CN108318262B - 一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，所述试验台包括基础支撑、六自由度车体端墙、可移动车体端墙、安装座、平移机构、液压泵站、第一液压缸、第二液压缸、贯通道、上部铰接装置、旋转地板和下部铰接装置；所述第一液压缸的一端固定在基础支撑上，另一端通过运动平台与六自由度车体端墙相连接，可移动车体端墙通过平移机构安装在安装座上，六自由度车体端墙和可移动车体端墙在计算机的控制下联合运动。本发明提供的运动模拟试验台通过两个车体端墙的组合运动，模拟有轨电车多种运动状态，并且可以施加车辆运行时的作用力，能够满足有轨电车在线路上运行时铰接装置及贯通道的运动干涉试验，疲劳试验，力加载试验。

Description

一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台

技术领域

本发明涉及机电技术领域，特别地，涉及一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台。

背景技术

随着城市轨道交通工具的不断发展，以运量大、环境污染小、节能环保、投资少且建设周期短的低地板有轨电车得到了广泛的应用。铰接装置作为低地板有轨电车的车体连接装置，不仅承受着车辆的牵引、制动力及惯性力，而且需要满足车辆转弯、俯仰及测滚的运动要求，对保证车辆运营的安全至关重要。铰接装置作为车辆连接的核心部件，在装车前必须得到验证。这就需要有一台试验设备，不仅能够实现铰接装置运动的模拟功能，而且要具备力加载的功能，以满足有轨电车铰接装置与贯通道的的运动干涉试验、疲劳试验及力加载试验的要求，确保车辆运行的安全可靠，但目前并没有一种专用设备能够同时满足上述的要求。

目前用于模拟轨道车辆贯通道运动关系的试验台通常采用电动丝杆驱动，由于不能施加车辆运行时的作用力，而且无法消除安装误差的影响，不适用用于铰接装置这种刚性连接的车端设备。

授权公告号为CN102128723A，授权公告日为2011年7月20日的中国发明专利公开了一种车端关系综合试验台，其一端采用六自由度并联机构作为车体端墙，另一端与地基固定，其运动方式仅由一端六自由度并联机构来完成，该机构的最大转角为29.5度，最大横移为0.75m，是可以满足地铁车辆、动车组以及铁路客车车辆车端关系运动的(轨道的最小平面曲线半径通常为150m，相应的车端最大摆动角度为12度，最大横向位移为0.75m)。然而对于低地板有轨电车，由于轨道的最小平面曲线半径通常是25m，甚至是20m，车端的最大摆动角度为35度，最大横向位移约为1m，因此现有六自由度并联机构无法满足。如果对现有六自由度并联机构进行重新设计，液压缸的行程将呈几何倍数放大，机构承受载荷的能力也会减弱，且大大增加了制作成本及制作的工艺难度。综上所述，设计一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台是急需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，以解决现有的车端关系综合试验台无法满足低地板有轨电车车端大角度和大行程的运动要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，所述试验台包括基础支撑、绕X、Y、Z三向转动或移动的六自由度车体端墙、沿X、Y、Z三向移动的可移动车体端墙、运动平台、安装座、平移机构、液压泵站、第一液压缸、第二液压缸、贯通道、上部铰接装置、旋转地板和下部铰接装置；所述基础支撑垂直固定在地基上，所述液压泵站包括分配器和管路系统，其电气控制部分与计算机相连，分配器及管路系统与第一液压缸和第二液压缸相连，所述第一液压缸的一端固定在基础支撑上，另一端通过运动平台与六自由度车体端墙相连接，所述第一液压缸有六个，所述第一液压缸设有第一伺服控制阀、第一位移传感器和第一力传感器；所述可移动车体端墙通过平移机构安装在安装座上，所述平移机构通过第二液压缸驱动，第二液压缸设有第二伺服控制阀、第二位移传感器和第二力传感器；所述六自由度车体端墙通过第一液压缸的控制绕垂直于六自由度车体端墙的X方向转动或移动，水平并平行于六自由度车体端墙的Y方向转动或移动，垂直于水平面的Z方向转动或移动；所述可移动车体端墙通过第二液压缸的控制绕垂直于可移动车体端墙的X方向移动，水平并平行于可移动车体端墙的Y方向移动，垂直于水平面的Z方向移动；所述贯通道、上部铰接装置、下部铰接装置和旋转地板安装在六自由度车体端墙和可移动车体端墙中间，连接六自由度车体端墙和可移动车体端墙，所述上部铰接装置位于贯通道上部，所述下部铰接装置位于贯通道下部，所述贯通道位于旋转地板上；

在计算机上直接输入六自由度车体端墙绕X、Y、Z三个方向的移动距离和旋转角度及运动速度，计算机求解出第一液压缸的六个活塞分别运动的位移量，再由第一伺服阀控制第一液压缸运动达到该位移量；同样，在计算机上直接输入第二液压缸的位移量及运动速度，第二伺服阀控制第二液压缸运动达到该位移量来控制可移动车体端墙的运动；

或者同时输入六自由度车体端墙和可移动车体端墙的运动参数，所述六自由度车体端墙和所述可移动车体端墙在计算机的控制下联合运动。

进一步的，所述平移机构与安装座之间设有可以滑动的轨道，所述轨道包括上导轨和下导轨。

进一步的，所述下部铰接装置为单铰接装置或者双铰接装置。

进一步的，所述第一液压缸通过铰链固定在基础支撑上。

进一步的，所述第一位移传感器和第二移传感器分别位于第一液压缸内和第二液压缸内。

进一步的，所述第一力传感器位于第一液压缸与运动平台相连的一端活塞端口处。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台由一端具有可绕X、Y、Z三向转动或移动的六自由度车体端墙和另一端可绕X、Y、Z三向移动的可移动车体端墙组成，通过控制液压系统，六自由度车体端墙按指令可完成三个方向的平移和转动，同时可移动车体端墙完成一个方向或三个方向的移动，这样六自由度车体端墙和可移动车体端墙的组合运动，模拟有轨电车在线路上运行时车体端部的拉伸，压缩，转弯、侧滚及俯仰等多种运动状态，并且可以施加有轨电车运行时的作用力，能够满足有轨电车在运动路线最小曲率半径为25m时，车端最大摆角为35度、最大横移0.975m的要求。

(2)本发明提供的有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台中的六自由度车体端墙和可移动车体端墙在计算机的控制下可以单独运动，也可以联合运动。通过在计算机上直接输入六自由度车体端墙绕X、Y、Z三个方向的移动距离和旋转角度及运动速度等运动参数，计算机就会自动求解出第一液压缸的六个活塞分别运动的位移量，再由第一伺服阀控制第一液压缸运动达到该位移量；同样，在计算机上直接输入第二液压缸的位移量及运动速度，第二伺服阀控制第二液压缸运动达到该位移量来控制可移动车体端墙3的运动；也可同时输入两个车体端墙的运动参数，所述六自由度车体端墙和所述可移动车体端墙在计算机的控制下联合运动。

(3)本发明提供的有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台是用于模拟有轨电车在轨道上运行时车体端墙以及与车体端墙相连接的铰接装置及贯通道运动的试验设备，可以模拟贯通道、上部铰接装置、旋转地板和下部铰接装置整体装配后的运动干涉试验、疲劳试验和力加载试验等，也可以单独对其中的一个部件进行运动及疲劳试验和力加载试验等。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的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是本发明一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台的立体结构示意图；

图2是本发明一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台的平面结构示意图；

图3是本发明优选实施例的车端及铰接装置模拟有轨电车在25米曲线上运行时的车体与平面曲线的关系图；

图4是本发明优选实施例的车端及铰接装置模拟有轨电车在25米曲线运行时的运动关系示意图。

其中，图中1、基础支撑；2、六自由度车体端墙；3、可移动车体端墙；4、运动平台；5、安装座；6、平移机构；7、液压泵站；8、贯通道；9、上部铰接装置；10、下部铰接装置；11、旋转地板；12、上导轨；13、下导轨。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，所述试验台包括基础支撑1、六自由度车体端墙2、可移动车体端墙3、运动平台4、安装座5、平移机构6、液压泵站7、第一液压缸、第二液压缸、贯通道8、上部铰接装置9、旋转地板11和下部铰接装置10；所述基础支撑1垂直固定在地基上，所述液压泵站7包括分配器和管路系统，其电气控制部分与计算机相连，分配器及管路系统与第一液压缸和第二液压缸相连，所述第一液压缸的一端通过铰链固定在基础支撑1上，另一端通过运动平台4与六自由度车体端墙2相连接，所述第一液压缸有六个，并设有第一伺服控制阀、第一位移传感器和第一力传感器；所述第一位移传感器位于第一液压缸内，所述第一力传感器位于第一液压缸与运动平台4相连的一端活塞端口处；所述可移动车体端墙2通过平移机构6安装在安装座5上，所述平移机构6通过第二液压缸驱动，所述平移机构6与安装座5之间设有可以滑动的轨道，所述轨道包括上导轨12和下导轨13，所述平移机构6可以在上导轨12和下导轨13之间来回滑动；第二液压缸设有第二伺服控制阀、第二位移传感器和第二力传感器，所述第二位移传感器位于第二液压缸内；所述六自由度车体端墙2通过第一液压缸的控制可绕垂直于六自由度车体端墙的X方向转动或移动，水平并平行于六自由度车体端墙的Y方向转动或移动，垂直于水平面的Z方向转动或移动；所述可移动车体端墙3通过第二液压缸的控制可绕垂直于可移动车体端墙的X方向移动，水平并平行于可移动车体端墙的Y方向移动，垂直于水平面的Z方向移动；所述贯通道8、上部铰接装置9、下部铰接装置10和旋转地板11安装在两个车体端墙中间，连接两个车体端墙，所述上部铰接装置9位于贯通道8上部，所述下部铰接装置10位于贯通道8下部，所述贯通道8位于旋转地板11上，所述下部铰接装置10为单铰接装置或者双铰接装置；所述六自由度车体端墙2和可移动车体端墙3在计算机的控制下联合运动，车端的最大摆角为35度，最大横移为0.975m，可用于运动路线最小曲率半径为25m的有轨电车。

六自由度车体端墙2和可移动车体端墙3在计算机的控制下可以单独运动，也可以联合运动。具体工作过程如下：操作者通过在计算机上直接输入六自由度车体端墙2绕X、Y、Z三个方向的移动距离和旋转角度及运动速度等运动参数，计算机就会自动求解出第一液压缸的六个活塞分别运动的位移量，再由第一伺服阀控制第一液压缸运动达到该位移量；同样地，在计算机上直接输入第二液压缸的位移量及运动速度，第二伺服阀控制第二液压缸运动达到该位移量来控制可移动车体端墙3的运动；操作者也可同时输入六自由度车体端墙2和可移动车体端墙3的运动参数，所述六自由度车体端墙2和可移动车体端墙3在计算机的控制下联合运动。

本发明提供的一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台开始运动模拟试验工作时，先将下铰接装置10、贯通道8及上部铰接装置9安装在试验台上，操作者在计算机上发出运动指令，该运动指令包含六自由度车体端墙2的六个指令，分别为X、Y、Z三个方向的位移指令和三个转角指令，通过计算机自动运算后分别驱动六套伺服液压系统的液压缸的伸缩，完成车体端墙的三个方向的平移和三个方向的转动，同时操作者可输入可移动车体端墙的三个位移指令，完成一个方向或三个方向的移动，这样两个车体端墙的组合运动，模拟有轨电车在线路上运行时车体端部的拉伸，压缩，转弯、侧滚及俯仰等多种运动状态，并且可以施加车辆运行时的作用力，同时可以循环运动。

所述试验台的运动是根据有轨电车运行时的路况，呈现两车端的位置变化。即：在有轨电车经过轨道平面水平曲线时，车体端墙会在铰接处发生转动，转角的大小由水平曲线半径确定。在列车经过轨道平面竖直曲线时，车体端墙会在铰接处发生俯仰，俯仰角度的大小由曲线半径确定。当车辆运行轨道有高度差时，车体端墙会在铰接处产生测滚。

如图3至图4所示，当有轨电车在轨道平面水平曲线上行驶时，运动路线的曲率半径R为25m时，下铰接装置的转轴距离a为1.7m，下铰接装置的转轴两端与可移动车体端墙的中心轴线相垂直的距离b为0.975m(即车体端墙的横移距离)，此时，可移动车体端墙的中心轴线与下铰接装置的中心轴线的夹角α为35度，六自由度车体端墙的中心轴线与下铰接装置的中心轴线的夹角β为26度，六自由度车体端墙与可移动车体端墙的夹角γ为61度。当车体运动的圆曲线半径越小，车端的摆角越大，两个车体端墙更容易发生干涉。

本发明提供的该试验台是用于模拟有轨电车在轨道上运行时车体端墙以及与车体端墙相连接的铰接装置及贯通道运动的试验设备，可以模拟贯通道、上部铰接装置、旋转地板和下部铰接装置整体装配后的运动干涉试验、疲劳试验和力加载试验等，也可以单独对其中的一个部件进行运动及疲劳试验和力加载试验等。所述的疲劳试验是根据车辆运行时两车体间作用力的变化次数确定的，进行反复多次施加车体间的作用力。所述力加载试验是指两车体端墙间的作用力，是根据车辆的牵引力、制动力及惯性力的大小确定的，通过控制液压缸内的液压油实现作用力的大小。

一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台开始力加载模拟试验工作时，先将下铰接装置、贯通道及上部铰接装置安装在试验台上，操作者在计算机上发出力加载指令，该加载指令分为X、Y、Z三个方向，分别模拟车辆运行时车体端部承受的载荷，即牵引力或制动力、横向惯性力、垂向重力及加速度。通过伺服液压系统及力学传感器，六自由度车体端墙按指令可完成三个方向载荷的施加，并可按正弦波循环运动。上述力值的范围X方向为-50kN～+50kN，Y方向为-30kN～+30kN，Z方向为-30kN～+30kN，以满足有轨电车载荷条件的需要。

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 (6)

1.一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，其特征在于，所述试验台包括基础支撑、绕X、Y、Z三向转动或移动的六自由度车体端墙、沿X、Y、Z三向移动的可移动车体端墙、运动平台、安装座、平移机构、液压泵站、第一液压缸、第二液压缸、贯通道、上部铰接装置、旋转地板和下部铰接装置；所述基础支撑垂直固定在地基上，所述液压泵站包括分配器和管路系统，其电气控制部分与计算机相连，分配器及管路系统分别与第一液压缸和第二液压缸相连，所述第一液压缸的一端固定在基础支撑上，另一端通过运动平台与六自由度车体端墙相连接，所述第一液压缸有六个，所述第一液压缸设有第一伺服控制阀、第一位移传感器和第一力传感器；所述可移动车体端墙通过平移机构安装在安装座上，所述平移机构通过第二液压缸驱动，第二液压缸设有第二伺服控制阀、第二位移传感器和第二力传感器；所述六自由度车体端墙通过第一液压缸的控制绕垂直于六自由度车体端墙的X方向转动或移动，水平并平行于六自由度车体端墙的Y方向转动或移动，垂直于水平面的Z方向转动或移动；所述可移动车体端墙通过第二液压缸的控制绕垂直于可移动车体端墙的X方向移动，水平并平行于可移动车体端墙的Y方向移动，垂直于水平面的Z方向移动；所述贯通道、上部铰接装置、下部铰接装置和旋转地板安装在六自由度车体端墙和可移动车体端墙中间，连接六自由度车体端墙和可移动车体端墙，所述上部铰接装置位于贯通道上部，所述下部铰接装置位于贯通道下部，所述贯通道位于旋转地板上；

在计算机上直接输入六自由度车体端墙绕X、Y、Z三个方向的移动距离和旋转角度及运动速度，计算机求解出第一液压缸的六个活塞分别运动的位移量，再由第一伺服阀控制第一液压缸运动达到该位移量；同样，在计算机上直接输入第二液压缸的位移量及运动速度，第二伺服阀控制第二液压缸运动达到该位移量来控制可移动车体端墙的运动；

或者同时输入六自由度车体端墙和可移动车体端墙的运动参数，所述六自由度车体端墙和所述可移动车体端墙在计算机的控制下联合运动。

2.根据权利要求1所述的一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，其特征在于，所述平移机构与安装座之间设有可以滑动的轨道，所述轨道包括上导轨和下导轨。

3.根据权利要求1所述的一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，其特征在于，所述下部铰接装置为单铰接装置或者双铰接装置。

4.根据权利要求1所述的一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，其特征在于，所述第一液压缸通过铰链固定在基础支撑上。

5.根据权利要求1所述的一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，其特征在于，所述第一位移传感器和第二移传感器分别位于第一液压缸内和第二液压缸内。

6.根据权利要求1所述的一种有轨电车铰接装置及贯通道的运动模拟试验台，其特征在于，所述第一力传感器位于第一液压缸与运动平台相连的一端活塞端口处。

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