CN110514457A - 一种轨道交通用可控阻力器实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轨道交通用可控阻力器实验装置，包括驱动单元、模拟车体和机械台架，机械台架包括变阻尼器，变阻尼器与模拟车体相连，驱动单元通过曲柄连杆机构能够带动模拟车体以一定频率摆动，模拟车体摆动过程中会压缩并联弹簧和串联弹簧，从而使变阻尼器获得相对运动，产生阻力，对变阻尼器运动速度及阻力进行测试，得到变阻尼器的阻力特性。本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，能够用于检验半主动以及主动控制减振器的静态、动态特性及减振器的滞后性，通过改变车本体内的配重块的质量，可模拟不同车体质量的振动和列车的一系、二系悬挂，以反映减振器真实应用的工作状态及性能。

Description

一种轨道交通用可控阻力器实验装置

技术领域

本发明涉及轨道交通列车的减振器技术领域，特别是涉及一种轨道交通用可控阻力器实验装置。

背景技术

随着列车运行速度的提高，其安全性、稳定性和舒适性问题受到越来越多的重视，而离开了减振装置，列车就无法保证平稳的运行。国内外在积极改进原有减振器性能的同时研究出了能根据车体振动加速度实时改变阻尼系数，以减小车体振动，改善列车运行安全性、平稳性和舒适性的主动(半主动)减振器。

半主动悬挂是利用动态控制来改善减振器特性的一种方式，这种方式使减振器的特性可变，通过动态控制产生适合车体振动状态的阻尼系数，从而达到理想的减振效果。半主动悬架只需输入很少的能量来调节悬架系统的动特性(刚度或阻尼系数)，工作时几乎不影响车辆的动力性能，系统失效后成为被动悬架可以保证车辆的正常行驶。其在日本动车组系列产品中已成功应用。半主动减振器作为半主动悬架的主要组成部分，其设计、制造、维护要求均很高。我国在半主动减振器的基础理论方面研究的较少。虽然有一定的制造、维护经验，也在消化、吸收国外技术的基础上开发了一些半主动减振器，但国产减振器各方面的性能与国外减振器仍然存在一定的差距。随着高速及其它技术先进的列车及其相关技术的大量引进，各部件质量保证期内外方会保证免费或以较低价提供需要更换的零部件，但一旦不在其质保期内，其生产的零部件由于国内无相当性能和质量的替换件价格会成倍增长，极大提高运行维护成本，这种情况，在我国几个大城市引进国外地铁列车中已经出现。因此，为避免这种情况，必须加快相关产品(如半主动减振器)的国产化进程，并提高减振器的质量，对减振器进行性能测试就变得非常重要，但是目前市场上并没有专门针对减振器进行性能测试的仪器。

因此，如何提供一种减振器性能测试装置，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道交通用可控阻力器实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，使测试装置能够对轨道交通用的减振器进行性能测试，以反映减振器真实工作状态。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种轨道交通用可控阻力器实验装置，包括：

驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机和电机支承座，所述驱动电机设置于所述电机支承座上，所述电机支承座的高度能够调节；

模拟车体，所述模拟车体包括车本体，所述车本体内能够容纳配重块，所述驱动电机通过曲柄连杆机构与所述车本体转动相连；

机械台架，所述机械台架包括龙门架、安装座、底座、支撑臂和摇杆，所述龙门架和所述安装座均固定于所述底座上，所述摇杆的一端可转动地与所述龙门架的顶部相连，所述摇杆、所述龙门架的相对转动轴线与所述曲柄连杆机构的转动轴线相平行，所述摇杆的另一端与所述车本体相连，所述摇杆与所述车本体的安装位置能够调节，两个所述摇杆对称设置于所述车本体的两侧，所述安装座包括水平柱和两个竖直柱，两个所述竖直柱固定于所述底座上，所述水平柱的两端分别与两个所述竖直柱相连，所述水平柱与所述竖直柱的连接位置能够调整，两个所述支撑臂分别连接所述竖直柱与所述龙门架，所述水平柱通过变阻尼器与所述车本体相连，所述曲柄连杆机构和所述水平柱分别位于所述车本体的相对的两侧，所述变阻尼器与所述水平柱之间设置串联弹簧，所述车本体与所述水平柱之间设置并联弹簧，所述串联弹簧与所述并联弹簧的轴线平行。

优选地，所述的轨道交通用可控阻力器实验装置还包括控制系统，所述控制系统能够采集并分析实验数据，所述驱动电机与所述控制系统相连。

优选地，所述电机支承座包括上支承板、下支承板和连接螺栓，所述上支承板设置于所述下支承板的顶部，所述驱动电机安装于所述上支承板上，所述上支承板和所述下支承板通过连接螺栓相连，所述上支承板与所述下支承板之间设置若干调整垫块。

优选地，所述车本体与所述摇杆通过螺栓螺母连接，所述摇杆上设置多个螺栓孔；所述竖直柱上设置多个螺栓孔，所述竖直柱与所述水平柱通过螺栓螺母相连。

优选地，所述驱动电机通过齿轮组与所述曲柄连杆机构传动相连。

优选地，所述车本体内设置至少两个螺柱，所述螺柱与螺母相配合能够固定所述配重块、所述车本体的相对位置。

优选地，所述并联弹簧的数量为两个，两个所述并联弹簧对称设置于所述变阻尼器的两侧。

优选地，所述并联弹簧通过弹簧座与所述车本体、所述水平柱相连。

优选地，所述弹簧座与所述车本体相连，所述弹簧座设置导杆，所述并联弹簧套装于所述导杆的外部，所述导杆与所述水平柱滑动相连。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，包括驱动单元、模拟车体和机械台架，驱动单元包括驱动电机和电机支承座，驱动电机设置于电机支承座上，电机支承座的高度能够调节；模拟车体包括车本体，车本体内能够容纳配重块，驱动电机通过曲柄连杆机构与车本体转动相连；机械台架包括龙门架、安装座、底座、支撑臂和摇杆，龙门架和安装座均固定于底座上，摇杆的一端可转动地与龙门架的顶部相连，摇杆、龙门架的相对转动轴线与曲柄连杆机构的转动轴线相平行，摇杆的另一端与车本体相连，摇杆与车本体的安装位置能够调节，两个摇杆对称设置于车本体的两侧，安装座包括水平柱和两个竖直柱，两个竖直柱固定于底座上，水平柱的两端分别与两个竖直柱相连，水平柱与竖直柱的连接位置能够调整，两个支撑臂分别连接竖直柱与龙门架，水平柱通过变阻尼器与车体相连，曲柄连杆机构和水平柱分别位于车本体的相对的两侧，变阻尼器与水平柱之间设置串联弹簧，车本体与水平柱之间设置并联弹簧，串联弹簧与并联弹簧的轴线平行。本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，驱动电机通过曲柄连杆机构能够带动车本体以一定频率摆动，车本体摆动过程中会压缩并联弹簧和串联弹簧，从而使变阻尼器获得相对运动，产生阻力，对变阻尼器运动速度及阻力进行测试，得到变阻尼器的阻力特性。本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，能够用于检验半主动以及主动控制减振器的静态、动态特性及减振器的滞后性，通过改变车本体内的配重块的质量，可模拟不同车体质量的振动和列车的一系、二系悬挂，以反映减振器真实应用的工作状态及性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置的正视方向示意图；

图2为本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置的俯视方向示意图；

图3为本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置的侧视方向示意图；

其中，1为驱动单元，2为车本体，3为龙门架，4为安装座，5为底座，6为支撑臂，7为摇杆，8为竖直柱，9为水平柱，10为电机支承座，11为变阻尼器，12为串联弹簧，13为并联弹簧，14为弹簧座，15为导杆。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

本发明的目的是提供一种轨道交通用可控阻力器实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，使测试装置能够对轨道交通用的减振器进行性能测试，以反映减振器真实工作状态。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置的正视方向示意图，图2为本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置的俯视方向示意图，图3为本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置的侧视方向示意图。

本发明提供一种轨道交通用可控阻力器实验装置，包括：

驱动单元1，驱动单元1包括驱动电机和电机支承座10，驱动电机设置于电机支承座10上，电机支承座10的高度能够调节，本具体实施方式中，驱动电机采用变频电机，电机支承座10的高度能够调节，便于驱动电机与车本体2传动相连。

模拟车体，模拟车体包括车本体2，车本体2内能够容纳配重块，改变配重块的质量能够模拟不同质量的列车，驱动电机通过曲柄连杆机构与车本体2转动相连，驱动电机带动曲柄连杆机构的曲柄部分转动，曲柄连杆机构的连杆部分与车本体2相连，带动车本体2以一定频率摆动，车本体2的摆动轴线分别与串联弹簧12的轴线、并联弹簧13的轴线相垂直。

机械台架，机械台架包括龙门架3、安装座4、底座5、支撑臂6和摇杆7，龙门架3为倒置的U形结构，龙门架3和安装座4均固定于底座5上，摇杆7的一端可转动地与龙门架3的顶部相连，摇杆7、龙门架3的相对转动轴线与曲柄连杆机构的转动轴线相平行，摇杆7的另一端与车本体2相连，摇杆7与车本体2的安装位置能够调节，调整摇杆7与车本体2的相对位置相当于调整了车本体2的摆长，可根据模拟列车的振动频率调整摇杆7与车本体2的连接高度，两个摇杆7对称设置于车本体2的两侧，安装座4包括水平柱9和两个竖直柱8，两个竖直柱8固定于底座5上，水平柱9的两端分别与两个竖直柱8相连，两个支撑臂6分别连接竖直柱8与龙门架3，水平柱9通过变阻尼器11与车本体2相连，变阻尼器11与水平柱9和车本体2可拆卸连接，便于拆装以模拟不同情况下列车减振器的工作状态，水平柱9与竖直柱8的连接位置能够调整，便于变阻尼器11与车本体2保持同一高度，曲柄连杆机构和水平柱9分别位于车本体2的相对的两侧，变阻尼器11与水平柱9之间设置串联弹簧12，车本体2与水平柱9之间设置并联弹簧13，串联弹簧12与并联弹簧13的轴线平行，串联弹簧12可用于模拟列车一系刚度，并联弹簧13能够用以模拟列车二系刚度。

本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，驱动电机通过曲柄连杆机构能够带动车本体2以一定频率摆动，车本体2摆动过程中会压缩并联弹簧13和串联弹簧12，从而使变阻尼器11获得相对运动，产生阻力，对变阻尼器11运动速度及阻力进行测试，得到变阻尼器11的阻力特性。

为了便于检测，本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置还包括控制系统，控制系统能够采集并分析实验数据，驱动电机与控制系统相连。

具体地，电机支承座10包括上支承板、下支承板和连接螺栓，上支承板设置于下支承板的顶部，驱动电机安装于上支承板上，上支承板和下支承板通过连接螺栓相连，调整上支承板与下支承板之间的距离达到调整电机支承座10高度的目的，上支承板与下支承板之间设置若干调整垫块，待上支承板与下支承板之间的距离调整完成后，在二者之间设置若干数量调整垫块，提高电机支承座10的稳定性。

其中，车本体2与摇杆7通过螺栓螺母连接，摇杆7的长度方向上设置多个螺栓孔，调整车本体2与摇杆7的相对安装位置，以达到调整车本体2摆长的目的，螺栓连接方便拆装调整，减轻操作人员工作负担；竖直柱8上设置多个螺栓孔，竖直柱8与水平柱9通过螺栓螺母相连，竖直柱8与水平柱9的高度调整同理，在本具体实施方式中，竖直柱8与水平柱9均由槽钢制成，水平柱9安装于竖直柱8的凹槽中，凹槽能够起到定位水平柱9的作用。

在本具体实施方式中，驱动电机通过齿轮组与曲柄连杆机构传动相连，齿轮组起到减速的作用。

更具体地，车本体2内设置至少两个螺柱，螺柱与螺母相配合能够固定配重块、车本体2的相对位置，在本具体实施方式中，车本体2为敞口长方体状容器，配重块放入车本体2中后，采用压块套装于螺柱上，压块与配重块抵接后，螺母将压块压紧在配重块上，避免配重块晃动滑落影响测试结果，设置至少两个螺柱，进一步提高配重块的稳定性。

为了提高并联弹簧13的受力均匀性，并联弹簧13的数量为两个，两个并联弹簧13对称设置于变阻尼器11的两侧。

进一步地，并联弹簧13通过弹簧座14与车本体2、水平柱9相连，另外，为了避免弹簧错位，弹簧座14与车本体2相连，弹簧座14设置导杆15，并联弹簧13套装于导杆15的外部，导杆15与水平柱9滑动相连，导杆15与水平柱9的相对滑动方向与并联弹簧13的轴线相平行，导杆15限制了并联弹簧13的压缩方向，避免并联弹簧13扭转错位。

下面通过测试半主动悬挂控制减振器的过程来解释本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，具体应用中，控制系统包括激振机构、加速度传感器、数据采集卡、信号转化及控制计算机等，激振机构主要作用是对半主动悬挂系统产生激振，模拟高速动车组的横向振动情况，激振频率主要由变频器控制和调节，变频器选用英威腾变频器(型号：CHF100-5R5G/7R5P-4)，输入电压的范围：380V±15％，输入频率的范围：47～63Hz，输出电压的范围：0～额定输入电压，输出频率范围：0～400Hz，控制方式采用V/F控制，过载能力：150％额定电流60s；180％额定电流10s；调速比：1:100；载波频率为0.5～15.0kHz。驱动电机采用变频调速三相交流异步电动机，额定功率为5.5kW，额定电压为380V，额定电流为12A，额定转矩为35N·m，恒转矩调速为5～50Hz，恒功率调速为50～100Hz。数据采集部分主要由传感器和数据采集板卡组成，完成系统的信号测试与采集工作，加速度传感器选用朗斯(Lance)的内装IC压电式加速度传感器，灵敏度为4995mV/g，测量条件为160Hz，0.6g，量程为1g，分辨率为0.000004g，横向灵敏度为3.2％，频率范围：0.1～1500Hz(±10％)，谐振频率为7kHz，偏置电压为8～12V_DC，激励电压为18～30V_DC；数据采集板卡选用研华PCI-1711板卡，研华PCI-1711数据采集卡是16路单端模拟量输入，12位A/D转换器，采样速率可达100KHz，每个输入通道的增益可编程，含有自动通道/增益扫描电路，在采样时，这个电路可以自己完成对多路选通开关的控制，可以根据每个通道不同的输入电压类型来进行相应的输入范围设定，卡上提供了1K采样FIFO(先入先出)缓冲器，可储存1KA/D采样值，可以启用或禁用FIFO缓冲器中断请求功能，2路12位模拟量输出，16路数字量输入及16路数字量输出，含有1个可编程触发器/定时器，可用于A/D转换时的定时触发，计数器芯片为82C54兼容的芯片，它包含了三个16位的10MHz时钟的计数器，其中有一个计数器作为事件的计数器，用来对输入通道的事件进行计数，另外两个计数器连成1个32位定时器，用于A/D转换时的定时触发。变阻尼器11采用磁流变阻尼器，主要作用是可以改变控制计算机的输出信号，使它可以直接控制输入到磁流变减振器的电流信号，从而改变磁流变阻尼器11输出阻尼力的大小。

本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，驱动电机通过曲柄连杆机构能够带动车本体2以一定频率摆动，车本体2摆动过程中会压缩并联弹簧13和串联弹簧12，从而使变阻尼器11获得相对运动，产生阻力，对变阻尼器11运动速度及阻力进行测试，得到变阻尼器11的阻力特性。本发明的轨道交通用可控阻力器实验装置，能够用于检验半主动以及主动控制减振器的静态、动态特性及减振器的滞后性，通过改变车本体2内的配重块的质量，可模拟不同车体质量的振动和列车的一系、二系悬挂，以反映减振器真实应用的工作状态及性能。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于，包括：

驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机和电机支承座，所述驱动电机设置于所述电机支承座上，所述电机支承座的高度能够调节；

模拟车体，所述模拟车体包括车本体，所述车本体内能够容纳配重块，所述驱动电机通过曲柄连杆机构与所述车本体转动相连；

机械台架，所述机械台架包括龙门架、安装座、底座、支撑臂和摇杆，所述龙门架和所述安装座均固定于所述底座上，所述摇杆的一端可转动地与所述龙门架的顶部相连，所述摇杆、所述龙门架的相对转动轴线与所述曲柄连杆机构的转动轴线相平行，所述摇杆的另一端与所述车本体相连，所述摇杆与所述车本体的安装位置能够调节，两个所述摇杆对称设置于所述车本体的两侧，所述安装座包括水平柱和两个竖直柱，两个所述竖直柱固定于所述底座上，所述水平柱的两端分别与两个所述竖直柱相连，所述水平柱与所述竖直柱的连接位置能够调整，两个所述支撑臂分别连接所述竖直柱与所述龙门架，所述水平柱通过变阻尼器与所述车本体相连，所述曲柄连杆机构和所述水平柱分别位于所述车本体的相对的两侧，所述变阻尼器与所述水平柱之间设置串联弹簧，所述车本体与所述水平柱之间设置并联弹簧，所述串联弹簧与所述并联弹簧的轴线平行。

2.根据权利要求1所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统能够采集并分析实验数据，所述驱动电机与所述控制系统相连。

3.根据权利要求1所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：所述电机支承座包括上支承板、下支承板和连接螺栓，所述上支承板设置于所述下支承板的顶部，所述驱动电机安装于所述上支承板上，所述上支承板和所述下支承板通过连接螺栓相连，所述上支承板与所述下支承板之间设置若干调整垫块。

4.根据权利要求1所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：所述车本体与所述摇杆通过螺栓螺母连接，所述摇杆上设置多个螺栓孔；所述竖直柱上设置多个螺栓孔，所述竖直柱与所述水平柱通过螺栓螺母相连。

5.根据权利要求1所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：所述驱动电机通过齿轮组与所述曲柄连杆机构传动相连。

6.根据权利要求1所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：所述车本体内设置至少两个螺柱，所述螺柱与螺母相配合能够固定所述配重块、所述车本体的相对位置。

7.根据权利要求1所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：所述并联弹簧的数量为两个，两个所述并联弹簧对称设置于所述变阻尼器的两侧。

8.根据权利要求7所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：所述并联弹簧通过弹簧座与所述车本体、所述水平柱相连。

9.根据权利要求8所述的轨道交通用可控阻力器实验装置，其特征在于：所述弹簧座与所述车本体相连，所述弹簧座设置导杆，所述并联弹簧套装于所述导杆的外部，所述导杆与所述水平柱滑动相连。