CN105606383A - 铁路漏斗车综合模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路漏斗车综合模拟试验系统，该试验系统包括正交六自由度激振平台、模拟漏斗车料仓、底门开闭机构、纵向载荷模拟加载机构和物料循环系统，模拟漏斗车料仓安装于正交六自由度激振平台上端，正交六自由度激振平台与模拟漏斗车料仓相对处设有落料口，底门开闭机构与模拟漏斗车料仓的底门连接，纵向载荷模拟加载机构底端垂向固定于正交六自由度激振平台，纵向载荷模拟加载机构顶端与模拟漏斗车料仓端墙连接。物料循环系统与模拟漏斗车料仓和正交六自由度激振平台的落料口相对应。该试验系统可准确模拟漏斗车真实试验环境，完成漏斗车功能模拟试验、振动试验和物料循环试验。

Description

铁路漏斗车综合模拟试验系统

技术领域

本发明涉及一种漏斗车试验装置，具体的说，涉及一种铁路漏斗车综合模拟试验系统。

背景技术

目前国内外针对铁路漏斗车的试验手段相对缺乏，并且技术落后。根据北美铁路协会标准AARS-233-2014《有盖漏斗车新重力卸货口技术条件》。以漏斗车的核心部件(底门及开闭机构)作为研究试验对象，需要完成铁路漏斗车底门及开闭机构的功能模拟试验、振动试验、物料循环试验、密封性试验以及底门开闭机构循环试验等多项综合性试验，而现有试验方法及试验装置无法完成功能模拟试验、振动试验和物料循环试验，仅能够分别完成物料密封性试验、底门开闭机构循环试验等简单试验，而且这些试验装置功能单一、效率低下、试验过程相对繁琐，已经无法满足漏斗车技术研发及试验测试的进一步需要。

现有漏斗车模拟试验装置，如大连交通大学卢碧红等公开一种纵向底门煤炭漏斗车车体FEA与强度试验，将漏斗车车体物理模型转化成有限元模型，对车体空车和重车工况分别进行有限元静强度分析、刚度分析，即上述强度试验采用有限元软件分析方法，软件分析方式的分析结果需与样车测试结果进行结合，方能验证软件分析的正确性。且软件分析方法仅能模拟漏斗车的部分试验，如强度测试试验，无法分析与模拟漏斗车的实况作业，如振动工况、物料循环工况和底门开闭工况等。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路漏斗车综合模拟试验系统，完成漏斗车功能模拟试验、振动试验和物料循环试验。

本发明的技术方案是：一种铁路漏斗车综合模拟试验系统，试验系统包括正交六自由度激振平台、模拟漏斗车料仓、底门开闭机构、纵向载荷模拟加载机构和物料循环系统，所述模拟漏斗车料仓盛放物料，所述模拟漏斗车料仓安装于所述正交六自由度激振平台上端，所述正交六自由度激振平台与所述模拟漏斗车料仓相对处设有落料口；所述底门开闭机构与所述模拟漏斗车料仓的底门连接，通过底门开闭机构控制底门开闭动作；所述纵向载荷模拟加载机构底端垂向固定于所述正交六自由度激振平台，所述纵向载荷模拟加载机构顶端与所述模拟漏斗车料仓端墙连接，所述纵向载荷模拟加载机构将垂向作动力转化为对所述模拟漏斗车料仓的纵向作动力；所述物料循环系统与所述模拟漏斗车料仓及所述正交六自由度激振平台的落料口相对应。

优选的是，所述正交六自由度激振平台包括平台基座、水平激振器、垂向激振器、垂向支撑装置和水平向反力座；所述水平激振器与所述垂向激振器正交布置，所述水平激振器水平布置于所述平台基座的相邻两边，所述水平激振器两端分别与所述平台基座侧边和所述水平向反力座连接，所述水平向反力座底端与试验系统基座固定；所述垂向激振器布置于所述平台基座底部；所述垂向支撑装置上端与平台基座底面固定连接，所述垂向支撑装置下端与试验系统基座固定。

优选的是，所述垂向支撑装置采用空气弹簧，所述空气弹簧共有6只，通过气路控制系统将空气弹簧分两组控制，所述气路控制系统包括气源、气动三联件、集气罐、电磁阀和调压阀，气源经气动三联件连通集气罐；集气罐气路输出端依次经电磁阀、调压阀连通至空气弹簧，通过电磁阀控制空气弹簧充气与保压作业。

优选的是，所述水平激振器和所述垂向激振器的两端均设有自由转动的球铰。

优选的是，所述模拟漏斗车料仓包括立柱、端墙、侧墙和底门；所述立柱底端垂向固定于所述正交六自由度激振平台基座表面，所述立柱构成料仓四方形外框架，所述端墙、所述侧墙和所述底门围成物料盛放空间，所述侧墙安装于外框架的前侧和后侧；所述端墙包括斜向端墙和垂向端墙，所述斜向端墙倾斜放置，所述斜向端墙上端与左侧立柱固定，所述斜向端墙前后两侧与所述侧墙固定；所述垂向端墙安装于外框架右侧，所述垂向端墙底端垂向固定于所述正交六自由度激振平台基座表面；所述底门包括底门活动端、底门铰接端和底门基板，底门基板的底门活动端与所述斜向端墙下端接触连接，底门基板的底门铰接端与所述垂向端墙铰接。

优选的是，所述底门开闭机构包括连杆、底门测力传感器、底门开闭作动器，所述连杆与所述底门的底门基板铰接，所述底门开闭作动器一端通过所述底门测力传感器与所述连杆连接，所述底门开闭作动器另一端固定于所述正交六自由度激振平台，通过液压系统控制所述底门开闭作动器带动连杆开闭底门。

优选的是，所述纵向载荷模拟加载机构包括安装座、纵向液压作动器、曲柄、连接杆，所述安装座底端和所述纵向液压作动器底端均固定于所述正交六自由度激振平台，所述曲柄中部与所述安装座上端铰接，所述曲柄左右两端分别连接所述纵向液压作动器和所述连接杆，所述连接杆远离曲柄一端连接所述模拟漏斗车料仓的斜向端墙，所述纵向液压作动器与所述正交六自由度激振平台和所述曲柄连接处均设有自由转动的球铰，通过液压装置控制所述液压作动器产生垂向作动力，垂向作动力经所述曲柄转化为所述连接杆的纵向作动力，施加于所述模拟漏斗车料仓的斜向端墙。

优选的是，所述物料循环系统采用T型结构，T型结构包裹所述正交六自由度激振平台和所述模拟漏斗车料仓；所述T型结构底端水平探入至所述正交六自由度激振平台下端，所述T型结构底端与落料口对应处设有进料口，所述T型结构上端右侧与模拟漏斗车料仓相应处设有出料口，T型结构上端左侧设有排料口，排料口、进料口和出料口之间设有物料传送装置。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

1)该试验系统采用正交六自由度激振平台，刚度大，通过正交布置的水平激振器和垂向激振器，实现具有六个自由度的激振功能，准确模拟漏斗车真实试验环境；

2)由于垂向激振器静态以及动态负载过大，通过垂向支撑装置辅助支撑激振平台，垂向支撑装置采用空气弹簧，具有吸收激振平台高频振动和隔音作用，以及升降换型作用，通过空气弹簧气路控制系统实现多个空气弹簧在短时间内一同升降，可大大减小垂向激振器的负担，节省成本；

3)物料循环系统采用T型结构，一方面满足物料循环试验的需求；另一方面解决试验后物料回收处理问题，提高试验系统自动化程度；

4)纵向载荷模拟加载机构的液压作动器垂向布置，并产生垂向作动力，垂向作动力经曲柄转化为连接杆的纵向作动力，施加于斜向端墙，该设置方式可减小占地空间，使试验系统布置更加紧凑。

附图说明

图1为本发明试验系统的结构示意图(一)；

图2为本发明试验系统的结构示意图(二)；

图3为图1的侧视图；

图4本发明正交六自由度激振平台结构示意图；

图5为图4俯视图；

图6为模拟漏斗车料仓结构示意图；

图7为底门开闭机构结构示意图；

图8为纵向载荷模拟加载机构结构示意图；

图9为空气弹簧气路控制系统示意图。

图中，正交六自由度激振平台1；模拟漏斗车料仓2；底门开闭机构3；纵向载荷模拟加载机构4；物料循环系统5；落料口6；控制间7；油源间8；冷却塔9；试验系统基座10；

平台基座101；水平激振器102；垂向激振器103；垂向支撑装置104；水平向反力座105；

气源1041；气动三联件1042；集气罐1043；电磁阀1044；调压阀1045；

立柱201；侧墙202；底门203；斜向端墙204；垂向端墙205；

连杆301；底门测力传感器302；底门开闭作动器303；

安装座401；纵向液压作动器402；曲柄403；连接杆404；

出料口501；排料口502；进料口503；物料传送装置504；回收小车505；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，以下叙述中以图1所示的方位进行描述，图1中的上下左右即为描述中的上下左右，图1所朝方向即为描述中的前方，背离图1方向即为描述中的后方。

实施例1

参见图1-图3，本发明公开一种铁路漏斗车综合模拟试验系统，该试验系统包括正交六自由度激振平台1、模拟漏斗车料仓2、底门开闭机构3、纵向载荷模拟加载机构4和物料循环系统5。

模拟漏斗车料仓2安装于正交六自由度激振平台1上端，正交六自由度激振平台1与模拟漏斗车料仓2相对处设有落料口6，底门开闭机构3与模拟漏斗车料仓2的底门连接，纵向载荷模拟加载机构4底端垂向固定于正交六自由度激振平台1，纵向载荷模拟加载机构4顶端与模拟漏斗车料仓2端墙连接。物料循环系统5与模拟漏斗车料仓2和正交六自由度激振平台1的落料口6相对应。

参见图6，模拟漏斗车料仓2包括立柱201、端墙、侧墙202和底门203，立柱201共有4只，呈2行2列布置，立柱201底端垂向固定于正交六自由度激振平台1基座表面，4只立柱201构成料仓四方形外框架；端墙、侧墙202和底门203围成物料盛放空间，侧墙202安装于外框架的前侧和后侧；底门203包括底门活动端、底门铰接端和底门基板，底门活动端和底门铰接端分别位于底门基板左右两侧。端墙包括斜向端墙204和垂向端墙205，斜向端墙204倾斜放置，斜向端墙204上端与左侧立柱固定，斜向端墙204前后两侧与侧墙202固定，斜向端墙204下端通过底门活动端与底门基板接触连接；垂向端墙205安装于外框架右侧，垂向端墙205底端垂向固定于正交六自由度激振平台1基座表面，底门基板通过底门铰接端与垂向端墙205铰接，通过控制底门基板绕底门铰接端上下运动幅度，控制底门不同的开闭角度。

参见图7，底门开闭机构3包括连杆301、底门测力传感器302和底门开闭作动器303，连杆301与底门基板铰接，底门开闭作动器303一端通过底门测力传感器302与连杆301连接，底门开闭作动器303另一端固定于正交六自由度激振平台1。液压系统控制底门开闭作动器303带动连杆301将底门打开，物料从落料口6下落，此时，底门测力传感器302检测底门开闭力值，根据负载大小，可获得实时力值曲线，并通过上位机显示。

参见图8，纵向载荷模拟加载机构4包括安装座401、纵向液压作动器402、曲柄403、连接杆404，安装座401底端固定于正交六自由度激振平台1，曲柄403中部与安装座401上端铰接，曲柄403左右两端分别连接纵向液压作动器402和连接杆404，连接杆404远离曲柄403一端连接斜向端墙204，纵向液压作动器402的底端固定于正交六自由度激振平台1，纵向液压作动器402与正交六自由度激振平台1和曲柄403连接处均设有自由转动的球铰。通过液压装置控制纵向液压作动器402产生垂向作动力，垂向作动力经曲柄403转化为连接杆404的纵向作动力，施加于斜向端墙204，用于模拟漏斗车在运行过程中由车辆牵引力和制动力以及调车作业时引起的纵向载荷。

参见图3，物料循环系统5采用T型结构，T型结构包裹正交六自由度激振平台1和模拟漏斗车料仓2。T型结构底端水平探入至正交六自由度激振平台1下端，T型结构上端右侧与模拟漏斗车料仓2相应处设有出料口501，T型结构上端左侧设有排料口502，T型结构底端与落料口6对应处设有进料口503，排料口502、进料口503和出料口501之间设有物料传送装置504。当进行物料循环试验时，物料从出料口501出料，并落入至模拟漏斗车料仓2中，进行漏斗车模拟试验；当试验不需要物料或试验完成时，打开模拟漏斗车料仓底门，物料从落料口6下落至进料口503，经物料传送装置将物料传送至左侧排料口502，将物料排送至回收小车505中。

参见图4和图5，正交六自由度激振平台1包括平台基座101、水平激振器102、垂向激振器103、垂向支撑装置104和水平向反力座105。水平激振器102与垂向激振器103正交布置，可实现六个自由度的激振功能，为试验提供模拟振动环境。

水平激振器102共有4只，分两组水平布置于平台基座101的相邻两边，水平激振器102两端均设有自由转动的球铰，两端球铰分别与平台基座101侧边和水平向反力座105连接，水平向反力座105底端与试验系统基座10固定，由液压系统该控制水平激振器102产生水平激振。

垂向激振器103共有4只，4只垂向激振器103垂向均布于平台基座101的底部，即平台基座101每个底边均设有1只垂向激振器103，垂向激振器103两端均设有自由转动的球铰，两端球铰分别与平台基座101底面和试验系统基座10连接，由液压系统该控制垂向激振器103产生垂向激振。

垂向支撑装置104用于实现快速充放气和保压作用，垂向支撑装置104共有6只，垂向支撑装置上端通过高强度螺栓与平台基座101底面连接，垂向支撑装置104的下端与试验系统基座10固定。为满足试验系统的大负载、大惯性受力要求，垂向支撑装置采用空气弹簧，通过空气弹簧进行静力平衡，减少激振器的出力，达到节约降耗效果。

在高低频振幅的工作状态下，空气弹簧具有吸收激振平台高频振动和隔音作用，还具有升降换型作用。激振平台工作时，对空气弹簧的耗气量相对较大，为保持升降过程中激振平台的平稳性及承受能力，需为空气弹簧提供足够的气源，且多个空气弹簧可在短时间内一同升降，如图9所示，空气弹簧的气路控制示意图，将6只空气弹簧分两组控制，气路控制系统包括气源1041、气动三联件1042、集气罐1043、电磁阀1044和调压阀1045。

气源1041经气动三联件1042连通集气罐1043，通过气动三联件1042将压缩空气进行过滤、减压和油雾处理，并将处理后的高压气体打入至集气罐1043中。集气罐1043气路输出端依次经电磁阀1044、调压阀1045连通至空气弹簧，电磁阀1044采用二位三通电磁阀，空气弹簧充气时，将二位三通电磁阀打到上位，高压气体经调压阀1045同时向两组空气弹簧充气，通过预设调压阀至目标压力值，当空气弹簧中气体压力到达0.5MPa内压时，将电磁阀1044调至下位，进行保压控制。试验完成时，打开二位三通电磁阀的排气消声节流阀，将空气弹簧的内压排掉。

参见图2，该试验系统还包括控制间7、油源间8、冷却塔9，控制间7内设有液压系统控制装置，油源间8内用于存放液压油源，冷却塔9用于对液压油源进行冷却。

利用该试验系统进行漏斗车模拟试验的过程为：

液压系统控制正交六自由度激振平台1的水平激振器102和垂向激振器103，产生沉浮、扭转、侧滚、点头和回转六个自由度的运动工况，与此同时，液压系统控制纵向载荷模拟加载机构4的纵向液压作动器402产生垂向作动力，并经曲柄403转化为连接杆404的纵向作动力，施加于斜向端墙204。即水平激振器102、垂向激振器103和纵向液压作动器402三者协同作用，模拟漏斗车真实落料环境。

试验中，物料装在由端墙、侧墙202和底门203围成的物料盛放空间中，通过调整斜向端墙204在模拟漏斗车料仓2中的位置和倾斜角度，实现斜向端墙204与底门203配合角度的调节。角度调整完成后，通过液压系统驱动底门开闭作动器303打开底门203，物料从落料口6下落，通过底门测力传感器302测试此时的出力值。

从底门203下落的物料，向下落入至物料循环系统底部的进料口503，经物料传送装置504将物料传送至上端出料口501，再次下落至模拟漏斗车料仓2中，进行物料循环利用，完成物料循环试验。

Claims (8)

1.一种铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：试验系统包括正交六自由度激振平台、模拟漏斗车料仓、底门开闭机构、纵向载荷模拟加载机构和物料循环系统，所述模拟漏斗车料仓盛放物料，所述模拟漏斗车料仓安装于所述正交六自由度激振平台上端，所述正交六自由度激振平台与所述模拟漏斗车料仓相对处设有落料口；所述底门开闭机构与所述模拟漏斗车料仓的底门连接，通过底门开闭机构控制底门开闭动作；所述纵向载荷模拟加载机构底端垂向固定于所述正交六自由度激振平台，所述纵向载荷模拟加载机构顶端与所述模拟漏斗车料仓端墙连接，所述纵向载荷模拟加载机构将垂向作动力转化为对所述模拟漏斗车料仓的纵向作动力；所述物料循环系统与所述模拟漏斗车料仓及所述正交六自由度激振平台的落料口相对应。

2.根据权利要求1所述的铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：所述正交六自由度激振平台包括平台基座、水平激振器、垂向激振器、垂向支撑装置和水平向反力座；所述水平激振器与所述垂向激振器正交布置，所述水平激振器水平布置于所述平台基座的相邻两边，所述水平激振器两端分别与所述平台基座侧边和所述水平向反力座连接，所述水平向反力座底端与试验系统基座固定；所述垂向激振器布置于所述平台基座底部；所述垂向支撑装置上端与平台基座底面固定连接，所述垂向支撑装置下端与试验系统基座固定。

3.根据权利要求2所述的铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：所述垂向支撑装置采用空气弹簧，所述空气弹簧共有6只，通过气路控制系统将空气弹簧分两组控制，所述气路控制系统包括气源、气动三联件、集气罐、电磁阀和调压阀，气源经气动三联件连通集气罐；集气罐气路输出端依次经电磁阀、调压阀连通至空气弹簧，通过电磁阀控制空气弹簧充气与保压作业。

4.根据权利要求2所述的铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：所述水平激振器和所述垂向激振器的两端均设有自由转动的球铰。

5.根据权利要求1所述的铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：所述模拟漏斗车料仓包括立柱、端墙、侧墙和底门；所述立柱底端垂向固定于所述正交六自由度激振平台基座表面，所述立柱构成料仓四方形外框架，所述端墙、所述侧墙和所述底门围成物料盛放空间，所述侧墙安装于外框架的前侧和后侧；所述端墙包括斜向端墙和垂向端墙，所述斜向端墙倾斜放置，所述斜向端墙上端与左侧立柱固定，所述斜向端墙前后两侧与所述侧墙固定；所述垂向端墙安装于外框架右侧，所述垂向端墙底端垂向固定于所述正交六自由度激振平台基座表面；所述底门包括底门活动端、底门铰接端和底门基板，底门基板的底门活动端与所述斜向端墙下端接触连接，底门基板的底门铰接端与所述垂向端墙铰接。

6.根据权利要求1所述的铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：所述底门开闭机构包括连杆、底门测力传感器、底门开闭作动器，所述连杆与所述底门的底门基板铰接，所述底门开闭作动器一端通过所述底门测力传感器与所述连杆连接，所述底门开闭作动器另一端固定于所述正交六自由度激振平台，通过液压系统控制所述底门开闭作动器带动连杆开闭底门。

7.根据权利要求1所述的铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：所述纵向载荷模拟加载机构包括安装座、纵向液压作动器、曲柄、连接杆，所述安装座底端和所述纵向液压作动器底端均固定于所述正交六自由度激振平台，所述曲柄中部与所述安装座上端铰接，所述曲柄左右两端分别连接所述纵向液压作动器和所述连接杆，所述连接杆远离曲柄一端连接所述模拟漏斗车料仓的斜向端墙，所述纵向液压作动器与所述正交六自由度激振平台和所述曲柄连接处均设有自由转动的球铰，通过液压装置控制所述液压作动器产生垂向作动力，垂向作动力经所述曲柄转化为所述连接杆的纵向作动力，施加于所述模拟漏斗车料仓的斜向端墙。

8.根据权利要求1所述的铁路漏斗车综合模拟试验系统，其特征在于：所述物料循环系统采用T型结构，T型结构包裹所述正交六自由度激振平台和所述模拟漏斗车料仓；所述T型结构底端水平探入至所述正交六自由度激振平台下端，所述T型结构底端与落料口对应处设有进料口，所述T型结构上端右侧与模拟漏斗车料仓相应处设有出料口，T型结构上端左侧设有排料口，排料口、进料口和出料口之间设有物料传送装置。