CN105784391B - 一种制动梁疲劳试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种制动梁疲劳试验台，用于同时试验两根制动梁的疲劳强度，包括底座，以及垂直于底座并间隔设置在底座上方的四根立柱，第一立柱与第二立柱之间垂向安装有第一切向力载荷作动器，第一切向力载荷作动器底部的前后两侧安装有模拟车轮；第二立柱与第三立柱之间垂向安装有压力载荷作动器；第三立柱与第四立柱之间垂向安装有第二切向力载荷作动器，第二切向力载荷作动器底部的前后两侧安装有模拟车轮，第二切向力载荷作动器与第一切向力载荷作动器以压力载荷作动器为中心对称设置；两根制动梁竖直安装于立柱的前侧以及后侧，制动梁的两端支撑于模拟车轮踏面上。该制动梁疲劳试验台提高了试验台的垂向、横向刚度。

Description

一种制动梁疲劳试验台

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种用于铁路货车制动梁的疲劳试验台。

背景技术

铁路货车制动梁是铁路货车基础制动装置中最重要的部分，在车辆实施制动操作时，制动梁能够将制动缸产生的制动力传递给闸瓦，进而实现车辆制动。如图1所示，是制动梁的结构示意图。制动梁6为一个类三角梁，其包括水平方向的横杆61，以及设置在横杆61两端端部的斜杆62，斜杆62向下倾斜相交于一点，该点与横杆61之间竖直设置有梁支柱63，该制动梁在正常使用过程中，其安装方向为水平设置。

为了保证制动梁的运用可靠性，需要对其进行疲劳试验，制动梁进行疲劳试验时，制动梁应通过模拟闸瓦安装在模拟轮对上，模拟闸瓦和模拟轮对踏面的配合应符合实际情况，模拟闸瓦和闸瓦托及模拟闸瓦与模拟轮对之间安装牢固，保证加载过程中不滑动，模拟轮对应具有绕其轴心转动的自由度，约束制动梁端头沿模拟车轮踏面切向的线位移自由度；在制动梁安装完毕后，对制动梁同时施加压力和切向两种载荷，其中压力载荷作用在支柱销孔上，变化范围为0～104.5kN；切向载荷通过模拟轮对踏面和两个模拟闸瓦之间产生变化范围-43.7kN～43.7kN。

目前，现有制动梁疲劳试验台有三种形式，一种是制动梁横向安装方式，该种方式虽然制动梁在试验台上摆放方向与实际运用时一致，但该方式一次只能进行一根制动梁的疲劳试验，试验效率低；第二种是制动梁横向放置方式，该方式可同时试验两根制动梁，采用横向作动器施加压力载荷，垂向作动器施加切向载荷，但是该种试验台占地空间大，且该试验台在横向和垂向需要分别施加载荷，试验台结构复杂，且无法更换不同车轮直径的模拟车轮，无法适应不同型号的制动梁；第三种为龙门架形式，该种方式的制动梁垂向放置，可同时试验两根制动梁，压力载荷与切向载荷均通过垂向作动器施加，该试验台整体结构刚度偏小，疲劳试验加载过程中会出现较大的变形，影响试验加载频率的提高和试验效率的提高，目前试验加载频率最大为2.3HZ；试验台龙门架强度较小，龙门架结构本体易出现疲劳裂纹；试验台与被试制动梁连接部位的间隙过多且不易调整。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种制动梁疲劳试验台，该制动梁疲劳试验台采用具有斜撑的龙门架结构，提高了试验台的垂向、横向刚度，在试验过程中变形小，进而提高了试验台的试验加载频率，提高试验效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种制动梁疲劳试验台，用于同时试验两根制动梁的疲劳强度，包括底座，以及垂直于底座并间隔设置在底座上方的四根立柱，该四根立柱自底座左方至底座右方依次为第一立柱、第二立柱、第三立柱以及第四立柱，其中，第一立柱与第二立柱之间垂向安装有可施加切向力载荷的第一切向力载荷作动器，第一切向力载荷作动器底部的前后两侧安装有模拟车轮；第二立柱与第三立柱之间垂向安装有可施加压力载荷的压力载荷作动器；第三立柱与第四立柱之间垂向安装有可施加切向力载荷的第二切向力载荷作动器，第二切向力载荷作动器底部的前后两侧安装有模拟车轮，第二切向力载荷作动器与第一切向力载荷作动器以压力载荷作动器为中心对称设置；两根制动梁竖直安装于立柱的前侧以及后侧，制动梁的两端支撑于模拟车轮踏面上。

作为本发明的进一步优化，第一切向力载荷作动器以及第二切向力载荷作动器的底部均设置有可接收切向载荷的切向载荷分配梁，切向载荷分配梁垂直于立柱前后水平设置；切向载荷分配梁的两端分别连接设置于立柱前后侧的模拟车轮，以将切向载荷分配至分立于切向力载荷作动器两侧的模拟车轮上。

作为本发明的进一步优化，模拟车轮为鼓型，该鼓型模拟车轮的上下两段圆弧面为直径不等的圆弧踏面，以在同一模拟车轮上模拟两种不同直径的车轮。

作为本发明的进一步优化，模拟车轮的前、后设置有挡板，挡板中安装有可与切向载荷分配梁安装的连接梁，并用楔块对连接梁进行固定。

作为本发明的进一步优化，模拟车轮的踏面上设置有与踏面弧度相匹配的模拟闸瓦，模拟闸瓦与模拟车轮之间设置有梯形的间隙消除块，以消除模拟闸瓦与模拟车轮之间的间隙。

作为本发明的进一步优化，压力载荷作动器的底部设置有可分配压力载荷的压力载荷分配梁，压力载荷分配梁垂直于立柱前后水平设置，其中，压力载荷分配梁的两端安装有可安装制动梁支柱的支柱圆销，制动梁的立柱安装在支柱圆销上，以接收压力载荷作动器分配的压力载荷。

作为本发明的进一步优化，第一切向力载荷作动器的底部设置有可对切向载荷进行反馈测试的反馈装置，该反馈装置包括可感应切向载荷反馈力大小的传感器。

作为本发明的进一步优化，立柱的前后两侧倾斜设置有斜撑。

作为本发明的进一步优化，第一立柱左侧以及第四立柱的右侧设置有扶梯。

作为本发明的进一步优化，立柱的顶部水平设置有走台。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的制动梁疲劳试验台，采用外加斜撑的龙门架布局，大大提高了试验台的垂向、横向刚度，在试验过程中变形小，提高了试验台的试验加载频率，提高试验效率；

2、本发明的制动梁疲劳试验台，具有较大的强度，试验过程中的应力小，可大幅提高试验台结构本体的疲劳寿命，增长试验台的服役年限；

3、本发明的制动梁疲劳试验台，在模拟车轮的两侧面设置为直径不同的车轮，可同时模拟两种不同直径车轮，在更换不同型号试件时，不必拆装不同直径的模拟车轮，只需将模拟车轮旋转即可实现不同直径的模拟车轮更换，简单方便；

4、本发明的制动梁疲劳试验台，其压力载荷和切向载荷的传递路线明晰；

5、本发明的制动梁疲劳试验台，在闸瓦托与模拟车轮楔块之间，导套与模拟滑槽之间均设置间隙消除装置，快速、便捷的消除间隙，提高试验加载频率，提升试验结果的可靠性；

6、本发明的制动梁疲劳试验台，采用了切向载荷反馈装置，使得经过传递后的切向载荷在被施加到制动梁后，其数值能得以验证。试验人员可以及时对作动器施加载荷或试验台结构进行及时调整，保证试验结果准确性。

附图说明

图1为制动梁的结构示意图；

图2为本发明制动梁疲劳试验台的主视图；

图3为图2中A-A的剖视图；

图4为本发明中切向载荷分配的示意图；

图5为本发明中压力载荷分配的示意图。

以上各图中：1、底座；2、模拟车轮；21、模拟闸瓦；22、间隙消除块；23、连接梁；231、楔块；24、切向载荷分配梁；3、第一切向载荷作动器；4、第二切向载荷作动器；5、压力载荷作动器；51、压力载荷分配梁；6、制动梁；61、横杆；62、斜杆；63、支柱；64、支柱圆销；7、反馈装置；81、第一立柱；82、第二立柱；83、第三立柱；84、第四立柱。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，制动梁疲劳试验台中术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图2，是本发明中制动梁疲劳试验台的主视图。如图2所示，本发明的制动梁疲劳试验台，用于同时试验两根制动梁的疲劳强度，包括底座1，以及垂直于底座1并间隔设置在底座1上方的四根立柱，该四根立柱自底座左方至底座右方依次为第一立柱81、第二立柱82、第三立柱83以及第四立柱84，间隔设置的四根立柱之间形成了三个空档，其中，第一立柱81与第二立柱82之间垂向安装有可施加切向力载荷的第一切向力载荷作动器3，第一切向力载荷作动器3底部的前后两侧对称安装有模拟车轮2；第二立柱82与第三立柱83之间垂向安装有可施加压力载荷的压力载荷作动器5；第三立柱83与第四立柱84之间垂向安装有可施加切向力载荷的第二切向力载荷作动器4，第二切向力载荷作动器4底部的前后两侧对称安装有模拟车轮2，第二切向力载荷作动器4与第一切向力载荷作动器3以压力载荷作动器5为中心对称设置；两根制动梁6竖直安装于立柱的前侧以及后侧，制动梁6的两端支撑于模拟车轮2踏面上。

上述结构的设置，垂向设置是指垂直于地面设置，垂向刚度较现有中两根立柱结构的垂向刚度大，更利于提高加载频率。

参见图3以及图4，如图3和图4所示，本发明中第一切向力载荷作动器3以及第二切向力载荷作动器4的底部均设置有可接收切向载荷的切向载荷分配梁24，切向载荷分配梁24垂直于立柱前后水平设置；切向载荷分配梁24的两端分别连接设置于立柱前后侧的模拟车轮，以将切向载荷分配至分立于切向力载荷作动器两侧的模拟车轮上；作为优选，模拟车轮为对称设置，这样切向载荷分配梁24受力后即可均匀分配至两端。

如图2所示，切向载荷施加在模拟车轮的踏面半径圆周切线方向，在模拟车轮水平半径处设置圆销，分别连接切向载荷分配梁两端；由于采用圆销连接，与支柱连接方式不受连接圆销倾斜角度的影响。

另外，本发明中为了能适用多种模拟车轮型号，同时减少更换模拟车轮的次数，本发明中的模拟车轮6为鼓型，即其包括对立设置的两端端面，以及连接两端端面的两段圆弧面，在安装模拟车轮时，将模拟车轮的圆弧面上下放置，该鼓型模拟车轮的上下两段圆弧面为直径不等的圆弧踏面，这样，在需要模拟不同直径的车轮时，只需要旋转一定角度，即可实现在同一模拟车轮上模拟两种不同直径的车轮。为了进一步说明本发明中鼓型模拟车轮的优势，举一具体的实施例进行说明：为了适合L-B型制动梁(车轮直径840mm，闸瓦托中心线偏角12度)和L-B1型制动梁(车轮直径915mm，闸瓦托偏角14度)疲劳试验，在模拟车轮上分别制作了直径840mm和915mm的两段圆弧踏面，只要将模拟车轮转动180度，即可实现两种车轮直径的转换。

进一步参见图4，图4中显示，模拟车轮6的前、后设置挡板，挡板中安装有可与切向载荷分配梁安装的连接梁23，并用楔块231对连接梁23进行固定。

模拟车轮6的踏面上设置有与踏面弧度相匹配的模拟闸瓦21，模拟闸瓦21与模拟车轮6之间设置有梯形的间隙消除块22，以消除模拟闸瓦与模拟车轮之间的间隙。

本发明中的模拟车轮采用钢板焊接制成，中心孔用圆钢车加工制作，腹板用两片16mm钢板模拟，因只用到闸瓦接触部分踏面，所以将模拟车轮制作成鼓型，圆周去除部分用以布置切向载荷作用点，并开U形槽，以通过楔块将模拟车轮与制动梁闸瓦托连接起来，制动梁为能与车轮踏面配合，其横杆部分并非直线型，而是形成1:20的坡度，这样就导致制动梁的闸瓦托的闸瓦安装面也随着产生1:20的坡度，因此，本发明中的模拟车轮踏面部分具有1:20的锥度，使得闸瓦托在装上模拟闸瓦后，与模拟车轮形成无间隙的配合；另外，为了实现无间隙配合，本发明的实施例中，模拟闸瓦的上表面和下表面分别为能与模拟车轮和闸瓦托配合的圆柱面和圆锥面。

参见图5，是本发明中压力载荷分配的示意图。如图5所示，压力载荷作动器5的底部设置有可分配压力载荷的压力载荷分配梁51，压力载荷分配梁51垂直于立柱前后水平设置，其中，压力载荷分配梁51的两端安装有可安装制动梁支柱63的支柱圆销64，制动梁的支柱安装在支柱圆销上，以接收压力载荷作动器分配的压力载荷。上述中，压力载荷作动器5将载荷通过压力载荷分配梁均匀施加到两根制动梁的梁支柱处，该压力载荷分配梁两端分别连接支柱圆销；该方式作动器的最大载荷为规定的压力载荷的2倍。压力载荷在传递时，连接处通过销子连接，这样的好处在于，减少焊接件，增加加工件，可提高装配精度，同时结构可沿连接销做轻微转动且力的作用距离保持不变，可有效解决制动梁制造、装配公差所带来的试件安装不配套，同时还能保证加载精度。

如图2中所示，本发明中，第一切向力载荷作动器3的底部设置有可对切向载荷进行反馈测试的反馈装置7，该反馈装置7包括可感应切向载荷反馈力大小的传感器。

同时，在本发明中，为了使本发明的结构更稳固，立柱的前后两侧倾斜设置有斜撑11。

为了检修的方便，第一立柱81左侧以及第四立柱84的右侧设置有可供使用者行走的扶梯；立柱的顶部水平设置有走台，以便于检修以及安装本发明中结构。

为了体现本发明的安装便捷性，下面将结合其具体安装过程进行说明：

首先，收起压力载荷作动器，可先使用2个千斤顶稍稍顶起压力载荷加载梁，以便于制动梁安装；

使用天车或人工将制动梁摆放到大体位置后，通过微调使其横杆内侧与定位杆接触，支柱保持竖直方向且位于切向载荷分配梁正上方(必要时可使用铅垂)，两侧闸瓦托与模拟闸瓦曲面贴合，此时制动梁已定位但未被固定；

通过螺钉调节闸瓦托间隙消除块使其间隙消除，调整导套间隙消除装置使导套约束处的间隙消除；

将支柱连接块穿过支柱并穿上支柱连接销和U型块连接销；

待两侧制动梁均完成以上安装动作后，可放下并撤出千斤顶。如在安装过程中需要微调，则需松开间隙消除装置后进行调整；

检查并调整切向载荷分配梁呈水平状态，作动器载荷为零。

最后全面检查确保所有连接都安装妥当，完成安装。

如需模拟其他型号制动梁，则需将模拟车轮转动180°后，重复以上安装步骤即可。

制动梁在试验台上安装好后，其支柱为垂直状态，试验过程中，制动梁受到的作动力施加的载荷为压力载荷和切向载荷。压力载荷被施加到支柱上之后，载荷传递到模拟车轮上，使得模拟车轮承受垂直向下的载荷和扭矩，这些载荷被模拟车轮的支撑以及模拟滑槽所提供的反力平衡；切向载荷所引起的扭矩也被模拟滑槽所提供的反力平衡。

试验过程中共有三个位置有载荷作用，分别是作动器对试验台上侧的反作用力；作动器的另外一端作用在载荷分配梁上，最终作用在安装模拟车轮的底座上；压力作动器的垂向作用载荷作用在载荷分配横梁上，经制动梁最终作用在模拟车轮上。

Claims (8)

1.一种制动梁疲劳试验台，用于同时试验两根制动梁的疲劳强度，其特征在于：包括底座（1），以及垂直于底座（1）并间隔设置在底座上方的四根立柱，该四根立柱自底座左方至底座右方依次为第一立柱（81）、第二立柱（82）、第三立柱（83）以及第四立柱（84），其中，

第一立柱（81）与第二立柱（82）之间垂向安装有可施加切向力载荷的第一切向力载荷作动器（3），第一切向力载荷作动器（3）底部的前后两侧安装有模拟车轮（2）；

第二立柱（82）与第三立柱（83）之间垂向安装有可施加压力载荷的压力载荷作动器（5）；

第三立柱（83）与第四立柱（84）之间垂向安装有可施加切向力载荷的第二切向力载荷作动器（4），第二切向力载荷作动器（4）底部的前后两侧安装有模拟车轮（2），第二切向力载荷作动器（4）与第一切向力载荷作动器（3）以压力载荷作动器（5）为中心对称设置；

两根制动梁（6）竖直安装于立柱的前侧以及后侧，制动梁（6）的两端支撑于模拟车轮（2）踏面上；

第一切向力载荷作动器（3）以及第二切向力载荷作动器（4）的底部均设置有可接收切向载荷的切向载荷分配梁（24），切向载荷分配梁（24）垂直于立柱前后水平设置；切向载荷分配梁（24）的两端分别连接设置于立柱前后侧的模拟车轮，以将切向载荷分配至分立于切向力载荷作动器两侧的模拟车轮上，模拟车轮承受垂直向下的载荷和切向载荷所引起的扭矩；

压力载荷作动器（5）的底部设置有可分配压力载荷的压力载荷分配梁（51），压力载荷分配梁（51）垂直于立柱前后水平设置，其中，压力载荷分配梁（51）的两端安装有可安装制动梁支柱（63）的支柱圆销（64），制动梁的支柱安装在支柱圆销上，以接收压力载荷作动器分配的压力载荷。

2.根据权利要求1所述制动梁疲劳试验台，其特征在于：模拟车轮（2）为鼓型，该鼓型模拟车轮的上下两段圆弧面为直径不等的圆弧踏面，以在同一模拟车轮上模拟两种不同直径的车轮。

3.根据权利要求1所述制动梁疲劳试验台，其特征在于：模拟车轮（2）的前、后设置有挡板，挡板中安装有可与切向载荷分配梁安装的连接梁（23），并用楔块（231）对连接梁（23）进行固定。

4.根据权利要求1-3中任一项所述制动梁疲劳试验台，其特征在于：模拟车轮（2）的踏面上设置有与踏面弧度相匹配的模拟闸瓦（21），模拟闸瓦（21）与模拟车轮（2）之间设置有梯形的间隙消除块（22），以消除模拟闸瓦与模拟车轮之间的间隙。

5.根据权利要求1所述制动梁疲劳试验台，其特征在于：第一切向力载荷作动器（3）的底部设置有可对切向载荷进行反馈测试的反馈装置（7），该反馈装置（7）包括可感应切向载荷反馈力大小的传感器。

6.根据权利要求1所述制动梁疲劳试验台，其特征在于：立柱的前后两侧倾斜设置有斜撑（11）。

7.根据权利要求1所述制动梁疲劳试验台，其特征在于：第一立柱（81）左侧以及第四立柱（84）的右侧设置有扶梯。

8.根据权利要求1所述制动梁疲劳试验台，其特征在于：立柱的顶部水平设置有走台。