CN112014095B - 铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，包括垂向加载座、加载横梁总成、支撑座总成以及均载支撑装置；所述加载横梁总成包括加载横梁以及配设于所述加载横梁的横向预紧装置和纵向预紧装置，所述加载梁设有垂向、横向和纵向作动器的接口；所述支撑座总成用于支撑铁路货车转向架侧架；所述均载支撑装置设于侧架的弹簧承台，其上方设有垂向加载过渡梁；所述垂向加载座设有位于侧架内侧和外侧的支腿，所述加载横梁设有与所述支腿相对应的孔位。该加载装置能够模拟侧架在运行过程中的支撑状态，并实现垂向、横向和扭转载荷的施加，对不同型号侧架具有一定的适应性，具有一定垂向自平衡均载功能。

Description

铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置

技术领域

本发明涉及铁路货车技术领域，尤其是用于对铁路货车转向架的侧架进行疲劳试验的加载装置。

背景技术

铁路货车转向架种类较多，其中技术比较成熟的广义上可以分为两种：三大件式转向架(轴箱非弹性定位、摇枕弹性定位)和焊接构架式转向架(轴箱弹性定位、整体构架)，三大件式转向架因其结构相对简单，轴重较大，能够适应大多数国家的线路环境，而在世界范围内广泛应。

三大件式转向架的主要由摇枕、侧架和轮对三大部件组装而成，其中侧架作为将车体载荷由摇枕传导至轮对的关键枢纽，在车辆运行中的受力状态比较复杂，一般工况下，受到垂向载荷，而特殊工况下还会受到的横向和扭转载荷的影响；另外，所受载荷值的大小也会随轴重增加而增大。随着重载货车的快速发展，轴重由最初的21t，逐步提升至线路运用40t，试验45t的水平。无论轴重还是受力状态，都会直接影响侧架的使用寿命，而评价使用寿命的最重要指标是侧架的抗疲劳强度，因此，为验证侧架的抗疲劳强度，TB/T 1959和AAR M203标准均提出对侧架进行疲劳试验，考虑到侧架结构的特殊性，以及试验载荷施加的准确性和稳定型要求，需要研制专用的加载装置开展侧架疲劳试验。

公开号为CN2669171Y的发明专利公开了一种铁路货车转向架侧架的三向加载试验装置，此装置虽能够完成侧架疲劳试验，但在实际运用中发现以下几点问题：

其一，扭转载荷作用下，立柱面预紧楔块与横梁不断摩擦损耗，产生间隙后，楔块松动，对立柱面预紧力分摊到立柱边缘上，从而增大了立柱边缘的预紧力。

其二，支撑装置无纵向定位功能，容易产生纵向窜动。

其三，对不同型号的侧架无适应性。

其四，由于弹簧承台铸造表面平面度差，运用若干等高度垫圈作为承载单元，必然会出现部分垫圈不吃力导致的垂向加载不均的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置。该加载装置能够模拟侧架在运行过程中的支撑状态，并实现垂向、横向和扭转载荷的施加，对不同型号侧架具有一定的适应性，具有一定垂向自平衡均载功能。

为实现上述目的，本发明提供一种铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，包括垂向加载座、加载横梁总成、支撑座总成以及均载支撑装置；

所述加载横梁总成用于传递作动器施加的垂向、横向和扭转载荷，包括用于从侧架的立柱之间穿过的加载横梁以及配设于所述加载横梁的横向预紧装置和纵向预紧装置，所述加载梁设有垂向、横向和纵向作动器的接口；

所述支撑座总成用于支撑铁路货车转向架侧架，以模拟实际运用中的运动状态，其仅释放垂向和横向转动自由度；

所述均载支撑装置设于侧架的弹簧承台，其上方设有垂向加载过渡梁；

所述垂向加载座设有位于侧架内侧和外侧的支腿，所述加载横梁设有与所述支腿相对应的孔位，所述垂向加载座的支腿穿过所述加载横梁的孔位支撑于所述垂向加载过渡梁，以通过垂向加载过渡梁和均载支撑装置将垂向载荷均匀传递至侧架弹簧承台。

优选地，所述纵向预紧装置包括通过斜面相互配合以形成紧固楔板的纵向锁紧上楔板和纵向锁紧下楔板，所述紧固楔板的一面贴合于所述立柱内表面，所述紧固楔板的另一面贴合于所述加载横梁；所述纵向锁紧上楔板和纵向锁紧下楔板之间通过竖向锁紧机构相连接，所述竖向锁紧机构用于驱动所述所述纵向锁紧上楔板和纵向锁紧下楔板相向运动，以通过斜面实现纵向涨紧，将所述加载横梁纵向固定在侧架上，实现纵向扭转载荷的传递。

优选地，所述竖向锁紧机构包括设于所述纵向锁紧上楔板两侧的上连接件和设于所述纵向锁紧下楔板两侧的下连接件，所述上连接件和下连接件之间通过双头螺杆相连接，所述双头螺杆穿过所述上连接件和下连接件的两端分别设有锁紧螺母，通过旋转所述螺母能够使所述紧固楔板纵向张紧。

优选地，所述横向预紧装置包括设于所述加载横梁的第一横向预紧梁和第二横向预紧梁，所述第一横向预紧梁位于所述侧架的外侧，所述第二横向预紧梁位于所述侧架的内侧，所述第一横向预紧梁和第二横向预紧梁通过其伸出加载横梁的两端夹紧所述侧架，所述加载横梁设有用于驱动所述第一横向预紧梁和第二横向预紧梁横向夹紧侧架的横向锁紧机构。

优选地，所述横向锁紧机构包括设于所述加载横梁并位于所述第二横向预紧梁内侧的两个前后对称布置的横向锁紧楔块，所述加载横梁内部设有与所述横向锁紧楔块相配合的斜面，所述横向锁紧楔块设有贯穿的双头螺杆，所述双头螺杆穿过所述横向锁紧楔块的两端分别设有锁紧螺母，所述横向锁紧楔块与和第二横向预紧梁之间设有中间传力部件，旋转所述锁紧螺母能够通过所述横向锁紧楔块和中间传力部件带动所述第二横向预紧梁横向移动，以横向夹紧侧架，实现横向载荷的传递。

优选地，所述中间传力部件包括U型紧固梁，所述U型紧固梁的一侧支撑于所述横向锁紧楔块，另一侧支撑于所述第二横向预紧梁，其U型中空区域对应于所述加载横梁的孔位，所述垂向加载座位于侧架内侧的支腿从所述U型紧固梁的U型中空区域穿过。

优选地，所述支撑座总成包括支撑座、转动轴、端板、横向锁紧板、纵向支撑板、导框支撑块、以及锁紧螺栓；所述支撑座设有与所述转动轴形成下转动副的半圆轴座，所述端板、横向锁紧板、纵向支撑板通过其底部的半圆形轴孔与所述转动轴形成上转动副；所述端板的数量为两个，分别位于所述侧架的外侧和内侧，所述横向锁紧板的数量为两个，分别位于两个所述端板的内侧，所述纵向支撑板位于所述横向锁紧板之间，所述导框支撑块位于所述端板、横向锁紧板和纵向支撑板的顶部；所述转动轴的两端设有轴向止挡部位，所述锁紧螺栓与所述端板螺纹配合，以通过旋转所述锁紧螺栓推动所述横向锁紧板夹紧侧架，实现侧架的横向定位。

优选地，所述端板、横向锁紧板和纵向支撑板的顶部设有卡槽，所述导框支撑块的底部坐落于所述卡槽内。

优选地，所述支撑座之间设有轴距调节板，所述轴距调节板的两端通过螺栓与所述支撑座相连接，所述轴距调节板和/或所述支撑座的螺栓孔为沿纵向方向延伸的长圆孔。

优选地，所述均载支撑装置包括若干阵列分布且油路相互联通、内部保持油压的油缸，所述油缸的下端支撑在弹簧承台上，所述油缸的上端支撑所述垂向加载过渡梁。

本发明所提供的加载装置的支撑座总成用于模拟侧架实际运用中与轮对的作用状态，垂向加载座、加载横梁总成和均载支撑装置用于实现垂向、横向和扭转的三向加载，能够模拟侧架的实际受力状态，包括三向加载、弹簧承台均匀加载、模拟侧架与轴颈的相对距离，让试验更贴近真实运营工况，借助该加载装置可实现铁路货车侧架疲劳试验，解决现有加载装置存在的各种问题，符合美国AAR M203和铁标TB/T1959的要求。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置的整体结构示意图；

图2为垂向载荷的传递路径示意图；

图3为均载支撑装置的结构示意图；

图4为均载支撑装置的油路连通示意图；

图5为纵向预紧装置的结构示意图；

图6为横向预紧装置的剖切示意图；

图7为另一视角下横向预紧装置的结构示意图；

图8为支撑座总成的结构示意图。

图中：

1.垂向加载座 2.加载横梁总成 3.支撑座总成 4.均载支撑装置 41.油缸42.油管 43.充液口 5.侧架 6.加载横梁 7.接口 8.弹簧承台 9.垂向加载过渡梁10.支腿 11.纵向锁紧上楔板 12.纵向锁紧下楔板 13.上连接件 14.下连接件 15.第一双头螺杆 16.纵向锁紧螺母 17.第一横向预紧梁 18.第二横向预紧梁 19.横向锁紧楔块 20.中间传力部件 21.第二双头螺杆 22.横向锁紧螺母 31.支撑座 32.转动轴 33.端板 34.横向锁紧板 35.纵向支撑板 36.导框支撑块 37.锁紧螺栓 38.轴向止挡部位 39.轴距调节板

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1、图2，图1为本发明实施例公开的一种铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置的整体结构示意图；图2为垂向载荷的传递路径示意图。

在一种实施例中，本发明所提供的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，主要由垂向加载座1、加载横梁总成2、支撑座总成3以及均载支撑装置4等部分组成。

加载横梁总成2用于传递作动器施加的垂向、横向和扭转载荷，其具有从侧架5的立柱之间穿过的加载横梁6以及配设于加载横梁6的横向预紧装置和纵向预紧装置，加载横梁6设有垂向、横向和纵向作动器的接口7。

支撑座总成3用于支撑侧架5，以模拟实际运用中的运动状态，其仅释放垂向和横向转动自由度。

均载支撑装置4设于侧架5的弹簧承台8，其上方设有垂向加载过渡梁9，垂向加载座1设有位于侧架内侧和外侧的支腿10，加载横梁6设有与支腿10相对应的孔位，垂向加载座1的支腿10穿过加载横梁6的孔位支撑于垂向加载过渡梁9，以通过垂向加载过渡梁9和均载支撑装置4将垂向载荷均匀传递至侧架弹簧承台8，也就是说，垂向载荷的传递路径为：垂向加载座1-垂向加载过渡梁9-均载支撑装置4-弹簧承台8。

请一并参考图3、图4，图3为均载支撑装置的结构示意图；图4为均载支撑装置的油路连通示意图。

如图所示，均载支撑装置4主要由若干油缸41和油管42组成，多个短行程油缸41以阵列方式进行分布，油缸41的下端支撑在弹簧承台8上，油缸41的上端支撑垂向加载过渡梁9，每个油缸41均与附近油缸通过油管42相连通，整个油路预先加一定压力，使刚度近似枕簧总成刚度。

均载支撑装置4相当于构成一种均衡器，可通过一个带截止阀的充液口43调整内部油压，能够补弥补弹簧承台8铸造表面的不平整性，将垂向载荷均匀传递到弹簧承台8上。

请参考图5，图5为纵向预紧装置的结构示意图。

如图所示，纵向预紧装置主要由纵向锁紧上楔板11和纵向锁紧下楔板12组成，纵向锁紧上楔板11和纵向锁紧下楔板12通过斜面相互配合，形成紧固楔板，紧固楔板的一面贴合于侧架5的立柱内表面，另一面贴合于加载横梁6(为避免遮挡，图5中的加载横梁6采用了示意画法)。

纵向锁紧上楔板11和纵向锁紧下楔板12之间通过竖向锁紧机构相连接，竖向锁紧机构用于驱动所述纵向锁紧上楔板11和纵向锁紧下楔板12相向运动，以通过斜面实现纵向涨紧，将加载横梁6纵向固定在侧架5上，实现纵向扭转载荷的传递。

具体地，竖向锁紧机构具有设于纵向锁紧上楔板11两侧的上连接件13和设于纵向锁紧下楔板12两侧的下连接件14，上连接件13和下连接件14之间通过第一双头螺杆15相连接，第一双头螺杆15穿过上连接件和下连接件的两端分别设有纵向锁紧螺母16，通过旋转纵向锁紧螺母16能够使紧固楔板纵向张紧，实现对侧架5的纵向锁紧功能。

而且，图中所示的纵向锁紧螺母16为双螺母，具有防松功能。

请参考图6、图7，图6为横向预紧装置的结构示意图；图7为另一视角下横向预紧装置的结构示意图。

如图所示，横向预紧装置具有设于加载横梁6的第一横向预紧梁17和第二横向预紧梁18，第一横向预紧梁17位于侧架5的外侧，第二横向预紧梁18位于侧架2的内侧，第一横向预紧梁17和第二横向预紧梁18通过其伸出加载横梁6的两端夹紧侧架5，加载横梁6设有用于驱动第一横向预紧梁17和第二横向预紧梁18横向夹紧侧架5的横向锁紧机构。

横向锁紧机构主要由横向锁紧楔块19和中间传力部件20组成，横向锁紧楔块19的数量为两个，设于加载横梁6内部并位于第二横向预紧梁18内侧，两个横向锁紧楔块19前后对称布置，加载横梁6内部设有与横向锁紧楔块19相配合的斜面，横向锁紧楔块19设有贯穿的第二双头螺杆21，第二双头螺杆21穿过横向锁紧楔块19的两端分别设有横向锁紧螺母22，中间传力部件20设置在横向锁紧楔块19与和第二横向预紧梁18之间，旋转横向锁紧螺母22能够使横向锁紧楔块19涨紧，进而通过中间传力部件20带动第二横向预紧梁18横向移动，以横向夹紧侧架5，实现横向载荷的传递。

中间传力部件20可以采用U型紧固梁，此U型紧固梁的一侧支撑于横向锁紧楔块19，另一侧支撑于第二横向预紧梁18，其U型中空区域对应于加载横梁6的孔位，垂向加载座1位于侧架内侧的支腿10从U型紧固梁的U型中空区域穿过，以避免与U型紧固梁相干涉。

而且，图中所示的横向锁紧螺母22为双螺母，具有防松功能利。

请参考图8，图8为支撑座总成的结构示意图。

如图所示，支撑座总成3主要由支撑座31、转动轴32、端板33、横向锁紧板34、纵向支撑板35、导框支撑块36、以及锁紧螺栓37等部件组成。

支撑座31设有与转动轴32形成下转动副的半圆轴座，端板33、横向锁紧板34、纵向支撑板35通过其底部的半圆形轴孔与转动轴32形成上转动副；端板33的数量为两个，分别位于侧架5的外侧和内侧，横向锁紧板34的数量为两个，分别位于两个端板33的内侧，纵向支撑板35位于横向锁紧板34之间，导框支撑块36位于端板33、横向锁紧板34和纵向支撑板35的顶部。

转动轴32的两端设有直径大于其本体部分的圆盘形轴向止挡部位38，锁紧螺栓37与端板33螺纹配合，将侧架5安装到支撑座31时，通过旋转锁紧螺栓37，可以推动横向锁紧板34夹紧侧架5，实现侧架5的横向定位。

端板33、横向锁紧板34和纵向支撑板35的顶部分别设有卡槽，导框支撑块36的底部坐落于卡槽内。

通过调整横向锁紧板34的尺寸，可以适应不同的导框的端面结构；通过调整纵向支撑板35的宽度，可以适应不同导框宽度；通过调整导框支撑块36的厚度，可以适应不同侧架5的轴颈距离。

此外，支撑座31之间设有轴距调节板39，轴距调节板39的两端通过螺栓与支撑座31相连接，轴距调节板39和支撑座31的螺栓孔为沿纵向方向延伸的长圆孔，此结构可以改变两支撑座31距离，从而适应不同轴距的侧架5。

可见，支撑座总成3为模块化设计，调整相关组件尺寸就可以适应多种型号侧架5。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，竖向锁紧机构的第二双头螺杆20竖向穿过第二横向预紧梁18的端部，并与第二横向预紧梁18的穿孔之间留有间隙余量，或者，设置两组纵向预紧装置，分别位于加载横梁6的两侧，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

使用铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，按照TB/T 1959和AAR M203标准对侧架进行试验时，载荷施加方法如下：

垂向载荷加载位置为侧架的弹簧承台8，加载方式为均布载荷。

横向载荷加载位置为侧架5的立柱边缘，每一次垂向加载应有一次在立柱内、外侧施加的横向交变载荷。

扭转载荷施加位置为侧架5的立柱面及边缘，扭转载荷是通过在侧架5内侧距离其中心线距离d处施加一定的纵向载荷来实现，d为转向架轴颈中心距的一半。

每两次垂向加载，应有一次按顺、逆时针方向交变的扭转载荷。

以上对本发明所提供的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置进行了详细介绍。本文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核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，包括垂向加载座、加载横梁总成、支撑座总成以及均载支撑装置；

所述加载横梁总成用于传递作动器施加的垂向、横向和扭转载荷，包括用于从侧架的立柱之间穿过的加载横梁以及配设于所述加载横梁的横向预紧装置和纵向预紧装置，所述加载横 梁设有垂向、横向和纵向作动器的接口；

所述支撑座总成用于支撑铁路货车转向架侧架，以模拟实际运用中的运动状态，其仅释放垂向和横向转动自由度；

所述均载支撑装置设于侧架的弹簧承台，其上方设有垂向加载过渡梁；

所述垂向加载座设有位于侧架内侧和外侧的支腿，所述加载横梁设有与所述支腿相对应的孔位，所述垂向加载座的支腿穿过所述加载横梁的孔位支撑于所述垂向加载过渡梁，以通过垂向加载过渡梁和均载支撑装置将垂向载荷均匀传递至侧架弹簧承台；

所述纵向预紧装置包括通过斜面相互配合以形成紧固楔板的纵向锁紧上楔板和纵向锁紧下楔板，所述紧固楔板的一面贴合于所述立柱内表面，所述紧固楔板的另一面贴合于所述加载横梁；所述纵向锁紧上楔板和纵向锁紧下楔板之间通过竖向锁紧机构相连接，所述竖向锁紧机构用于驱动所述纵向锁紧上楔板和纵向锁紧下楔板相向运动，以通过斜面实现纵向涨紧，将所述加载横梁纵向固定在侧架上，实现纵向扭转载荷的传递；

所述横向预紧装置包括设于所述加载横梁的第一横向预紧梁和第二横向预紧梁，所述第一横向预紧梁位于所述侧架的外侧，所述第二横向预紧梁位于所述侧架的内侧，所述第一横向预紧梁和第二横向预紧梁通过其伸出加载横梁的两端夹紧所述侧架，所述加载横梁设有用于驱动所述第一横向预紧梁和第二横向预紧梁横向夹紧侧架的横向锁紧机构。

2.根据权利要求1所述的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，所述竖向锁紧机构包括设于所述纵向锁紧上楔板两侧的上连接件和设于所述纵向锁紧下楔板两侧的下连接件，所述上连接件和下连接件之间通过双头螺杆相连接，所述双头螺杆穿过所述上连接件和下连接件的两端分别设有锁紧螺母，通过旋转所述螺母能够使所述紧固楔板纵向涨 紧。

3.根据权利要求1所述的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，所述横向锁紧机构包括设于所述加载横梁并位于所述第二横向预紧梁内侧的两个前后对称布置的横向锁紧楔块，所述加载横梁内部设有与所述横向锁紧楔块相配合的斜面，所述横向锁紧楔块设有贯穿的双头螺杆，所述双头螺杆穿过所述横向锁紧楔块的两端分别设有锁紧螺母，所述横向锁紧楔块与和第二横向预紧梁之间设有中间传力部件，旋转所述锁紧螺母能够通过所述横向锁紧楔块和中间传力部件带动所述第二横向预紧梁横向移动，以横向夹紧侧架，实现横向载荷的传递。

4.根据权利要求3所述的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，所述中间传力部件包括U型紧固梁，所述U型紧固梁的一侧支撑于所述横向锁紧楔块，另一侧支撑于所述第二横向预紧梁，其U型中空区域对应于所述加载横梁的孔位，所述垂向加载座位于侧架内侧的支腿从所述U型紧固梁的U型中空区域穿过。

5.根据权利要求1所述的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，所述支撑座总成包括支撑座、转动轴、端板、横向锁紧板、纵向支撑板、导框支撑块、以及锁紧螺栓；所述支撑座设有与所述转动轴形成下转动副的半圆轴座，所述端板、横向锁紧板、纵向支撑板通过其底部的半圆形轴孔与所述转动轴形成上转动副；所述端板的数量为两个，分别位于所述侧架的外侧和内侧，所述横向锁紧板的数量为两个，分别位于两个所述端板的内侧，所述纵向支撑板位于所述横向锁紧板之间，所述导框支撑块位于所述端板、横向锁紧板和纵向支撑板的顶部；所述转动轴的两端设有轴向止挡部位，所述锁紧螺栓与所述端板螺纹配合，以通过旋转所述锁紧螺栓推动所述横向锁紧板夹紧侧架，实现侧架的横向定位。

6.根据权利要求5所述的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，所述端板、横向锁紧板和纵向支撑板的顶部设有卡槽，所述导框支撑块的底部坐落于所述卡槽内。

7.根据权利要求1所述的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，所述支撑座之间设有轴距调节板，所述轴距调节板的两端通过螺栓与所述支撑座相连接，所述轴距调节板和/或所述支撑座的螺栓孔为沿纵向方向延伸的长圆孔。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的铁路货车转向架侧架疲劳试验加载装置，其特征在于，所述均载支撑装置包括若干阵列分布且油路相互联通、内部保持油压的油缸，所述油缸的下端支撑在弹簧承台上，所述油缸的上端支撑所述垂向加载过渡梁。

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