CN104677624A - 车窗气压疲劳载荷试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车窗气压疲劳载荷试验方法及装置。该装置包括：试件密封腔，用以固定并密封试件；驱动机构，用以输出往复直线运动；活塞机构，能够在驱动机构的驱动下作往复直线运动而改变所述密封腔内的气压；驱动机构，至少用以驱动所述活塞机构作往复直线运动；监测装置，至少用以实时监测所述密封腔内的气压；至少与所述驱动机构和监测装置连接的控制系统。本发明装置具有结构简单、成本低，装配方便、控制稳定等特点，且操作简单，能高效的实现标准化动车组车窗及车门的正负压力疲劳载荷试验。

Description

车窗气压疲劳载荷试验方法及装置

技术领域

本发明特别涉及一种气压疲劳载荷试验设备，主要运用于标准化动车组车窗或者车门的气压疲劳载荷试验中，用以完成考核产品的疲劳性能，其加载频率在0.5至6Hz之间，压力在±8kpa以内，次数在120万次以上。

背景技术

列车交汇或通过隧道时会产生空气压力波(膨胀波和压缩波)，该压力使车内外形成压差并随着列车运行持续不断发生，对列车车体产生较大冲击，列车的整个行驶寿命中要承受百万多次空气压力波的冲击，而列车行驶速度越高，产生的空气压力波也越大。在实际行驶过程中会出现车窗玻璃上的裂纹，车窗型材的断裂。所以需要在装车前对车窗或者车窗进行疲劳试验。

目前国内通用的交变气压载荷装置都是以风机实现的，这种试验装置的优点是量级任意调节，压力峰值很高，精度较高，操作设置方便。但是试验装置的核心部件是伺服电机和控制系统，其中伺服电机的造价较高，增加了试验成本，控制系统前期研发周期也较长，其次，此试验装置在6Hz以上运行时，腔内的温度太高，对玻璃产生了很大的影响，需要在冷却系统投入较高的成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种简单、快捷、高效的车窗气压疲劳载荷试验装置，其在满足标准化动车组车窗试验条件的同时，使得整个试验在实施的过程中更加便捷，大幅度降低的试验成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种车窗气压疲劳载荷试验装置，其包括：

试件密封腔，用以固定并密封试件；

驱动机构，用以输出往复直线运动；

活塞机构，能够在驱动机构的驱动下作往复直线运动而改变所述密封腔内的气压；

驱动机构，至少用以驱动所述活塞机构作往复直线运动；

监测装置，至少用以实时监测所述密封腔内的气压；

控制系统，至少用以依据监测装置传输的监测信号而发出指令并调整驱动机构的行程、频率、压力中的任一种或两种以上工作参数，从而调节所述密封腔的气压至设定值。

进一步的，所述活塞机构包括套筒和能于所述套筒内自由滑动的活塞，所述套筒安装于所述密封腔一侧开设的槽孔内并与所述密封腔连通，所述试件嵌设于所述密封腔另一侧的腔内。

进一步的，所述试件密封腔经固定支架与地基固定连接。

优选的，所述密封腔与所述固定支架一体设置。

进一步的，所述驱动机构包括但不限于伸缩驱动机构，例如气动伸缩驱动机构、液压伸缩驱动机构、电致伸缩驱动机构或磁致伸缩驱动机构，但不限于此。

优选的，所述驱动机构采用液压伸缩驱动机构。

进一步的，所述液压伸缩驱动机构包括固定设置在加载支架上的液压作动器及阀控制单元。

进一步的，所述车窗气压疲劳载荷试验装置还包括能源系统，所述能源系统包括能够为所述液压伸缩驱动机构提供稳定压力与流量的液压源，所述能源系统与所述控制系统连接。

优选的，所述活塞机构与所述驱动机构同轴设置。

进一步的，所述活塞机构包括套筒和能于所述套筒内自由滑动的活塞，所述套筒与所述密封腔连通。

进一步的，所述活塞机构还包括安装在所述套筒上的限位装置，用以将所述活塞的行程限制于设定范围内。

进一步的，所述活塞机构经传动机构与所述驱动机构连接，所述传动机构包含万向轴承。

进一步的，所述车窗气压疲劳载荷试验装置还包括补偿装置，用以调节所述密封腔内实际峰值压力与设定压力的偏差，所述补偿装置包含安装于所述密封腔上的调压阀，所述调压阀与气泵连接。

本发明还提供了一种车窗气压疲劳载荷试验方法，包括：

提供所述的车窗气压疲劳载荷试验装置；

将试件密封安装于所述试件密封腔内，并以驱动机构驱使活塞机构作往复直线运动，从而改变所述密封腔内的气压；

以监测装置实时监测所述密封腔内的气压，

以及，依据监测装置的监测信号，通过控制系统实时调整驱动机构的行程、频率、压力中的任一种或两种以上工作参数，从而调节所述密封腔的气压至设定值。

藉由前述设计，使得本发明较之现有技术至少具有如下优点：

(1)本发明提供的车窗气压疲劳载荷试验装置结构简单、控制方便、易于安装维护，不但满足了试验要求，而且大幅度降低的试验成本；

(2)本发明优选利用液压系统使作动器往复运动，作动器通过万向轴承连接到活塞上，从而驱动活塞在套筒内进行往复运行，进而压缩、抽拉密封腔内的空气，在使密封腔内体积发生变化的同时，压强也发生交替的变化，故可以通过调节作动器的行程和频率来实现车窗密封腔的正负压强变化；

(3)本发明优选采用比例开环式的控制方式，系统流量在120L/min左右，额定压力在21Mpa左右，并采用双出杆式的液压作动器，其中作动器的行程和切换频率由波形发生器进行控制，例如，在波形发生器中输入设定的波形(正弦波、三角波、方波等)，即可通过电压信号驱动比例阀，从而控制液压缸的动作，又及，系统优选采用电子比例式调压，根据设定程序自由改变作动器的推力大小，并采用蓄能器吸收加载过程中的冲击；

(4)本发明优选采用了万向轴承连接活塞机构和驱动机构，可有效消除活塞机构和驱动机构中心轴在安装时的不同心问题，同时有效的避免了在往复动作中的卡死问题，简单而有效；

(5)本发明还可以根据压力峰值的大小进行补偿，保证压力控制在容差范围内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的结构特征和技术要点，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

图1为本发明一典型实施例中一种车窗气压疲劳载荷试验装置的原理图；

图2为本发明一典型实施例中一种车窗气压疲劳载荷试验装置的立体图；

图3为本发明一典型实施例中一种车窗气压疲劳载荷试验装置的主视图；

图4为本发明一典型实施例中一种车窗气压疲劳载荷试验装置的左视图；

图5为本发明一典型实施例中一种车窗气压疲劳载荷试验装置的右视图；

附图标记说明：试件密封腔1、固定支架2、压板3、液压作动器4、活塞机构5、活塞51、套筒52、万向轴承6、压力传感器7、调压阀8、加载支架9、位移传感器10、应变花11、试件12、地基13、能源系统14。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，在本发明的一典型实施例中，一种车窗气压疲劳载荷试验装置包括试件密封腔、能源系统、固定支架、驱动机构、传动机构、活塞机构、检测系统、控制系统、补偿系统组成。

进一步的，请继续参阅图1-图5，该车窗气压疲劳载荷试验装置包括：

试件密封腔1，用以固定并密封试件12；

固定支架2，用以固定所述密封腔等；

能源系统，用以提供稳定的压力源；

驱动机构，用以输出往复直线运动；

活塞机构5，通过所述驱动机构输出的往复直线运动以改变密封腔内的气压；

传动机构，用以连接驱动机构与活塞机构，自由补偿两者在对中安装上的偏心误差；

监测装置，用以实时监测密封腔内气体的压力值；

控制系统，用以控制驱动机构的行程、频率、压力，根据检测装置调节密封腔的气体压力值；

以及，补偿装置，用以调节所述密封腔内的实际峰值压力与设定压力的偏差。

进一步的，所述试件密封腔包括一个外部满焊的腔体，试验件的铝型材能完全嵌入一侧腔内，试验件与密封腔表面打胶，并采用压板3压紧，密封腔的另一侧开槽，用以安装活塞机构，密封腔通过安装角和地基13相连。

进一步的，所述固定支架2为组装式通用工装，支架横梁上采用均布的腰型孔，可以根据不同安装位置自由调整装配。固定支架和密封腔连接成一个整体，加强自身稳定性的同时，也提高了密封腔的刚度。

进一步的，所述能源系统14为可提供稳定压力与流量的液压源，其中压力和流量均可通过电信号无极调控，并配有蓄能装置(图中未示出)，以减小运动中的冲击。

进一步的，所述驱动机构优选采用液压伸缩驱动机构，其包括固定设置在加载支架9上的液压作动器4及阀控制控制单元(图中未示出)。其中液压作动器优选采用小缸径低摩擦的双出杆型，更有利于系统控制。

进一步的，所述活塞机构采用了相应的配合标准，保证活塞51在套筒52内顺畅的滑动，同时采用了双层密封圈和中间导向带(图中未示出)，保证了活塞运动过程中的气密性。

进一步的，所述活塞机构的密封性能由规定的加工精度保证，并且优选的，所述套筒最内侧包含一个限位装置(图中未示出)，防止活塞伸出过长破坏试验件。

进一步的，所述传动机构包含一组万向轴承6和两端连接法兰，通过运动过程中万向轴承自身的转动，消除活塞机构和驱动机构中心轴在安装时的不同心问题，同时有效的避免了在往复动作中的卡死问题。

进一步的，所述监测装置包含一个压力传感器7，其安装位置靠近活塞机构，其压力曲线实时记录显示在数据采集装置界面(图中未示出)中，数据采集系统能显示出的压力曲线的统计参数。

进一步的，所述控制系统可包含一个信号发生器和阀控系统(图中未示出)，通过向阀控系统内输入给定的频率、压力、流量型号，控制阀的切换与开度，从而驱动所述的驱动机构动作。

进一步的，所述补偿装置包含一个调压阀8，当压力峰值低于设定值时进行加压补偿，当压力峰值高于设定值时进行泄压。调压阀外端连接一个精密压力表和气泵(图中未示出)。

该车窗气压疲劳载荷试验装置的具体安装调试步骤如下：

(1)将试验件嵌入密封腔内，在试验件与密封腔接触面间涂抹规定的密封胶；并用压板将试验件的铝型材压紧；

(2)将活塞机构安装到密封腔的另一侧，固定好密封圈，套筒内涂润滑油，保证活塞在套筒内自由滑动；

(3)将密封腔固定到地基上，组装支架，并将驱动机构安装到加载支架上，加载支架与地基固定；

(4)调节加载支架横梁位置，使液压作动器与活塞的中心基本在同一轴线上；

(5)安装传动机构，连接活塞机构和驱动机构，将支架和密封腔紧固；

(6)安装压力传感器、位移传感器10、应变花11，接通数据采集装置，检测信号是否正常；

(7)开启能源系统14，调节泵压压力；

(8)开启控制系统，给定一定调试信号，检测传感器及系统状态是否正常；

(9)开始小量级试验，观察试验件状态；

(10)逐步提升量级，至正式试验。

以下再结合理论计算，对本发明的实施例作再进一步的说明。

一般来说，车窗的尺寸在850*1600mm之间，厚度不等。装好车窗后密封腔的气体体积在64L左右，活塞的直径为500mm。则根据波以耳定律，定温定量的气体，其压力与体积的关系如下：

PV＝nRT

式中，P表示理想气体的压强；V表示理想气体的体积；n表示气体物质的量；

T表示理想气体的热力学温度；R表示理想气体常数。

则对于正压情况：

$\frac{P_0+P_{\mathrm{\Δ}}}{P_0}=\frac{V_0}{V_0-V_{\mathrm{\Δ}}};V_{\mathrm{\Δ}}=\frac{P_{\mathrm{\Δ}}}{P_0+P_{\mathrm{\Δ}}}{V}_0;$

则对于负压情况：

$\frac{P_0+P_{\mathrm{\Δ}}}{P_0}=\frac{V_0}{V_0-V_{\mathrm{\Δ}}};V_{\mathrm{\Δ}}=\frac{P_{\mathrm{\Δ}}}{P_0+P_{\mathrm{\Δ}}}{V}_0$

式中，P₀表示大气压强10⁵pa；V₀表示密封腔的气体初始体积；

P_Δ表示试验要求的压力变化量；V_Δ表示密封腔的气体体积变化量。

如果试验要求±4.5kpa，则理论上活塞的压缩量L1＝14.1mm，活塞的伸长量为L2＝15.4mm；如果试验要求±6kpa，则理论上活塞的压缩量L1’＝18.6mm，活塞的伸长量为L2’＝20.9mm。

为了满足试验的正负压力值，活塞必须在规定的频率内达到规定的行程值，活塞的控制由泵站的压力和比例阀的开度以及切换频率控制。系统压力越高，活塞的行程越大；比例阀的开度越大，活塞的行程越大；比例阀的切换频率即为活塞的运动频率。

在本实施例中，油源为120L/min左右，压力为21Mpa左右，作动器采用的是内径40mm左右的液压缸，在1.5Hz的频率下，行程能达到±84mm。所以行程远满足试验要求。试验中可能存在正负压力不对称的情况，此时通过一个调压阀实现压力的补偿平衡作用，调压阀一端连接密封腔，一端连接气泵或者真空泵，当负压较小时，启动真空泵，调节调压阀按钮，即可将压力调至平衡位置；当正压较小时，启动气泵，调节调压阀按钮，即可将压力调至平衡位置。

对于试验的密封腔较大时，即对于车门的疲劳试验时，可增大活塞的面积，这样单位行程的体积变化量增大，即可满足指标。由于活塞面积增大，导致作动器的推力相应增大，此时需要增加泵的工作压力。

综上所述，本发明的摆动疲劳试验装置具有结构简单、成本低，安装方便等特点。采用液压系统使作动器往复运动，作动器通过万向轴承连接到活塞上，从而驱动活塞在套筒内进行往复运行，进而压缩、抽拉密封腔内的空气，密封腔内体积发生变化的同时，压强也发生交替的变化，故可以通过调节作动器的行程和频率来实现车窗密封腔的正负压强变化。在此过程中，采用了一个万向轴承解决了活塞机构和驱动机构中心轴在安装时的不同心问题。活塞与活塞套筒采用间隙配合，并安装导向带和密封圈，保证活塞在套筒内自由的运动并在试验要求压力内不漏气。可以根据实际的压力大小，修改活塞的尺寸，活塞越大，试验的压力值就越大。并且采用了一个补偿装置，根据压力峰值的大小进行补偿，保证压力控制在容差范围内。

应当理解，上述具体实施方式仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上所述内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于包括：

试件密封腔，用以固定并密封试件；

驱动机构，用以输出往复直线运动；

活塞机构，能够在驱动机构的驱动下作往复直线运动而改变所述密封腔内的气压；

驱动机构，至少用以驱动所述活塞机构作往复直线运动；

监测装置，至少用以实时监测所述密封腔内的气压；

控制系统，至少用以依据监测装置传输的监测信号而发出指令并调整驱动机构的行程、频率、压力中的任一种或两种以上工作参数，从而调节所述密封腔的气压至设定值。

2.根据权利要求1所述的车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于所述活塞机构包括套筒和能于所述套筒内自由滑动的活塞，所述套筒安装于所述密封腔一侧开设的槽孔内并与所述密封腔连通，所述试件嵌设于所述密封腔另一侧的腔内。

3.根据权利要求1所述的车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于所述试件密封腔经固定支架与地基固定连接。

4.根据权利要求1所述的车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于所述驱动机构包括伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构包括：气动伸缩驱动机构、液压伸缩驱动机构、电致伸缩驱动机构或磁致伸缩驱动机构。

5.根据权利要求1或4所述的车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于所述驱动机构采用液压伸缩驱动机构，所述液压伸缩驱动机构包括固定设置在加载支架上的液压作动器及阀控制单元。

6.根据权利要求5所述的车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于还包括能源系统，所述能源系统包括能够为所述液压伸缩驱动机构提供稳定压力与流量的液压源，所述能源系统与所述控制系统连接。

7.根据权利要求2所述的摆动疲劳试验装置，其特征在于所述活塞机构还包括安装在所述套筒上的限位装置，用以将所述活塞的行程限制于设定范围内。

8.根据权利要求1所述的车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于所述活塞机构经传动机构与所述驱动机构连接，所述传动机构包含万向轴承。

9.根据权利要求1所述的车窗气压疲劳载荷试验装置，其特征在于还包括补偿装置，用以调节所述密封腔内实际峰值压力与设定压力的偏差，所述补偿装置包含安装于所述密封腔上的调压阀，所述调压阀与气泵连接。

10.一种车窗气压疲劳载荷试验方法，其特征在于包括：

提供权利要求1-9中任一项所述的车窗气压疲劳载荷试验装置；

将试件密封安装于所述试件密封腔内，并以驱动机构驱使活塞机构作往复直线运动，从而改变所述密封腔内的气压；

以监测装置实时监测所述密封腔内的气压，

以及，依据监测装置的监测信号，通过控制系统实时调整驱动机构的行程、频率、压力中的任一种或两种以上工作参数，从而调节所述密封腔的气压至设定值。