CN111189728B - 一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机及疲劳测试方法 - Google Patents

一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机及疲劳测试方法 Download PDF

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Abstract

一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机及疲劳测试方法，属于轨道交通技术领域，该试验机中的电气控制柜上设置有变频电机和操作面板，操作面板通过电气控制柜与变频电机相连，变频电机的输出轴与连接轴相连，导线固定组件包括固定盘和转动盘，固定盘与连接轴转动配合，转动盘固定在连接轴的端部，导线的一端与固定盘可拆卸连接，导线的另一端固定在转动盘上，本发明的有益效果是，该模拟试验机整体结构简单，可进行整机运行控制、自动化程度高、运行时间可设置、角速度可调，能够实现导线在反复折弯和离心力的作用下的抗疲劳性能检测，检测效率高、精度高、安全性高，可为轨道车辆的安全运行提供支持。

Description

一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机及疲劳测试方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机及疲劳测试方法。
背景技术
随着经济发展和城镇化建设的加快，城市人口也越来越多，因此城镇轨道交通发展迅猛，因此弹性车轮成为当下轨道交通的一个热门话题。因弹性车轮结构的特殊性，弹性车轮包括轮辋和轮芯，轮辋与轮心之间过盈嵌合有截面呈碗型的橡胶层，需要使用导线将轮辋和轮芯的表面连接，用来保持轮辋和轮芯间的电流通路，但是导线在服役过程中会随着弹性车轮发生扭转，因此会产生疲劳断裂，因此导线服役周期是否满足要求对弹性车轮而言至关重要。而导线的疲劳寿命还未有相关方法进行测试，也未有相关的设备可以对导线服役周期进行预测，只是现场工作人员频繁的进行人工观察、检测，增加了工作量和工作压力。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，主要解决了目前弹性车轮导线的疲劳寿命的检测效率低，工作量大，无法满足轨道车辆性能检测需求的问题，目的在于，通过设计一种疲劳模拟试验机，进行整机运行控制、自动化程度高、运行时间可设置，角速度可调，能够实现导线在反复折弯和离心力的作用下的抗疲劳性能检测，检测效率高，检测精度高，可为轨道车辆的安全运行提供支持。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，包括电气控制柜、变频电机、操作面板、连接轴和导线固定组件，所述电气控制柜上设置有变频电机和操作面板，所述操作面板通过电气控制柜与变频电机相连；所述变频电机的输出轴与所述连接轴相连，所述导线固定组件包括固定盘和转动盘，所述固定盘与所述连接轴转动配合，且所述固定盘定位固定在所述电气控制柜上，所述转动盘固定在所述连接轴的端部，所述导线的一端与所述固定盘可拆卸连接，所述导线的另一端固定在所述转动盘上。
进一步地，所述电气控制柜上设置有轴承座，所述连接轴与所述轴承座转动定位相连。
进一步地，所述连接轴的端部伸出所述电气控制柜外，所述固定盘的中心设置有安装孔，所述安装孔与所述连接轴通过轴承相连，所述连接轴的端部通过螺栓与所述转动盘固定相连，所述转动盘与所述固定盘相隔一段距离。
进一步地，所述固定盘沿其圆周方向设置有多个U形安装架，所述U形安装架上设置有用于固定导线一端的定位孔Ⅰ，所述转动盘沿其圆周方向设置有固定导线另一端的定位孔Ⅱ，所述U形安装架的外侧与所述转动盘的外侧在同一竖直面上。
进一步地，所述电气控制柜的外侧固定有防护罩，所述固定盘设置在所述防护罩内，所述固定盘的一侧通过多个L形连接架与所述防护罩的内壁连接固定，所述防护罩的外侧设置有安装开口。
进一步地，所述安装开口的一侧铰接有防护门，所述防护门与安装开口的另一侧锁紧相连，所述防护罩上设置有由透明材质制成的观察窗。
进一步地，所述操作面板内设置PLC，所述电气控制柜内设置有变频器，所述PLC的输出点与所述变频器的开关量信号输入端子相连，所述变频器的开关量信号输出端子与所述变频电机相连。
一种弹性车轮导线的疲劳测试方法，运用所述的弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，包括以下步骤：
1)根据里程数计算导线服役的圈数和变频电机以设定角速度运行的时间；
2)将导线的一端定位固定在转动盘上，根据不同的测试模式确定导线另一端的固定方式，所述导线另一端的固定方式包括固定在固定盘上和设置成自由端；
3)当导线的另一端固定在固定盘上时，控制操作面板驱动变频电机以设定的角速度正转一周后反转一周，依次往复循环至设定的时间；当导线的另一端设置成自由端时，控制操作面板驱动变频电机以设定的角速度正转或反转设定的时间；
4)变频电机带动导线转动停止后，打开防护罩取出导线，观察导线表面是否出现疲劳裂纹。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种疲劳模拟试验机，通过将导线的一端固定在转动盘上，导线的另一端固定在固定盘上或设置成自由端，当将导线的另一端固定在固定盘上时，通过控制操作面板使变频电机往复转动，模拟了弹性车轮在启动和停止时对导线的反复折弯，当导线的另一端设置成自由端时，通过控制操作面板使变频电机正向或反向转动，模拟了弹性车轮在正常行驶时导线在离心力作用下的运动。该试验机通过控制操作面板选择变频电机的转动模式，可进行整机运行控制、自动化程度高、转动圈数(时间)可设置、角速度可调，在变频电机不同的转动模式下能够实现导线在反复折弯和离心力的作用下的抗疲劳性能检测，检测效率高，检测精度高，为轨道车辆的安全运行提供了支持。
2、具体地，固定盘沿其圆周方向设置多个U形安装架，U形安装架上设置用于固定导线一端的定位孔Ⅰ，转动盘沿其圆周方向设置有固定导线另一端的定位孔Ⅱ，使导线的安装和拆卸更加方便快捷，而且U形安装架的外侧与转动盘的外侧在同一竖直面上，使导线的安装状态更符合弹性车轮的安装状态，防止了导线在水平方向的折弯对疲劳检测的影响；电气控制柜的外侧固定防护罩，固定盘固定在防护罩内，防护罩一侧设置可打开的防护门，防止了在实验过程中导线断裂脱落而伤到工作人员的情况，而且防护罩上设置的透明观察窗便于观察变频电机的转动情况和导线的状态，使整个实验过程更加安全。
综上，本发明提供的疲劳模拟试验机整体结构简单，可进行整机运行控制、自动化程度高、运行时间可设置、角速度可调，能够实现导线在反复折弯和离心力的作用下的抗疲劳性能检测，检测效率高，检测精度高，检测的安全性高，可为轨道车辆的安全运行提供支持。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明中疲劳模拟试验机的结构示意图；
上述图中的标记均为：1.电气控制柜，2.变频电机，3.操作面板，4.连接轴，5.固定盘，51.安装孔，52.U形安装架，521.定位孔Ⅰ，6.转动盘，61.定位孔Ⅱ，7.轴承座，8.防护罩，81.安装开口，82.防护门，83.观察窗，9.L形连接架。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明具体的实施方案为：如图1所示，一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，包括电气控制柜1、变频电机2、操作面板3、连接轴4和导线固定组件，电气控制柜1上设置有变频电机2和操作面板3，操作面板3通过电气控制柜1与变频电机2相连，其中的操作面板3内设置PLC，操作面板3上设置包括运行键、停止键、时间设定键、角速度设定键和测试模式选择键的控制按钮，当然该操作面板3也可设置成触摸屏，电气控制柜1内设置有变频器，PLC的输出点与变频器的开关量信号输入端子相连，变频器的开关量信号输出端子与变频电机2相连，通过PLC可控制变频器的工作模式，进而控制变频电机2的转动方式，其中变频电机2的转动方式包括正转、反转、正转设定的时间后再反转并以此循环；变频电机2的输出轴通过电气控制柜1上的轴承座7与连接轴4相连，使连接轴4的运转更稳定，导线固定组件包括固定盘5和转动盘6，固定盘5与连接轴4转动配合，且固定盘5定位固定在电气控制柜1上，转动盘6固定在连接轴4的端部，导线的一端与固定盘5可拆卸连接，导线的另一端固定在转动盘6上，根据不同的测试模式选择导线的固定方式，通过驱动变频电机2工作使导线转动，用于实现导线在反复折弯和离心力的作用下的抗疲劳性能检测实验。
具体地，其中的连接轴4端部伸出电气控制柜1外，固定盘5的中心设置有安装孔51，安装孔51与连接轴4通过轴承相连，该轴承起到支撑的作用，当连接轴4转动时不会影响固定盘5的位置，连接轴4的端部通过螺栓与转动盘6固定相连，连接轴4转动时转动盘6会跟随着一起转动，转动盘6与固定盘5相隔一段距离，防止转动干涉，固定盘5沿其圆周方向设置有多个U形安装架52，U形安装架52上设置有用于固定导线一端的定位孔Ⅰ521，转动盘6沿其圆周方向设置有固定导线另一端的定位孔Ⅱ61，使导线的安装和拆卸更加方便快捷，U形安装架52的外侧与转动盘6的外侧在同一竖直面上，使导线的安装状态更符合弹性车轮的安装状态，防止了导线在水平方向的折弯对疲劳检测的影响。
具体地，其中的电气控制柜1的外侧通过焊接方式或螺纹连接方式固定有防护罩8，防护罩8上设置供连接轴4穿过的定位孔，且该定位孔与连接轴4间隙配合，固定盘5设置在防护罩8内，使防护罩8不影响连接轴4的转动，使安装的导线也位于防护罩8内，防止了在实验过程中导线断裂脱落而伤到工作人员的情况，固定盘5的一侧通过多个L形连接架9与防护罩8的内壁连接固定，以实现固定盘5的定位，防护罩8的外侧设置有安装开口81，安装开口81的一侧铰接有防护门82，防护门82与安装开口81的另一侧通过锁扣和锁具锁紧相连，便于打开防护门82后安装导线，当试验时可将防护门82关闭，防护罩8上设置有由透明材质制成的观察窗83，便于观察变频电机2的转动情况和导线的状态，使整个实验过程更加安全。
一种弹性车轮导线的疲劳测试方法，运用上述的弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，包括以下步骤：
1)根据里程数计算导线服役的圈数和变频电机2以设定角速度运行的时间，其中导线服役的圈数为弹性车轮在规定里程内转动的圈数，即导线服役的圈数＝里程数/2πr，
Figure BDA0002361644360000061
可在PLC中输入变频电机运行时间的计算公式，通过输入相应的角速度和里程数，即可确定变频电机运行的时间，在弹性车轮转动上述圈数的过程中，设定导线在期间不出现疲劳断裂，即可满足轨道车辆运行的安全性要求。
2)打开防护门82，将导线的一端通过螺栓定位固定在转动盘6上，根据不同的测试模式确定导线另一端的固定方式，导线另一端的固定方式包括固定在固定盘5上和设置成自由端，并将防护门82锁紧。
3)当导线的另一端固定在固定盘5上时，控制操作面板3上的测试模式选择键，选择变频电机的往复转动模式，驱动变频电机2以设定的角速度正转一周后反转一周，依次往复循环至设定的时间，使变频电机2往复转动，模拟了弹性车轮在启动和停止时对导线的反复折弯状态；当导线的另一端设置成自由端时，控制操作面板3测试模式选择键，选择变频电机的正转或反转模式，驱动变频电机2以设定的角速度正转或反转设定的时间，模拟了弹性车轮在正常行驶时导线在离心力作用下的运动，上述转动模式通过程序提前输入PLC中，通过操作测试模式选择键即可控制PLC中的程序，来实现对测试模式的选择。
4)变频电机2带动导线转动停止后，打开防护罩8取出导线，观察导线表面是否出现疲劳裂纹，若出现疲劳裂纹或出现断裂，则该导线不符合轨道车辆行驶的安全性要求。
综上，本发明提供的疲劳模拟试验机整体结构简单，可进行整机运行控制、自动化程度高、运行时间可设置、角速度可调，能够实现导线在反复折弯和离心力的作用下的抗疲劳性能检测，检测效率高，检测精度高，检测的安全性高，可为轨道车辆的安全运行提供支持。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (5)

1.一种弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，其特征在于，包括电气控制柜（1）、变频电机（2）、操作面板（3）、连接轴（4）和导线固定组件，所述电气控制柜（1）上设置有变频电机（2）和操作面板（3），所述操作面板（3）通过电气控制柜（1）与变频电机（2）相连；所述变频电机（2）的输出轴与所述连接轴（4）相连，所述导线固定组件包括固定盘（5）和转动盘（6），所述固定盘（5）与所述连接轴（4）转动配合，且所述固定盘（5）定位固定在所述电气控制柜（1）上，所述转动盘（6）固定在所述连接轴（4）的端部，所述导线的一端与所述固定盘（5）可拆卸连接，所述导线的另一端固定在所述转动盘（6）上；
所述操作面板（3）内设置PLC，操作面板（3）上设置包括运行键、停止键、时间设定键、角速度设定键和测试模式选择键的控制按钮，该操作面板（3）设置成触摸屏，电气控制柜（1）内设置有变频器，PLC的输出点与变频器的开关量信号输入端子相连，变频器的开关量信号输出端子与变频电机（2）相连；
所述连接轴（4）的端部伸出所述电气控制柜（1）外，所述固定盘（5）的中心设置有安装孔（51），所述安装孔（51）与所述连接轴（4）通过轴承相连，所述连接轴（4）的端部通过螺栓与所述转动盘（6）固定相连，所述转动盘（6）与所述固定盘（5）相隔一段距离；
所述固定盘（5）沿其圆周方向设置有多个U形安装架（52），所述U形安装架（52）上设置有用于固定导线一端的定位孔Ⅰ（521），所述转动盘（6）沿其圆周方向设置有固定导线另一端的定位孔Ⅱ（61），所述U形安装架（52）的外侧与所述转动盘（6）的外侧在同一竖直面上。
2.根据权利要求1所述的弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，其特征在于：所述电气控制柜（1）上设置有轴承座（7），所述连接轴（4）与所述轴承座（7）转动定位相连。
3.根据权利要求1或2所述的弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，其特征在于：所述电气控制柜（1）的外侧固定有防护罩（8），所述固定盘（5）设置在所述防护罩（8）内，所述固定盘（5）的一侧通过多个L形连接架（9）与所述防护罩（8）的内壁连接固定，所述防护罩（8）的外侧设置有安装开口（81）。
4.根据权利要求3所述的弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，其特征在于：所述安装开口（81）的一侧铰接有防护门（82），所述防护门（82）与安装开口（81）的另一侧锁紧相连，所述防护罩（8）上设置有由透明材质制成的观察窗（83）。
5.一种弹性车轮导线的疲劳测试方法，运用如权利要求1~4任意一项所述的弹性车轮导线用疲劳模拟试验机，其特征在于，包括以下步骤：
1）根据里程数计算导线服役的圈数和变频电机（2）以设定角速度运行的时间；
2）将导线的一端定位固定在转动盘（6）上，根据不同的测试模式确定导线另一端的固定方式，所述导线另一端的固定方式包括固定在固定盘（5）上和设置成自由端；
3）当导线的另一端固定在固定盘（5）上时，控制操作面板（3）驱动变频电机（2）以设定的角速度正转一周后反转一周，依次往复循环至设定的时间；当导线的另一端设置成自由端时，控制操作面板（3）驱动变频电机（2）以设定的角速度正转或反转设定的时间；
4）变频电机（2）带动导线转动停止后，打开防护罩（8）取出导线，观察导线表面是否出现疲劳裂纹。
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