CN113670718A - 一种机车电缆接头力学与寿命测试装置 - Google Patents

一种机车电缆接头力学与寿命测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，包括数据采集分析机构、控制处理器、连接端子（3）、车厢（4）、标记件（5）、多自由度运动平台（6）和运动面（11）待测电缆（2）的一端通过连接端子（3）固定设置在车体（4）上，待测电缆（2）的另一端固定在运动面（11）上，运动面（11）固定设置在多自由度运动平台（6）上，标记件（5）固定设置在待测电缆（2）上，数据采集分析机构固定设置在待测电缆（2）上或待测电缆（2）周边，数据采集分析机构和多自由度运动平台（6）电连接控制处理器。用于轨道交通行业对车辆车体与转向架之间接线受力情况进行模拟，对接线寿命进行预测，来达到优化转向架与车体之间接线设计方案的目的。

Description

一种机车电缆接头力学与寿命测试装置
技术领域
本发明涉及一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，属于电缆技术领域。
背景技术
现有技术中的轨道车辆转向架与车体之间电力连接主要通过压接端子、连接器等相连接，主要包括接地回流线、电机连接器、速度传感器、温度传感器和稳定性检测等。车辆在运行过程中转向架与车体之间由于震动、转向等因素造成转向架与车体之间会产生相对位移。车体与转向架之间相连接的电缆由于这种相对位移会对相连接的端子、连接器等造成震动、拉扯、扭转、甩动等受力，此种受力会导致电缆断裂或电缆从端子、连接器中滑脱等后果，影响车辆运营及生命安全。为预防该类事情的发生，及优化转向架与车体之间电力连接接线方案，因此，设计了一套机车电缆接头力学与寿命测试平台。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，用于轨道交通行业对车辆车体与转向架之间接线受力情况进行模拟，对接线寿命进行预测，来达到优化转向架与车体之间接线设计方案的目的。
为达到上述目的，本发明提供一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，包括数据采集分析机构、控制处理器、连接端子、车厢、标记件、多自由度运动平台和运动面，
待测电缆的一端通过连接端子固定设置在车体上，待测电缆的另一端固定在运动面上，运动面固定设置在多自由度运动平台上，标记件固定设置在待测电缆上，数据采集分析机构固定设置在待测电缆上或待测电缆周边，数据采集分析机构和多自由度运动平台电连接控制处理器。
优先地，数据采集分析机构包括多个应变传感器，多个应变传感器分为两组，两组均分别环形固定设置在待测电缆的一端，一组均纵向分布，另一组均横向分布，多个应变传感器电连接控制处理器。
优先地，数据采集分析机构包括摄像机，摄像机固定设置在待测电缆上方，摄像机电连接控制处理器。
优先地，数据采集分析机构包括惯性测量单元，惯性测量单元固定在待测电缆弧垂的最低点处，惯性测量单元电连接控制处理器。
优先地，多自由度运动平台包括若干个伸缩件和底板，若干个伸缩件下端固定连接或转动连接底板，若干个伸缩件的伸缩杆转动连接运动面。
优先地，多自由度运动平台包括三个伸缩件、转动机构和底板，三个伸缩件竖向固定设置在底板上，三个伸缩件的伸缩杆通过转动机构连接运动面，三个伸缩件呈三角形分布。
优先地，多自由度运动平台包括六个伸缩件、转动机构和底板，六个伸缩件下端均铰接底板，六个伸缩件上端均通过转动机构连接运动面；
六个伸缩件分为三组，每组中两个伸缩件均呈V形分布。
优先地，多自由度运动平台包括七个伸缩件、转动机构和底板，其中六个伸缩件下端均铰接底板，该六个伸缩件上端均通过转动机构连接运动面，该六个伸缩件分为三组，每组中的两个伸缩件均呈V形分布；剩余一个伸缩件的伸缩杆固定连接底板。
一种机车电缆接头力学与寿命测试方法，采用上述所述的测试装置，包括：
多自由度运动平台向左侧或向右侧倾斜并拉扯待测电缆，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
多自由度运动平台向前侧或向后侧倾斜并拉扯待测电缆，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
多自由度运动平台上升或向下降并拉扯待测电缆，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向。
本发明所达到的有益效果：
1.用于轨道交通行业对车辆车体与转向架之间接线受力情况进行模拟，对接线寿命进行预测，来达到优化转向架与车体之间接线设计方案的目的；通过机器视觉或传感器对测试车电缆摆动数据进行收集处理，包括电缆参考点的摆动幅度、频率和速度方向，为研究电缆的使用寿命提供判断依据；
2.本发明模拟实际上车体上安装的电缆的安装位置以及长度，模拟实际上的电缆结构分布，通过多自由度运动平台的模拟仿真，来模拟车体与转向架之间的相对运动，电缆受力等，以达到验证转向架与车体电气连接的效果，及该种连接方式的使用寿命；
3.能够验证转向架与车体电气连接的受力状态，及使用寿命的评估。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明中应变传感器安装示意图；
图3是本发明实施例一中多自由度运动平台的结构图；
图4是本发明实施例二中多自由度运动平台的结构图；
图5是现有技术中待测电缆的实际安装位置的正视图；
图6是现有技术中待测电缆的实际安装位置的俯视图。
附图中标记含义，1-摄像机；2-待测电缆；3-连接端子；4-车厢；5-标记件；6-多自由度运动平台；8-测试台框架；9-应变传感器；10-伸缩件；11-运动面。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明，若本发明实施例中有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则其仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述，则其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例一
一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，包括数据采集分析机构、控制处理器、连接端子3、车厢4、标记件5、多自由度运动平台6和运动面11，
待测电缆2的一端通过连接端子3固定设置在车体4上，待测电缆2的另一端固定在运动面 11上，运动面11固定设置在多自由度运动平台6上，标记件5固定设置在待测电缆2上，数据采集分析机构固定设置在待测电缆2上或待测电缆2周边，数据采集分析机构和多自由度运动平台6电连接控制处理器。
进一步地，本实施例中数据采集分析机构包括多个应变传感器9，多个应变传感器9分为两组，两组均分别环形固定设置在待测电缆2的一端，一组均纵向分布，另一组均横向分布，多个应变传感器9电连接控制处理器。
进一步地，本实施例中数据采集分析机构包括摄像机1，摄像机1固定设置在待测电缆2上方，摄像机1电连接控制处理器。
进一步地，本实施例中多自由度运动平台6包括若干个伸缩件10和底板，若干个伸缩件10 下端固定连接或转动连接底板，若干个伸缩件10的伸缩杆转动连接运动面。
进一步地，本实施例中多自由度运动平台6包括三个伸缩件10、转动机构和底板，三个伸缩件10竖向固定设置在底板上，三个伸缩件10的伸缩杆通过转动机构连接运动面，三个伸缩件10呈三角形分布；三个伸缩件10分别为第一伸缩件、第二伸缩件和第三伸缩件，车厢4 位于第三伸缩件后侧，第一伸缩件和第二伸缩件位于第三伸缩件前侧，第一伸缩件位于第二伸缩件的右侧。
一种机车电缆接头力学与寿命测试方法，采用上述所述的测试装置，包括：
第二伸缩件下行或第一伸缩件上行使得运动面向左侧倾斜并拉扯待测电缆2，第一伸缩件下行或第二伸缩件上行使得运动面向右侧倾斜并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
第三伸缩件上行或第一伸缩件与第二伸缩件均下行使得运动面向前侧倾斜并拉扯待测电缆2，第三伸缩件下行或第一伸缩件与第二伸缩件均上行使得运动面向后侧倾斜并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
多自由度运动平台6上升或向下降并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向。
如图5和图6所述，车体上安装点与车中距离为L1；车体上安装点与枕梁纵向距离为L2；转向架上安装点与车中距离为L3；转向架上安装点与枕梁纵向距离为L4；转向架接地点与车体安装点垂向距离为L5；如图1所示，电缆的一端固定于静止的车体上，电缆的另一端固定于多自由度运动转台。通过运动转台多自由度运动模拟转向架运动过程中前后、左右、上下三个方向加速度。
如图2所示，电缆接头处实时受力情况，拟采用多个应变传感器对称布局方式，即沿着电缆一周纵向+一周横向布置若干个应变传感器。数据采集系统首先实时采集每个应变传感器的受力数据，然后结合电缆受力的空间模型、转台运动面控制同步信号，计算电缆的真实受力情况：幅值、方向、大小、频率、次数等。对转向架与车体电气连接运行状态进行超强度模拟，预测电缆使用寿命。模拟车辆两节车厢之间的相对运动：
主要运动——方位(转动)运动及其导致的牵拉；次要运动——上下振动、少量俯仰+ 滚转运动。
2)测量接头处的实时受力情况。
3)测量电缆的摆动情况。
4)采集车辆振动参数，导入试验台。
多自由度运动平台6的基本参数为：1)尺寸1000mm*1000mm，外加延伸支架。2)有效负荷：200Kg；3)纵向位移：130mm；4)横向位移：120mm；5)垂直升降：220mm；
6)俯仰：+/-12deg；7)滚转：+/-11deg；8)扭转：+/-12deg(方位)；9)运动频率：0～2Hz。
车厢4为块体，标记件4为彩色的套环，连接端子3为现有技术中的电缆连接端子，标记件 5固定设置在待测电缆2弧垂的最低点处；运动面11为平面板材或多个纵横交错相互固定的杆件，测试台框架8为至少一面开设容纳槽的框体，测试台框架8内容纳数据采集分析机构、连接端子3、车厢4、标记件5和多自由度运动平台6和运动面11；
转动机构包括T形的杆件和U形的卡件，U形的卡件两端开设配合杆件的连接通孔，杆件转动连接卡件，杆件固定连接伸缩件10的伸缩杆，卡件固定设置在运动面上；伸缩件10为液压杆或伸缩气缸，底板为平面板材，
控制处理器为计算机，控制处理器、连接端子3和伸缩件10在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。
本实施例通过现有技术中的内置GPU的高速图像处理计算机对转向架与车体电气连接电缆标记模块运动数据进行采集，转化成多自由度运动平台使用数据；模拟转向架与车体电气连接在行驶过程中运动状态，对电缆受力状态进行检测，对测试连接状态接线方式及电缆的使用寿命进行预测。
如图1所示，在电缆弧垂的最低点附着彩色的标记件5，在标记件5的正上方安装摄像机。摄像机捕获到电缆摆动的视频图像后，现有技术中的视觉处理软件结合转台运动面控制同步信号进行处理，获得电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向信息。
实施例二
与实施例一不同的是，如图4所示，本实施例中多自由度运动平台6包括六个伸缩件10、转动机构和底板，六个伸缩件10下端均铰接底板，六个伸缩件10上端均通过转动机构连接运动面11；六个伸缩件10分为三组，每组中两个伸缩件10均呈V形分布；底板为正方形板材，或正方形纵横交错相互固定的杆件，三组伸缩件10等间距环向分布在底板上；
工作时，多自由度运动平台6中位于中心线左侧的伸缩件10均下行或多自由度运动平台6中位于中心线右侧的伸缩件10均上行使得运动面向左侧倾斜并拉扯待测电缆2，多自由度运动平台6中位于中心线左侧的伸缩件10均上行或多自由度运动平台6中位于中心线右侧的伸缩件10均下行使得运动面向右侧倾斜并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
多自由度运动平台6中位于中心线前侧的伸缩件10均下行或多自由度运动平台6中位于中心线后侧的伸缩件10均上行使得运动面向前侧倾斜并拉扯待测电缆2，多自由度运动平台6中位于中心线前侧的伸缩件10均上行或多自由度运动平台6中位于中心线后侧的伸缩件10均下行使得运动面向后侧倾斜并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
多自由度运动平台6中所有伸缩件均上升或向下降并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向。
实施例三
与实施例一不同的是，本实施例中多自由度运动平台6包括四个伸缩件10、转动机构和底板，四个伸缩件10呈正方形分布，四个伸缩件10下端均固定连接底板，四个伸缩件10上端均通过转动机构连接运动面11。
工作时，多自由度运动平台6中位于中心线左侧的伸缩件10均下行或多自由度运动平台6中位于中心线右侧的伸缩件10均上行使得运动面向左侧倾斜并拉扯待测电缆2，多自由度运动平台6中位于中心线左侧的伸缩件10均上行或多自由度运动平台6中位于中心线右侧的伸缩件10均下行使得运动面向右侧倾斜并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
多自由度运动平台6中位于中心线前侧的伸缩件10均下行或多自由度运动平台6中位于中心线后侧的伸缩件10均上行使得运动面向前侧倾斜并拉扯待测电缆2，多自由度运动平台6中位于中心线前侧的伸缩件10均上行或多自由度运动平台6中位于中心线后侧的伸缩件10均下行使得运动面向后侧倾斜并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向；
多自由度运动平台6中所有伸缩件均上升或向下降并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向。
实施例四
与实施例二不同的是，本实施例中多自由度运动平台6不仅包括六个伸缩件10、转动机构和底板，还包括第七个伸缩件，第七个伸缩件的伸缩杆固定连接底板；剩余一个伸缩件10上升或六个伸缩件10均上升使得运动面向上运动并拉扯待测电缆2，剩余一个伸缩件10下降或六个伸缩件10均下降使得运动面向下运动并拉扯待测电缆2，数据采集分析机构采集分析电缆的摆动摆幅、摆动频率、摆动速度和摆动方向。，六个伸缩件10下端均铰接底板，六个伸缩件10上端均通过转动机构连接运动面11；六个伸缩件10分为三组，每组中两个伸缩件10 均呈V形分布。底板为六边形板材，或纵横交错相互固定的杆件，三组伸缩件10等间距环向分布在底板上。
实施例五
进一步地，本实施例中数据采集分析机构包括惯性测量单元，惯性测量单元固定在待测电缆2弧垂的最低点处，惯性测量单元电连接控制处理器。在待测电缆弧垂的最低点附着一个微型轻质的惯性测量单元(IMU)，通过IMU测量电缆摆动的状态数据：摆幅、频率、速度、方向等。惯性测量单元和伸缩件10在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，包括数据采集分析机构、控制处理器、连接端子（3）、车厢（4）、标记件（5）、多自由度运动平台（6）和运动面（11），
待测电缆（2）的一端通过连接端子（3）固定设置在车体（4）上，待测电缆（2）的另一端固定在运动面（11）上，运动面（11）固定设置在多自由度运动平台（6）上，标记件（5）固定设置在待测电缆（2）上，数据采集分析机构固定设置在待测电缆（2）上或待测电缆（2）周边，数据采集分析机构和多自由度运动平台（6）电连接控制处理器。
2.根据权利要求1所述的一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，
数据采集分析机构包括多个应变传感器（9），多个应变传感器（9）分为两组，两组均分别环形固定设置在待测电缆（2）的一端，一组均纵向分布，另一组均横向分布，多个应变传感器（9）电连接控制处理器。
3.根据权利要求1所述的一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，
数据采集分析机构包括摄像机（1），摄像机（1）固定设置在待测电缆（2）上方，摄像机（1）电连接控制处理器。
4.根据权利要求1所述的一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，
数据采集分析机构包括惯性测量单元，惯性测量单元固定在待测电缆（2）弧垂的最低点处，惯性测量单元电连接控制处理器。
5.根据权利要求1所述的一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，
多自由度运动平台（6）包括若干个伸缩件（10）和底板，若干个伸缩件（10）下端固定连接或转动连接底板，若干个伸缩件（10）的伸缩杆转动连接运动面。
6.根据权利要求5所述的一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，
多自由度运动平台（6）包括三个伸缩件（10）、转动机构和底板，三个伸缩件（10）竖向固定设置在底板上，三个伸缩件（10）的伸缩杆通过转动机构连接运动面，三个伸缩件（10）呈三角形分布。
7.根据权利要求5所述的一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，
多自由度运动平台（6）包括六个伸缩件（10）、转动机构和底板，六个伸缩件（10）下端均铰接底板，六个伸缩件（10）上端均通过转动机构连接运动面（11）；
六个伸缩件（10）分为三组，每组中两个伸缩件（10）均呈V形分布。
8.根据权利要求5所述的一种机车电缆接头力学与寿命测试装置，其特征在于，
多自由度运动平台（6）包括七个伸缩件（10）、转动机构和底板，其中六个伸缩件（10）下端均铰接底板，该六个伸缩件（10）上端均通过转动机构连接运动面（11），该六个伸缩件（10）分为三组，每组中的两个伸缩件（10）均呈V形分布；剩余一个伸缩件（10）的伸缩杆固定连接底板。
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