CN104806587B - 一种用于客车铰接系统的试验装置及其控制方法 - Google Patents

一种用于客车铰接系统的试验装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于客车铰接系统的试验装置及其控制方法，由转弯平台、俯仰平台、固定平台及扭转油缸、俯仰油缸、转弯油缸等组成，此机械机构实现了客车铰接系统转弯、扭转、俯仰三个运动的完成解耦控制。工业控制计算机软件设定铰接系统的各种运动规律和控制参数，由液压比例系统控制三个油缸的伸缩，通过控制三个油缸的各种复合运动模拟铰接系统的各种工况，验证铰接系统的功能和性能。这种方案综合运用了机械机构、液压传动和控制、电气控制、计算机测控等先进技术，自动实现了客车铰接系统的各种试验方案。

Description

一种用于客车铰接系统的试验装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及铰接系统的测试领域，具体涉及一种用于客车铰接系统的试验装置及其控制方法。
背景技术
客车铰接系统是用来连接铰接客车的两个刚性车厢体，使两个车厢相连通，乘客可在其间走动。客车铰接系统研制样机及产品出厂时要在试验装置上模拟铰接系统在车辆运行中的实际工况，对其同时施加转弯、扭转、俯仰运动所需的外力，使铰接系统按车辆在转弯、爬坡、颠簸时的工况运行，进行测试试验、破坏性试验和耐久性试验，测试其运行时的各项功能和技术指标，判定是否达到了设计要求。
现有的客车铰接系统试验装置或电机驱动或是液压驱动，但都不能同时实现转弯、扭转和俯仰三个运动的单独或组合的解耦控制，一个驱动机构动作，转弯、扭转和俯仰三个运动可能同时运动，而且每个运动载荷和运行参数不可控，不能模拟客车铰接系统的各种工况。在现有试验装置上试验通过的铰接系统，装到客车上正常行驶，还有不少产品实现不了正常的运动，车箱不平稳，颠簸严重，甚至铰接系统损坏。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于客车铰接系统的试验装置及其控制方法，通过油缸控制俯仰、转弯和扭转三个方向的运动，测试铰接系统的各个性能参数。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于客车铰接系统的试验装置，包括固定机构，其特征在于，包括俯仰机构、转弯机构和扭转机构；
所述固定机构包括固定平台、铰接在所述固定平台上的水平放置架和固定在所述固定平台上的固定支架；
所述俯仰机构包括俯仰平台、俯仰限位立板和俯仰控制机构；所述俯仰平台两端向上弯折，一端通过扭转轴穿过俯仰限位立板，另一端连接俯仰控制机构；所述俯仰平台底部包括一个固定平台，该固定平台端部有一个与所述水平放置架相适配的卡槽；所述俯仰控制机构控制俯仰平台以俯仰中心L1为轴转动；俯仰轴后端安装有俯仰角度传感器；
所述转弯机构包括转弯平台、转弯限位器和转弯控制机构；所述转弯平台一端向上凸起，另一端通过转弯轴与俯仰平台连接，凸起的一端上设置有一个台阶结构；转弯平台的底部安装有若干万向轮，所述转弯平台通过万向轮与所述俯仰平台上表面接触；所述转弯控制机构连接转弯平台，控制转弯平台以转动中心L2为轴转动；转弯轴下端安装有转弯角度传感器；
所述扭转机构包括扭转支架、扭转轴和扭转控制机构；所述扭转支架套装在所述扭转轴上，所述扭转控制机构连接扭转支架，控制扭转支架以扭转中心L3为轴转动；扭转轴后端安装有扭转角度传感器；
通过各个控制机构，可以控制安置在试验装置上的待测铰接系统装置在俯仰方向、转弯方向和扭转方向运动，转轴上的传感器可以检测到此时待测的铰接装置在这三个方向上的运动数据，并实时反馈到工业控制计算机中。
进一步的，所述俯仰控制机构、所述转弯控制机构和所述扭转控制机构均为油缸；所述油缸均为液压控制；油缸可以通过伸缩控制相应的机构在一定范围内的运动，从而达到测试目的。
其中，所述俯仰控制机构的油缸下端铰接在固定平台上，活动端铰接俯仰平台；所述转弯控制机构的油缸一端铰接在俯仰平台上，活动端铰接转弯平台；所述扭转控制机构的油缸下端与俯仰平台铰接，活动端铰接扭转支架。
进一步的，水平放置架连接一个交接在固定平台上的停放油缸。
进一步的，包括一组限位机构，所述限位机构包括俯仰限位立板、转弯限位器和扭转限位杆。限位机构可以根据实际情况，通过调节限位装置的位置，达到控制运动范围的目的。
进一步的，俯仰限位立板上有俯仰限位孔，所述限位孔上下分别设置有限位调节螺栓。
进一步的，转弯限位器包括两个转弯限位挡块、，位于俯仰平台上表面，对称分布在转动中心两侧。
进一步的，扭转轴伸出俯仰限位立板的一端铰接有扭转限位杆，所述扭转限位杆上安装有两个扭转限位调节螺栓。
进一步的，限位机构均设置有限位行程开关。
一种用于客车铰接系统的试验装置的控制方法，其特征在于，包括电动机、液压泵、油箱、溢流阀、高压过滤器、蓄能器、换向阀、三位四通换向阀、液控单向阀和比例换向阀；
该方法包括以下步骤：开启电动机带动液压泵转动，液压泵从油箱中吸油，调节溢流阀的压力，使之达到试验驱动所需的最大压力，液压泵输出的液压油经过高压过滤器后供给各液压缸回路，蓄能器能减少系统压力的脉动；此时，三位四通换向阀电磁铁得电，给俯仰平台水平停放油缸活塞腔供液，把俯仰平台水平放置架推离俯仰平台解除支撑；让两位三通换向阀的电磁铁得电，打开液控单向阀的反向油路；给三个比例换向阀加一定规律的电流信号，其输出油液将驱动相应的油缸伸缩，进而带动连接各个油缸的机构转动。
有益效果：本发明能够实现俯仰、转弯和扭转三个方向的完全解耦控制，通过油缸可以控制每个机构的运动，具有试验方案的运动控制规律和参数修改方便、控制精度、试验操作方便等优点。
附图说明
图1为试验装置正视示意图
图2为试验装置俯视示意图
图3为试验装置液压控制系统原理图
图4为计算机检测控制系统硬件配置示意图
图中：1-扭转限位杆、2-扭转轴、3-俯仰上限位调节螺栓、4-俯仰限位立板、5-俯仰下限位调节螺栓、6-扭转油缸、7-被试铰接系统、8-俯仰平台、9-转弯角度传感器、10-转弯平台、11-俯仰油缸、12-俯仰平台水平放置架、13-俯仰平台水平停放油缸、14-固定平台、15-右转弯限位挡块、16-转弯轴、17-俯仰轴、18-俯仰角度传感器、19-固定支架、20-扭转角度传感器、21-扭转限位调节螺栓、22-转弯油缸、23-左转弯限位挡块、24-扭转支架；
L1-俯仰中心、L2-转动中心、L3-扭转中心；
2-1-空气滤清器、2-2-液位计、2-3-回油过滤器、2-4-温度计、2-5-比例溢流阀、2-6-液压泵、2-7-电动机、2-8-压力表、2-9-高压过滤器、2-10-单向阀、2-11-蓄能器、2-12-油箱、2-13-比例换向阀、2-14-两位三通换向阀、2-15-液控单向阀、2-16-压力传感器、2-17-三位四通换向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和2所示，一种用于客车铰接系统的试验装置，包括固定机构，其特征在于，包括俯仰机构、转弯机构和扭转机构；
所述固定机构包括固定平台14、铰接在所述固定平台上的水平放置架12和固定在所述固定平台上的固定支架19；
所述俯仰机构包括俯仰平台8、俯仰限位立板4和俯仰控制机构11；所述俯仰平台8两端向上折弯，一端通过扭转轴2连接俯仰限位立板4，另一端连接俯仰控制机构；所述俯仰平台8底部包括一个固定平台，该固定平台端部有一个与所述水平放置架12相适配的卡槽；所述俯仰控制机构控制俯仰平台以俯仰中心L1为轴转动；俯仰轴后端安装有俯仰角度传感器；
所述转弯机构包括转弯平台10、转弯限位器和转弯控制机构22；所述转弯平台10一端向上凸起，另一端通过可转动的轴与俯仰平台8连接，凸起的一端上设置有一个台阶结构；转弯平台的底部安装有若干万向轮，所述转弯平台10通过万向轮与所述俯仰平台8上表面接触；所述转弯控制机构连接转弯平台10，控制转弯平台10以转动中心L2为轴转动；转弯轴下端安装有转弯角度传感器；
所述扭转机构包括扭转支架24、和扭转控制机构6；所述扭转支架套装在所述扭转轴2上，所述扭转控制机构6连接扭转支架24，控制扭转支架24以扭转中心L3为轴转动；扭转轴后端安装有扭转角度传感器。
所述俯仰控制机构、所述转弯控制机构和所述扭转控制机构均为油缸；所述油缸均为液压控制；
其中，所述俯仰控制机构的油缸下端铰接在固定平台14上，活动端铰接俯仰平台；所述转弯控制机构的油缸一端铰接在俯仰平台上，活动端铰接转弯平台；所述扭转控制机构的油缸下端与俯仰平台铰接，活动端铰接扭转支架。
水平放置架12连接一个交接在固定平台上的俯仰平台水平停放油缸13。
一组限位机构，所述限位机构包括俯仰限位立板4、转弯限位器和扭转限位杆1。
俯仰限位立板4上有俯仰限位孔，所述限位孔上下分别设置有限位调节螺栓3、5。
转弯限位器包括两个转弯限位挡块15、23，位于俯仰平台8上表面，对称分布在转动中心L2两侧。
扭转轴2伸出俯仰限位立板的一端铰接有扭转限位杆1，所述扭转限位杆1上安装有两个扭转限位调节螺栓21。
限位机构均设置有限位行程开关。当转动到限位位置时，限位行程开关被压下，发出到位信号，送入工业控制计算机。
一种用于客车铰接系统的试验装置的控制方法，其特征在于，包括电动机、液压泵、油箱、溢流阀、高压过滤器、蓄能器、换向阀、三位四通换向阀、液控单向阀和比例换向阀；
该方法包括以下步骤：开启电动机带动液压泵转动，液压泵从油箱中吸油，调节比例溢流阀的压力，使之达到试验驱动所需的最大压力，液压泵输出的液压油经过高压过滤器后供给各液压缸回路，蓄能器能减少系统压力的脉动；此时，三位四通换向阀电磁铁得电，给俯仰平台水平停放油缸活塞腔供液，把俯仰平台水平放置架推离俯仰平台解除支撑；让两位三通换向阀的电磁铁得电，打开液控单向阀的反向油路；给比例换向阀加一定规律的电流信号，其输出油液将驱动相应的油缸伸缩，进而带动连接各个油缸的机构转动。
实施例：
此发明方案客车铰接系统试验装置机械机构主要由转弯平台、俯仰平台、固定平台及扭转油缸、俯仰油缸、转弯油缸等组成，此机械机构实现了客车铰接系统转弯、扭转、俯仰三个运动的完成解耦控制。工业控制计算机软件设定铰接系统的各种运动规律和控制参数，由液压比例系统控制三个油缸的伸缩，通过控制三个油缸的各种复合运动模拟铰接系统的各种工况，验证铰接系统的功能和性能。这种方案综合运用了机械机构传动、液压传动和控制、电气控制、计算机测控等先进技术，自动实现了客车铰接系统的各种试验方案。
如图1和图2所示，被试铰接系统7水平固定在转弯平台10和固定支架19上端的卡槽内，被试铰接系统7上面可固定重物等效其实际负载。
俯仰机构：俯仰平台8左端通过轴承套在扭转轴2上，右端由俯仰油缸11支撑，俯仰油缸11的铰接点通过被试铰接系统7的扭转中心L3线，俯仰油缸11下端铰接在固定平台14上。在固定平台14上铰接有俯仰平台水平停放油缸13，油缸13的杆端与俯仰平台水平放置架12相连，俯仰平台水平放置架12下端与固定平台14铰接，俯仰角度传感器18的轴与俯仰轴17固定在一起，俯仰角度传感18的外壳固定在扭转支架24上；试验装置不工作时，俯仰平台水平放置架12卡在俯仰平台8下部的槽中，支撑固定俯仰平台8。
转弯机构：转弯平台10下部有几个万向轮，转弯平台10放置在俯仰平台8的平面上，俯仰平台8上安装有右转弯限位挡块15和左转弯限位挡块23，用来限制转弯平台10的最大转角，转弯轴16安装在俯仰平台8上，与被试铰接系统7转动中心L2同轴，转弯平台10套装在转弯轴16上，转弯轴16下端安装有转弯角度传感器9，与被试铰接系统7俯仰中心L1同轴。
扭转机构：俯仰轴17上套装了扭转支架24，扭转支架24还套装在扭转轴2上，扭转轴2后端安装有扭转角度传感器20，扭转油缸6上端与扭转支架24铰接，此铰接点通过俯仰中心L1线，扭转油缸6下端与俯仰平台8铰接。
固定平台14的左端安装有俯仰限位立板4，俯仰限位立板4上有俯仰限位孔，扭转轴2穿过此俯仰限位孔，俯仰限位孔上下安装有俯仰上限位调节螺栓3和俯仰下限位调节螺栓5，用来限制俯仰运动的最大角度。扭转轴2外端还铰接扭转限位杆1，扭转运动时扭转限位杆1随扭转轴2前后摆动，俯仰运动时扭转限位杆1保持垂直状态，扭转和俯仰同时运动时，扭转限位杆1在垂直平面内运动，俯仰限位立板4上安装有两个扭转限位调节螺栓21，用来限制扭转运动的最大角度。
另外在俯仰上限位调节螺栓3、俯仰下限位调节螺栓5、右转弯限位挡块15、左转弯限位挡块23、两个扭转限位调节螺栓21处共装有6个相应的限位行程开关。
图3是试验装置液压控制系统原理图，空气滤清器2-1、液位计2-2、温度计2-4安装在油箱2-12上，电动机2-7轴与液压泵2-6轴通过联轴器相连，液压泵2-6出口串联有单向阀2-10和高压过滤器2-9，并联有压力表2-8和和比例溢流阀2-5，并联有压力表2-8和和比例溢流阀2-5，蓄能器2-11的进液口和三个比例换向阀2-13、一个三位四通换向阀2-17和两个两位三通换向阀2-14的P口并联在高压过滤器2-9后的油路中，三个比例换向阀2-13的一个工作口通过高压软管分别与扭转油缸、俯仰油缸、转弯油缸的杆腔相连，扭转油缸和俯仰油缸下腔装有液控单向阀2-15，液控单向阀2-15的进液口接在两个比例换向阀2-13的另一工作口上，两个液控单向阀2-15的控制口接两个两三通换向阀2-14的工作油口，转弯油缸的活塞腔直接连接在一个比例换向阀2-13的另一工作口上，三位四通换向阀2-17的两个工作油口分别连接在活动平台水平停放油缸的两个工作油腔。所有换向阀和比例溢流阀2-5的T口汇集在一起通过回油过滤器2-3接油箱2-12，在扭转油缸、俯仰油缸、转弯油缸的工作腔分别安装有压力传感器2-16。
图4是计算机测控系统硬件配置，主要由工业控制计算机、PCI总线A/D板、D/A板、DIO板、AI信号调理板、DI信号调理板、驱动器、继电器板、6个行程开关、3台电磁阀、3台角位移传感器、6台压力传感器、显示器、打印机等组成。D/A板信号输出送给三台比例换向阀驱动器，驱动器的电流信号送给比例换向阀线圈；压力传感器和角位移传感器电流信号经AI信号调理板变成电压信号送给A/D板；DIO板发出的DO开关信号经继电器板后控制电磁换向阀的通断；扭转、俯仰、转弯三个运动正反转到位后，压下6个行程开关，发出DI信号，经DI信号调理板变换成TTL电平信号送入DIO板。
试验前俯仰平台8下面由俯仰平台水平放置架12支撑，俯仰平台8处于水平状态，将被试铰接系统7水平放置在固定支架19和转弯平台10上部的卡槽内，并用螺栓固定，在其上放置相应的重物模拟实际载荷。为了防止被试铰接系统7在试验过程中因超行程而损坏，要根据被试铰接系统7的参数调节转弯、俯仰、转弯三个方向的限位。开启液压系统给俯仰平台水平停放油缸13活塞腔供液，把俯仰平台水平放置架12推离俯仰平台8，解除支撑。给转弯油缸22供液，转弯平台10带动被试铰接系统7绕转动中心L2转动，转动的最大角度由左转弯限位挡块23和右转弯限位挡块15所限制，当转动到最大角度时，相应的行程开关将被压下，发出转弯到位DI信号。给扭转油缸6供液，扭转油缸6带动被试铰接系统7绕扭转中心L3转动，转动的最大角度由扭转限位调节螺栓21所限制，当转动到最大角度时，相应的行程开关将被压下，发出扭转到位DI信号。给俯仰油缸11供液，俯仰油缸11将带动俯仰平台8上下摆动，进而带动被试铰接系统7绕俯仰中心L1转动，转动的最大角度由俯仰上限位调节螺栓3和俯仰下限位调节螺栓5所限制，当转动到最大角度时，相应的行程开关将被压下，发出俯仰到位DI信号。所述限位行程开关，当转动到限位位置时，限位行程开关被压下，发出到位信号，送入工业控制计算机。
在图3试验装置液压控制系统原理图中，开启电动机2-7带动液压泵2-6转动，液压泵2-6从油箱2-12中吸油，调节比例溢流阀2-5的压力，使之达到试验驱动所需的最大压力，液压泵2-6输出的液压油经过高压过滤器2-9后供给各液压缸回路，蓄能器2-11能减少系统压力的脉动。三位四通换向阀2-17电磁铁得电，给俯仰平台水平停放油缸活塞腔供液，把俯仰平台水平放置架推离俯仰平台解除支撑。在给扭转油缸2-6或俯仰油缸2-11供液前，先让两位三通换向阀2-14的电磁铁得电，打开液控单向阀2-15的反向油路。给比例换向阀2-13加一定规律的电流信号，其输出油液将驱动相应的油缸按预定的规律伸缩，进而带动被试铰接系统绕三个回转中心转动。
在图4工业控制计算机上开发试验装置的自动测控软件。运行软件，打开测控界面，设置扭转、俯仰、转弯三个油缸的运动规律和参数，如：按正弦规律伸缩、伸缩的幅值、频率、相位等，点击“开始试验”按钮，计算机将发出AI信号，经驱动器放大后驱动比例换向阀阀芯运动，比例换向阀的输出油液将使油缸伸缩，进而带动被试铰接系统转动，3台角位移传感器测得三个运动方向角度信号，经AI信号调理板变成电压信号送到计算机中，计算机在屏幕上显示三个运动的角度和速度曲线，同时各油缸两腔的压力也以模拟仪表的方式显示在屏幕上。如果各运动超过了预定的角度极限，相应的行程开关被压下发出DI信号，这些信号以模似信号灯被点亮的方式在屏幕上显示出来。试验过程中的数据存储在计算机硬盘中，试验完成后，可调取试验数据进行分析和处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于客车铰接系统的试验装置，包括固定机构，其特征在于，包括俯仰机构、转弯机构和扭转机构；
所述固定机构包括固定平台(14)、铰接在所述固定平台上的水平放置架(12)和固定在所述固定平台上的固定支架(19)；
所述俯仰机构包括俯仰平台(8)、俯仰限位立板(4)和俯仰控制机构(11)；所述俯仰平台(8)两端向上折弯，一端通过扭转轴(2)连接俯仰限位立板(4)，另一端连接俯仰控制机构(11)；所述俯仰平台(8)底部包括一个固定平台，该固定平台端部有一个与所述水平放置架(12)相适配的卡槽；所述俯仰控制机构(11)控制俯仰平台以俯仰中心(L1)为轴转动；俯仰轴(17)后端安装有俯仰角度传感器(18)；
所述转弯机构包括转弯平台(10)、转弯限位器和转弯控制机构(22)；所述转弯平台(10)一端向上凸起，另一端通过转弯轴(16)与俯仰平台连接，凸起的一端上设置有一个台阶结构；转弯平台的底部安装有若干万向轮，所述转弯平台(10)通过万向轮与所述俯仰平台(8)上表面接触；所述转弯控制机构(22)连接转弯平台，控制转弯平台以转动中心(L2)为轴转动；转弯轴(16)下端安装有转弯角度传感器(9)；
所述扭转机构包括扭转支架(24)、和扭转控制机构(6)；所述扭转支架(24)套装在所述扭转轴(2)上，所述扭转控制机构(6)连接扭转支架(24)，控制扭转支架(24)以扭转中心(L3)为轴转动；扭转轴(2)后端安装有扭转角度传感器(20)。
2.如权利要求1所述的一种用于客车铰接系统的试验装置，其特征在于，所述俯仰控制机构、所述转弯控制机构和所述扭转控制机构均为油缸；所述油缸均为液压回路控制；
其中，所述俯仰控制机构的油缸下端铰接在固定平台(14)上，活动端铰接俯仰平台(8)；所述转弯控制机构的油缸一端铰接在俯仰平台(8)上，活动端铰接转弯平台(10)；所述扭转控制机构的油缸下端与俯仰平台(8)铰接，活动端铰接扭转支架(24)。
3.如权利要求2所述的一种用于客车铰接系统的试验装置，其特征在于，所述水平放置架(12)连接一个铰接在固定平台(14)上的俯仰平台水平停放油缸(13)。
4.如权利要求2所述的一种用于客车铰接系统的试验装置，其特征在于，包括一组限位机构，所述限位机构包括俯仰限位立板(4)、转弯限位器和扭转限位杆(1)。
5.如权利要求4所述的一种用于客车铰接系统的试验装置，其特征在于，所述俯仰限位立板(4)上有俯仰限位孔，所述限位孔上下分别设置有限位调节螺栓(3、5)。
6.如权利要求4所述的一种用于客车铰接系统的试验装置，其特征在于，所述转弯限位器包括两个转弯限位挡块(15、23)，位于俯仰平台(8)上表面，对称分布在转动中心(L2)两侧。
7.如权利要求4所述的一种用于客车铰接系统的试验装置，其特征在于，所述扭转轴(2)伸出俯仰限位立板(4)的一端铰接有扭转限位杆(1)，所述扭转限位杆(1)上安装有两个扭转限位调节螺栓(21)。
8.如权利要求4所述的一种用于客车铰接系统的试验装置，其特征在于，所述限位机构均设置有限位行程开关。
9.一种用于客车铰接系统的试验装置的控制方法，其特征在于，包括电动机、液压泵、油箱、溢流阀、高压过滤器、蓄能器、换向阀、三位四通换向阀、液控单向阀和比例换向阀；
该方法包括以下步骤：开启电动机带动液压泵转动，液压泵从油箱中吸油，调节溢流阀的压力，使之达到试验驱动所需的最大压力，液压泵输出的液压油经过高压过滤器后供给各液压缸回路，蓄能器能减少系统压力的脉动；首先，三位四通换向阀电磁铁得电，给俯仰平台水平停放油缸活塞腔供液，把俯仰平台水平放置架推离俯仰平台解除支撑；然后，让两位三通换向阀的电磁铁得电，打开液控单向阀的反向油路；最后，给三个比例换向阀加一定规律的电流信号，其输出油液将驱动相应的油缸伸缩，进而带动连接各个油缸的机构转动。
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