CN108760359B - 一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆试验设备，尤其是一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台，其矩形平台上有一组滚轮对和两组垂向电磁激振器，激振器上部的横梁与垂向振动导向机构连接，滚轮对主轴的两端通过调心滚子轴承安装在横梁上；垂向电磁激振器包括至少一组交流电磁铁和四组弹簧支撑部件，其E型叠片铁芯开口朝上通过铁芯座固定在平台上，I型叠片衔铁则安装在横梁底部并与E型叠片铁芯正对，弹簧支撑部件下端安装在平台上，上端共同支撑横梁；E型叠片铁芯中间嵌有励磁线圈。横梁在线圈通电时，向下压缩弹簧，断电时则被反弹，从而带动滚轮作垂向振动。本发明可解决现有技术中轮轴系统试验台液压激振频率过低，多边形滚轮机械激振不可电控的问题。

Description

一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆的部件振动试验设备，具体为一种配备垂向电磁激振器的单轴滚轮试验台。

背景技术

当前，铁路电动车组的最高运营时速已经达到350km/h，试验速度接近600km/h，另一方面，重载货物列车的轴重从21吨逐渐向35吨发展。铁路列车的高速或重载运行均导致其转向架的振动加剧，轮轴驱动部件的服役环境恶化。

轮轴驱动系统在服役过程中，一方面承受着来自钢轨不平顺和车轮不圆顺导致的复杂振动，另一方面由于交流牵引电机的变频电源不够完善，其转矩一直处于波动之中，直接引起驱动系统的振动；轮轨间摩擦力因为介质或振动的瞬间下降导致车轮有时出现打滑，间接引起轮轴驱动系统的振动。上述多方面的原因造成轮轴驱动系统的机械零部件承受复杂的动载荷，经常出现未到检修周期就发生故障的情况。

特别是0.5-1.0米左右的短波不平顺是导致交流牵引电机或小齿轮轴承故障多发的主要原因，因此需要对轮轴驱动系统进行振动条件下的可靠性台架试验验证，而且应该力争采用牵引电机的配套的PWM变频驱动电源。

目前，轮轴系统可靠性的相关试验方法及试验台还不够完善，不能完全满足可靠性试验或校核需要的试验条件，例如CN205879527U中公开的一种动力机械闭环可倾斜式齿轮箱试验台，就采用多边形机械激振，幅度和频率均不能进行电控，另外CN105953992A公开的采用液压激振系统的电力机械闭环面对面双齿轮箱侧倾式激振试验台，受传统液压传动技术的限制，对于200kN液压缸经济运行的频率远低于30Hz，滚轮对无法模拟转向架动理论对运行轨道中一米以下波长的激振。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台，以解决现有技术中轮轴系统试验台液压激振频率过低，多边形机械轮激振不可电控的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种配备垂向(Z向)电磁激振器的滚轮试验台，包括矩形底座平台，所述矩形底座平台上设有一组滚轮对和两组垂向电磁激振器，两组所述垂向电磁激振器分别位于所述滚轮对的左右两侧(Y方向)，所述垂向电磁激振器上部为激振横梁，所述激振横梁与垂向振动导向机构连接，所述激振横梁在所述垂向运动导向机构的约束下作垂向运动，所述滚轮对的主轴的两端通过调心滚子轴承安装在激振横梁上；

所述垂向电磁激振器至少包括1组交流电磁铁和4组弹簧支撑部件，所述弹簧支撑部件的底部固定于矩形底座上，所有弹簧支撑部件的顶部共同支撑所述激振横梁，所述交流电磁铁包括一个I型叠片衔铁和一个E型叠片铁芯，所述E型叠片铁芯开口朝上安装在铁芯座上，所述铁芯座固定在矩形底座上并位于激振横梁底部，所述E型叠片铁芯的中间绕有励磁线圈，所述励磁线圈由一组PWM变频变压电源供电激磁，所述I型叠片衔铁安装在激振横梁底部并保持平面位置与E型叠片铁芯正对。

优选地,所述垂向电磁激振器中包括两组交流电磁铁和六组弹簧支撑部件，所述六组弹簧支撑部件呈3行2列分布于激振横梁的下方，所述两组交流电磁铁中的E型叠片铁芯并排安装在铁芯座上，所述两组交流电磁铁中的I型叠片衔铁并排安装在激振横梁底部并保持平面位置与所述E型叠片铁芯一一正对，所述两组交流电磁铁中的励磁线圈串联或并联构成一个电流回路并由一组PWM变频变压电源供电激磁。

优选地，所述弹簧支撑部件内部的弹簧组件由碟形弹簧片通过对合、叠合或复合方式堆叠而成。

优选地，所述弹簧支撑部件底部设置有电磁气隙调节机构，所述电磁调节机构包括调节螺栓和与所述调节螺栓连接的楔形块。

优选地，所述垂向振动导向机构采用简单的连杆机构。

优选地，所述铁芯座上开设有若干均匀的通风槽。

优选地，两个交流电磁铁之间设有2-8mm的电磁间隙。

优选地，所述滚轮对的主轴的一端与万向轴连接，所述万向轴穿过齿轮箱后与试验台陪试电机以及飞轮连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本申请利用电磁吸力配合多点弹簧支撑部件，实现激振横梁的垂向振动，根据试验需要，设置单相PWM电源，可以通过改变励磁线圈的电流输入来控制激振横梁的振幅、频率和相位，频率的范围在10Hz以上，可以达到和超过100Hz，增加电源功率甚至可达到200Hz，解决了现有技术中滚轮试验台液压激振频率过低的问题；

2.每根激振横梁由六组弹簧支撑部件支撑，便于交流电磁铁的布置，对提高振动频率和幅值有利，垂向运动导向机构可限制激振横梁多余自由度，保证激振横梁只做垂向振动运动；

3.弹簧支撑部件内部由若干碟型弹簧组合而成，可以通过改变弹簧片的数量和安装方式改变弹簧组件的刚度，另外还设有电磁调节机构，通过调节螺栓来调节电磁气隙大小以及均匀度，确保垂向电磁激振器正常工作；

4.本装置仅有机械部件和电气控制装置组成，不用液压油，无可见环境污染，在低成本的同时实现了较高频率的激振。

附图说明

图1为本发明的三维立体结构示意图；

图2为本发明的结构侧视图；

图3为本发明的结构端视图；

图4为本发明中E型叠片铁芯及励磁线圈布置示意图；

图5为本发明中弹簧支撑部件的侧视图；

图6为本发明中弹簧支撑部件的端视图。

图中：1.矩形底座平台、2.弹簧支撑部件、3.主轴、4.激振横梁、5.Y轴向拉杆、6.连杆基座、7.X轴向拉杆、8.铁芯座、9.滚轮对、10.E型叠片铁芯、11.I型叠片衔铁、12.励磁线圈、13.调节螺栓、14.楔形块、15.碟形弹簧片。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：

一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台，包括矩形底座平台1，矩形底座平台1上设有一组滚轮对9和两组垂向电磁激振器，两组垂向电磁激振器分别位于滚轮对9的左右两侧，垂向电磁激振器上部为激振横梁4，激振横梁4与垂向振动导向机构连接，激振横梁4在垂向振动导向机构的约束下作垂向运动，滚轮对9的主轴3的两端通过调心滚子轴承安装在激振横梁4上，滚轮对9的主轴3的一端与万向轴连接，万向轴穿过齿轮箱后与试验台陪试电机以及飞轮连接。

在本实施例中，垂向电磁激振器的包括2组交流电磁铁和6组弹簧支撑部件2，弹簧支撑部件2的底部固定于矩形底座平台1上，所有弹簧支撑件部件2的顶部共同支撑激振横梁4，交流电磁铁部件包括一个E型叠片铁芯10和I型叠片衔铁11，E型叠片铁芯10开口朝上安装在铁芯座8上，铁芯座8固定在矩形底座平台1上并位于4组弹簧支撑部件的中间，E型叠片铁芯10的中间嵌有励磁线圈12，励磁线圈12由一组PWM变频变压电源供电激磁，I型叠片衔铁11安装在激振横梁4的底部，并保持与E型叠片铁芯10正对的位置。

其中，交流电磁铁中的E型叠片铁芯10以及I型叠片衔铁11由矽钢片制成，矽钢片的排列分布为5cm左右的矽钢片堆叠加10mm左右的空隙，便于散热，使交流电磁铁可以持续产生大的吸力。

工作原理：当对交流电磁铁中的励磁线圈12通电后，E形叠片铁芯产生磁势，在E型叠片铁芯10、I型叠片衔铁11及气隙磁路中产生磁力线，E形叠片铁芯吸引I型叠片衔铁11带动激振横梁4压缩6组弹簧支撑部件2上端而向下运动，弹簧被压缩，其弹性势能增加，动能也先增大后减小；断电后由于弹性势能释放，弹簧支撑部件2提供的回复力使激振横梁4向上运动，穿过平衡位置后，其动能使激振横梁4继续向上运动一定距离，此时激振横梁4及其荷重大于弹簧力，最终激振横梁4上升速度递减到0,归于平衡位置，重新通电过程重复，激振横梁4就可相对平衡位置上下振动，因此交流电磁铁中的励磁线圈12只要通入交流电，就可实现垂向激振，励磁线圈12的电流可通过外部PWM或其它电源控制，改变通入励磁线圈12的电流大小可以改变横梁4及其支撑的临近滚轮的振幅，改变通电-断电的周期就可以改变临近滚轮的振动频率，改变左右交流电磁铁的通电相位就可以改变左右轨道轮的相位，，同时试验台电机可为滚轮提供转速、驱动或制动转矩，这样轮周断面外形与钢轨一致的滚轮对9就可以模拟带有垂向短波不平顺的线路钢轨，进行轮轴驱动系统的可靠性校核试验，在本实施例中，可以单独对单侧的励磁线圈12通电进行试验，也可以两侧同时通电进行试验。

在本实施例中，每一台垂向电磁激振器均包括两组交流电磁铁和六组弹簧支撑部件2，六组弹簧支撑部件2呈3行2列分布于激振横梁4的下方，两组交流电磁铁中的E型叠片铁芯10并排安装在铁芯座8上，两组交流电磁铁中的I型叠片衔铁11并排安装在激振横梁4底部，并保持水平面位置与E型叠片铁芯10正对，两组交流电磁铁中的励磁线圈12串联或并联构成一个电流回路并由一组PWM变频变压电源供电激磁。

进一步的，弹簧支撑部件2内部的弹簧组件由碟形弹簧片15通过对合、叠合或复合方式堆叠而成，通过改变碟形弹簧片15的数量和安装方式可以改变弹簧支撑部件2的刚度及高度，而且中间两组弹簧各提供约30％的支撑力，可以确保激振能力充分输出。

进一步的，弹簧支撑部件2底部设置有电磁气隙调节机构，电磁调节机构包括调节螺栓13和与调节螺栓13连接的楔形块14，通过调节螺栓13可以调节电磁气隙大小以及均匀度，优选的，两组交流电磁铁之间具有2-8mm的间隙。

在本实施例中，垂向运动导向机构包括两组Y轴向拉杆机构和X轴向拉杆机构，两组Y轴向拉杆机构对称分布在矩形底座1的两侧，Y轴向拉杆机构包括连杆基座6和Y轴向拉杆5，连杆基座6固定在矩形底座1的中段边沿，Y轴向拉杆5对称分布在连杆基座6的两侧，Y轴向拉杆5的一端与连杆基座6固定连接，Y轴向拉杆5的另一端与横梁铰接；X轴向拉杆机构分布在矩形底座1的四个拐角处，X轴向拉杆机构包括设置在矩形底座1四个拐角处的固定立柱和X轴向拉杆7，X轴向拉杆7的一端与横梁铰接，X轴向拉杆7的另一端与固定立柱固定连接，这种布置可以保证激振横梁4只具有垂向的自由度，可以保证整个装置在垂向可做微振运动，同时还可以抵抗施加在滚轮轮周的纵向牵引力和横向导向力，当然在别的实施例中，激振横梁4的实现只能上下振动的约束也可以是两端的导向槽或者支撑横向周边的导向杆，在此不一一赘述。

优选的，铁芯座8上开设有若干均匀的通风槽，可以很好的解决交流电磁铁组件工作中的散热问题。

配备上述电磁气隙吸力加弹簧斥力组合形成的垂向电磁激振器垂向电磁激振器的滚轮试验台，可以在10-50Hz范围，产生可调频率与幅值的激振，与采用液压油缸激振方案相比，采用电磁激振的滚轮试验台成本低、激振频率高，由于没有高压油使伺服阀产生磨耗，因此寿命长，无油污，另外提高供电激磁电源的功率，频率就可实现200Hz及以上的激振。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台，包括矩形底座平台(1)，其特征在于：所述矩形底座平台(1)上设有一组滚轮对(9)和两组垂向电磁激振器，所述垂向电磁激振器分别位于所述滚轮对(9)的左右两侧，所述垂向电磁激振器上部为激振横梁(4)，所述激振横梁(4)与垂向运动导向机构连接，所述滚轮对(9)的主轴(3)的两端通过调心滚子轴承安装在激振横梁(4)上；

所述垂向电磁激振器的下部包括至少1组交流电磁铁和至少4组弹簧支撑部件(2)，所述弹簧支撑部件(2)的底部固定于矩形底座平台(1)上，所有弹簧支撑部件(2)的顶部共同支撑所述激振横梁(4)，所述交流电磁铁包括一个E型叠片铁芯(10)和I型叠片衔铁(11)，所述E型叠片铁芯(10)开口朝上安装在铁芯座(8)上，所述铁芯座(8)固定在矩形底座平台(1)上并位于4组弹簧支撑部件的中间，所述E型叠片铁芯(10)的中间嵌有励磁线圈(12)，所述励磁线圈(12)由一组PWM变频变压电源供电激磁，所述I型叠片衔铁(11)安装在激振横梁(4)的底部，并保持与E型叠片铁芯(10)正对的位置。

2.根据权利要求1所述的一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台，其特征在于：所述垂向电磁激振器包括两组交流电磁铁和六组弹簧支撑部件(2)，所述六组弹簧支撑部件(2)呈3行2列分布于激振横梁(4)的下方，所述两组交流电磁铁的E型叠片铁芯(10)并排安装在铁芯座(8)上，所述两组交流电磁铁中的I型叠片衔铁(11)并排安装在激振横梁(4)底部并保持与所述E型叠片铁芯(10)一一正对的位置，所述两组交流电磁铁中的励磁线圈(12)串联或并联构成一个电流回路并由一组PWM变频变压电源供电激磁。

3.根据权利要求2所述的一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台，其特征在于：所述弹簧支撑部件(2)内部的弹簧组件由碟形弹簧片(15)通过对合、叠合或复合方式堆叠而成。

4.根据权利要求3所述的一种配备垂向电磁激振器的滚轮试验台，其特征在于：所述弹簧支撑部件(2)底部设置有电磁气隙调节机构，所述电磁气隙调节机构包括弹簧支撑部件(2)的调节螺栓(13)和与所述调节螺栓(13)连接的楔形块(14)。