CN110608821A - 转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构及其制作方法 - Google Patents

转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构及其制作方法 Download PDF

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孙守光
李强
刘志明
王曦
陈羽
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges

Abstract

本发明提供一种转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构及其制作方法,是先在转臂式测力构架上定义有高分离度载荷识别点区域,然后在每个高分离度载荷识别点区域上粘贴多个应变片,以构成多组全桥电路结构;将贴有应变片的构架结构在多通道加载测力构架标定试验台上进行静态标定,并逐一地对每个全桥电路结构进行解耦计算,寻找到相互解耦精度最高的一组或几组组桥结构,或者寻找到能够满足解耦精度要求的一组或几组组桥结构;最后,根据最终确定的组桥结构,完成测力构架的制作。采用本发明提供的结构与方法,在测力构架的每一角组成一个全桥电路,一方面使布线距离缩短,另一方面增加全桥电路的数量,从而提高测试精度。

Description

转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及对轨道车辆的转臂式测力构架的垂向载荷力系进行测试的结构。
背景技术
轨道车辆转向架垂向载荷力系包括浮沉载荷、侧滚载荷和扭转载荷。
现有技术中,为轨道车辆转向架构架结构进行垂向载荷力系分析的时候,一种方式是采用载荷直接测试法,即将转向架轴箱弹簧和定位转臂分别制作成独立的测力传感器,同步测试轴箱弹簧和定位转臂在实际运用条件下的载荷-时间历程,并进行组合计算得到构架结构的主要载荷。虽然该方法测量精度高,但测得的载荷与结构应变之间呈动态关系。
另一种方式是采用横梁测试法,即在构架横梁与侧梁连接处粘贴应变片,根据测试需要组成浮沉、侧滚或扭转载荷全桥电路。虽然该方法解决了测得载荷与结构应变之间的动态关系问题,但电路布线距离长,容易损坏,系统测试精度低。
发明内容
本发明的目的是:提供一种转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构及其制作方法,通过在测力构架的每一角组成一个全桥电路,一方面使布线距离缩短,另一方面增加全桥电路的数量,从而提高测试精度。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构,该转臂式测力构架具有两根侧梁与两根横梁,两根侧梁的两端构成该测力构架的四角,其特征在于:
在该四角上都定义有四个高分离度载荷识别点区域,分别为:
第一区域:侧梁上盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第二区域:侧梁下盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第三区域:侧梁上盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第四区域:侧梁下盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
其中所谓的近侧横梁,是指与各区域所在角更为接近的那一根横梁;
在每个高分离度载荷识别点区域上粘贴至少一个应变片;称:第一区域上的应变片为第一应变片,第二区域上的应变片为第二应变片,第三区域上的应变片为第三应变片,第四区域上的应变片为第四应变片;同一个角上的一个第一应变片、一个第二应变片、一个第三应变片以及一个第四应变片组成一个全桥电路结构;
该全桥电路结构中,第一应变片与第二应变片组成邻臂,第三应变片与第四应变片组成邻臂,第一应变片与第三应变片组成对臂,第二应变片与第四应变片组成对臂。
所述的转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构,其中:在测力构架的每个角布置有至少一组备用全桥电路结构。
本发明还提供一种转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构的制作方法,该转臂式测力构架具有两根侧梁与两根横梁,两根侧梁的两端构成该测力构架的四角,其特征在于,该制作方法包括如下步骤:
(1)在该四角上都定义有四个高分离度载荷识别点区域,分别为:
第一区域:侧梁上盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第二区域:侧梁下盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第三区域:侧梁上盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第四区域:侧梁下盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
其中所谓的近侧横梁,是指与各区域所在角更为接近的那一根横梁;
(2)在每个高分离度载荷识别点区域上粘贴多个应变片;称:第一区域上的应变片为第一应变片,第二区域上的应变片为第二应变片,第三区域上的应变片为第三应变片,第四区域上的应变片为第四应变片;用同一个角上的任意一个第一应变片、任意一个第二应变片、任意一个第三应变片以及任意一个第四应变片都能够组成一组全桥电路结构;
每个全桥电路结构中,第一应变片与第二应变片组成邻臂,第三应变片与第四应变片组成邻臂,第一应变片与第三应变片组成对臂,第二应变片与第四应变片组成对臂;
(3)将贴有应变片的构架结构在多通道加载测力构架标定试验台上进行静态标定,并逐一地对每个全桥电路结构进行解耦计算,寻找到相互解耦精度最高的一组或几组组桥结构,或者寻找到能够满足解耦精度要求的一组或几组组桥结构;
(4)根据最终确定的组桥结构,完成测力构架的制作。
所述的转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构的制作方法,其中:步骤(4)中,在测力构架的每个角布置有至少一组备用组桥结构。
本发明针对转臂定位式转向架构架的受力特性,在轴箱转臂上方的侧梁上盖板、下盖板边缘粘贴应变片组成全桥电路,并在构架四角的对称位置处布置相同的四个全桥电路分别四个位置的垂向载荷,然后进行组合计算得到浮沉、侧滚和扭转三种垂向载荷系,能够极大地提高测试精度。
本发明依据构架的运动特性,直接针对构架浮沉力系、侧滚力系、扭转力系测试需要,设计了转向架测力构架;根据转臂定位式转向架的受力特性,在构架的四个垂向受力位置设计了独立的全桥电路,在细致计算的基础上使得浮沉、侧滚、扭转三种组合测试力系具有更大的响应水平,同时使其它力系产生的干扰响应比测试响应大约低两个数量级,以确保各力系的解耦精度。转向架测力构架的提出既保证了测试精度,又使测得的载荷与结构应变之间呈现较好的准静态关系。
附图说明
图1是CR400AF拖车测力构架的俯视示意图;
图1A是CR400AF拖车测力构架的垂向载荷测试结构的桥路结构图;
图2、图3是CR400AF拖车测力构架垂向载荷测试结构的应变片粘贴区域;
图4是CR400BF拖车测力构架的俯视示意图;
图4A是CR400BF拖车测力构架的垂向载荷测试结构的桥路结构图;
图5、图6是CR400BF拖车测力构架垂向载荷测试结构的应变片粘贴区域。
附图标记说明:1-第一应变片;2-第二应变片;3-第三应变片;4-第四应变片;Q1-一位角;Q2-二位角;Q3-三位角;Q4-四位角;51-一系弹簧帽筒;71-横梁;81-侧梁上盖板外沿;82-侧梁下盖板外沿;83-侧梁上盖板内沿;84-侧梁下盖板内沿;S1-范围;S2-范围。
具体实施方式
结合附图,介绍转向架测力构架的制作方法如下:
(1)采用有限元方法建立转臂式测力构架的有限元模型,对构架结构施加模拟载荷,针对垂向载荷力系在构架上设计应变组桥方式,确定测力构架高分离度载荷识别点区域。
该步骤(1)中,寻找构架上高分离度载荷识别点区域的具体过程与步骤,并不属于本发明所要求保护的范围之内,也不会影响公众使用本发明来进行载荷测试,因此,本发明不予赘述。
本发明可以确定的是:如图1所示的典型的转臂式测力构架(以CR400AF拖车测力构架为例),具有两根侧梁与两根横梁71,两根侧梁的两端构成该测力构架的四角,该四角分别命名为一位角Q1、二位角Q2、三位角Q3与四位角Q4,在每个角上都有四个高分离度载荷识别点区域,分别为:
第一区域:侧梁上盖板外沿81,并位于近侧横梁71中心线到一系弹簧帽筒51(如图1所示)与侧梁过渡连接处之间(如范围S1所示);
第二区域:侧梁下盖板外沿82,并位于近侧横梁71中心线到一系弹簧帽筒51(如图1所示)与侧梁过渡连接处之间(如范围S1所示);
第三区域:侧梁上盖板内沿83,并位于近侧横梁71中心线到一系弹簧帽筒51(如图1所示)与侧梁过渡连接处之间(如范围S2所示);
第四区域:侧梁下盖板内沿84,并位于近侧横梁71中心线到一系弹簧帽筒51(如图1所示)与侧梁过渡连接处之间(如范围S2所示);
其中所谓的近侧横梁,是指与各区域所在角更为接近的那一根横梁。
(2)在每个高分离度载荷识别点区域上粘贴多个应变片;称:第一区域上的应变片为第一应变片1,第二区域上的应变片为第二应变片2,第三区域上的应变片为第三应变片3,第四区域上的应变片为第四应变片4;由于第一应变片1、第二应变片2、第三应变片3以及第四应变片4均有多个,因此用任意一个第一应变片1、任意一个第二应变片2、任意一个第三应变片3以及任意一个第四应变片4都能够组成一组全桥电路结构;如图1A所示,每个全桥电路结构中,第一应变片1与第二应变片2组成邻臂,第三应变片3与第四应变片4组成邻臂,第一应变片1与第三应变片3组成对臂,第二应变片2与第四应变片4组成对臂;
(3)将贴有应变片的构架结构在多通道加载测力构架专用标定试验台上进行静态标定,并逐一地对每个全桥电路结构进行解耦计算,寻找到相互解耦精度最高的一组或几组组桥结构,或者寻找到能够满足解耦精度要求的一组或几组组桥结构;
其中,所谓解耦精度,是指全桥电路输出对于被测试力系的响应能力大小,以及其他干扰力系(如横向载荷力系)对被测试力系在全桥电路上的影响能力。解耦精度高表示全桥电路对被测试力系响应高,同时受干扰力系影响小。
(4)根据最终确定的组桥结构,完成测力构架的制作;即,清除多余应变片,并且,有需要的话,在确定好的应变片粘贴位置重新粘贴应变片;若有需要的话,会在测力构架的每个角布置至少一组备用组桥结构。
请再参阅图4、图4A、图5、图6,是本发明应用于CR400BF拖车测力构架(另一种典型的转臂式测力构架)时,所采用的结构与方法均与前一实施例相同,在此不予赘述。
因此,可以认为,本发明提供的转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构及其制作方法,可以应用于任何转臂式测力构架上。

Claims (4)

1.一种转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构,该转臂式测力构架具有两根侧梁与两根横梁,两根侧梁的两端构成该测力构架的四角,其特征在于:
在该四角上都定义有四个高分离度载荷识别点区域,分别为:
第一区域:侧梁上盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第二区域:侧梁下盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第三区域:侧梁上盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第四区域:侧梁下盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
其中所谓的近侧横梁,是指与各区域所在角更为接近的那一根横梁;
在每个高分离度载荷识别点区域上粘贴至少一个应变片;称:第一区域上的应变片为第一应变片,第二区域上的应变片为第二应变片,第三区域上的应变片为第三应变片,第四区域上的应变片为第四应变片;同一个角上的一个第一应变片、一个第二应变片、一个第三应变片以及一个第四应变片组成一个全桥电路结构;
该全桥电路结构中,第一应变片与第二应变片组成邻臂,第三应变片与第四应变片组成邻臂,第一应变片与第三应变片组成对臂,第二应变片与第四应变片组成对臂。
2.根据权利要求1所述的转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构,其特征在于:在测力构架的每个角布置有至少一组备用全桥电路结构。
3.一种转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构的制作方法,该转臂式测力构架具有两根侧梁与两根横梁,两根侧梁的两端构成该测力构架的四角,其特征在于,该制作方法包括如下步骤:
(1)在该四角上都定义有四个高分离度载荷识别点区域,分别为:
第一区域:侧梁上盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第二区域:侧梁下盖板外沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第三区域:侧梁上盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
第四区域:侧梁下盖板内沿,并位于近侧横梁中心线到一系弹簧帽筒与侧梁过渡连接处之间;
其中所谓的近侧横梁,是指与各区域所在角更为接近的那一根横梁;
(2)在每个高分离度载荷识别点区域上粘贴多个应变片;称:第一区域上的应变片为第一应变片,第二区域上的应变片为第二应变片,第三区域上的应变片为第三应变片,第四区域上的应变片为第四应变片;用同一个角上的任意一个第一应变片、任意一个第二应变片、任意一个第三应变片以及任意一个第四应变片都能够组成一组全桥电路结构;
每个全桥电路结构中,第一应变片与第二应变片组成邻臂,第三应变片与第四应变片组成邻臂,第一应变片与第三应变片组成对臂,第二应变片与第四应变片组成对臂;
(3)将贴有应变片的构架结构在多通道加载测力构架标定试验台上进行静态标定,并逐一地对每个全桥电路结构进行解耦计算,寻找到相互解耦精度最高的一组或几组组桥结构,或者寻找到能够满足解耦精度要求的一组或几组组桥结构;
(4)根据最终确定的组桥结构,完成测力构架的制作。
4.根据权利要求3所述的转臂式测力构架的垂向载荷力系测试结构的制作方法,其特征在于:步骤(4)中,在测力构架的每个角布置有至少一组备用组桥结构。
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