CN104034540A - 轨道车辆转向架回转阻力特性测定试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种轨道车辆转向架回转阻力特性测定试验装置，包括基础平台、四个轮对固定装置、龙门架、转动轴、砝码箱、两个纵向作动器、上测力平台，轮对固定装置固定在基础平台上，卡具安装在三维测力平台的上面由两个开口对应的凹形槽体构成，卡具用于固定转向架的轮对，三维测力平台用于测定轮对的轴重，龙门架固定在基础平台上方，龙门架的横梁中心连接转动轴，转动轴下端连接砝码箱，砝码箱的下端装有两个上测力平台，用于测量转向架回转运动过程中的回转力，两个纵向作动器E固定在砝码箱侧面。利用上述装置进行转向架回转特性试验，转向架固定不动，以砝码箱模拟车体，通过作动器驱动砝码箱模拟车体的回转运动，实现了对单个转向架进行回转特性测定试验，克服了多级力值传递带来的测量误差，试验精度高，试验装置简单，制造成本低。

Description

轨道车辆转向架回转阻力特性测定试验装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆检测领域，特别是涉及轨道车辆转向架回转特性测试系统领域。

背景技术

轨道车辆正向着高速重载飞速发展，列车运行的安全性、稳定性及平稳性等重要性能指标在转向架的设计优化中极为关键，其中回转阻力能够反映轨道车辆曲线通过能力，且与轮重减载率有着密切的关系，因此研究回转阻力矩对转向架产品设计至关重要。

目前，国内的转向架回转特性测试系统还不多，主要是依托转向架参数试验台进行测试，如西南交通大学的轨道车辆转向架测试台(专利号：ZL200610022671.3；授权公告号：CN100445721C；)以及吉林大学专利四柱式轨道车辆转向架刚度测试系统（专利号：ZL200810050261.9；授权公告号：CN101216376B；）等，但测试系统设计结构复杂，没有针对性地测试转向架回转特性，从而降低了试验测试的精度，不能真实反映出车辆的回转特性。

专利名称为轨道车辆转向架回转特性测试系统，专利号：Zl2012 2 0 632364.8 ，公开了一种单独的转向架回转特性测试系统，该系统通过转动下平台带动转向架做回转运动，实现了在整车落成状态下回转特性的精确测定。但此方法不能实现对单个转向架进行回转特性测试，且测试系统得到的是转向架以及试验平台总体的回转特性曲线，若要得到转向架的回转特性还需与试验台的标定曲线做差，增加了测试的误差。

发明内容

本发明第一个目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种新型的转向架回转阻力测试装置，以实现直接测量单个转向架的回转阻力特性。第二个目的是提供一种基于该测试装置的回转阻力测试方法，实现将转向架固定并转动上平台模拟车体做回转运动。

为实现上述目的，本发明提供一种轨道车辆转向架回转阻力特性测定试验装置，其特征在于：包括基础平台、四个轮对固定装置、龙门架、转动轴、砝码箱、两个纵向作动器、上测力平台，轮对固定装置包括三维测力平台和卡具，卡具安装在三维测力平台的上面由两个开口对应的凹形槽体构成，三维测力平台根据转向架四个轮子的位置相应固定在基础平台上，卡具用于固定转向架的轮对，三维测力平台用于测定轮对的轴重，龙门架固定在基础平台上方，龙门架的横梁中心连接转动轴，转动轴下端连接砝码箱，砝码箱的下端装有两个上测力平台，用于测量转向架回转运动过程中的回转力，两个纵向作动器固定在砝码箱侧面。

一种轨道车辆转向架回转阻力特性测定试验方法，其特征在于包括下列步骤：

1、将转向架推入基础平台上，并通过轮对固定装置将转向架固定；

2、根据被试转向架的高度调整龙门架横梁的高度，使砝码箱能够落在转向架的摇枕上，将上测力平台与转向架摇枕连接固定；

3.在砝码箱中施加不同重量的砝码，通过三维测力平台读取每对车轮的轴重，使其满足不同车载状态下的轴重值，从而模拟不同的车辆载重状态；

4.通过液压伺服控制系统驱动两个纵向作动器交错运动，带动砝码箱模拟车体以转动轴为中心旋转运动，启动作动器，设定参数，三角波形式连续加载，两作动器间相位相差180度，按照试验大纲要求设定回转角度、回转速度，分析不同转动角度、不同转动速度对回转阻力系数的影响；

5.试验测试过程中，上测力平台实时测量转向架回转阻力大小，位移传感器布置在砝码箱的两端G处两点，实时测量砝码箱上G处两点纵向运动的位移值，三维测力平台实时测量旋转过程中转向架的各车轮输出的力值，计算实时轴重F=m*a，根据实际需要选择合适的采样频率，保证上测力平台、三维测力平台与位移传感器的采样频率相同，同时，测量出两个三维测力平台之间的距离，以求得回转阻力矩，测量出两个传感器测点之间的距离，以保证准确的计算出平台的回转角度；

6.试验数据处理时，应参照EN14363标准中回转阻力系数计算公式来计算回转阻力系数，并绘制回转角度-阻力矩磁滞回归线。

对装备空气弹簧设备的地铁车辆，试验测试时应配备高度阀，使其气囊及通风管路的正常工作，保证在整个测试过程中空簧始终处于完全正常状态，通过调节高度阀控制从转向架的上表面到轮轨之间的高度位来模拟空簧正常充气、失气和过充三种状态，考察空气簧对回转阻力系数的影响，并在测试前后对空簧进行支撑能力测试，要求车体在试验所需的时间内下降距离不超过5mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明将上测力平台上的三维测力传感器直接放在转向架与砝码箱之间，转向架固定不动，以砝码箱模拟车体，通过作动器驱动砝码箱模拟车体的回转运动，并模拟不同车辆载荷、不同空簧状态下的回转特性测定，能够直接测量转向架各方向受力情况，通过力传感器的输出值直接计算转向架回转阻力矩。该试验更加接近实际运行的状态，实现了对单个转向架进行回转特性测定试验，克服了多级力值传递带来的测量误差，试验精度有了很大提高，试验装置简单有效，制造成本低。

附图说明

图1是本发明所述的回转阻力测试系统转向架落成试验效果简图；

图2是本发明所述的回转阻力测试装置结构爆炸图；

图3 是本发明所述的旋转部分轴测图；

图4 是本发明轮对固定装置轴测安装图；

图5是空簧正常0.2°/s回转阻力矩与回转角度的关系曲线；

图6是空簧正常1°/s回转阻力矩与回转角度的关系曲线；

图7是空簧失气0.2°/s回转阻力矩与回转角度的关系曲线。

图中：I- 基础平台，II- 被试转向架 ，A-龙门架，B-中心轴， C-砝码箱 ，D-上测力平台，E-纵向作动器 ，F-轮对固定装置，G-位移传感器测量位置， 1-上轴承，2-下轴承，3-横梁，4-侧立柱，5-连接立柱，6-三维测力平台，7-卡具，8-轮对。

具体实施方式

下面结合附图和实施方案对本发明作进一步说明。

如图1-2所示，本发明所述的试验装置包括基础平台I、四个轮对固定装置F、龙门架A、转动轴B、砝码箱C、两个纵向作动器E、上测力平台D，轮对固定装置包括三维测力平台6和卡具7，卡具安装在三维测力平台的上面由两个开口对应的凹形槽体构成，三维测力平台根据转向架四个轮子的位置相应固定在基础平台上，卡具用于固定转向架的轮对，三维测力平台用于测定轮对的轴重，龙门架固定在基础平台上方，龙门架的横梁中心连接转动轴B，转动轴B下端连接砝码箱C，砝码箱C的下端装有两个上测力平台D，用于测量被试转向架II回转运动过程中的回转力，两个纵向作动器E固定在砝码箱C侧面。

如图3所示，龙门架A、中心轴B和砝码箱C共同组成可绕轴转动的旋转系统。龙门架A由侧立柱4、连接立柱5和高度可调的横梁3组成，其中横梁3与连接立柱5通过螺栓连接在一起；转动轴B两端的滑动轴承1和2分别与横梁3和砝码箱C连接，从而实现砝码箱的绕轴运动；砝码箱C可装载不同重量的砝码模拟车体的载重。在砝码箱C的下端装有上测力平台D，通过螺栓与砝码箱连接在一起。两个纵向作动器E一端通过螺栓连接在砝码箱C上，纵向作动器E另一端定在预埋在基础中的铸铁平台或地轨上，通过两纵向作动器的交错伸缩运动实现砝码箱绕中心轴做回转运动，模拟车体的回转。

如图4所示，轮对固定装置中的三维测力平台6通过T型螺栓安装在基础平台I上，基础平台I上共装有四个三维测力平台，分布在转向架四个车轮的下方，用于测量转向架的轴重；在三维测力平台6上安装卡具7，通过两个卡具7在轮子的两侧卡紧轮子，保证回转过程中转向架固定不动，卡具底座可根据不同车型来调整位置并固定。

使用上述回转阻力测试装置，结合具体试验说明本发明的回转阻力测试方法的具体实施过程。

试验条件：转向架采用空气弹簧，转向架轴距为2a，车辆在空车和重车状态下的轴重已知，空气弹簧在正常、过充及失气三种状态下从转向架上表面到轨面的高度值已知，回转角度及回转速度已知。

由于本试验方法是直接检测出转向架的回转阻力，不存在基础平台自身的回转阻力，所以无需考虑平台自身标定情况。

1.将四个轮对固定装置F的三维测力平台6用螺栓固定在基础平台I上，将转向架推上三维测力平台6上；通过卡具7将转向架的四个车轮固定在基础平台I上，保证回转过程中转向架固定不动；

2.龙门架的横梁的高度需根据被试转向架的高度进行调整，使砝码箱能够落在转向架的摇枕上，将上测力平台D通过螺栓与转向架摇枕连接固定；

3.将砝码加入砝码箱中，同时监控三维测力平台上的传感器输出的力值，计算实时轴重F=m*a，使其达到转向架在空车或重车状态下的轴重值；

4.由于试验车辆为装备空气弹簧设备的轨道车辆，需要通过调整高度阀使空气弹簧到达正常、过充及失气状态所需的高度值，当空簧处在正常状态时车辆应保持在标准高度下，当空簧处于失气状态时保证左右两侧空簧全部失气，当处在充气过量状态时应保证所有空簧的高度相同，在测试前后对空簧进行支撑能力测试，要求车体在试验所需的时间内下降距离不超过5mm；

5.位移传感器的测点要布置在砝码箱两端G处两点，保证两个位移传感器水平高度相同，使位移传感器能够实时测量砝码箱上G处两点沿纵向运动的距离,测量出两个传感器测点G之间的距离，以保证准确的计算出平台的回转角度，同时需测出两个上测力平台之间的距离，用来求取回转阻力矩；

6.通过液压伺服控制系统驱动两个纵向作动器交错运动，带动砝码箱车体以转动轴为中心旋转运动，启动作动器，设定参数，三角波形式连续加载，两作动器间相位相差180度，按照试验大纲要求设定回转角度、回转速度，测试过程中回转速度恒定为0.2度/秒和1度/秒；

综上所述，试验中对车辆处于空载状态和满载状态进行回转阻力测试，空气弹簧状态分为正常、失气和过充，试验按照0.2度/秒和1度/秒两个速度等级进行，试验可分12种工况如下表所示：

表1 试验工况分类表

7.具体数据处理及分析方法如下：

两个上测力平台测得的回转阻力与两个上测力平台之间的距离计算得到回转阻力矩（M=F*S）；两个位移传感器测得砝码箱上G处两点沿纵向运动的距离与两个传感器测点G之间的距离进行计算得到回转角度；从而得到回转角度与回转阻力矩的关系曲线，即回转特性曲线。

转向架回转阻力系数可用下式求出：

式中：

：转向架回转阻力系数；

：转向架回转力阻力矩，kN*m，取上测力平台实时测得的力矩值五个周期下最大值的平均值作为转向架回转阻力矩；

：转向架的平均轴重，kN，取下测力平台测得的轴重值的均值；

：转向架轴距，m，试验前已测得。

试验时应对同一工况反复进行试验，验证试验的可重复性，消除试验工装等带来的附加影响。

实施例

以380BL车为例，利用本发明所述的试验系统进行转向架回转阻力特性测定试验，测试车辆在整备状态，空气弹簧在正常状态、回转速度分别为0.2°/s和1°/s，空气弹簧失气状态、回转速度为0.2°/s，回转角度为3.5°下回转阻力特性，并分析不同转动速度、空簧状态对回转阻力系数的影响。

参照EN14363的规定，在0.2°/sec回转速度条件下，车辆在正常运行状态下的回转阻力系数应，在空气弹簧过充状态及矢气状态下的回转阻力系数应。

按照上述具体实施过程，将转向架推上试验平台，通过卡具使轮对横向和纵向固定，上平台砝码箱模拟车辆整备条件下对转向架施加的压力，并测量两个上测力平台之间的中心距离，做好前期试验工作。根据试验要求试验按如下三个工况进行：

1.调整高度阀使空气弹簧到达正常状态所需的高度值；在砝码箱两端G处两点布置位移传感器，并测量出两个传感器测点G之间的距离；利用液压伺服控制系统驱动两个纵向作动器伸缩运动实现砝码箱对转向架做回转加载，设定回转角度为3.5°、回转速度为0.2°/s；试验重复三次，每次试验采集五个周期的数据，试验后检查转向架上表面距离地面的高度，确保在测试过程中空簧没有发生明显漏气。

2.调整高度阀使空气弹簧到达正常状态所需的高度值；在砝码箱两端G处两点布置位移传感器，并测量出两个传感器测点G之间的距离；利用液压伺服控制系统驱动两个纵向作动器伸缩运动实现砝码箱对转向架做回转加载，设定回转角度为3.5°、回转速度为1°/s；试验重复三次，每次试验采集五个周期的数据，试验后检查转向架上表面距离地面的高度，确保在测试过程中空簧没有发生明显漏气。

3.调整高度阀使空气弹簧到达失气状态所需的高度值；在砝码箱两端G处两点布置位移传感器，并测量出两个传感器测点G之间的距离；利用液压伺服控制系统驱动两个纵向作动器伸缩运动实现砝码箱对转向架做回转加载，设定回转角度为3.5°、回转速度为0.2°/s；试验重复三次，每次试验采集五个周期的数据，试验后检查转向架上表面距离地面的高度，确保在测试过程中空簧没有发生明显漏气。

通过以上工况测试得到的上测力平台、位移传感器以及三维测力平台的数据，经过上述数据处理和分析可以得到回转阻力矩与回转角度的关系曲线及回转阻力系数，试验结果如图5、图6、图7，图5是空簧正常状态，回转速度为0.2°/s得到的回转阻力矩与回转角度的关系曲线，图6是空簧正常状态，回转速度为1°/s得到的回转阻力矩与回转角度的关系曲线，图7是空簧失气状态，回转速度为0.2°/s得到的回转阻力矩与回转角度的关系曲线，其中横坐标为回转角度，单位为度，纵坐标为回转力矩，单位为NM，中间的直线为回转阻力矩与回转角度的拟合直线。从图5、图6可知，转动速度越快，回转阻力矩越大；从图5、图7可知，空簧失气状态下曲线分布与空簧正常状下差异较大，空簧在失气状态下回转力矩与回转角度的关系曲线迟滞特性更明显，且空簧失气状态下曲线通过性能较差，安全性指标较低。

表2 回转阻力系数测试结果

由试验结果可知，转向架在以上三种工况下都满足标准EN14363对回转阻力系数的要求。同时，转向架在空簧失气状态下回转阻力系数小于转向架在空簧正常状态下回转阻力系数，转向架回转阻力系数随回转速度变大而增大。

Claims (3)

1.一种轨道车辆转向架回转阻力特性测定试验装置，其特征在于：包括基础平台、四个轮对固定装置、龙门架、转动轴、砝码箱、两个纵向作动器、上测力平台，轮对固定装置包括三维测力平台和卡具，卡具安装在三维测力平台的上面由两个开口对应的凹形槽体构成，三维测力平台根据转向架四个轮子的位置相应固定在基础平台上，卡具用于固定转向架的轮对，三维测力平台用于测定轮对的轴重，龙门架固定在基础平台上方，龙门架的横梁中心连接转动轴，转动轴下端连接砝码箱，砝码箱的下端装有两个上测力平台，用于测量转向架回转运动过程中的回转力，两个纵向作动器固定在砝码箱侧面。

2.根据权利要求1所述装置的试验方法，其特征在于包括下列步骤：

（1）将转向架推入基础平台上，并通过轮对固定装置将转向架固定；

（2）根据被试转向架的高度调整龙门架横梁的高度，使砝码箱能够落在转向架的摇枕上，将上测力平台与转向架摇枕连接固定；

（3）在砝码箱中施加不同重量的砝码，通过三维测力平台读取每对车轮的轴重，使其满足不同车载状态下的轴重值，从而模拟不同的车辆载重状态；

（4）通过液压伺服控制系统驱动两个纵向作动器交错运动，带动砝码箱模拟车体以转动轴为中心旋转运动，启动作动器，设定参数，三角波形式连续加载，两作动器间相位相差180度，按照试验大纲要求设定回转角度、回转速度，分析不同转动角度、不同转动速度对回转阻力系数的影响；

（5）试验测试过程中，上测力平台实时测量转向架回转阻力大小，位移传感器布置在砝码箱的两端G处两点，实时测量砝码箱上G处两点纵向运动的位移值，三维测力平台实时测量旋转过程中转向架的各车轮输出的力值，计算实时轴重F=m*a，根据实际需要选择合适的采样频率，保证上测力平台、三维测力平台与位移传感器的采样频率相同，同时，测量出两个三维测力平台之间的距离，以求得回转阻力矩，测量出两个传感器测点之间的距离，以保证准确的计算出平台的回转角度；

（6）试验数据处理时，参照EN14363标准中回转阻力系数计算公式来计算回转阻力系数，并绘制回转角度-阻力矩磁滞回归线。

3.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：对装备空气弹簧设备的地铁车辆，试验测试时应配备高度阀，使其气囊及通风管路的正常工作，保证在整个测试过程中空簧始终处于完全正常状态，通过调节高度阀控制从转向架的上表面到轮轨之间的高度位来模拟空簧正常充气、失气和过充三种状态，考察空气簧对回转阻力系数的影响，并在测试前后对空簧进行支撑能力测试，要求车体在试验所需的时间内下降距离不超过5mm。