CN108106867A - 一种转向架动态性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种性能试验台，尤其是涉及一种转向架动态性能试验台，包括轨道轮装置、轴距调整平台、超高调整平台、摇头角调整平台、激振平台、非激振平台、牵引定位装置以及离心力加载装置；本发明采用一端带有激振功能的多层平台，另一端只起支撑作用的非试验转向架支撑平台，通过多层平台的综合作用和协调控制，实现了对转向架蛇行稳定性、振动平稳性和圆曲线通过性能的测试。

Description

一种转向架动态性能试验台

技术领域

本发明涉及一种性能试验台，尤其是涉及一种转向架动态性能试验台。

背景技术

铁路货车转向架运行性能及轮轨作用力决定着车辆的运行安全。目前，我国转向架运行性能及轮轨作用力试验研究方法主要为：正线线路动力学试验、环行试验线试验和试验台模拟试验。正线线路动力学试验能够真实反映转向架的运行性能和轮轨作用力，试验结果可靠度最高，其结果是车辆鉴定和验收的唯一依据；环行线试验是在专门的试验线上进行试验，主要用于对转向架运行安全性及轮轨作用力进行试验研究；试验台模拟试验是在滚动、振动试验台进行，主要对转向架的设计参数、轮轨关系及不同线路条件输入响应进行试验研究。

试验台模拟试验主要有三种方式，分别为纯滚动试验台、振动试验台和滚振结合的试验台。对于铁路货车，由于自身载重大，运行线路等级差，小半径曲线多，则需要货车的走行装置——货车转向架具有优良的动力学性能。如果采用试验样机进行线路动力学试验，并通过试验结果来改善动力学性能，成本高，周期长，因此，有必要建设一种模拟转向架动态性能的试验台。该试验台能够适应货车转向架的结构特点，并且可以很好的反应铁路货车转向架的动态性能。比如，可以反应大轴重铁路货车转向架的轮轨特性，小半径曲线通过性能等。

现有的试验台可以实现机车车辆动力学性能中的直线运行稳定性和动态响应试验，特别是德国摩尼黑和我国西南交大的滚/振试验台，在车辆转向架的蛇行稳定性以及动态响应方面均取得了巨大的成就。但是，机车车辆转向架运行线路由直线、曲线和道岔组成，针对铁路货车，由于其运行线路状况复杂，包含多种曲线线路，上述试验台均不能模拟转向架通过曲线时的动态响应情况。

现有试验台通过激振系统输入线路谱，测试机车车辆各系统关键位置的位移、加速度和载荷来评判车辆系统的性能。因此，进行试验的前提是获得机车车辆运行的线路谱。由于铁路机车车辆运行线路的复杂性，很难获得完整线路谱，甚至根本就没有线路谱，则导致试验台试验不能反映实际线路运行情况。

随着铁路货物运输重载、快捷的发展，货车转向架轴重不断提高。目前，最大轴重达到了40t，上述试验台在承载能力上不能满足铁路重载货车转向架试验台试验的需要。

现有试验台测试指标主要为各部件之间的位移、加速度指标或者激振器测试的垂向和横向载荷，不能实时测试轮轨作用点位置和轮轨作用力。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的以下技术问题：

试验台具有小半径曲线模拟功能，可以模拟铁路货车转向架通过曲线时的动态响应，测试轮轨作用力、轮轨接触位置和导向轮对冲角等。

试验台可以反求输入，具有载荷谱再现功能，解决缺乏线路谱输入的问题。

试验台承载能力可达到轴重40t，解决目前试验台试验载荷不满足铁路货车需要的问题。

试验台具有轮轨作用力测试功能，解决目前试验台测试结果无轮轨作用力的问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种转向架动态性能试验台，其特征在于，包括轨道轮装置、轴距调整平台、超高调整平台、摇头角调整平台、激振平台、非激振平台、牵引定位装置以及离心力加载装置；所述激振平台设置在摇头角调整平台上，摇头角调整平台设置在超高调整平台上，所述超高调整平台设置在轴距调整平台上；所述激振平台通过传动系统驱动滚轮旋转和通过液压激振系统施加路谱；轨道轮装置包括轨道桥以及设置在轨道桥上的轨道轮，轨道轮用于模拟无线长钢轨，旋转的轨道轮带动试验转向架车轮旋转、非试验转向架支撑平台用于车辆非试验用转向架的支撑，轨道轮通过大横向位移的横向轴承与激振装置连接，所述离心力加载装置设置在激振平台上。

在上述的一种转向架动态性能试验台，试验台具有2套轨道轮装置和激振装置，轨道轮包括大直径的车轮、车轴和轴承，轨道轮在驱动电机和同步齿轮箱的控制下可以实现四个轨道轮以相同的速度转动，模拟直线工况下转向架的匀速运动；轨道轮在驱动电机和差速齿轮箱的控制下可以实现左、右侧轨道轮以一定的速差运行，模拟不同曲线内、外轨轨道长度差异，对左、右侧轨道轮支撑的车轮产生不同的蠕滑速度。轨道轮通过大横向位移的横向轴承与激振装置连接，

在上述的一种转向架动态性能试验台，激振装置通过两个垂直安装的油缸对轨道轮进行垂向和横向激振，垂向激振通过轴承安装座传递给轨道轮，横向激振由垂向油缸通过拐臂施加在轨道轮的轴承安装座上，垂向激振和横向激振施加为独立控制，相互不影响。

激振装置的输入数据为铁路线路的不平顺，激振装置具有逆向反求功能，可以通过输入转向架或者车体关键部位的振动加速度谱，获得铁路线路的不平顺线路谱。

在上述的一种转向架动态性能试验台，试验台具有两套摇头角调整平台，该平台处于激振平台下方，每个摇头角调整平台支持左、右侧两个轨道轮的激振平台，摇头角调整平台可以绕平台中心转动，带动左、右侧轨道轮的转动，使车轮和轨道轮具有一定的摇头角，模拟车轮处于曲线轨道上的位置状态。

在上述的一种转向架动态性能试验台，试验台具有四套超高调整平台，超高调整平台位于摇头角调整平台下方，超高调整平台上部为水平面，底部为圆弧面，座落在支撑平台上，所有超高调整平台转动中心处于同一纵向中心线上，超高调整平台在侧向或垂直放置的油缸推力下绕纵向中心线转动，降低轨道轮左侧高度，形成曲线轨道上的内、外侧的超高。当超高调整平台调整到所需角度后，采用螺栓螺母或者楔形块进行锁闭，确保试验过程中超高调整平台的固定。

超高调整平台的支撑座为轴距调整平台，该平台可在基础平台上铺设的导轨上沿纵向滑动，实现转向架轴距的调整。

在上述的一种转向架动态性能试验台，非试验转向架支撑平台用于非测试转向架的支撑，可以沿纵向移动，以适应不同定距的铁路货车，该支持平台不需具备激振功能，但需具备超高调整功能，可以随试验转向架随动。

轴距调整平台包括轴距调整平台和轴距调整油缸，通过对油缸的控制来实现轴距的调整。

在上述的一种转向架动态性能试验台，牵引定位装置包括牵引定位装置基座、牵引杆和驱动马达。用于试验车辆的纵向连接，使试验转向架保持在试验台位上，在驱动马达的带动下可以灵活地垂向移动，实现对不同车钩高度的试验车辆的纵向定位。

在上述的一种转向架动态性能试验台，离心力加载装置包括试验台侧面移动的加载座和以及配接在加载座上的加载油缸；用于车辆曲线通过时惯性力的模拟，不同车辆和试验工况下，惯性力作用位置和方向均不同，离心力加载装置可以沿纵向和垂向进行移动，实现等效离心惯性力的施加。

在上述的一种转向架动态性能试验台，轮轨作用力测试系统包括测力轮对、数据传输系统和数据处理平台；采用测力轮对，实时采集轮轨作用力数据，获得转向架在动态性能测试过程中的轮轨作用力。

在上述的一种转向架动态性能试验台，传动系统包括驱动电机、传动轴、同步齿轮箱和差速齿轮箱；轨道桥装置用于铁路货车由铁路轨道支撑到试验台支撑的转换，车辆通过走轮缘的形式运行到轨道轮顶部，然后支撑轨道桥的液压缸垂向动作，带动轨道桥向下运动，将铁路货车车轮踏面落在轨道轮顶面。

因此，本发明具有如下优点：本发明采用一端带有激振功能的多层平台，另一端只起支撑作用的非试验转向架支撑平台，通过多层平台的综合作用和协调控制，实现了对转向架蛇行稳定性、振动平稳性和圆曲线通过性能的测试。

附图说明

附图1是本发明的试验原理图。

附图2是本发明的一种试验台结构示意图；

附图3是图2的右视结构示意图。

附图4是本发明的激振装置的结构示意图。

附图5是本发明的轨道桥装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。其中，1为牵引定位装置、2为非试验转向架支撑平台、3为轨道桥、 4为同步齿轮箱、5为差速齿轮箱、6为电机、7为轴距调整平台、8为超高调整平台、9为摇头角调整平台、0为激振平台、11为离心力加载平台，13 为试验加载车体、14为牵引定位装置，16为非试验转向架支撑平台17为激振系统。

实施例：

一、首先介绍一下本发明的具体结构。

本发明设计了一种模拟转向架动态性能的试验台。转向架动态性能试验台可以对带有两个两轴转向架的铁路货车进行动态性能测试，试验时，一端转向架处于可产生铁路轨道不平顺的轨道轮轮对单元上，另一端转向架处于支撑平台的钢轨上，试验原理图见附图1。

转向架动态性能试验台采用大直径的轨道轮轮对单元模拟无限长的铁路轨道，轨道轮的踏面轮廓和表面硬度与实际线路所铺设钢轨的轨顶完全相同；通过激振系统控制轨道轮单元，以模拟铁路轨道的不平顺；单个轨道轮可以独立旋转，具有横向、垂向、摇头和点头自由度。

转向架动态性能试验台主要由轨道轮和激振装置、摇头角调整平台、超高调整平台、轴距调整平台、非试验转向架支撑平台、牵引定位装置、离心力加载装置组成、传动系统、轮轨作用力测试系统和轨道桥组成，如图2所示。

试验台具有4套轨道轮和激振装置，轨道轮包括大直径的车轮、车轴和轴承，轨道轮在驱动电机和同步齿轮箱的控制下可以实现四个轨道轮以相同的速度转动，模拟直线工况下转向架的匀速运动；轨道轮在驱动电机和差速齿轮箱的控制下可以实现左、右侧轨道轮以一定的速差运行，模拟不同曲线内、外轨轨道长度差异，对左、右侧轨道轮支撑的车轮产生不同的蠕滑速度。轨道轮通过大横向位移的横向轴承与激振装置连接，

激振装置通过两个垂直安装的油缸对轨道轮进行垂向和横向激振，垂向激振通过轴承安装座传递给轨道轮，横向激振由垂向油缸通过拐臂施加在轨道轮的轴承安装座上，垂向激振和横向激振施加为独立控制，相互不影响。

激振装置的输入数据为铁路线路的不平顺，激振装置具有逆向反求功能，可以通过输入转向架或者车体关键部位的振动加速度谱，获得铁路线路的不平顺线路谱。

试验台具有两套摇头角调整平台，该平台处于激振平台下方，每个摇头角调整平台支持左、右侧两个轨道轮的激振平台，摇头角调整平台可以绕平台中心转动，带动左、右侧轨道轮的转动，使车轮和轨道轮具有一定的摇头角，模拟车轮处于曲线轨道上的位置状态。

试验台具有四套超高调整平台，超高调整平台位于摇头角调整平台下方，超高调整平台上部为水平面，底部为圆弧面，座落在支撑平台上，所有超高调整平台转动中心处于同一纵向中心线上，超高调整平台在侧向或垂直放置的油缸推力下绕纵向中心线转动，降低轨道轮左侧高度，形成曲线轨道上的内、外侧的超高。当超高调整平台调整到所需角度后，采用螺栓螺母或者楔形块进行锁闭，确保试验过程中超高调整平台的固定。

超高调整平台的支撑座为轴距调整平台，该平台可在基础平台上铺设的导轨上沿纵向滑动，实现转向架轴距的调整。

非试验转向架支撑平台用于非测试转向架的支撑，可以沿纵向移动，以适应不同定距的铁路货车，该支持平台不需具备激振功能，但需具备超高调整功能，可以随试验转向架随动。

轴距调整平台包括轴距调整平台和轴距调整油缸，通过对油缸的控制来实现轴距的调整。

牵引定位装置包括牵引定位装置基座、牵引杆和驱动马达。用于试验车辆的纵向连接，使试验转向架保持在试验台位上，在驱动马达的带动下可以灵活地垂向移动，实现对不同车钩高度的试验车辆的纵向定位。

离心力加载装置包括试验台侧面移动的加载座和加载油缸用于车辆曲线通过时惯性力的模拟，不同车辆和试验工况下，惯性力作用位置和方向均不同，离心力加载装置可以沿纵向和垂向进行移动，实现等效离心惯性力的施加。

轮轨作用力测试系统包括测力轮对、数据传输系统和数据处理平台采用测力轮对，实时采集轮轨作用力数据，获得转向架在动态性能测试过程中的轮轨作用力。

传动系统包括驱动电机、传动轴、同步齿轮箱和差速齿轮箱等。。。。

轨道桥装置用于铁路货车由铁路轨道支撑到试验台支撑的转换，车辆通过走轮缘的形式运行到轨道轮顶部，然后支撑轨道桥的液压缸垂向动作，带动轨道桥向下运动，将铁路货车车轮踏面落在轨道轮顶面。

二、下面结合具体案例进行详细介绍。

本发明包括试验单元、驱动电气系统、液压激振单元、监视系统、数据采集及处理系统以及辅助系统，下面进行详细介绍。

1.1试验单元

滚轮轮对单元和驱动机械单元组成完整的试验单元，转向架动态性能试验台的试验转向架的每一个轮对对应着一个试验单元，该试验台具有两个试验单元。驱动机械单元通过万向联轴器对滚轮单元提供不同速度和扭矩，由1台直流电动机、2个齿轮箱、飞轮和扭矩仪组成，被固定在一个焊接结构平台上。

3.1.1轨道轮装置

轨道轮装置由滚轮、轴承、轴承座等组成，作用是模拟无限长钢轨。

与通常的轨道轮装置不同的是，为了模拟弯道上内外轮行走的距离差，内外轨道轮装置的滚轮轴分开，允许内外轨道轮有一定的转速差。

轨道轮的直径为1500mm。

轨道轮支承轴承内外圈允许有一定的横动量(与三轴转向架中间轴箱类似)，在滚轮轴上施加横向激振，可以模拟轨道的横向不平顺。

滚轮轴外侧还与传动机构连接，将驱动电机的运动传给滚轮。

轨道轮装置下部与垂向激振作动器连接。

轨道轮装置的轴承座被导向框限位，仅能上下运动，传递垂向激振作动器的上下运动。

4.1.2活动平台

导向框、垂向激振作动器安装在活动平台上，活动平台又安装在下平台上。

改变活动平台的位置，可以模拟曲线上车轮与钢轨的接触位置。

4.1.3下平台

通过调整超高调整机构，可以调整下平台的倾斜度，用以模拟曲线超高。

4.1.4轮轨冲角调整装置

每个套轮轨冲角调整装置由1台双轴伸电机、2套锥齿轮箱、2台蜗轮 -蜗杆升降机、2个锥度为1:5的楔形块、2个滑槽块、以及导向板和底座。楔形块在滑槽的约束下只能垂向运动，导向板则在底座上滑槽的约束下纵向运动，从而控制轮轨冲角调节。

4.1.5垂向激振作动器

垂向激振作动器下端通过球铰、销轴座与下平台联接；上端通过球铰与活动平台联接。

4.1.6横向激振作动器

横向激振作动器一端通过球铰、销轴座与侧墙安装座联接，可以上下和纵向调整位置；另一端通过球铰与滚轮轴联接。

4.1.7传动装置

由变频电机、伞齿轮箱、内外轨道轮差速装置等组成。可以实现前后轨道轮转速同步，左右轨道轮的差速。

1.2驱动电气系统

驱动电气系统包括远程控制计算机、数字控制器、变流器、励磁装置、电阻和电动机等。该系统负责驱动电动机的同步恒扭矩、防空转等驱动制动控制。根据试验台的使用要求，驱动控制要实现电动机同步驱动运行，在控制上采用了扭矩和转速反馈闭环控制，对网压和励磁、电流具有自动补偿调节处理功能，保证系统控制精度误差不超过1％。所有的驱动系统控制柜均可在总控制台的控制台上进行远程距离集中控制。

1.3液压激振单元

滚轮的垂向和横向运动是分别通过相应的电液伺服激振器激励实现的，转向架动态性能试验台一共有6个激振器用于模拟2条滚轮单元的轨道不平顺。通过PID反馈数字控制器，激振器的运动可以得到精确控制，运动误差小于2％，激振器可以使滚轮顶部再现轨道不平顺。液压激振系统由液压泵站、分油器、管路、激振器、伺服控制器等组成，液压站的额定压力为21MPa。横向和垂向的激振均采用加速度和位移控制。激振器的最高动作频率为30Hz，最大位移为±20mm。

1.4监视系统

试验台试验过程和试验的运行状态由监视系统进行监控。监视系统可以显示转速、轴承温度和润滑油温度等，可监视轮轨接触状态和试验场景。

1.5数据采集及处理系统

根据铁路机车车辆动力学标准GB/T 5599-1985或者北美铁路AAR M-976，在试验过程中需要测定试验转向架的动态响应，数据采集和处理系统可对位移、加速度、速度、应变、压力、温度、电压、电流等信号进行处理。信号在信号调理后，通过网线送到计算机进行数据记录、存储和处理。

驱动系统、液压激振系统、监视系统和数据采集系统的操作终端均在控制室的操作台。

1.6辅助系统

1.6.1轨道桥装置

轨道桥装置的作用是引导被试转向架进入试验台对应位置，并处于正常的轮轨接触状态。被试转向架上台位时采用走轮缘的方式，轨道桥不干涉横向激振和弯道模拟。

1.6.2非试验转向架移动平台

对铁路货车的一个转向架进行试验时，非试验的转向架可以通过移动平台装置定位和移动，保证车辆非试验转向架处于正确的位置状态。模拟弯道时，外侧车轮可抬起到与超高相等的高度。

1.6.3离心力加载装置

弯道上未平衡的离心力用液压作动器施加，采用力控制系统。作动器的上下、纵向位置可以在试验前调整。根据需要，作动器的施力点可以是车体上，也可以是转向架上，可根据试验需要进行调节。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种转向架动态性能试验台，其特征在于，包括轨道轮装置、轴距调整平台、超高调整平台、摇头角调整平台、激振平台、非激振平台、牵引定位装置以及离心力加载装置；所述激振平台设置在摇头角调整平台上，摇头角调整平台设置在超高调整平台上，所述超高调整平台设置在轴距调整平台上；所述激振平台通过传动系统驱动滚轮旋转和通过液压激振系统施加路谱；轨道轮装置包括轨道桥以及设置在轨道桥上的轨道轮，轨道轮用于模拟无线长钢轨，旋转的轨道轮带动试验转向架车轮旋转、非试验转向架支撑平台用于车辆非试验用转向架的支撑，轨道轮通过大横向位移的横向轴承与激振装置连接，所述离心力加载装置设置在激振平台上。

2.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，试验台具有2套轨道轮装置和激振装置，轨道轮包括大直径的车轮、车轴和轴承，轨道轮在驱动电机和同步齿轮箱的控制下可以实现四个轨道轮以相同的速度转动，模拟直线工况下转向架的匀速运动；轨道轮在驱动电机和差速齿轮箱的控制下可以实现左、右侧轨道轮以一定的速差运行，模拟不同曲线内、外轨轨道长度差异，对左、右侧轨道轮支撑的车轮产生不同的蠕滑速度；轨道轮通过大横向位移的横向轴承与激振装置连接。

3.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，激振装置通过两个垂直安装的油缸对轨道轮进行垂向和横向激振，垂向激振通过轴承安装座传递给轨道轮，横向激振由垂向油缸通过拐臂施加在轨道轮的轴承安装座上，垂向激振和横向激振施加为独立控制，相互不影响；

激振装置的输入数据为铁路线路的不平顺，激振装置具有逆向反求功能，可以通过输入转向架或者车体关键部位的振动加速度谱，获得铁路线路的不平顺线路谱。

4.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，试验台具有两套摇头角调整平台，该平台处于激振平台下方，每个摇头角调整平台支持左、右侧两个轨道轮的激振平台，摇头角调整平台可以绕平台中心转动，带动左、右侧轨道轮的转动，使车轮和轨道轮具有一定的摇头角，模拟车轮处于曲线轨道上的位置状态。

5.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，试验台具有四套超高调整平台，超高调整平台位于摇头角调整平台下方，超高调整平台上部为水平面，底部为圆弧面，座落在支撑平台上，所有超高调整平台转动中心处于同一纵向中心线上，超高调整平台在侧向或垂直放置的油缸推力下绕纵向中心线转动，降低轨道轮左侧高度，形成曲线轨道上的内、外侧的超高；当超高调整平台调整到所需角度后，采用螺栓螺母或者楔形块进行锁闭，确保试验过程中超高调整平台的固定；

超高调整平台的支撑座为轴距调整平台，该平台可在基础平台上铺设的导轨上沿纵向滑动，实现转向架轴距的调整。

6.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，非试验转向架支撑平台用于非测试转向架的支撑，可以沿纵向移动，以适应不同定距的铁路货车，该支持平台不需具备激振功能，但需具备超高调整功能，可以随试验转向架随动；

轴距调整平台包括轴距调整平台和轴距调整油缸，通过对油缸的控制来实现轴距的调整。

7.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，牵引定位装置包括牵引定位装置基座、牵引杆和驱动马达；用于试验车辆的纵向连接，使试验转向架保持在试验台位上，在驱动马达的带动下可以灵活地垂向移动，实现对不同车钩高度的试验车辆的纵向定位。

8.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，离心力加载装置包括试验台侧面移动的加载座和以及配接在加载座上的加载油缸；用于车辆曲线通过时惯性力的模拟，不同车辆和试验工况下，惯性力作用位置和方向均不同，离心力加载装置可以沿纵向和垂向进行移动，实现等效离心惯性力的施加。

9.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，轮轨作用力测试系统包括测力轮对、数据传输系统和数据处理平台；采用测力轮对，实时采集轮轨作用力数据，获得转向架在动态性能测试过程中的轮轨作用力。

10.根据权利要求1所述的一种转向架动态性能试验台，其特征在于，传动系统包括驱动电机、传动轴、同步齿轮箱和差速齿轮箱；轨道桥装置用于铁路货车由铁路轨道支撑到试验台支撑的转换，车辆通过走轮缘的形式运行到轨道轮顶部，然后支撑轨道桥的液压缸垂向动作，带动轨道桥向下运动，将铁路货车车轮踏面落在轨道轮顶面。