CN105784277B - 一种高速动车组车体质心测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种高速动车组车体质心测量装置及测量方法属于质心测量技术领域，目的在于解决现有技术存在的测量大部件质心测量结果不准确、测量设备易损耗的问题。本发明的导轨机构包括导轨和与导轨配合的两组滑动机构，每组滑动机构包括滑块、油箱和悬挂液压缸，滑块和导轨配合滑动，滑块上端和油箱固定，滑块下端和悬挂液压缸的缸体铰接；导轨机构的导轨固定在支撑机构上端，导轨机构中的两个悬挂液压缸的活塞杆分别和一组锁紧机构铰接，调节浮板设置在支撑机构的底板上，调节浮板位于导轨机构的正下方，调节浮板带动调节浮板上的高速动车组车体上下运动，实现高速动车组车体和锁紧机构下端接触或脱离。

Description

一种高速动车组车体质心测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于质心测量技术领域，具体涉及一种高速动车组车体质心测量装置及测量方法。

背景技术

质心是车辆性能检测中必测的参数之一，质心位置直接影响车辆的操纵稳定性和行驶安全性。国内普通列车的行驶速度大多在160km/h以下，质心的稍微偏移对列车影响不大，但高速动车组的运行速度在300km/h以上，较小的质心偏移将产生巨大的离心力，可能将列车推出轨道，造成严重后果。高速动车组车体是一个布局复杂、结构庞大的物体，现有技术中的测量物体质心的手段不利于大部件的测量，测量结果的准确性也受到影响，因此急需一种测量高速动车组车体质心测量装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高速动车组车体质心测量装置及测量方法，解决现有技术存在的测量大部件质心测量结果不准确、测量设备易损耗的问题。

为实现上述目的，本发明的一种高速动车组车体质心测量装置包括支撑机构、导轨机构、锁紧机构和调节浮板；

所述导轨机构包括导轨和与导轨配合的两组滑动机构，每组滑动机构包括滑块、油箱和悬挂液压缸，所述滑块和所述导轨配合滑动，所述滑块上端和所述油箱固定，所述滑块下端和所述悬挂液压缸的缸体铰接；

所述导轨机构的导轨固定在所述支撑机构上端，所述导轨机构中的两个悬挂液压缸的活塞杆分别和一组锁紧机构铰接，所述调节浮板设置在所述支撑机构的底板上，所述调节浮板位于所述导轨机构的正下方，所述调节浮板带动调节浮板上的高速动车组车体上下运动，实现高速动车组车体和所述锁紧机构下端接触或脱离。

所述锁紧机构包括横梁和套在横梁两端的锁紧臂；所述锁紧臂包括吊臂、x向挡板、y向挡柱、支撑板、上法兰、压力传感器、下法兰、纵向转筒和横向转筒；

所述吊臂套在横梁端部，并可以沿着横梁作y向移动；所述横向转筒套在吊臂底端与之形成铰接，所述纵向转筒套在横向转筒伸出部分形成铰接；所述下法兰通过螺纹连接固定在纵向转筒上，所述压力传感器分别通过螺栓螺母固定于上法兰和下法兰之间，所述支撑板通过螺纹连接固定在上法兰上；所述y向挡柱焊接于纵向转筒上端凸台位置，所述x向挡板通过螺纹连接固定在纵向转筒外侧；

所述横梁和悬挂液压缸的活塞杆铰接，所述支撑板和所述高速动车组车体下端接触。

所述调节浮板包括垫板、角度传感器和支撑液压缸，所述垫板下端四个角位置处分别和四个支撑液压缸的活塞铰接，四个支撑液压缸的缸体和所述支撑机构的底板铰接，所述角度传感器与垫板螺纹连接，角度传感器内部测量轴与支撑液压缸活塞铰接触处通过键连接。

两组滑动机构中的两个悬挂液压缸中任意一个的缸体上固定有激光发射装置，另一个活塞杆上标注刻度。

一种高速动车组车体质心测量方法包括以下步骤：

步骤一：根据四个角度传感器读数调整四个支撑液压缸，使垫板位于水平位置；

步骤二：调整悬挂液压缸，使锁紧机构中的支撑板低于垫板的高度；

步骤三：将高速动车组车体运送至垫板上，x向挡板和y向挡柱卡在所述高速动车组车体底部，所述悬挂液压缸为不充油状态；

步骤四：调整垫板下方的四个支撑液压缸，使高速动车组车体(5)随垫板向下移动，高速动车组车体(5)底部和锁紧机构的支撑板接触；

步骤五：对悬挂液压缸进行充油，锁紧机构卡住高速动车组车体，调节四个支撑液压缸，使垫板降落脱离高速动车组车体；

步骤六：读取锁紧机构上四个锁紧臂上的压力传感器的读数，获得四个点的受力F₁、F₂、F₃、F₄；

步骤七：根据力矩平衡原理，通过公式(一)、公式(二)和公式(三)计算得到高速动车组车体质心在X方向和Y方向坐标：

G＝F₁+F₂+F₃+F₄ (一)

式中：G—高速动车组车体的重力；

F₁、F₂、F₃、F₄—分别为四个支撑点压力传感器测得的力值；

x—X方向上的质心坐标；

l_x—X方向上车体一侧两个支撑点的间距；

l_y—Y方向上车体一侧两个支撑点的间距；

y—Y方向上的质心坐标；

计算得到高速动车组车体质心在X方向和Y方向坐标x和y为：

步骤八：调节垫板底部支撑液压缸缓慢上升，使垫板重新支撑起高速动车组车体；

步骤九：悬挂液压缸放油，处于自由悬浮状态；

步骤十：调整垫板底部长度方向上一侧的两个支撑液压缸上升，使垫板倾斜角度β；

步骤十一：重新对悬挂液压缸充油，使锁紧机构卡住高速动车组车体，调节四个支撑液压缸，使垫板降落脱离高速动车组车体；

步骤十二：读取锁紧机构倾斜一侧两支撑点压力传感器测得的力值F₁₁、F₄₄；

步骤十三：根据力矩平衡原理，通过公式(四)计算得到高速动车组车体质心在Z方向坐标：

式中：F₁₁、F₄₄—倾斜一侧两支撑点压力传感器测得的力值；

β—高速动车组车体倾斜的角度；

z—Z方向上质心的坐标；

可得：

步骤十四：完成测量。

所述垫板倾斜角度β的取值范围为：0°＜β＜45°。

本发明的有益效果为：本发明的一种高速动车组车体质心测量装置及测量方法采用调节浮板调节初始水平，采用支撑车体悬空减少系统振动，利用计算机对角度传感器进行监控处理，提高了测量系统的精度，保证测量结果的准确性。

本发明锁紧机构在横向及纵向可以滑动调节，装卡位置可根据不同车型进行调整；本产品通过采用计算机监控压力传感器所受的力值对监控数据进行处理，得出质心坐标，快速、可靠，避免了人为计算错误的可能。

本发明所测车体质心坐标是在车体自身内部建立的，与测量平台及其他无关，避免了坐标换算时外在因素的干扰，提高了测量精度。

本发明采用调节浮板作为支撑和调节装置，可以有效的减少锁紧机构的加载时间，提高锁紧机构及压力传感器的使用寿命，间接的节省了成本。

本发明通过一侧悬挂液压缸缸体上的激光发射装置发射的激光，投射至另一侧悬挂液压缸活塞上的刻度表，通过刻度表上投射刻度的变化即可计算出相应调节的角度，进而检测调节浮板所调整的角度是否与角度传感器所显示的角度相一致，准确可靠。

附图说明

图1为本发明的一种高速动车组车体质心测量装置结构示意图；

图2为本发明的一种高速动车组车体质心测量装置导轨机构整体示意图；

图3为本发明的一种高速动车组车体质心测量装置导轨机构局部示意图；

图4为本发明的一种高速动车组车体质心测量装置锁紧机构整体示意图；

图5为本发明的一种高速动车组车体质心测量装置锁紧机构局部示意图；

图6为本发明的一种高速动车组车体质心测量装置调整浮板整体示意图；

图7为本发明的一种高速动车组车体质心测量装置调整浮板局部示意图；

图8本发明的一种高速动车组车体质心测量装置测量示意图；

其中：1、支撑机构，2、导轨机构，201、导轨，202、油箱，203、滑块，204、悬挂液压缸，205、激光发射装置，3、锁紧机构，301、横梁，302、吊臂，303、x向挡板，304、y向挡柱，305、支撑板，306、上法兰，307、压力传感器，308、下法兰，309、纵向转筒，310、横向转筒，4、调节浮板，401、垫板，402、角度传感器，403、支撑液压缸，5、高速动车组车体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的一种高速动车组车体质心测量装置包括支撑机构1、导轨机构2、锁紧机构3和调节浮板4；

参见附图2和附图3，所述导轨机构2包括导轨201和与导轨201配合的两组滑动机构，每组滑动机构包括滑块203、油箱202和悬挂液压缸204，所述滑块203和所述导轨201配合滑动，所述滑块203上端和所述油箱202固定，所述滑块203下端和所述悬挂液压缸204的缸体铰接；

所述导轨机构2的导轨201固定在所述支撑机构1上端，所述导轨机构2中的两个悬挂液压缸204的活塞杆分别和一组锁紧机构3铰接，所述调节浮板4设置在所述支撑机构1的底板上，所述调节浮板4位于所述导轨机构2的正下方，所述调节浮板4带动调节浮板4上的高速动车组车体5上下运动，实现高速动车组车体5和所述锁紧机构3下端接触或脱离。

参见附图4和附图5，所述锁紧机构3包括横梁301和套在横梁301两端的锁紧臂；所述锁紧臂包括吊臂302、x向挡板303、y向挡柱304、支撑板305、上法兰306、压力传感器307、下法兰308、纵向转筒309和横向转筒310；

所述吊臂302套在横梁301端部，并可以沿着横梁301作y向移动；所述横向转筒310套在吊臂302底端与之形成铰接，所述纵向转筒309套在横向转筒310伸出部分形成铰接；所述下法兰308通过螺纹连接固定在纵向转筒309上，所述压力传感器307分别通过螺栓螺母固定于上法兰306和下法兰308之间，所述支撑板305通过螺纹连接固定在上法兰306上；所述y向挡柱304焊接于纵向转筒309上端凸台位置，所述x向挡板303通过螺纹连接固定在纵向转筒309外侧；

所述横梁301和悬挂液压缸204的活塞杆铰接，所述支撑板305和所述高速动车组车体5下端接触。

参见附图6和附图7，所述调节浮板4包括垫板401、角度传感器402和支撑液压缸403，所述垫板401下端四个角位置处分别和四个支撑液压缸403的活塞铰接，四个支撑液压缸403的缸体和所述支撑机构1的底板铰接，所述角度传感器402与垫板401螺纹连接，角度传感器402内部测量轴与支撑液压缸403活塞铰接触处通过键连接。

两组滑动机构中的两个悬挂液压缸204中任意一个的缸体上固定有激光发射装置205，另一个活塞杆上标注刻度。

一种高速动车组车体5质心测量方法包括以下步骤：

步骤一：根据四个角度传感器402读数调整四个支撑液压缸403，使垫板401位于水平位置；

步骤二：调整悬挂液压缸204，使锁紧机构3中的支撑板305低于垫板401的高度；

步骤三：将高速动车组车体5运送至垫板401上，x向挡板303和y向挡柱304卡在所述高速动车组车体5底部，所述悬挂液压缸204为不充油状态；

步骤四：调整垫板401下方的四个支撑液压缸403，使高速动车组车体(5)随垫板401向下移动，高速动车组车体(5)底部和锁紧机构3的支撑板305接触；

步骤五：对悬挂液压缸204进行充油，锁紧机构3卡住高速动车组车体5，调节四个支撑液压缸403，使垫板401降落脱离高速动车组车体5；

步骤六：读取锁紧机构3上四个锁紧臂上的压力传感器307的读数，获得四个点的受力F₁、F₂、F₃、F₄；

步骤七：根据力矩平衡原理，通过公式(一)、公式(二)和公式(三)计算得到高速动车组车体5质心在X方向和Y方向坐标：

G＝F₁+F₂+F₃+F₄ (一)

式中：G—高速动车组车体5的重力；

F₁、F₂、F₃、F₄—分别为四个支撑点压力传感器307测得的力值；

x—X方向上的质心坐标；

l_x—X方向上车体一侧两个支撑点的间距；

l_y—Y方向上车体一侧两个支撑点的间距；

y—Y方向上的质心坐标；

计算得到高速动车组车体5质心在X方向和Y方向坐标x和y为：

步骤八：调节垫板401底部支撑液压缸403缓慢上升，使垫板401重新支撑起高速动车组车体5；

步骤九：悬挂液压缸204放油，处于自由悬浮状态；

步骤十：调整垫板401底部长度方向上一侧的两个支撑液压缸403上升，使垫板401倾斜角度β；

步骤十一：重新对悬挂液压缸204充油，使锁紧机构3卡住高速动车组车体5，调节四个支撑液压缸403，使垫板401降落脱离高速动车组车体5；

步骤十二：读取锁紧机构3倾斜一侧两支撑点压力传感器307测得的力值F₁₁、F₄₄；

步骤十三：根据力矩平衡原理，通过公式(四)计算得到高速动车组车体5质心在Z方向坐标：

式中：F₁₁、F₄₄—倾斜一侧两支撑点压力传感器307测得的力值；

β—高速动车组车体5倾斜的角度；

z—Z方向上质心的坐标；

可得：

步骤十四：完成测量。

所述垫板401倾斜角度β的取值范围为：0°＜β＜45°。

参见附图8，本发明的一种高速动车组车体5质心测量装置及测量方法具体工作过程为：

工作时，首先调整支撑液压缸403，通过角度传感器402确保垫板401经过调整处于水平位置，其次通过调整锁紧机构3的位置使其底端低于垫板401高度。将高速动车组车体5运送至垫板401上，注意此阶段应保证锁紧机构3上的x向挡板303和y向挡柱304卡在车体底部的凸起部分上，此时悬挂液压缸204处于为不充油状态，可以随垫板401的上下浮动而调整。高速动车组车体5位置固定后，对悬挂液压缸204进行充油，此时悬挂液压缸204由于液力作用底部便会卡在高速动车组车体5底部上，同时调节垫板401底部的支撑液压缸403，使垫板401缓慢降落，待其完全脱离高速动车组车体5，通过锁紧机构3上的压力传感器307读出其上四点受力大小，进而计算出高速动车组车体5的水平质心位置。

调节垫板401底部的支撑液压缸403，使之缓慢上升，重新支撑起高速动车组车体5，悬挂液压缸204放油，重新回到可以自由浮动的状态。此时对垫板401一侧的两个支撑液压缸403进行调整，使之上升一定角度，稳定后重新对悬挂液压缸204进行充油，使悬挂液压缸204卡在高速动车组车体5底部上，同时缓慢降低支撑液压缸403，使其完全脱离高速动车组车体5，通过锁紧机构3上的压力传感器307读出受力大小，进而计算出高速动车组车体5的z向质心位置。

Claims (3)

1.一种高速动车组车体质心测量装置，其特征在于，包括支撑机构(1)、导轨机构(2)、锁紧机构(3)和调节浮板(4)；

所述导轨机构(2)包括导轨(201)和与导轨(201)配合的两组滑动机构，每组滑动机构包括滑块(203)、油箱(202)和悬挂液压缸(204)，所述滑块(203)和所述导轨(201)配合滑动，所述滑块(203)上端和所述油箱(202)固定，所述滑块(203)下端和所述悬挂液压缸(204)的缸体铰接，两组滑动机构中的两个悬挂式液压缸中任意一个的缸体上固定有激光发射装置(205)，另一个活塞杆上标注刻度；

所述导轨机构(2)的导轨(201)固定在所述支撑机构(1)上端，所述导轨机构(2)中的两个悬挂液压缸(204)的活塞杆分别和一组锁紧机构(3)铰接，所述调节浮板(4)设置在所述支撑机构(1)的底板上，所述调节浮板(4)位于所述导轨机构(2)的正下方，所述调节浮板(4)带动调节浮板(4)上的高速动车组车体(5)上下运动，实现高速动车组车体(5)和所述锁紧机构(3)下端接触或脱离；

所述锁紧机构(3)包括横梁(301)和套在横梁(301)两端的锁紧臂；所述锁紧臂包括吊臂(302)、x向挡板(303)、y向挡柱(304)、支撑板(305)、上法兰(306)、压力传感器(307)、下法兰(308)、纵向转筒(309)和横向转筒(310)；

所述吊臂(302)套在横梁(301)端部，并可以沿着横梁(301)作y向移动；所述横向转筒(310)套在吊臂(302)底端与之形成铰接，所述纵向转筒(309)套在横向转筒(310)伸出部分形成铰接；所述下法兰(308)通过螺纹连接固定在纵向转筒(309)上，所述压力传感器(307)分别通过螺栓螺母固定于上法兰(306)和下法兰(308)之间，所述支撑板(305)通过螺纹连接固定在上法兰(306)上；所述y向挡柱(304)焊接于纵向转筒(309)上端凸台位置，所述x向挡板(303)通过螺纹连接固定在纵向转筒(309)外侧；

所述横梁(301)和悬挂液压缸(204)的活塞杆铰接，所述支撑板(305)和所述高速动车组车体(5)下端接触；

所述调节浮板(4)包括垫板(401)、角度传感器(402)和支撑液压缸(403)，所述垫板(401)下端四个角位置处分别和四个支撑液压缸(403)的活塞铰接，四个支撑液压缸(403)的缸体和所述支撑机构(1)的底板铰接，所述角度传感器(402)与垫板(401)螺纹连接，角度传感器(402)内部测量轴与支撑液压缸(403)活塞铰接触处通过键连接；

两组滑动机构中的两个悬挂液压缸(204)中任意一个的缸体上固定有激光发射装置(205)，另一个活塞杆上标注刻度。

2.根据权利要求1所述的一种高速动车组车体质心测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据四个角度传感器(402)读数调整四个支撑液压缸(403)，使垫板(401)位于水平位置；

步骤二：调整悬挂液压缸(204)，使锁紧机构(3)中的支撑板(305)低于垫板(401)的高度；

步骤三：将高速动车组车体(5)运送至垫板(401)上，x向挡板(303)和y向挡柱(304)卡在所述高速动车组车体(5)底部，所述悬挂液压缸(204)为不充油状态；

步骤四：调整垫板(401)下方的四个支撑液压缸(403)，使高速动车组车体(5)随垫板(401)向下移动，高速动车组车体(5)底部和锁紧机构(3)的支撑板(305)接触；

步骤五：对悬挂液压缸(204)进行充油，锁紧机构(3)卡住高速动车组车体(5)，调节四个支撑液压缸(403)，使垫板(401)降落脱离高速动车组车体(5)；

步骤六：读取锁紧机构(3)上四个锁紧臂上的压力传感器(307)的读数，获得四个点的受力F₁、F₂、F₃、F₄；

步骤七：根据力矩平衡原理，通过公式(一)、公式(二)和公式(三)计算得到高速动车组车体(5)质心在X方向和Y方向坐标：

G＝F₁+F₂+F₃+F₄ (一)

式中：G—高速动车组车体(5)的重力；

F₁、F₂、F₃、F₄—分别为四个支撑点压力传感器(307)测得的力值；

x—X方向上的质心坐标；

l_x—X方向上车体一侧两个支撑点的间距；

l_y—Y方向上车体一侧两个支撑点的间距；

y—Y方向上的质心坐标；

计算得到高速动车组车体(5)质心在X方向和Y方向坐标x和y为：

步骤八：调节垫板(401)底部支撑液压缸(403)缓慢上升，使垫板(401)重新支撑起高速动车组车体(5)；

步骤九：悬挂液压缸(204)放油，处于自由悬浮状态；

步骤十：调整垫板(401)底部长度方向上一侧的两个支撑液压缸(403)上升，使垫板(401)倾斜角度β；

步骤十一：重新对悬挂液压缸(204)充油，使锁紧机构(3)卡住高速动车组车体(5)，调节四个支撑液压缸(403)，使垫板(401)降落脱离高速动车组车体(5)；

步骤十二：读取锁紧机构(3)倾斜一侧两支撑点压力传感器(307)测得的力值F₁₁、F₄₄；

步骤十三：根据力矩平衡原理，通过公式(四)计算得到高速动车组车体(5)质心在Z方向坐标：

式中：F₁₁、F₄₄—倾斜一侧两支撑点压力传感器(307)测得的力值；

β—高速动车组车体(5)倾斜的角度；

z—Z方向上质心的坐标；

可得：

步骤十四：完成测量。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述垫板(401)倾斜角度β的取值范围为：0°＜β＜45°。