两组空气弹簧、风源、高度调整装置、载荷施加装置、数据采集装置和数据记录与分析装置，所述空气弹簧设置在所述底座平台上，所述风源、高度调整装置、载荷施加装置及数据采集装置与所述空气弹簧连接，两组所述空气弹簧之间通过差压阀连接，在所述空气弹簧上还设置一排风装置，所述数据采集装置与所述数据记录与分析装置连接，在所述底座平台的中央设置一转轴，所述两组空气弹簧设置于所述转轴的两侧，所述底座平台绕所述转轴转动。

进一步，所述排风装置为可控制流量的电磁阀。

进一步，所述数据采集装置至少包括用于检测所述排风装置泄漏流量的流量计、用于检测所述空气弹簧内部空气压力的压力计、用于检测所述空气弹簧上表面垂向位移的位移计、设置于所述空气弹簧的底部用于检测其载荷的力传感器中的一种。

进一步，所述载荷施加装置包括车体梁、载荷梁及重力设备，两组所述空气弹簧通过车体梁连接，所述载荷梁设置于所述车体梁的上方，所述重力设备向所述载荷梁上加载。

综上内容，本发明所述的一种空气弹簧失效过程模拟实验方法及装置，整体结构简单，实验方法简单，可操作性强，准确度高。本发明通过控制排风装置的流量而再现空气弹簧的破裂过程，进而能够真实反映空气弹簧破裂过程对运行安全性的动态影响，还可以评估在不同线路工况下空气弹簧失效引起增减载对运行安全性的影响，校核现阶段采用准静态条件下进行动力学仿真的准确性，同时能够考察不同空气弹簧漏泄量的安全阈值，且对转向架故障模式进行定量的风险评估，对既有的实验标准规范进行补充和完善。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明处于超高轨道工况下的结构示意图。

如图1和图2所示，空气弹簧1，风源2，空气胶囊3，橡胶堆4，附加气室5，节流阀6，差压阀7，流量计8，高度调整阀9，调整杆10，车体梁11，载荷梁12，重力设备13，底座平台14，转轴15，排风装置16，压力计17，流量计18，位移计19，力传感器20，安装座21，支撑22。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种空气弹簧失效过程模拟实验装置，为简化整体结构，该实验装置模拟转向架二系悬挂中的空气弹簧管路系统。

该实验装置包括待测的空气弹簧1、风源2、高度调整装置、载荷施加装置、数据采集装置、数据记录与分析装置及底座平台14。为真实反映现车结构，待测的空气弹簧1采用两组，根据待测车体的型号，按现车实际的空气弹簧1之间的横向跨距分设于底座平台14的两侧。

其中，空气弹簧1包括空气胶囊3、橡胶堆4和节流阀6，空气弹簧安装在密闭的附加气室5之上(容积约70升)，空气胶囊3和附加气室5之间通过节流阀6连通，本实施例中，节流阀6优选采用直径较小的节流孔，有利于空气在空气胶囊3和附加气室5之间流通时起到一定的阻尼作用。两个附加气室5之间通过差压阀7连接，在两个附加气室5之间的连接管路上设置管路流量计8，用于检测两个附加气室5之间的空气流量。

每个空气弹簧1都接一风源2，风源2用于向空气胶囊3内供风充气，风源2一般为压力在800-900kPa的压缩空气。每个空气弹簧1连接一高度调整装置，高度调整装置包括高度调整阀9和调整杆10，高度调整阀9串接在风源2与空气弹簧1之间连接的管路上，调整杆10与高度调整阀9的杠杆连接。在车辆实际运行时，随着车体载荷的变化，由高度调整阀9控制是由风源2向空气弹簧1内供风还是空气弹簧1向外排风，以维持空气弹簧1的高度不变。在模拟空气弹簧1破裂失效的过程中，高度调整阀9和调整杆10依然根据空气弹簧1的高度控制是向空气弹簧1内供风还是空气弹簧1向外排风。

为模拟车辆处于曲线通过时轨道超高工况的载荷分布，在底座平台14的中央设置一转轴15，两组空气弹簧1对称设置于转轴15的两侧，底座平台14绕转轴15转动，在垂向形成高度差，底座平台14的转动角度根据轨道的实际超高设置，以模拟不同的轨道超高量。

载荷施加装置包括车体梁11、载荷梁12及重力设备13，两组空气弹簧1的上方通过车体梁11连接，车体梁11与空气弹簧1的接口位置采用可调节结构，以满足不同车型的空气弹簧1之间的横向跨距，提高该实验装置的通用性。在车体梁11的上方设置载荷梁12，载荷梁12简支于车体梁11上，重力设备3向载荷梁12上加载重量，重量通过载荷梁12及车体梁11传递至空气弹簧1。重力设备3可以采用质量块或作动器方式，重力设备3施加的载荷模拟车体实际运行时的空车载荷或重车载荷。重力设备3向载荷梁12的中部加载，以模拟任何状态下的两侧空气弹簧1处的载荷分布，结合可转动的底座平台14，可以模拟车辆倾斜状态下的两侧空气弹簧1处的载荷分布。鉴于部分车型二系悬挂中设置了抗侧滚扭杆装置，在车体梁上预留横向跨距可调的安装座21，适用于安装侧滚扭杆装置的试验模拟。

为模拟空气弹簧1的破裂过程，如图1所示，在空气弹簧1上设置一排风装置16，通过开启排风装置16以模拟空气弹簧1在破裂过程中的空气泄漏。本实施例中，只在一侧的空气弹簧1(即图1中所示的右侧空气弹簧1)上设置排风装置16，另一侧的空气弹簧1不设排风装置16，本实施例模拟一侧空气弹簧1的失效过程，进而测试和记录当一侧空气弹簧1失效时，两侧的空气弹簧1的载荷变化等实验数据。本实施例中，排风装置16优选采用流量可以控制调节的电磁阀，通过控制开启电磁阀的大小，以模拟空气弹簧1在破裂失效时不同的泄漏量。

数据采集装置用于实时采集空气弹簧1在不同的空气泄漏量工况下的泄漏流量、压力、载荷、位移等各实验数据。其中，在设置有排风装置16的一侧空气弹簧1连接有用于检测空气胶囊3内空气压力的压力计17、用于检测排风装置16泄漏流量的流量计18、用于检测空气胶囊3上表面在垂向上的位移的位移计19，在空气弹簧1底部的橡胶堆4与附加气室5之间设置一力传感器20，力传感器20用于检测空气弹簧1的载荷。在另一侧空气弹簧1上接压力计(图中未示出)、位移计19及力传感器20。上述的压力计17、流量计18、位移计19及力传感器20，可根据实验要求任意选择，本实施例中，优选上述装置全部采用，以为动态分析提供全面的数据支持。

上述各数据采集装置均与数据记录与分析装置(图中未示出)连接，数据记录与分析装置可采用微机处理系统，用于实时记录由数据采集装置传输的各项实验数据，再进一步根据实验数据制作相关图表，进而对空气弹簧1在破裂过程中对运行安全性的动态影响进行判断分析。

下面详细描述空气弹簧失效过程模拟实验方法：

按现车结构，模拟转向架二系悬挂中的空气弹簧管路系统，将两组待测的空气弹簧1对称设置于底座平台14的两侧，并连接好差压阀7、流量计8、高度调整阀9、调整杆10及风源2等，同时连接好实验所需的压力计17、流量计18、位移计19及力传感器20。

利用重力设备13模拟车体实际运行时的空车载荷或重车载荷向载荷梁12的中部施加载荷，载荷通过载荷梁12及车体梁11传递至空气弹簧1。重力设备13所施加的载荷实时记录于数据记录与分析装置中，重力设备13根据实验要求在整个实验过程中施加同一重量的载荷，也可以分时间段施加不同重量的载荷。试验时在底座平台下方两侧安装支撑22。

开启风源2及高度调整阀9向空气胶囊3内供风。

根据实验要求，控制排风装置16的开度的大小，模拟空气弹簧1在破裂失效时不同的泄漏量。因为空气泄漏的原因，风源2的供风量可能等于、大于或小于排风装置16的泄漏量，空气弹簧1的高度会有所变化，此过程中，风源2、高度调整阀9及调整杆10自动根据空气弹簧1的高度变化进行供风和排风的调节，以模拟车体实际运行时的状况。当风源2的供风量远小于排风装置16的泄漏量时，空气弹簧1的高度就会逐渐降低。

两个压力计17分别实时检测两个空气胶囊3内的空气压力，流量计18实时检测排风装置16的空气泄漏量，两个位移计19分别实时检测两个空气弹簧1上表面在垂向上的位移，两个力传感器20分别实时检测两个空气弹簧1的载荷变化。当两个附加气室5的压差达到设定数值时，差压阀7打开，空气向低压则(右侧)流动，流量计8实时检测两个附加气室5之间的空气流量。

上述的两个压力计17、流量计18、两个位移计19、两个力传感器20、流量计8随时传输数据至数据记录与分析装置中，由数据记录与分析装置将数据记录下来，再制作成相应图表，最后对数据进行动态分析。

需要模拟车辆处于曲线通过时轨道超高工况的载荷分布时，控制底座平台14绕转轴15转动要求的角度，同样通过上述方法记录此种状态下，两侧空气弹簧1的各项实验数据。

该实验方法通过控制排风装置16的流量而再现空气弹簧1的破裂过程，进而能够真实反映空气弹簧1破裂过程对运行安全性的动态影响，还可以评估在不同线路工况下空气弹簧1失效引起增减载对运行安全性的影响，校核现阶段采用准静态条件下进行动力学仿真的准确性，同时能够考察不同空气弹簧1泄漏量的安全阈值，且对转向架故障模式进行定量的风险评估，对既有的实验标准规范进行补充和完善。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种空气弹簧失效过程模拟实验方法，其特征在于：待测空气弹簧为两组，模拟现车结构安置在实验台上，所述实验台的底座平台绕转轴旋转，用以模拟不同的轨道超高量，在其中一组所述空气弹簧上还设置一排风装置，通过控制所述排风装置的流量模拟所述空气弹簧的泄漏量，向所述空气弹簧上施加空车或重车载荷，实时采集并记录空气弹簧在不同的空气泄漏量工况下的各参数变化数值。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧失效过程模拟实验方法，其特征在于：所述排风装置采用流量可调控的电磁阀，以模拟所述空气弹簧在失效时不同的泄漏量。

3.一种空气弹簧失效过程模拟实验装置，其特征在于：包括底座平台、两组空气弹簧、风源、高度调整装置、载荷施加装置、数据采集装置和数据记录与分析装置，所述空气弹簧设置在所述底座平台上，每组空气弹簧包括空气胶囊、橡胶堆和节流阀，空气弹簧安装在密闭的附加气室之上，空气胶囊和附加气室之间通过节流阀连通，两个附加气室之间通过差压阀连接，所述风源、高度调整装置、载荷施加装置及数据采集装置与所述空气弹簧连接，所述数据采集装置与所述数据记录与分析装置连接，在其中一组所述空气弹簧上还设置一排风装置，在所述底座平台的中央设置一转轴，所述两组空气弹簧对称设置于所述转轴的两侧，所述底座平台绕所述转轴转动。

4.根据权利要求3所述的空气弹簧失效过程模拟实验装置，其特征在于：所述排风装置为可控制流量的电磁阀。

5.根据权利要求3所述的空气弹簧失效过程模拟实验装置，其特征在于：所述数据采集装置至少包括用于检测所述排风装置泄漏流量的流量计、用于检测所述空气弹簧内部空气压力的压力计、用于检测所述空气弹簧上表面垂向位移的位移计、设置于所述空气弹簧的底部用于检测其载荷的力传感器中的一种。

6.根据权利要求3所述的空气弹簧失效过程模拟实验装置，其特征在于：所述载荷施加装置包括车体梁、载荷梁及重力设备，两组所述空气弹簧通过车体梁连接，所述载荷梁设置于所述车体梁的上方，所述重力设备向所述载荷梁上加载。