CN109297732B - 基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置 - Google Patents

Abstract

基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置属于铁路车辆转向架构架强度试验用的施力加载装置领域，其包括模拟车轴、两个模拟轴座、四个模拟弹簧机构、两套限位卡环组、作动器组和三个矩形连接座，模拟车轴包括一体成型且直径顺次递减的主轴、两个轴径和两个轴端，模拟轴座包括中心轴座、高位模拟弹簧座、低位模拟弹簧座和轴向减震橡胶环。本发明可以更为真实地模拟列车在轨运行时轮对向构架传递的XYZ三个轴向上的综合震动，空间布局精巧合理、结构简单实用，操作方便，成本低廉。

Description

基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置

技术领域

本发明属于铁路车辆转向架构架强度试验用的施力加载装置领域，具体涉及一种基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置。

背景技术

由于铁路车辆的转向架构架是承载车体重量、传递牵引力和制动动力的核心部件，因此在其理论设计完成后，通常还需对初产的转向架构架进行载荷强度试验。对构架的关键结构进行承力加载试验时，通常需要沿构架的Z轴垂向、X轴横向和Y轴纵向三个方向同时施力，以便连续模拟列车在正常运行环境下所承受的综合受力环境，从而检验转向架构架力学结构的合理性，通过获取关键部件的动态受力数据和检查构架是否会产生疲劳裂纹，进一步识别静强度试验中未被发现的疲劳风险点，并为改进设计提供参考依据。

如图1至图4所示，铁路车辆转向架构架1的承力主体结构通常是由横梁1-1和两个侧梁1-2所构成的H型结构。但城铁、高速动车组等不同的铁路列车车型，均因设计需求不同而对应众多不同的构架细节结构，因此，其载荷强度试验所需的试验工装各不相同，不仅需要综合考虑各个承力加载点的实际受力方向，还需充分考虑各个施力作动器的布局位置关系，避免作动器彼此相互阻挡干涉。尤其是构架与轮对对接的轴座位置，其承力加载结构尤为关键。

如图1至图4所示的一种列车H型构架1，其齿轮箱吊座1-3等结构并非按常见方式安装在横梁1-1的两侧，而是通过平行于横梁1-1的两根管状边梁1-4对称安装于侧梁1-2的两端。其侧梁1-2包括两条对称向双侧伸展的翼形的悬臂结构，每一条悬臂下方均设有一对儿高度差为H、轴距为L的一系弹簧安装座1-5。由于该一系弹簧安装座1-5的结构不同于圆拱型的轴座结构，且其位置和高度差等结构均与常规构架区别较大，导致其没有成熟的相关弹簧座载荷加载装置设计方案可以借鉴，沿用旧有方案的布局结构会使Y轴方向的施力作动器与横梁1-1的两根管状边梁1-4彼此干涉，或者与X轴方向的横梁1-1端部的抗测滚扭杆作动器加载点彼此干涉，以至于加载试验无法进行。因此，如何能够通过大量的理论总结和实验验证设计出与该特殊构架相匹配的轮轴承力加载结构，已成为一项研发课题。

发明内容

为了解决现有某型具有特殊结构的构架，其存在高度差的一系弹簧安装座结构不同于圆拱型的轴座结构，且该一系弹簧安装座的布局位置受到平行于横梁的两根管状边梁的限制，导致该构架没有成熟的相关弹簧座载荷加载装置设计方案可以借鉴，沿用旧有方案的布局结构会使Y轴方向的施力作动器与横梁的两根管状边梁彼此干涉，或者与X轴方向的横梁端部的抗测滚扭杆作动器加载点彼此干涉，以至于加载试验无法进行的技术问题，本发明提供一种基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置，其包括模拟车轴、两个模拟轴座、四个模拟弹簧机构、两套限位卡环组、作动器组和三个矩形连接座，模拟车轴包括一体成型且直径顺次递减的主轴、两个轴颈和两个轴端，两个轴颈和两个轴端顺次对称布置于主轴的两侧；模拟轴座包括中心轴座、高位模拟弹簧座、低位模拟弹簧座和轴向减震橡胶环，中心轴座的端面上设有减震环通孔；高位模拟弹簧座和低位模拟弹簧座分别位于中心轴座的左、右两侧，其三者一体成型；高位模拟弹簧座和低位模拟弹簧座的高度差为H；高位模拟弹簧座的端面上设有高位减震柱通孔，低位模拟弹簧座的端面上设有低位减震柱通孔；高位减震柱通孔和低位减震柱通孔的轴线彼此平行，其二者的间距为L，且其二者的轴向均垂直于减震环通孔轴线；轴向减震橡胶环的内径与轴颈的外径匹配，其同轴固连于减震环通孔内，轴向减震橡胶环的轴向长度是减震环通孔轴向长度的二倍；

所述每两个模拟弹簧机构分别与同一个对应的模拟轴座上的高位模拟弹簧座和低位模拟弹簧座固连，每两个模拟弹簧机构与其对应的模拟轴座三者共同构成一个模拟轴座机构；每个模拟轴座机构均与一个对应的轴颈同轴固连，每套限位卡环组均与一个对应的轴端同轴固连，并对与其接触的一个对应的模拟轴座进行轴向限位；

矩形连接座是中空的矩形框架结构，其包括两个平行布置的矩形座板和四个连接螺柱，每个矩形座板的四角均分别与一个对应的螺柱固连；每个矩形连接座均套在主轴的外径上；

所述作动器组包括Y轴纵向作动器、Z轴垂向作动器、Z轴垂向反力杆和X轴横向反力杆，Y轴纵向作动器沿Y轴方向水平布置，其通过一个矩形连接座与主轴的中段垂直连接；Z轴垂向作动器竖直布置，其通过一个矩形连接座与主轴的后段垂直连接；Z轴垂向反力杆竖直布置，其通过一个矩形连接座与主轴的前段垂直连接；X轴横向反力杆沿X轴方向水平布置，其与轴端的前端同轴固连；

所述模拟车轴、两个模拟轴座、四个模拟弹簧机构、两套限位卡环组共同构成一个模拟车轴机构。

所述模拟弹簧机构包括弹簧安装座对接法兰盘、减震圆柱、减震柱底板和多个底板紧固螺栓，减震圆柱包括直径递减的橡胶柱和连接柱，连接柱、高位减震柱通孔以及低位减震柱通孔三者的直径均相同，连接柱的下端面设有三个紧固螺栓孔；减震柱底板的直径大于连接柱的直径；弹簧安装座对接法兰盘的法兰盘面螺孔与一系弹簧安装座上的螺孔一一对应匹配；

所述橡胶柱的顶端与弹簧安装座对接法兰盘的下端面中心同轴固连；减震圆柱穿过一个对应的高位减震柱通孔或低位减震柱通孔并通过底板紧固螺栓与减震柱底板固连。

所述主轴外径上开设有两个彼此平行的防转铣削端面；矩形座板的中部设有贯通的圆弧凹槽，防转铣削端面宽度大于圆弧凹槽的开槽宽度；圆弧凹槽曲面与主轴外径端面的形状相同。

所述与Y轴纵向作动器固连的矩形连接座，其两个矩形座板分别将两个防转铣削端面夹紧；与Z轴垂向作动器和Z轴垂向反力杆对应固连的两个矩形连接座则均通过其圆弧凹槽与主轴外径端面同轴转动连接。

本发明的有益效果是：该构架弹簧座载荷加载装置的通过其模拟车轴、两个模拟轴座、四个模拟弹簧机构、两套限位卡环组共同构成一个模拟车轴机构。模拟轴座的高位模拟弹簧座和低位模拟弹簧座分别位于中心轴座的左、右两侧，其二者的高度差为H；高位减震柱通孔和低位减震柱通孔的轴线彼此平行，其二者的间距为L，从而使与高位减震柱通孔或低位减震柱通孔对应连接的两个模拟弹簧机构可以按照高度差相补偿匹配的原则分别与对应的一系弹簧安装座匹配固连。

矩形座板的中部设有贯通的圆弧凹槽，防转铣削端面宽度大于圆弧凹槽的开槽宽度；圆弧凹槽曲面与主轴外径端面的形状相同。与Y轴纵向作动器固连的矩形连接座用于通过其两个矩形座板分别将两个防转铣削端面夹紧；与Z轴垂向作动器和Z轴垂向作动器对应固连的两个矩形连接座则均用于通过其圆弧凹槽与主轴外径端面同轴转动连接，从而实现各个作动器组均能通过模拟车轴机构将试验所需的承力载荷按照合理的空间姿态传递并加载到正确的相关位置，并完全避免了Y轴纵向作动器、Z轴垂向作动器、Z轴垂向反力杆和X轴横向反力杆彼此阻挡干涉或者其四者与管状边梁亦或与X轴方向的横梁端部的抗测滚扭杆作动器加载点彼此干涉。

轴向减震橡胶环、限位卡环组和减震圆柱均由具有足够刚度和柔性的橡胶材料支撑，用以取代真实车辆上的弹簧结构，实现震动力缓冲和传导，从而使该构架弹簧座载荷加载装置可以更为真实地模拟列车在轨运行时轮对向构架传递的XYZ三个轴向上的综合震动。

此外，该基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置还具有空间布局精巧合理、结构简单实用，操作方便，成本低廉，便于推广普及等优点。

附图说明

图1是现有某型具有特殊结构的构架的立体图；

图2是图2的俯视图；

图3是现有某型具有特殊结构的构架在另一翻转视角下的立体图；

图4是图3的前视图；

图5是本发明基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置的立体图；

图6是图5的爆炸装配示意图；

图7是本发明模拟车轴机构的立体图；

图8是图7的爆炸装配示意图；

图9是本发明模拟车轴的立体图；

图10是图8中I部分的局部放大图；

图11是本发明本发明模拟轴座机构的立体图；

图12是本发明模拟弹簧机构的爆炸装配示意图；

图13是本发明模拟轴座机构的主视图；

图14是本发明矩形连接座的立体图；

图15是两套本发明的基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置的布局姿态示意图；

图16是发明的基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图5至图14所示，本发明的基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置包括模拟车轴5、两个模拟轴座6、四个模拟弹簧机构7、两套限位卡环组8、作动器组3和三个矩形连接座9，模拟车轴5包括一体成型且直径顺次递减的主轴5-1、两个轴颈5-2和两个轴端5-3，两个轴颈5-2对称布置于主轴5-1的两侧，两个轴端(5-3)对称布置于主轴(5-1)的两侧且位于两个轴颈(5-2)的外侧；模拟轴座6包括中心轴座6-1、高位模拟弹簧座6-2、低位模拟弹簧座6-3和轴向减震橡胶环6-4，中心轴座6-1的端面上设有减震环通孔6-1-1；高位模拟弹簧座6-2和低位模拟弹簧座6-3分别位于中心轴座6-1的左、右两侧，其三者一体成型；高位模拟弹簧座6-2和低位模拟弹簧座6-3的高度差为H；高位模拟弹簧座6-2的端面上设有高位减震柱通孔6-2-1，低位模拟弹簧座6-3的端面上设有低位减震柱通孔6-3-1；高位减震柱通孔6-2-1和低位减震柱通孔6-3-1的轴线彼此平行，其二者的间距为L，且其二者的轴向均垂直于减震环通孔6-1-1轴线；轴向减震橡胶环6-4的内径与轴颈5-2的外径匹配，其同轴固连于减震环通孔6-1-1内，轴向减震橡胶环6-4的轴向长度是减震环通孔6-1-1轴向长度的二倍。

所述每两个模拟弹簧机构7分别与同一个对应的模拟轴座6上的高位模拟弹簧座6-2和低位模拟弹簧座6-3固连，每两个模拟弹簧机构7与其对应的模拟轴座6三者共同构成一个模拟轴座机构；每个模拟轴座机构均与一个对应的轴颈5-2同轴固连，每套限位卡环组8均与一个对应的轴端5-3同轴固连，并对与其接触的一个对应的模拟轴座6进行轴向限位。

矩形连接座9是中空的矩形框架结构，其包括两个平行布置的矩形座板9-1和四个连接螺柱9-2，每个矩形座板9-1的四角均分别与一个对应的螺柱9-2固连；每个矩形连接座9均套在主轴5-1的外径上。

所述作动器组3包括Y轴纵向作动器3-1、Z轴垂向作动器3-2、Z轴垂向反力杆3-3和X轴横向反力杆3-4，Y轴纵向作动器3-1沿Y轴方向水平布置，其通过一个矩形连接座9与主轴5-1的中段垂直连接；Z轴垂向作动器3-2竖直布置，其通过一个矩形连接座9与主轴5-1的后段垂直连接；Z轴垂向反力杆3-3竖直布置，其通过一个矩形连接座9与主轴5-1的前段垂直连接；X轴横向反力杆3-4沿X轴方向水平布置，其与轴端5-3的前端同轴固连。

所述模拟车轴5、两个模拟轴座6、四个模拟弹簧机构7、两套限位卡环组8共同构成一个模拟车轴机构。

所述模拟弹簧机构7包括弹簧安装座对接法兰盘7-1、减震圆柱7-2、减震柱底板7-3和多个底板紧固螺栓7-4，减震圆柱7-2包括直径递减的橡胶柱7-2-1和连接柱7-2-2，连接柱7-2-2、高位减震柱通孔6-2-1以及低位减震柱通孔6-3-1三者的直径均相同，连接柱7-2-2的下端面设有三个紧固螺栓孔；减震柱底板7-3的直径大于连接柱7-2-2的直径；弹簧安装座对接法兰盘7-1的法兰盘面螺孔与一系弹簧安装座1-5上的螺孔一一对应匹配。

所述橡胶柱7-2-1的顶端与弹簧安装座对接法兰盘7-1的下端面中心同轴固连；减震圆柱7-2穿过一个对应的高位减震柱通孔6-2-1或低位减震柱通孔6-3-1并通过底板紧固螺栓7-4与减震柱底板7-3固连。

所述主轴5-1外径上开设有两个彼此平行的防转铣削端面5-1-1；矩形座板9-1的中部设有贯通的圆弧凹槽9-1-1，防转铣削端面5-1-1宽度大于圆弧凹槽9-1-1的开槽宽度；圆弧凹槽9-1-1曲面与主轴5-1外径端面的形状相同。

所述与Y轴纵向作动器3-1固连的矩形连接座9，其两个矩形座板9-1分别将两个防转铣削端面5-1-1夹紧；与Z轴垂向作动器3-2和Z轴垂向反力杆3-3对应固连的两个矩形连接座9则均通过其圆弧凹槽9-1-1与主轴5-1外径端面同轴转动连接。

具体应用本发明的基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置时，如图15和图16所示，将两套本发明的弹簧座载荷加载装置互为镜像布置，并使其二者各自的X轴横向反力杆3-4均位于Y轴的同一侧。此后，按照高度差相补偿匹配的原则分别用法兰连接螺栓将每个弹簧安装座对接法兰盘7-1的法兰盘面螺孔均与一个对应的一系弹簧安装座1-5匹配固连，即可通过模拟轴座机构上的两个模拟弹簧机构7实现将一个模拟车轴机构与某型具有特殊结构的构架1上的两个具高度差的两套一系弹簧安装座1-5的连接，进而完成作动器组3与构架1上对应的承力加载点的合理布局连接。

Claims (4)

1.基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置，其特征在于：该装置包括模拟车轴(5)、两个模拟轴座(6)、四个模拟弹簧机构(7)、两套限位卡环组(8)、作动器组(3)和三个矩形连接座(9)，模拟车轴(5)包括一体成型且直径顺次递减的主轴(5-1)、两个轴颈(5-2)和两个轴端(5-3)，两个轴颈(5-2)对称布置于主轴(5-1)的两侧，两个轴端(5-3)对称布置于主轴(5-1)的两侧且位于两个轴颈(5-2)的外侧；模拟轴座(6)包括中心轴座(6-1)、高位模拟弹簧座(6-2)、低位模拟弹簧座(6-3)和轴向减震橡胶环(6-4)，中心轴座(6-1)的端面上设有减震环通孔(6-1-1)；高位模拟弹簧座(6-2)和低位模拟弹簧座(6-3)分别位于中心轴座(6-1)的左、右两侧，其三者一体成型；高位模拟弹簧座(6-2)和低位模拟弹簧座(6-3)的高度差为H；高位模拟弹簧座(6-2)的端面上设有高位减震柱通孔(6-2-1)，低位模拟弹簧座(6-3)的端面上设有低位减震柱通孔(6-3-1)；高位减震柱通孔(6-2-1)和低位减震柱通孔(6-3-1)的轴线彼此平行，其二者的间距为L，且其二者的轴向均垂直于减震环通孔(6-1-1)轴线；轴向减震橡胶环(6-4)的内径与轴颈(5-2)的外径匹配，其同轴固连于减震环通孔(6-1-1)内，轴向减震橡胶环(6-4)的轴向长度是减震环通孔(6-1-1)轴向长度的二倍；

每两个模拟弹簧机构(7)分别与同一个对应的模拟轴座(6)上的高位模拟弹簧座(6-2)和低位模拟弹簧座(6-3)固连，每两个模拟弹簧机构(7)与其对应的模拟轴座(6)三者共同构成一个模拟轴座机构；每个模拟轴座机构均与一个对应的轴颈(5-2)同轴固连，每套限位卡环组(8)均与一个对应的轴端(5-3)同轴固连，并对与其接触的一个对应的模拟轴座(6)进行轴向限位；

矩形连接座(9)是中空的矩形框架结构，其包括两个平行布置的矩形座板(9-1)和四个连接螺柱(9-2)，每个矩形座板(9-1)的四角均分别与一个对应的螺柱(9-2)固连；每个矩形连接座(9)均套在主轴(5-1)的外径上；

作动器组(3)包括Y轴纵向作动器(3-1)、Z轴垂向作动器(3-2)、Z轴垂向反力杆(3-3)和X轴横向反力杆(3-4)，Y轴纵向作动器(3-1)沿Y轴方向水平布置，其通过一个矩形连接座(9)与主轴(5-1)的中段垂直连接；Z轴垂向作动器(3-2)竖直布置，其通过一个矩形连接座(9)与主轴(5-1)的后段垂直连接；Z轴垂向反力杆(3-3)竖直布置，其通过一个矩形连接座(9)与主轴(5-1)的前段垂直连接；X轴横向反力杆(3-4)沿X轴方向水平布置，其与轴端(5-3)的前端同轴固连；

所述模拟车轴(5)、两个模拟轴座(6)、四个模拟弹簧机构(7)、两套限位卡环组(8)共同构成一个模拟车轴机构。

2.如权利要求1所述的基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置，其特征在于：所述模拟弹簧机构(7)包括弹簧安装座对接法兰盘(7-1)、减震圆柱(7-2)、减震柱底板(7-3)和多个底板紧固螺栓(7-4)，减震圆柱(7-2)包括直径递减的橡胶柱(7-2-1)和连接柱(7-2-2)，连接柱(7-2-2)、高位减震柱通孔(6-2-1)以及低位减震柱通孔(6-3-1)三者的直径均相同，连接柱(7-2-2)的下端面设有三个紧固螺栓孔；减震柱底板(7-3)的直径大于连接柱(7-2-2)的直径；弹簧安装座对接法兰盘(7-1)的法兰盘面螺孔与一系弹簧安装座(1-5)上的螺孔一一对应匹配；

所述橡胶柱(7-2-1)的顶端与弹簧安装座对接法兰盘(7-1)的下端面中心同轴固连；减震圆柱(7-2)穿过一个对应的高位减震柱通孔(6-2-1)或低位减震柱通孔(6-3-1)并通过底板紧固螺栓(7-4)与减震柱底板(7-3)固连。

3.如权利要求2所述的基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置，其特征在于：所述主轴(5-1)外径上开设有两个彼此平行的防转铣削端面(5-1-1)；矩形座板(9-1)的中部设有贯通的圆弧凹槽(9-1-1)，防转铣削端面(5-1-1)宽度大于圆弧凹槽(9-1-1)的开槽宽度；圆弧凹槽(9-1-1)曲面与主轴(5-1)外径端面的形状相同。

4.如权利要求3所述的基于模拟车轴机构的构架弹簧座载荷加载装置，其特征在于：与Y轴纵向作动器(3-1)固连的矩形连接座(9)，其两个矩形座板(9-1)分别将两个防转铣削端面(5-1-1)夹紧；与Z轴垂向作动器(3-2)和Z轴垂向反力杆(3-3)对应固连的两个矩形连接座(9)则均通过其圆弧凹槽(9-1-1)与主轴(5-1)外径端面同轴转动连接。

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