CN106706343B - 一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法及工装 - Google Patents

Abstract

一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法及工装，包括对车轮进行径向刚度的测试和对车轮进行轴向刚度的测试两个方面：首先将垂直方向重力加载装置固定在试验台，车轮固定在测试底座；然后根据测试要求将测试底座、径向测试垂直限位装置或轴向测试垂直限位装置和水平方向重力加载装置固定在试验台上，对车轮进行重力加载以测量车轮的径向刚度或轴向刚度，且径向刚度测试时测试底座在试验台上的放置方式与轴向刚度测试时测试底座在试验台上放置的方式呈垂直状态。本发明利用一套工装分别对弹性车轮进行径向和轴向的刚度测试，减少了安装时间，降低了整个试验的成本，提高了试验效率。

Description

一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法及工装

技术领域

本发明涉及一种车轮的刚度测试方法及工装，尤其是一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法及工装。

背景技术

车轮的径向刚度决定着车轮的径向变形，影响着列车的平顺性和操稳性等；轴向刚度决定着车轮的轴向变形，影响着车轮沿轴中心线方向上抵抗变形的能力，尤其是抵抗拉压变形的能力。为了使列车既能安全运行，又不过于振动，弹性车轮的刚度必须保持在一个合理的范围内。因此，在投入使用之前，需要对弹性车轮进行刚度的测试，以对车轮的设计验证及批量生产过程中进行质量控制。当前国内此方面公开的专利技术较少，举例如下：

1. 专利申请号CN201410493672.0，名称为“轮胎垂向刚度测试中的轮胎固定装置” 的发明专利公开了一种轮胎垂向刚度测试中的轮胎固定装置，其特征在于，包含顶板、移动板、液压缸、两个侧板、底板和四根支撑柱；顶板、移动板、两个侧板、底板均呈长方形；顶板的四个角和所述底板的四个角通过所述所述四根支撑柱固定连接；移动板的四角设有四个供支撑柱穿过的通孔，能够在四根支撑柱上滑动；液压缸的底座固定在移动板上、顶部固定在顶板上；两个侧板的顶部分别固定在移动板的两侧，与移动板呈90度；两个侧板的底部对应设有用于固定轮胎轮轴的凹槽。本发明结构简单，便于运输，与测试设备分离成本较低，且通过不同方向的加载能测试出轮胎垂向上的两种刚度，是轮胎力学特性测试的重要数据来源。

2. 专利申请号CN201510120774.2，名称为“一种轮胎刚度测试装置”的发明专利公开了一种对轮胎的垂直刚度、纵向刚度、侧向刚度进行测量，完成对耦合刚度测量的轮胎刚度测试装置，包括垂直加载装置、侧向加载装置、纵向加载装置、底座、机架、侧倾轴、连接件、胀紧连接套、通过纵向导轨与底座连接的第一平面、通过横向导轨与第一平面连接的第二平面；所述连接件、第一平面、第二平面均设有直线位移传感器；所述倾侧轴与连接件通过两个胀紧连接套连接；所述连接件上设有六分力传感器；所述连接件上设有配合机架两根导轨的通孔。本发明结构简单、设计合理，可以测得轮胎的各个方向的作用力；各加载装置的直线位移传感器可以测得轮胎在各个方向上的位移大小，可以计算得出轮胎的各向刚度和耦合刚度。

专利1中的的固定装置由于上面有顶板，轮胎只能从侧面进入装置，因此较困难；而且此装置只能用于轮胎径向刚度时的测试，作用单一。专利2中对轮胎的固定和作用力加载都是通过一点进行，会使轮胎受力不均，影响测试精度，不适合弹性车轮这种受力很大的轮胎的测试。因此需要改进。

发明内容

本发明为解决当前弹性车轮刚度测试中存在的问题提出了一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法及工装，可在一套工装上面分别对弹性车轮进行径向和轴向刚度的测试。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法，包括对车轮进行径向刚度的测试和对车轮进行轴向刚度的测试两个方面：首先将垂直方向重力加载装置固定在试验台，车轮固定在测试底座；然后根据测试要求将测试底座、径向测试垂直限位装置或轴向测试垂直限位装置和水平方向重力加载装置固定在试验台上，对车轮进行重力加载以测量车轮的径向刚度或轴向刚度。

进一步地，将垂直方向重力加载装置固定在试验台即将龙门架固定在试验台，油缸固定在龙门架上，利用油缸提供垂直方向的加载力。

进一步地，将车轮固定在测试底座即用假轴穿过测试底座两个侧板中间上部的轴孔和车轮的中心孔，通过假轴将车轮固定在测试底座的凹槽内。

进一步地，在车轮与测试底座底板接触处同一直径的另一端还固定有加载块，以使加载力通过车轮的直径部分，保证测试的精度。

进一步地，根据测试要求将测试底座、径向测试垂直限位装置或轴向测试垂直限位装置和水平方向重力加载装置固定在试验台上即进行径向刚度测试时，将径向测试垂直限位装置固定在试验台上，并通过测试底座底板上的螺孔将测试底座固定在试验台上，且使固定在龙门架上的油缸、径向测试垂直限位装置上的活塞轴一、车轮上的加载块与车轮直径位于同一直线上；进行轴向刚度测试时，将轴向测试垂直限位装置固定在试验台上，并通过测试底座一块侧板上的螺孔将测试底座固定在试验台上，且使固定在龙门架上的油缸、轴向测试垂直限位装置上的活塞轴二与车轮上的加载块位于同一直线上；进行轴向刚度测试时，还需将止挡座固定在试验台，水平千斤顶固定在止挡座的侧面，且水平千斤顶、加载块与车轮直径位于同一条直线上。

进一步地，进行径向刚度测试时，由油缸提供垂直加载力，通过活塞轴一将油缸提供的加载力传递给加载块后再传递给车轮，径向测试垂直限位装置保证油缸提供的加载力始终保持垂直，记录加载力下车轮轮箍、轮心的垂直相对位移，其比值即为径向刚度。

进一步地，进行轴向刚度测试时，由水平千斤顶通过加载块给车轮提供一个轴重载荷，由油缸提供垂直加载力，活塞轴二将油缸提供的加载力传递给加载块后再传递给车轮，轴向测试垂直限位装置保证油缸提供的加载力始终保持垂直，记录加载力下车轮轮箍、轮心的垂直相对位移，其比值即为轴向刚度。

一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试工装，包括重力加载装置和固定装置；重力加载装置包括水平方向重力加载装置和垂直方向重力加载装置，其中水平方向重力加载装置用于轴向刚度测试时给车轮提供一个轴重载荷，垂直方向重力加载装置用于从垂直方向给车轮提供压力以检测车轮刚度；固定装置包括试验台和测试底座，测试底座固定在试验台上，试验台为进行测试时的基座，测试底座对车轮进行固定。

进一步地，测试底座为由一块底板和两块侧板组成的凹字形结构，车轮设于测试底座的凹槽中，利用测试底座将车轮固定在试验台上，且径向刚度测试时测试底座在试验台上的放置方式与轴向刚度测试时测试底座在试验台上放置的方式呈垂直状态。

进一步地，测试底座底板的底部和一块侧板的外侧设有用于固定在试验台上的螺孔，径向刚度测试时，测试底座通过底板上的螺孔固定在试验台上；轴向刚度测试时，测试底座通过侧板上的螺孔固定在试验台上。

进一步地，测试底座两块侧板的中间的上部有用于固定假轴的轴孔，假轴穿过车轮的中心孔将车轮固定在测试底座上。

进一步地，垂直方向重力加载装置包括龙门架和油缸，龙门架固定在试验台上，油缸垂直设置，上端安装在龙门架上，测试时利用油缸对车轮提供垂直方向的加载力。

进一步地，垂直方向重力加载装置还包括径向测试垂直限位装置和轴向测试垂直限位装置，对油缸提供的加载力方向进行限位。

进一步地，径向测试垂直限位装置上设有活塞轴一，且活塞轴一上端与油缸连接，保证测试时油缸通过活塞轴一对车轮提供的加载力始终垂直。

进一步地，轴向测试垂直限位装置上设有活塞轴二，且活塞轴二上端与油缸连接，保证测试时油缸通过活塞轴二对车轮提供的加载力始终垂直。

进一步地，水平方向重力加载装置包括止挡座和水平千斤顶，止挡座固定在试验台上，水平千斤顶的一端固定在止挡座的侧面，另一端对车轮提供加载力。

进一步地，重力加载装置还包括加载块，加载块的一面设有开口，用于套住车轮轮箍；内部设有与车轮轮箍配合的台阶，以保证测试时车轮受力均匀；两端设有与车轮固定的螺孔，通过螺孔将加载块固定在车轮上。

进一步地，径向刚度测试时，加载块开口面的反面与活塞轴一连接；轴向刚度测试时，加载块开口面的侧面与活塞轴二连接，开口面的反面与水平千斤顶连接，重力加载装置通过加载块将加载力传递给车轮。

本发明的有益效果是：

1. 本发明利用一套工装分别对弹性车轮进行径向和轴向的刚度测试，减少了安装时间，降低了整个试验的成本，提高了试验效率。

2. 本发明通过限位装置保证其加载力始终保持垂直，提高了测试精度。

3. 本发明的测试底座为上方全开口，可方便地将弹性车轮吊入固定。

附图说明

图1为本发明径向刚度测试主视示意图；

图2为本发明径向刚度测试侧视示意图；

图3为本发明径向测试垂直限位装置；

图4为本发明轴向刚度测试主视示意图；

图5为本发明轴向刚度测试侧视示意图；

图6为本发明轴向刚度测试俯视示意图；

图7为本发明轴向测试垂直限位装置；

图8为本发明测试底座主视示意图；

图9为本发明测试底座测试示意图；

图10为本发明加载块、假轴与车轮固定示意图；

其中：1.垂直方向重力加载装置，11.龙门架，111.支柱，112.横梁，12油缸，13. 径向测试垂直限位装置，131.横杆一，132.立杆一，133.活塞轴一，14. 轴向测试垂直限位装置，141.横杆二，142.立杆二，143活塞轴二，2.水平方向重力加载装置，21止挡座，22.水平千斤顶，3.加载块，4.试验台，5.测试底座，51.底板，52.侧板，53.轴孔，6.车轮，7.假轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例一

如图1-图10所示，一种弹性车轮6的径向和轴向刚度测试工装，包括重力加载装置和固定装置；重力加载装置包括水平方向重力加载装置2和垂直方向重力加载装置1，其中水平方向重力加载装置2用于轴向刚度测试时给车轮6提供一个轴重载荷，垂直方向重力加载装置1用于从垂直方向给车轮6提供压力以检测车轮6刚度；固定装置包括试验台4和测试底座5，试验台4为一块长方形大板，上面设有用于固定重力加载装置和测试底座5的螺孔，为进行测试时的基座，测试底座5固定在试验台4上，用于对车轮6进行固定。

进一步地，测试底座5为由一块底板51和两块侧板52组成的凹字形结构，车轮6设于测试底座5的凹槽中，利用测试底座5将车轮6固定在试验台4上，且径向刚度测试时测试底座5在试验台4上的放置方式与轴向刚度测试时测试底座5在试验台4上放置的方式呈垂直状态。

进一步地，测试底座5底板51底部的两端和一块侧板52外侧的两端均匀分布有数个用于固定在试验台4上的螺孔，径向刚度测试时，测试底座5通过底板51上的螺孔固定在试验台4上；轴向刚度测试时，测试底座5通过侧板52上的螺孔固定在试验台4上。

进一步地，测试底座5两块侧板52的中间的上部有用于固定假轴7的轴孔53，假轴7穿过车轮6的中心孔将车轮6固定在测试底座5上。

进一步地，假轴7为两端设有螺孔的圆形轴。

进一步地，垂直方向重力加载装置1包括龙门架11和油缸12，龙门架11固定在试验台4上，油缸12垂直设置，上端安装在龙门架11上，测试时利用油缸12对车轮6提供垂直方向的加载力。

进一步地，龙门架11包括两根支柱111和一根横梁112，支柱111底端有用于固定在试验台4上的螺孔，横梁112位于两根支柱111的顶端，油缸12设置在横梁112上。

进一步地，垂直方向重力加载装置1还包括径向测试垂直限位装置13和轴向测试垂直限位装置14，对油缸12提供的加载力方向进行限位。

进一步地，径向测试垂直限位装置13包括两根立杆一132和一根横杆一131，两根立杆一132底部有用于固定在试验台4上的螺孔，横杆一131设于两根立杆一132的顶端，中间设有活塞轴一133，且活塞轴一133上端与油缸12连接，保证测试时油缸12通过活塞轴一133对车轮6提供的加载力始终垂直。

进一步地，轴向测试垂直限位装置14包括两根立杆二142和一根横杆二141，两根立杆二142底部有用于固定在试验台4上的螺孔，横杆二141设于两根立杆二142的顶端，中间设有活塞轴二143，且活塞轴二143上端与油缸12连接，保证测试时油缸12通过活塞轴二143对车轮6提供的加载力始终垂直。

进一步地，水平方向重力加载装置2包括止挡座21和水平千斤顶22，止挡座21固定在试验台4上，水平千斤顶22的一端固定在止挡座21的侧面，另一端对车轮6提供加载力。

进一步地，止挡座21为对称的两侧有斜边的凸台，且凸台较小的一侧固定水平千斤顶22；止挡座21的底面设有用于固定在试验台4的螺孔。

进一步地，重力加载装置还包括加载块3，加载块3为一面有开口的长方体，用于套住车轮6轮箍；内部设有与车轮6轮箍配合的台阶，以保证测试时车轮6受力均匀；两端设有与车轮6固定的螺孔，通过螺孔将加载块3固定在车轮6上。

进一步地，径向刚度测试时，加载块3开口面的反面与活塞轴一133连接；轴向刚度测试时，加载块3开口面的侧面与活塞轴二143连接，开口面的反面与水平千斤顶22连接，重力加载装置通过加载块3将加载力传递给车轮6。

很显然，上述实施例只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通过实施例的描述可以清楚看出本发明可以归结为涉及一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法，包括对车轮进行径向刚度的测试和对车轮进行轴向刚度的测试两个方面：首先将垂直方向重力加载装置固定在试验台，车轮固定在测试底座；然后根据测试要求将测试底座、径向测试垂直限位装置或轴向测试垂直限位装置和水平方向重力加载装置固定在试验台上，对车轮进行重力加载以测量车轮的径向刚度或轴向刚度。

进一步地，将垂直方向重力加载装置固定在试验台即将龙门架固定在试验台，油缸固定在龙门架上，利用油缸提供垂直方向的加载力。

进一步地，将车轮固定在测试底座即用假轴穿过测试底座两个侧板中间上部的轴孔和车轮的中心孔，通过假轴将车轮固定在测试底座的凹槽内。

进一步地，在车轮与测试底座底板接触处同一直径的另一端还固定有加载块，以使加载力通过车轮的直径部分，保证测试的精度。

进一步地，根据测试要求将测试底座、径向测试垂直限位装置或轴向测试垂直限位装置和水平方向重力加载装置固定在试验台上即进行径向刚度测试时，将径向测试垂直限位装置固定在试验台上，并通过测试底座底板上的螺孔将测试底座固定在试验台上，且使固定在龙门架上的油缸、径向测试垂直限位装置上的活塞轴一、车轮上的加载块与车轮直径位于同一直线上；进行轴向刚度测试时，将轴向测试垂直限位装置固定在试验台上，并通过测试底座一块侧板上的螺孔将测试底座固定在试验台上，且使固定在龙门架上的油缸、轴向测试垂直限位装置上的活塞轴二与车轮上的加载块位于同一直线上；进行轴向刚度测试时，还需将止挡座固定在试验台，水平千斤顶固定在止挡座的侧面，且水平千斤顶、加载块与车轮直径位于同一条直线上。

进一步地，进行径向刚度测试时，由油缸提供垂直加载力，通过活塞轴一将油缸提供的加载力传递给加载块后再传递给车轮，径向测试垂直限位装置保证油缸提供的加载力始终保持垂直，记录加载力下车轮轮箍、轮心的垂直相对位移，其比值即为径向刚度。

进一步地，进行轴向刚度测试时，由水平千斤顶通过加载块给车轮提供一个轴重载荷，由油缸提供垂直加载力，活塞轴二将油缸提供的加载力传递给加载块后再传递给车轮，轴向测试垂直限位装置保证油缸提供的加载力始终保持垂直，记录加载力下车轮轮箍、轮心的垂直相对位移，其比值即为轴向刚度。

由此可见，本发明还具有以下有益效果：

1. 本发明利用一套工装分别对弹性车轮进行径向和轴向的刚度测试，减少了安装时间，降低了整个试验的成本，提高了试验效率。

2. 本发明通过限位装置保证其加载力始终保持垂直，提高了测试精度。

3. 本发明的测试底座为上方全开口，可方便地将弹性车轮吊入固定。

Claims (9)

1.一种弹性车轮的径向和轴向刚度测试工装，包括重力加载装置和固定装置，其特征在于：所述重力加载装置包括水平方向重力加载装置和垂直方向重力加载装置，水平方向重力加载装置用于轴向刚度测试时给车轮提供一个轴重载荷，垂直方向重力加载装置用于从垂直方向给车轮提供压力以检测车轮刚度；固定装置包括试验台和测试底座，测试底座固定在试验台上；

所述测试底座为由一块底板和两块侧板组成的凹字形结构，车轮设于测试底座的凹槽中，利用测试底座将车轮固定在试验台上，且径向刚度测试时测试底座在试验台上的放置方式与轴向刚度测试时测试底座在试验台上放置的方式呈垂直状态；

所述测试底座底板的底部和一块侧板的外侧设有用于固定在试验台上的螺孔，径向刚度测试时，测试底座通过底板上的螺孔固定在试验台上；轴向刚度测试时，测试底座通过侧板上的螺孔固定在试验台上；

所述测试底座两块侧板的中间的上部有用于固定假轴的轴孔，假轴穿过车轮的中心孔将车轮固定在测试底座上。

2.如权利要求1所述的弹性车轮的径向和轴向刚度测试工装，其特征在于：所述垂直方向重力加载装置包括龙门架和油缸，龙门架固定在试验台上，油缸垂直设置，上端安装在龙门架上。

3.如权利要求2所述的弹性车轮的径向和轴向刚度测试工装，其特征在于：所述垂直方向重力加载装置还包括径向测试垂直限位装置和轴向测试垂直限位装置；

所述径向测试垂直限位装置上设有活塞轴一，且活塞轴一上端与油缸连接，保证测试时油缸通过活塞轴一对车轮提供的加载力始终垂直；

所述轴向测试垂直限位装置上设有活塞轴二，且活塞轴二上端与油缸连接，保证测试时油缸通过活塞轴二对车轮提供的加载力始终垂直。

4.如权利要求1所述的弹性车轮的径向和轴向刚度测试工装，其特征在于：所述水平方向重力加载装置包括止挡座和水平千斤顶，止挡座固定在试验台上，水平千斤顶的一端固定在止挡座的侧面，另一端对车轮提供加载力。

5.如权利要求1所述的弹性车轮的径向和轴向刚度测试工装，其特征在于：所述重力加载装置还包括加载块，加载块的一面设有开口，内部设有与车轮轮箍配合的台阶，两端设有与车轮固定的螺孔。

6.一种使用权利要求1所述测试工装的弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法，其特征在于：包括对车轮进行径向刚度的测试和对车轮进行轴向刚度的测试两个方面：首先将垂直方向重力加载装置固定在试验台，车轮固定在测试底座；然后根据测试要求将测试底座、径向测试垂直限位装置或轴向测试垂直限位装置和水平方向重力加载装置固定在试验台上，对车轮进行重力加载以测量车轮的径向刚度或轴向刚度。

7.如权利要求6所述的弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法，其特征在于：所述将垂直方向重力加载装置固定在试验台是指将龙门架固定在试验台，油缸固定在龙门架上，利用油缸提供垂直方向的加载力；

所述将车轮固定在测试底座是指用假轴穿过测试底座两个侧板中间上部的轴孔和车轮的中心孔，通过假轴将车轮固定在测试底座的凹槽内；

所述车轮与测试底座底板接触处同一直径的另一端还固定有加载块。

8.如权利要求7所述的弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法，其特征在于：所述根据测试要求将测试底座、径向测试垂直限位装置或轴向测试垂直限位装置和水平方向重力加载装置固定在试验台上是指进行径向刚度测试时，将径向测试垂直限位装置固定在试验台上，并通过测试底座底板上的螺孔将测试底座固定在试验台上，且使固定在龙门架上的油缸、径向测试垂直限位装置上的活塞轴一、车轮上的加载块与车轮直径位于同一直线上；进行轴向刚度测试时，将轴向测试垂直限位装置固定在试验台上，并通过测试底座一块侧板上的螺孔将测试底座固定在试验台上，且使固定在龙门架上的油缸、轴向测试垂直限位装置上的活塞轴二与车轮上的加载块位于同一直线上；进行轴向刚度测试时，还将止挡座固定在试验台，水平千斤顶固定在止挡座的侧面，且水平千斤顶、加载块与车轮直径位于同一条直线上。

9.如权利要求8所述的弹性车轮的径向和轴向刚度测试方法，其特征在于：进行径向刚度测试时，由油缸提供垂直加载力，通过活塞轴一将油缸提供的加载力传递给加载块后再传递给车轮，径向测试垂直限位装置保证油缸提供的加载力始终保持垂直，记录加载力下车轮轮箍、轮心的垂直相对位移，其比值即为径向刚度；

进行轴向刚度测试时，由水平千斤顶通过加载块给车轮提供一个轴重载荷，由油缸提供垂直加载力，活塞轴二将油缸提供的加载力传递给加载块后再传递给车轮，轴向测试垂直限位装置保证油缸提供的加载力始终保持垂直，记录加载力下车轮轮箍、轮心的垂直相对位移，其比值即为轴向刚度。

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