CN107271205B - 铁路车辆压车梁的疲劳试验装置及疲劳试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁路车辆压车梁的疲劳试验装置及疲劳试验方法，其中，铁路车辆压车梁的疲劳试验装置包括：支撑结构，用于支撑待试验铁路车辆的车厢，支撑结构与车厢固定连接；载荷模拟机构，包括外力加载结构以及与外力加载结构连接的传力组件，传力组件与设置在车厢上的压车梁相配合，外力加载结构通过传力组件对压车梁施加向下的外力。本发明的铁路车辆压车梁的疲劳试验装置及疲劳试验方法有效地解决了现有技术中的铁路车辆疲劳试验台不能模拟翻车机工况下压车梁及车体受到的载荷的问题。

Description

铁路车辆压车梁的疲劳试验装置及疲劳试验方法

技术领域

本发明涉及铁路车辆试验技术领域，具体而言，涉及一种铁路车辆压车梁的疲劳试验装置及疲劳试验方法。

背景技术

目前，铁路车辆疲劳与振动试验台通常用来模拟铁路车辆的车体在线路运行时的疲劳损伤。但是，铁路车辆除了线路运行，一些专用线路的铁路车辆(货车)还需要通过翻车机进行货物卸载。具体地，铁路车辆的车厢上设置有压车梁，根据压车梁的设置位置不同可分为两类：一种压车梁位于车厢的中下侧(下置压车梁)，另一种压车梁位于车厢的上边梁处(上置压车梁)。在通过翻车机对铁路车辆进行翻转时，翻车机的固定压臂钩住压车梁，并将铁路车辆固定到翻车机上。当进行翻车卸载时，翻车机将铁路车辆整体进行翻转(通常为140度翻转)，实现货物的卸载。

由上述内容可知，对于应用翻车机的铁路车辆来说，翻车机工况时压车梁的载荷也是疲劳损伤的主要部分。因此，关于铁路车辆压车梁结构的疲劳评估非常重要。然而，现有的铁路车辆疲劳与振动试验台只能实现对车体在线路运行时运行状态的模拟，不能模拟翻车机工况下压车梁及车体受到的载荷，翻车机工况的疲劳试验模拟亟待解决。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铁路车辆压车梁的疲劳试验装置及疲劳试验方法，以解决现有技术中的铁路车辆疲劳试验台不能模拟翻车机工况下压车梁及车体受到的载荷的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铁路车辆压车梁的疲劳试验装置，包括：支撑结构，用于支撑待试验铁路车辆的车厢，支撑结构与车厢固定连接；载荷模拟机构，包括外力加载结构以及与外力加载结构连接的传力组件，传力组件与设置在车厢上的压车梁相配合，外力加载结构通过传力组件对压车梁施加向下的外力。

进一步地，传力组件包括：安装板，连接在外力加载结构上；压板，压板与安装板间隔设置，压板朝向安装板的一侧与压车梁抵顶配合；连接结构，压板通过连接结构连接在安装板上，并且连接结构能够使压板与安装板之间的距离可调。

进一步地，连接结构包括：连接座，设置在安装板上；固定螺栓及螺母，固定螺栓沿垂直于压板的方向延伸设置，压板通过固定螺栓和螺母连接在连接座上。

进一步地，连接结构还包括纵向中间支撑件，纵向中间支撑件沿垂直于安装板的方向延伸设置，连接座通过纵向中间支撑件连接在安装板上。

进一步地，连接座与纵向中间支撑件铰接连接。

进一步地，外力加载结构位于压车梁的下方，外力加载结构通过传力组件对压车梁施加向下的拉力。

进一步地，外力加载结构为伺服油缸。

进一步地，外力加载结构和压板均为两个，两个压板与两个外力加载结构一一对应设置，两个外力加载结构的顶部之间连接有支撑横梁，安装板连接在支撑横梁上。

根据本发明的另一方面，提供了一种铁路车辆压车梁的疲劳试验方法，包括：步骤S10：确定待试验铁路车辆在实际翻车机工况下压车梁的关键点的应力谱；步骤S20：通过上述的铁路车辆压车梁的疲劳试验装置对待试验铁路车辆的压车梁施加外载荷；步骤S30：控制疲劳试验装置施加的载荷的大小，以使压车梁的关键点的应力状态与应力谱一致。

进一步地，应力谱的时间区间为待试验铁路车辆在实际翻车机工况下的一个翻转周期，疲劳试验方法还包括：步骤S40：控制疲劳试验装置对压车梁周期施力，疲劳试验装置的每次施力的持续时间为一个翻转周期，疲劳试验装置的施力次数为待试验铁路车辆预设的全寿命期内的翻转次数。

进一步地，步骤S10包括：步骤S11：确定待试验铁路车辆的压车梁的关键点的位置；步骤S12：检测关键点的在实际翻车机工况下的应力；步骤S13：根据检测到的关键点的应力，得到该关键点的应力谱。

应用本发明的技术方案，先将待试验铁路车辆的车厢通过支撑结构支撑并固定住，再通过载荷模拟机构的外力加载结构和传力组件对压车梁施加向下的外力。上述结构能够实现对车厢固定并对压车梁施加外力，模拟了翻车机的固定压臂对压车梁的施力，从而为模拟待试验铁路车辆的压车梁在实际翻车机工况下的应力状态提供了试验条件，无需使待试验铁路车辆整体翻转即可实现压车梁的载荷复现。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的铁路车辆压车梁的疲劳试验装置的实施例在试验过程中的结构示意图；

图2示出了图1的疲劳试验装置的在试验过程中的另一角度的结构示意图；

图3示出了图1的疲劳试验装置的传力组件的结构示意图；

图4示出了根据本发明的铁路车辆压车梁的疲劳试验方法的流程示意图；以及

图5示出了图4的疲劳试验方法的应力谱示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、支撑结构；20、车厢；30、外力加载结构；40、传力组件；41、安装板；42、压板；43、连接结构；431、连接座；432、固定螺栓；433、纵向中间支撑件；50、压车梁；60、支撑横梁。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图3所示，本实施例的铁路车辆压车梁的疲劳试验装置包括支撑结构10及载荷模拟机构。其中，支撑结构10用于支撑待试验铁路车辆的车厢20。支撑结构10与车厢20固定连接。载荷模拟机构包括外力加载结构30以及与外力加载结构30连接的传力组件40。传力组件40与设置在车厢20上的压车梁50相配合。外力加载结构30通过传力组件40对压车梁50施加向下的外力。在本实施例中，外力加载结构30位于压车梁50的下方，外力加载结构30通过传力组件40对压车梁50施加向下的拉力。

应用本实施例的疲劳试验装置，先将待试验铁路车辆的车厢20通过支撑结构10支撑并固定住，再通过载荷模拟机构的外力加载结构30和传力组件40对压车梁50施加向下的外力。上述结构能够实现对车厢20固定并对压车梁50施加外力，模拟了翻车机的固定压臂对压车梁50的施力，从而为模拟待试验铁路车辆的压车梁50在实际翻车机工况下的应力状态提供了试验条件，无需使待试验铁路车辆整体翻转即可实现压车梁50的载荷复现。

需要说明的是，本实施例的疲劳试验装置依托于现有的铁路车辆疲劳与振动试验台的部分原有结构。具体地，现有的铁路车辆疲劳与振动试验台的载荷加载机构包括八个作动器，其中，四个作动器用于疲劳工况模拟，四个作动器用于振动工况模拟。如图1所示，待试验铁路车辆的车厢20的底部的每一侧设置有两个压车梁50(下置压车梁)，也就是说，待试验铁路车辆的车厢20的底部一共设置有四个压车梁50。在本实施例中，将疲劳工况模拟的四个作动器作为支撑结构10分别与车厢20下方进行固定连接，将振动工况模拟的四个作动器(伺服油缸)作为外力加载结构30与传力组件40连接，从而对压车梁50施加向下的外力。上述设置可以充分利用现有的铁路车辆疲劳与振动试验台的原有结构，使用更加灵活，并且还可以有效地节省成本。

当然，支撑结构10和外力加载结构30的具体结构不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，支撑结构和外力加载结构可以不依托于现有的铁路车辆疲劳与振动试验台的结构，单独进行设计，例如，支撑结构为固定柱，外力加载结构为伺服油缸。此外，压车梁50的设置位置以及外力加载结构30与压车梁50的位置关系不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，压车梁可以设置在车厢的上方(上置压车梁)；或者，外力加载结构位于压车梁的上方，以对压车梁施加向下的推力。

如图2和图3所示，在本实施例的疲劳试验装置中，传力组件40包括安装板41、压板42以及连接结构43。其中，安装板41连接在外力加载结构30上。压板42与安装板41间隔设置。压板42朝向安装板41的一侧与压车梁50抵顶配合。压板42通过连接结构43连接在安装板41上，并且连接结构43能够使压板42与安装板41之间的距离可调。上述结构能够实现压板42相对于安装板41的高度可调，这样可以适用于不同设置位置的压车梁50。也就是说，无论压车梁50设置在车厢20的顶部和底部，均可以通过调整压板42的高度来使压板42始终能够与压车梁50抵顶配合，从而满足不同车型的铁路车辆的压车梁50的疲劳试验模拟。

如图2和图3所示，在本实施例的疲劳试验装置中，连接结构43包括连接座431、固定螺栓432及螺母。其中，连接座431设置在安装板41上。固定螺栓432沿垂直于压板42的方向延伸设置。压板42通过固定螺栓432和螺母连接在连接座431上。在装配疲劳试验装置与压车梁50的过程中，先将压板42与连接座431分别置于压车梁50的上下两侧，再通过固定螺栓432穿设在压板42和连接座431上，并通过螺母锁紧，从而使压车梁50与压板42紧密配合。在固定螺栓432与螺母锁紧时，由于螺母与固定螺栓432连接的位置可作微调，这样可以使压板42相对于安装板41的高度可作微调。

如图2和图3所示，在本实施例的疲劳试验装置中，连接结构43还包括纵向中间支撑件433。纵向中间支撑件433沿垂直于安装板41的方向延伸设置。连接座431通过纵向中间支撑件433连接在安装板41上。纵向中间支撑件433具有多种高度规格，在装配疲劳试验装置时，可以根据压车梁50的具体设置位置进行选择，从而实现最终压板42相对于安装板41的高度可调，进而适用于不同设置位置的压车梁50。

需要说明的是，压板42相对于安装板41的高度可调的方式不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，压板的高度可调整可以通过其他方式实现。例如，可以将固定螺栓设置为多种长度规格，在装配疲劳试验装置时根据压车梁的具体设置位置进行选择；或者，在纵向中间支撑件上设置沿纵向间隔布置的多个安装孔，连接座根据压板所需要的设置高度选择性地与多个安装孔中的一个连接；或者，在纵向中间支撑件上设置沿纵向延伸的导轨，连接座能够在导轨上滑动，当连接座滑动至某一位置时通过紧固结构将其固定，这样也可以实现压板的高度可调。如图2和图3所示，在本实施例的疲劳试验装置中，连接座431与纵向中间支撑件433铰接连接。在疲劳试验装置装配过程中，即使压车梁50的设置位置有一些偏斜，在锁紧固定螺栓432和螺母时，连接座431可以在周向的各个方向上进行微调，从而最终使压车梁50与压板42紧密配合，从而使整体结构加载更加协调，压车梁50的受力更加均匀，便于复现压车梁50的受力状态。

如图2所示，在本实施例的一组(一辆车需要两组)疲劳试验装置中，外力加载结构30、压板42、连接结构43均为两个。其中，现有的疲劳与振动试验台进行振动工况模拟的四个作动器中相对于铁路车辆中心线对称设置的两个作为上述两个外力加载结构30。两个压板42与两个外力加载结构30一一对应设置。两个外力加载结构30的顶部之间连接有支撑横梁60，安装板41连接在支撑横梁60上。上述结构能够便于两个外力加载结构30同时施力，并使两个压板42同时对相对于铁路车辆中心线对称的两个压车梁50施力，从而使上述两个压车梁50受力均匀。此外，纵向中间支撑件433与安装板41之间以及安装板41与支撑横梁60之间均可以通过T型槽螺栓连接，这样可以实现压板42的横向尺寸调整，满足车辆宽度方向上不同位置压车梁的安装要求。

如图4和图5所示，本申请还提供了一种铁路车辆压车梁的疲劳试验方法，根据本申请的铁路车辆压车梁的疲劳试验方法的实施例包括：

步骤S11：确定待试验铁路车辆的压车梁的关键点的位置；

步骤S12：检测关键点的在实际翻车机工况下的应力；

步骤S13：根据检测到的关键点的应力，得到该关键点的应力谱。

步骤S20：通过铁路车辆压车梁的疲劳试验装置对待试验铁路车辆的压车梁施加外载荷；

步骤S30：控制疲劳试验装置施加的外载荷的大小，以使压车梁的关键点的应力状态与应力谱一致；

步骤S40：控制疲劳试验装置对压车梁周期施力，疲劳试验装置的每次施力的持续时间为一个翻转周期，疲劳试验装置的施力次数为待试验铁路车辆预设的全寿命期内的翻转次数。

其中，

步骤S11中的待试验铁路车辆的压车梁的关键点指的是易发生疲劳破坏的点，其可以为压车梁与车厢的连接处，也可以为压车梁自身结构的薄弱点；

步骤S12中的关键点的应力可以通过设置传感器进行检测；

步骤S13中的应力谱的时间区间为待试验铁路车辆在实际翻车机工况下的一个翻转周期；

步骤S20中的铁路车辆压车梁的疲劳试验装置为上述实施例的疲劳试验装置；

步骤S30中的“使压车梁的关键点的应力状态与应力谱一致”指的是使压车梁的关键点在每一个时间点的应力与该关键点的应力谱相对应的时间点的应力均相同，也就是说，试验的压车梁的关键点的应力曲线与应力谱的应力曲线能够完全重合(模拟精度误差在3％以内)。在本实施例中，在试验的压车梁的各个关键点处设置传感器进行应力的实时测量；

步骤S40中的“全寿命期”指的是铁路车辆的设计寿命。例如，铁路车辆的设计寿命为25年，在25年内铁路车辆被翻转的次数设计为10万次。针对此种铁路车辆，疲劳试验装置的施力次数为10万次。

上述疲劳试验方法能够在不翻转铁路车辆的同时，实现复现翻车机工况时压车梁的载荷，从而完成翻车机工况下疲劳试验模拟，并且通过控制系统控制疲劳试验装置施加的外载荷的大小，这样可以使翻车机工况时压车梁的载荷数据复现精度较高，试验模拟效果良好。

需要说明的是，确定待试验铁路车辆在实际翻车机工况下压车梁的关键点的应力谱的方式不限于上述步骤S11至步骤S13，在其他实施方式中，应力谱也可以是根据压车梁及其与车厢的连接结构关系计算得出。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明目的是对应用于翻车机的铁路车辆进行相关研究，依托现有铁路车辆疲劳与振动试验台，利用其原有结构及新设计疲劳试验装置，通过试验方法创新复现铁路车辆的压车梁翻车机工况的载荷，实现铁路车辆压车梁在疲劳试验时的试验模拟，完善铁路车辆疲劳寿命评估体系。

本发明的铁路车辆压车梁的疲劳试验方法按照翻车机工况实际测得的应力信号，编制施加的应力谱。载荷施加部位为铁路车辆的压车梁，疲劳试验模拟的核心是载荷复现，不需模拟整个翻转动作，只需要将车厢有效固定，通过外力加载结构及控制系统控制保证压车梁的受力状态与实际运用受载基本一致即可，疲劳试验加载的总次数为铁路车辆设计的全寿命期内的翻转次数，这样即可以实现铁路车辆压车梁的翻车机工况疲劳试验模拟。

为了节约成本，利用现有铁路车辆疲劳与振动试验台的部分结构，通过拆分部件、对接设计、新设计传力组件来优化组合成一套翻车工况疲劳试验模拟装置，新设计的传力组件主要由安装板、压板、连接座、固定螺栓、纵向中间支撑件等组成，可实现不同车型不同位置的压车梁的模拟需求，从而使铁路车辆翻车机工况的疲劳试验模拟得以实现，填补了业内空白，完善了铁路车辆疲劳试验方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁路车辆压车梁的疲劳试验装置，其特征在于，包括：

支撑结构(10)，用于支撑待试验铁路车辆的车厢(20)，所述支撑结构(10)与所述车厢(20)固定连接；

载荷模拟机构，包括外力加载结构(30)以及与所述外力加载结构(30)连接的传力组件(40)，所述传力组件(40)与设置在所述车厢(20)上的压车梁(50)相配合，所述外力加载结构(30)通过所述传力组件(40)对所述压车梁(50)施加向下的外力；

所述传力组件(40)包括：

安装板(41)，连接在所述外力加载结构(30)上；

压板(42)，所述压板(42)与所述安装板(41)间隔设置，所述压板(42)朝向所述安装板(41)的一侧与所述压车梁(50)抵顶配合；

连接结构(43)，所述压板(42)通过所述连接结构(43)连接在所述安装板(41)上，并且所述连接结构(43)能够使所述压板(42)与所述安装板(41)之间的距离可调；

所述连接结构(43)包括：

连接座(431)，所述连接座(431)设置在所述安装板(41)上；

纵向中间支撑件(433)，所述纵向中间支撑件(433)沿垂直于所述安装板(41)的方向延伸设置，所述连接座(431)通过所述纵向中间支撑件(433)连接在所述安装板(41)上；

所述连接座(431)与所述纵向中间支撑件(433)铰接连接。

2.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述连接结构(43)还包括：

固定螺栓(432)及螺母，所述固定螺栓(432)沿垂直于所述压板(42)的方向延伸设置，所述压板(42)通过所述固定螺栓(432)和所述螺母连接在所述连接座(431)上。

3.根据权利要求2所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述外力加载结构(30)位于所述压车梁(50)的下方，所述外力加载结构(30)通过所述传力组件(40)对所述压车梁(50)施加向下的拉力。

4.根据权利要求2所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述外力加载结构(30)为伺服油缸。

5.根据权利要求2所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述外力加载结构(30)和所述压板(42)均为两个，两个所述压板(42)与两个所述外力加载结构(30)一一对应设置，两个所述外力加载结构(30)的顶部之间连接有支撑横梁(60)，所述安装板(41)连接在所述支撑横梁(60)上。

6.一种铁路车辆压车梁的疲劳试验方法，其特征在于，包括：

步骤S10：确定待试验铁路车辆在实际翻车机工况下压车梁的关键点的应力谱；

步骤S20：通过权利要求1至5中任一项所述的铁路车辆压车梁的疲劳试验装置对所述待试验铁路车辆的压车梁施加外载荷；

步骤S30：控制所述疲劳试验装置施加的所述外载荷的大小，以使所述压车梁的所述关键点的应力状态与所述应力谱一致。

7.根据权利要求6所述的疲劳试验方法，其特征在于，所述应力谱的时间区间为所述待试验铁路车辆在实际翻车机工况下的一个翻转周期，所述疲劳试验方法还包括：

步骤S40：控制所述疲劳试验装置对所述压车梁周期施力，所述疲劳试验装置的每次施力的持续时间为所述一个翻转周期，所述疲劳试验装置的施力次数为所述待试验铁路车辆预设的全寿命期内的翻转次数。

8.根据权利要求6或7所述的疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S10包括：

步骤S11：确定所述待试验铁路车辆的所述压车梁的所述关键点的位置；

步骤S12：检测所述关键点的在实际翻车机工况下的应力；

步骤S13：根据检测到的所述关键点的所述应力，得到该关键点的所述应力谱。