CN108279104B - 整体吊弦振动疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于整体吊弦振动疲劳测试的试验机。本发明整体吊弦振动疲劳试验机包括机架和位于机架内的主机，机架包括主机架和固定在主机架上方的拖动机架，主机包括安装底板、固定在拖动机架上的驱动装置，及若干个固定在拖动机架和安装底板之间的测试装置。其能模拟整体吊弦的运行工况并能实现连续地模拟振动试验。

Description

整体吊弦振动疲劳试验机

技术领域

本发明涉及一种试验机，特别是涉及一种用于整体吊弦振动疲劳测试的试验机。

背景技术

整体吊弦是接触网上用量最多的一种部件，高铁接触网平均7m安装一根。使用它将有水平张力的接触线均匀地悬挂在承力索上，使接触线沿线路方向对轨平面高度保持一致，为高速行驶的机车受电弓平稳取流创造条件。

我国高铁接触网用的整体吊弦，全套生产技术如材料选用、制造工艺、压接方法、现场安装调试等与德国基本一致。但因两国接触网系统存在差异，运行实践表明，用这种方法生产的整体吊弦安装在高铁接触网上，除了前3年运行基本良好外，从第4年开始便出现了断裂，开始时断裂根数较少，随着运行时间不断增长，断裂根数呈上升趋势，个别线路较为严重。

整体吊弦断裂容易引起弓网故障，甚至导致刮弓事故，对行车安全构成威胁。因此，为保证行车安全，需要设计一种适用我国的整体吊弦的振动疲劳测试的试验设备，可以模拟整体吊弦的真实运行状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种整体吊弦振动疲劳试验机，其能模拟整体吊弦的运行工况并能实现连续地模拟振动试验。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，包括机架和位于机架内的主机，所述机架包括主机架和固定在主机架上方的拖动机架，所述主机包括安装底板、固定在拖动机架上的驱动装置，及若干个固定在拖动机架和安装底板之间的测试装置，所述驱动装置包括变频电机、减速器，变频电机的输出轴与减速器的输入轴固定连接，减速器的输出传动主轴为六方传动主轴，每个测试装置包括偏心轮、偏心轮固定法兰、运动方式转变机构及长度调节装置，所述偏心轮上设置有多个偏心距不同的与传动主轴配合的六方孔，所述运动方式转变机构包括变截面横向推杆、连接板、多个直线滑块、至少一组直线导轨、测力传感器、计数传感器、连接轴，所述长度调节装置包括分体式增高圆筒、调整丝杠、托盘、导向杆、缓冲垫，传动主轴穿过偏心轮上的其中一个六方孔并通过偏心轮固定法兰与偏心轮固定，每组直线导轨包括两根导轨，两根导轨中间设置所述计数传感器，所述直线导轨通过直线导轨底板装在安装板上，安装板装在拖动机架上，所述连接板通过直线滑块与直线导轨滑动连接，变截面横向推杆与连接板相互垂直设置，变截面横向推杆的一端固定连接在连接板上，变截面横向推杆的另一端通过滚动轴承与偏心轮的外圆滚动接触，变截面横向推杆位于偏心轮的正上方，

连接板下端固定所述测力传感器，测力传感器下端连接所述连接轴，所述连接轴下端安装有夹板式卡具，在连接板正上方的中间，固定有圆柱导向杆，圆柱导向杆竖直穿过限位板并由其导向，所述限位板固定在导轨底板上，安装底板上方固定所述分体式增高圆筒，调整丝杠与分体式增高圆筒螺纹连接，调整丝杠上固定有托盘，托盘上设置所述缓冲垫，托盘的边缘对称安装有两根圆柱式导向杆，加载砝码套装在所述两根圆柱式导向杆上由其导向，所述加载砝码的上端与加载砝码的夹具连接，加载砝码的夹具与夹板式卡具的中心线重合，被测吊弦线安装在所述夹板式卡具和加载砝码的夹具之间。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，在每个所述变截面横向推杆的侧面均固定有一个润滑油分油阀，所述润滑油分油阀通过润滑油管与直线滑块连接。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，所述直线导轨底板的上部侧面固定所述限位板，限位板垂直固定在直线导轨底板上，圆柱导向杆穿过限位板并沿限位板上设置的限位孔上下运动，所述圆柱导向杆外套装有压缩弹簧，所述压缩弹簧位于限位板和连接板之间。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，所述安装底板固定在地基基础上，地基基础带有隔振沟。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，所述测力传感器为S型测力传感器，所述计数传感器为扁平结构的计数传感器，所述缓冲垫为橡胶垫块。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，所述测试装置为六个，所述六个测试装置均分并列设置在所述减速器的两侧。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，相邻的两个偏心轮以相差60°间隔固定在所述传动主轴上，传动主轴从减速器两边对称伸出，传动主轴的两端通过轴承固定在拖动机架上。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，每个偏心轮上的三个六方孔距离偏心轮圆心分别为35mm、60mm、70mm，每个偏心轮上的三个六方孔周向间隔120°设置。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机，其中，还包括用于实时测量与控制主机试验过程的控制柜，所述控制柜与主机电连接。

采用上述技术方案后，本发明整体吊弦振动疲劳试验机使用时，在夹板式卡具和加载砝码的夹具之间安装整体吊弦，吊弦线的上端通过承力索吊弦线夹与夹板式卡具连接，吊弦线的下端通过接触线吊弦线夹与加载砝码的夹具连接，启动变频电机，整体吊弦带动加载砝码上下运动，因运动非匀速、且加速度变向等因素使得整体吊弦受到冲击力的作用，当运动向下且位移由大变至零时，砝码刚好落在托盘的缓冲垫上，冲击力降至零，但运动并未停止，整体吊弦上端继续向下，下端却因已落在托盘上停止了运动，整体吊弦中间部分的吊弦线为柔性，于是吊弦线便开始变形，弯曲长度即振幅，这一过程真实模拟了整体吊弦的运行工况。当偏心轮从最低处反向向上运动至某一位移量时，吊弦线弯曲消失并被拉紧，带着加载砝码继续向上，这样周而复始做周期性运动，实现了连续地模拟振动试验。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机中传动机构、运动方式转变机构及长度调节装置均有六组，传动主轴由减速器两边对称输出，传动主轴的两端通过轴承固定在拖动机架上，是六通道的试验机，可同时模拟六根吊弦线的运行工况，使用方便。

下面结合附图对本发明的整体吊弦振动疲劳试验机作进一步说明。

附图说明

图1为本发明整体吊弦振动疲劳试验机的立体结构示意图；

图2为本发明整体吊弦振动疲劳试验机中主机的轴测图；

图3为本发明整体吊弦振动疲劳试验机的右视示意图；

图4为本发明整体吊弦振动疲劳试验机的主视示意图；

图5为本发明整体吊弦振动疲劳试验机中主机的主视示意图；

图6为主机的右视结构示意图；

图7为图2中A处的放大图；

图8为图5中B处的放大图；

图9为图5中C处的放大图；

图10为图6中D处的放大图；

图11为图6中E处的放大图。

具体实施方式

结合图1至图4所示，本发明整体吊弦振动疲劳试验机包括机架和位于机架内的主机，机架包括主机架22和固定在主机架22上方的拖动机架23，主机包括安装底板24、固定在拖动机架23上的一个驱动装置，以及六个并列的、结构相同的测试装置。

结合图1和图2所示，驱动装置包括变频电机1、减速器2。每个测试装置包括偏心轮4、偏心轮固定法兰5、运动方式转变机构及长度调节装置。减速器2的输出轴，即传动主轴3为六方传动主轴，偏心轮4上距圆心35mm、60mm、75mm处分别开三个与传动主轴3相配合的六方孔，三个六方孔之间的周向夹角为120°。传动主轴3穿过不同开孔即可获得不同的偏心距，测试时，六个偏心轮选用相同的偏心距，相邻的两个偏心轮以相差60°间隔固定在传动主轴3上，这样偏心轮旋转时以此按照相差60°的角度转动。变频电机1的输出轴与减速器2的输入轴固定连接。本实施例中六个测试装置共用一根传动主轴3，传动主轴3从减速器两边对称伸出，传动主轴3的两端通过轴承固定在拖动机架23上。

结合图2、3、5、6、7所示，运动方式转变机构包括两个变截面横向推杆6、连接板7、多个直线滑块8、至少一组直线导轨9、测力传感器10、计数传感器11、连接轴12、夹板式卡具19、加载砝码的夹具27。每组直线导轨9包括两根导轨，两根导轨中间设置计数传感器11，直线导轨9通过直线导轨底板91装在安装板31上，安装板31装在拖动机架23上，连接板7通过直线滑块8与直线导轨9滑动连接，变截面横向推杆6与连接板7相互垂直设置，变截面横向推杆6的一端固定连接在连接板7上，变截面横向推杆6的另一端通过滚动轴承33与偏心轮4的外圆滚动接触，变截面横向推杆6位于偏心轮4的正上方，连接板7下端固定测力传感器10，测力传感器10下端通过连接轴12与夹板式卡具19连接，在连接板7正上方的中间，固定有圆柱导向杆20，圆柱导向杆20竖直设置，直线导轨底板91的上部前侧面固定限位板32，限位板32垂直于直线导轨底板91设置，圆柱导向杆20穿过限位板32并沿限位板32上设置的限位孔321上下运动，圆柱导向杆20外套装压缩弹簧21，压缩弹簧21位于限位板32和连接板7之间。加载砝码的夹具27位于夹板式卡具19的下方。

结合图2、3、5、6所示，长度调节装置包括分体式增高圆筒13、调整丝杠14、托盘15、两根圆柱式导向杆16、缓冲垫17。安装底板24上方固定分体式增高圆筒13，调整丝杠14与分体式增高圆筒13螺纹连接，调整丝杠14上固定有托盘15，托盘15上设置缓冲垫17，托盘15的上面靠近边缘处对称安装两根圆柱式导向杆16。

结合图2、5、6、8-11所示，使用时，将整体吊弦装在夹板式卡具19与加载砝码的夹具27之间，在加载砝码的夹具27的下方加载砝码35，砝码35与加载砝码的夹具27螺纹连接，加载砝码的夹具27上端嵌入整体吊弦中的接触线吊弦线夹28中，接触线吊弦线夹28与承力索吊弦线夹29之间装整体吊弦中的吊弦线30，承力索吊弦线夹29的承力索34卡入夹板式卡具19中。本实施例中，分体式增高圆筒13包括多节圆筒131，多节圆筒131自上而下连接在一起，调整丝杠14与圆筒131螺纹连接，并用螺钉132锁定。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机还包括电动自动定时注油系统，如图2、3、7所示，在每个变截面横向推杆6的侧面均固定有一个润滑油分油阀26，润滑油分油阀26通过润滑油管18与直线滑块8连接，电动自动定时注油系统包括润滑油管18和润滑油分油阀26，电动自动定时注油系统通过润滑油管18和润滑油分油阀26自动向每个滑块8间歇供油润滑。

本发明中，安装底板24固定在地基基础25上，地基基础25带有隔振沟，加载砝码35沿两根圆柱式导向杆16上下滑动，测力传感器10为S型测力传感器，计数传感器11为扁平结构的计数传感器，缓冲垫17为橡胶垫块。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机还包括用于实时测量与控制主机试验过程的控制柜，控制柜与主机电连接。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机中，当偏心轮4在电机1驱动下做偏心的圆周运动时，通过变截面横向推杆6带动连接板7沿着导轨9做垂直上下运动，实现运动方式的改变与运动的传递。连接板7下端固定有扁平结构的S型测力传感器10，测力传感器10下端有连接轴12，连接轴12下端再安装有固定整体吊弦中承力索吊弦线夹29的夹板式卡具19，以实现将振动向整体吊弦的传递。在连接板7正上方的中间，固定圆柱导向杆20，在其上套装压缩弹簧21，变频电机1驱动连接板7向上运动时弹簧21被压缩，改变运动向下时，为保证连接板7同步下降，一靠连接板7重力，另外就是靠压缩弹簧21弹力释放。在两根导轨9的中间，安装有计数传感器11，其目的是记录振动次数。为满足不同长度整体吊弦试验，在每一个试验通道的正下方设计长度调节装置，增高圆筒13包括多节圆筒，多节圆筒插装在一起，每节长约200mm，第一节焊接在安装底板24上，安装底板24固定在带有隔振沟的地基基础25上，需要增高时可安装不同节数的圆筒做粗调，在最后一节圆筒上固定有调整丝杠14，调整丝杠14用做细调，范围0～200mm，这样组成了粗调(增高圆筒13)加细调(调整丝杠14)的调整装置。调整丝杠14上面固定有托盘15，托盘15上有两根圆柱式导向杆16以及缓冲垫17。整体吊弦的吊弦线30上端通过承力索吊弦线夹29固定在夹板式卡具19上，下端通过接触线吊弦线夹28与加载砝码的夹具27固定(加载砝码的重量可以调整)，加载砝码与托盘15间只有一个自由度，仅允许加载砝码沿托盘上的两个导向杆16实现上下运动，同时约束砝码在运动中自由旋转。

当电机1旋转，整体吊弦带动加载砝码随之上下运动时，因运动非匀速、且加速度变向等使得整体吊弦受到冲击力作用。当运动向下且位移由35mm至0时，砝码正好落在托盘15的垫块17上，冲击力降至零，但运动并未停止，整体吊弦上端继续向下，下端却因已落在托盘上停止运动，整体吊弦中间部分的吊弦线30为柔性，于是吊弦线30便开始弯曲变形，弯曲长度即振幅，这一过程真实的模拟了整体吊弦的运行工况。当偏心轮4从最低处反向向上运动至某一位移量时，吊弦线30弯曲消失并被拉紧，同时带着加载砝码继续向上，这样周而复始做周期性运动，实现了连续地模拟振动试验。

本实施例中的电动自动定时注油系统18使用数控机床用电动自动定时注油机，6个通道共24个直线滑块8全部用润滑油管18连通，每一个通道安装一个润滑油分油阀26，每个润滑油分油阀26有4路输出，分别与4个直线滑块8的注油孔连通，每12小时由电动自动定时注油机自动完成向每个滑块8间歇供油润滑。6个试验通道的正下方有一个集油槽，用来收集溢出的润滑油。变截面横向推杆6前端的滚动轴承需要用油枪每隔两天注一次油来润滑。

本实施例整体吊弦振动疲劳试验机还包括隔振与降噪装置，其由带隔振沟的地基基础25、长度调节装置的安装底板24、带吸音板及双层玻璃的降噪房组成。主机基础深约1m，面积略大于主机，基础内预埋有长0.7m的4根M24的地脚螺栓，通过地脚螺栓将安装底板固定在地基基础上，这样将6路冲击力可靠地传递给大地，安装底板与主机独立，冲击力引起的振动波不会影响主机。设隔振沟的目的是将冲击力的振动冲击波与实验室其他设备间阻断，振动试验也不影响其他设备。将整体吊弦振动疲劳试验机安装在一个大于试验机空间的降噪房内，降噪房由方管做龙骨焊接而成，四周安装有双层隔音玻璃，天花板安装有吸音板，隔音玻璃及吸音板与龙骨间打密封胶，大门加密封条，试验时关门，用声强仪测出大门外噪音仅70dB，隔振与降噪效果达到国标要求。

本实施例中的测量与控制部分控制柜，与主机为两体，二者之间通过4个电缆插头连接，从而实现了对主机试验过程的实时测量与控制。

本实施例还具有吊弦断裂自动记录功能，记录的硬件来自测力系统，由软件判断，当力值消失两个周期后，即认为是吊弦断裂，软件立即停止力值消失通道的计数，并在试验记录中记录停止时间等信息。本实施例可进行参数设定：可在显示界面上设定振动次数、振动频率等参数，并作为输入信号去控制变频电机转速；可进行命令设定：显示界面设有控制功能菜单，分别点击相应目录，可控制试验机开始、停止、吊弦安装、偏心轮点动、启动试验过程中的原始记录程序等。

整体吊弦振动疲劳试验机外观设计美观时尚，颜色主调为浅色，干净明亮，主机内设有两组照明灯，主机有通透对开的玻璃柜门，可以在外面观看整个吊弦的试验过程。为方便检修，主机上部的拖动机架前面板，由两个空气阻尼支撑架支撑。控制柜为立式琴键结构，斜面上安装有22英寸液晶显示器。显示器用来实时显示6个通道的冲击力值曲线、当前振动次数、控制命令菜单等。

本实施例整体吊弦振动疲劳试验机中，控制柜设有多项抗干扰措施，如变频电机采用屏蔽电源电缆，所有信号线采用屏蔽电缆，控制柜实行三相五线制，接地与接零分别独立等。控制回路设有滤波器、隔离器，软件中有数字滤波等多项综合措施，以确保控制测量功能正常工作。

本实施例整体吊弦振动疲劳试验机的主机外观尺寸：长×宽×高＝1920×860×2900mm。控制柜尺寸：长×宽×厚＝700×900×1350mm。主机重量：约为1500kg。变频电机功率为5kW。主要试验参数：(1)频率：0.5～3Hz；(2)振幅：±35～70mm；(3)载荷：0.5～20kg；(4)试验波形：近似正弦波。整体吊弦长度范围：0.8～1.5m。力值范围：0.5～50kN，误差0.1％。振动次数：0～9x106±2次。整机噪音：(在安装隔音房时)：＜75dB。整机防振：采用带隔振沟的水泥地基，地基深700mm，试验中将振动波全部传寄给大地，而对周围设施基本无影响。

利用本实施例的试验机做了60多条整体吊弦模拟振动试验，试验参数为：(1)振幅：±35mm；(2)频率：1.5Hz；(3)载荷：10kg。另外使用同一批整体吊弦但改变三个试验参数中的其中一个或两个并重新组合也做了对比试验，结果发现改变其中任意一个都对试验结果会产生影响，但以频率最为灵敏，对试验结果的影响最大。因为频率变化直接影响了加速度，进而影响到冲击力大小。因此频率对整体吊弦寿命影响最明显。

本发明整体吊弦振动疲劳试验机还可以只设计单通道。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：包括机架和位于机架内的主机，还包括隔振与降噪装置，所述机架包括主机架(22)和固定在主机架(22)上方的拖动机架(23)，所述主机包括安装底板(24)、固定在拖动机架(23)上的驱动装置，及若干个固定在拖动机架(23)和安装底板(24)之间的测试装置，

所述驱动装置包括变频电机(1)、减速器(2)，变频电机(1)的输出轴与减速器(2)的输入轴固定连接，减速器(2)的输出传动主轴(3)为六方传动主轴，

每个测试装置包括偏心轮(4)、偏心轮固定法兰(5)、运动方式转变机构及长度调节装置，

所述偏心轮(4)上设置有多个偏心距不同的与传动主轴(3)配合的六方孔，所述运动方式转变机构包括变截面横向推杆(6)、连接板(7)、多个直线滑块(8)、至少一组直线导轨(9)、测力传感器(10)、计数传感器(11)、连接轴(12)，所述长度调节装置包括分体式增高圆筒(13)、调整丝杠(14)、托盘(15)、导向杆(16)、缓冲垫(17)，

传动主轴(3)穿过偏心轮(4)上的其中一个六方孔并通过偏心轮固定法兰(5)与偏心轮(4)固定，

每组直线导轨(9)包括两根导轨，两根导轨中间设置所述计数传感器(11)，所述直线导轨(9)通过直线导轨底板(91)装在安装板(31)上，安装板(31)装在拖动机架(23)上，所述连接板(7)通过直线滑块(8)与直线导轨(9)滑动连接，

变截面横向推杆(6)与连接板(7)相互垂直设置，变截面横向推杆(6)的一端固定连接在连接板(7)上，变截面横向推杆(6)的另一端通过滚动轴承与偏心轮(4)的外圆滚动接触，变截面横向推杆(6)位于偏心轮(4)的正上方，

连接板(7)下端固定所述测力传感器(10)，测力传感器(10)下端连接所述连接轴(12)，所述连接轴(12)下端安装有夹板式卡具(19)，

在连接板(7)正上方的中间，固定有圆柱导向杆(20)，圆柱导向杆(20)竖直穿过限位板(32)并由其导向，所述限位板(32)固定在导轨底板(91)上，

安装底板(24)上方固定所述分体式增高圆筒(13)，调整丝杠(14)与分体式增高圆筒(13)螺纹连接，调整丝杠(14)上固定有托盘(15)，托盘(15)上设置所述缓冲垫(17)，托盘(15)的边缘对称安装有两根圆柱式导向杆(16)，加载砝码(35)套装在所述两根圆柱式导向杆(16)上由其导向，所述加载砝码(35)的上端与加载砝码的夹具(27)连接，加载砝码的夹具(27)与夹板式卡具(19)的中心线重合，被测吊弦线(30)安装在所述夹板式卡具(19)和加载砝码的夹具(27)之间，

所述隔振与降噪装置由带隔振沟的地基基础(25)、安装底板(24)、带吸音板及双层玻璃的降噪房组成。

2.根据权利要求1所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：在每个所述变截面横向推杆(6)的侧面均固定有一个润滑油分油阀(26)，所述润滑油分油阀(26)通过润滑油管(18)与直线滑块(8)连接。

3.根据权利要求2所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：所述直线导轨底板(91)的上部侧面固定所述限位板(32)，限位板(32)垂直固定在直线导轨底板(91)上，圆柱导向杆(20)穿过限位板(32)并沿限位板(32)上设置的限位孔(321)上下运动，所述圆柱导向杆(20)外套装有压缩弹簧(21)，所述压缩弹簧(21)位于限位板(32)和连接板(7)之间。

4.根据权利要求3所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：所述安装底板(24)固定在地基基础(25)上。

5.根据权利要求4所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：所述测力传感器(10)为S型测力传感器，所述计数传感器(11)为扁平结构的计数传感器，所述缓冲垫(17)为橡胶垫块。

6.根据权利要求5所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：所述测试装置为六个，所述六个测试装置均分并列设置在所述减速器(2)的两侧。

7.根据权利要求6所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：相邻的两个偏心轮(4)以相差60°间隔固定在所述传动主轴(3)上，传动主轴(3)从减速器(2)两边对称伸出，传动主轴(3)的两端通过轴承固定在拖动机架(23)上。

8.根据权利要求7所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：每个偏心轮(4)上的三个六方孔距离偏心轮圆心分别为35mm、60mm、70mm，每个偏心轮(4)上的三个六方孔周向间隔120°设置。

9.根据权利要求8所述的整体吊弦振动疲劳试验机，其特征在于：还包括用于实时测量与控制主机试验过程的控制柜，所述控制柜与主机电连接。

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