CN114838963A - 一种高速机车刮雨器的动态测试台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速机车刮雨器的动态测试台及方法，包括振动模拟装置按照规律进行上下振动实现列车在铁轨运行时的振动模拟；雨水模拟装置，设置在振动平台上方，按照设定的流量对挡风玻璃进行喷水；压力模拟装置，模拟高速运行时的正向风阻以及模拟高速会车时的侧向风阻；数据采集装置，通过绝对式编码器、扭矩传感器以及压力传感器分别采集雨刷器电机转角、雨刷器电机扭矩以及刮臂压力至数据采集卡能够较为真实地还原刮雨器的工作环境。数据采集装置则能够采集在模拟工况下的刮雨器运转时的相关参数，实现了刮雨器的动态测试且整体测试台测试性能较好。
Description
技术领域
本发明属于机车刮雨器技术领域，特别是涉及一种高速机车刮雨器的动态测试台及方法。
背景技术
近些年，在国家的支持下，国内的高速机车运行时速不断提升，但是高速机车上的刮雨器等相关设备在设计时并未考虑在列车较高时速下工作，同时，在高速机车会车时，较快的车速也带来了较大的侧向来风，种种因素叠加导致在机车高速运行时，刮雨器发生故障的现象时有发生，严重危害列车运行安全。
目前已有的刮雨器测试台多按照刮雨器标准进行刮雨器的相关测试，但是这些测试多为静态环境下的测试，未模拟出列车真实的运行工况，未考虑运行工况对于测试数据带来的影响。因此，如果能够模拟出刮雨器在列车运行时的运行工况，进行数据采集与相关测试将进一步提高测试的准确性、增加被测刮雨器的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于抛弃传统的刮雨器静态测试方式，提供一种高速机车刮雨器的动态测试台及方法，实现刮雨器的动态环境测试。
本发明是这样实现的，
一种高速机车刮雨器的动态测试台，该测试台包括：
振动模拟装置，采用振动平台，在振动平台上将挡风玻璃一侧通过固定装置倾斜一定角度后固定在振动平台上，在挡风玻璃的另一侧设置刮雨器总成，使得振动平台按照规律进行上下振动实现列车在铁轨运行时的振动模拟；
雨水模拟装置，设置在振动平台上方，按照设定的流量对挡风玻璃进行喷水；
压力模拟装置，模拟高速运行时的正向风阻以及模拟高速会车时的侧向风阻；
数据采集装置，通过绝对式编码器、扭矩传感器以及压力传感器分别采集雨刷器电机转角、雨刷器电机扭矩以及刮臂压力至数据采集卡；
工控机，接收数据采集卡的信息，并通过控制开关矩阵实现程控电源对雨水模拟装置和/或压力模拟装置的自由切换。
进一步地，压力模拟装置包括：磁粉制动器、联轴器、强永磁体、电磁线圈以及线圈固定装置；所述磁粉制动器与刮雨器电机通过联轴器实现扭矩传送，所述磁粉制动器内通入直流电源，产生与刮雨器电机运行方向相反的扭矩，实现侧向风阻的模拟；强永磁体安装在刮臂上，电磁线圈安装在线圈固定装置上，二者相互排斥，电磁力作用在刮臂上产生刮臂压力，实现正向风阻的模拟。
进一步地，所述刮雨器总成包括刮臂以及刮臂下方连接的刮片，强永磁体呈片状固定在刮臂的上方，线圈固定装置将电磁线圈固定在强永磁体的正上方具有一定的距离，线圈固定装置安装在刮雨器刮臂转轴上，线圈固定装置随着转轴旋转进行同步旋转。
进一步地，所述挡风玻璃斜向27°固定在振动平台上。
进一步地，所述雨水模拟装置包括：进水阀、水箱、水泵、水位计、流量计以及喷头，其中，水箱内储存模拟系统需要的水，水位计实时检测水箱水位变化；通过控制抽水阀开关，水泵抽取水箱内的水，通过喷头喷出，通过流量计对水的流速进行监测。
进一步地，绝对式编码器、扭矩传感器与刮雨器电机同轴安装，所述压力传感器安装在刮雨器总成的刮臂与挡风玻璃之间。
一种高速机车刮雨器的动态测试方法，
将待测试的挡风玻璃通过一固定装置斜向27°固定在振动平台，所述振动平台产生上下规律振动，用来模拟列车运行时的车体振动现象；
将强永磁体被固定在刮雨器刮臂上，通过线圈固定装置将电磁线圈固定在强永磁体的上空十公分处，线圈固定装置安装在刮雨器刮臂转轴上，电磁线圈固定装置随着转轴旋转进行同步旋转。保证电磁线圈始终处于永磁体上空；
向电磁线圈中通入励磁电流，在电磁线圈内形成磁场，与强永磁体磁场相互排斥产生磁力，形成刮臂对于挡风玻璃的压力，实现机车高速运行时正向风阻的模拟；
将磁粉制动器与刮雨器电机通过联轴器实现扭矩传送，同时磁粉制动器内通入直流电源，产生与电机运行方向相反的扭矩，实现侧向风阻的模拟；
通过雨水模拟装置对下雨进行模拟；
将绝对式编码器与扭矩传感器同轴安装，安装在刮雨器电机与磁粉制动器之间，进行电机转角与扭矩的测量；
将压力传感器安装在安装在刮臂与挡风玻璃之间，实时监测刮臂压力；
将采集的电机转角与扭矩以及刮臂压力传递至工控机。
本发明与现有技术相比，优点在于：
本发明通过雨量、振动、压力模拟装置建立逼真的刮雨器模拟工况，实现刮雨器的动态测试。在压力模拟部分，创新型地运用永磁铁与电磁线圈的磁场排斥力实现正面风阻的压力模拟，同时通过控制电磁线圈的电流实现磁场强弱控制间接实现正面压力的定量控制。设计程控电源、开关矩阵实现模拟装置的自由切换，实时变化测试环境，使得测试结果更加真实、更加符合真实性、可靠性的测试标准。
附图说明
图1是本发明用于一种高速机车刮雨器的动态测试台的总体结构图。
图2是本发明用于一种高速机车刮雨器的动态测试台的测试台架结构示意图。
图3是本发明用于一种高速机车刮雨器的动态测试台的正向风阻模拟装置结构示意图。
图4是本发明用于一种高速机车刮雨器的动态测试台的侧向风阻模拟装置结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1-刮雨器总成、2-挡风玻璃、3-固定装置、4-振动平台、5-水箱、6-水泵、7-进水阀、8-水位计、9-流量计、10-喷头、11-磁粉制动器、12-强永磁体、13-电磁线圈、14-线圈固定装置、15-绝对式编码器、16- 压力传感器、17-扭矩传感器、18-数据采集卡、19-工控机、20-程控电源、21- 开关矩阵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明提供一种高速机车刮雨器的动态测试台，该测试台包括：刮雨器总成1、挡风玻璃2及固定装置3，还包括：振动模拟装置：振动平台4，雨水模拟装置，包括：进水阀7、水箱5、水泵6、水位计8、流量计9、喷头10。压力模拟装置，包括：磁粉制动器11、联轴器、强永磁体12、电磁线圈13以及线圈固定装置14。数据采集装置，包括：绝对式编码器156、压力传感器16、扭矩传感器17、数据采集卡18。数据处理装置：工控机19。程控电源20、开关矩阵21。其中，
刮雨器总成1，主要包括：机、减速电动增扭装置、四连杆机构、刮臂、刮片等，为测试台的主要测试对象。其中强永磁体被固定在刮雨器刮臂上，通过线圈固定装置将电磁线圈固定在强永磁体的上空十公分处，线圈固定装置安装在刮雨器刮臂转轴上，固定装置随着转轴旋转进行同步旋转。保证电磁线圈始终处于永磁体上空。刮臂安装在四连杆机构上。
挡风玻璃2及固定装置3，利用固定装置3将挡风玻璃2斜向27°安装在振动平台4上，具体结构示意图如图2所示。
振动平台4，产生上下规律振动，用来模拟列车运行时的车体振动现象。
雨水模拟系统，包括：进水阀7、水箱5、水泵6、水位计8、流量计9、喷头10。其中，水箱5内储存模拟系统需要的水，水位计8实时检测水箱5水位变化，控制抽水阀开关。水泵6抽取水箱5内的水，通过喷头10喷出，流量计9对水的流速进行监测。雨水模拟装置中使用双倍水泵，通过控制水泵的开关，实现雨量大小的调节。使用双排喷头，配合双倍水泵使用。
压力模拟装置，包括：磁粉制动器11、联轴器、强永磁体12、电磁线圈 13以及线圈固定装置14。由于侧向风阻的阻力多作用在雨刮器的刮臂转动轴上，同时刮臂转动轴由电机供能，因此，此测试台选择利用磁粉制动器11产生阻力矩来模拟刮臂转动轴上的侧向风阻。具体实现是这样的：磁粉制动器11在通入直流电源后，可以实现传递、制动扭矩的作用。在测试台中，主要用于产生与电机相反的阻力力矩，联轴器实现主动轴与从动轴的连接完成扭矩的传递。磁粉制动器11与刮雨器电机通过联轴器实现连接，同时，磁粉制动器11产生阻力力矩，实现侧向风阻的模拟。强永磁体12安装在刮臂上，电磁线圈13安装在线圈固定装置14上，二者相互排斥，电磁力作用在刮臂上产生较大的刮臂压力，实现正向风阻的模拟。强永磁体被固定在刮雨器刮臂上，通过线圈固定装置将电磁线圈固定在强永磁体的上空十公分处，线圈固定装置安装在刮雨器刮臂转轴上，固定装置随着转轴旋转进行同步旋转。保证电磁线圈始终处于永磁体上空。
数据采集装置，包括：绝对式编码器15、压力传感器16、扭矩传感器17、数据采集卡18。绝对式编码器15、扭矩传感器17与刮雨器电机同轴安装，实时监测电机的运行角度与扭矩。压力传感器16安装在刮臂与玻璃之间，实时监测刮臂压力。数据采集卡18采集上述的测试数据并将数据发送至工控机19进行处理。
工控机19内安装测试软件，接收采集卡上的数据并进行数据分析。同时，控制程控电源20与开关矩阵21，实现压力、雨量模拟系统的自由切换。
程控电源20：通过USB实现工控机21指令的接收，为模拟装置提供特定的电源。
开关矩阵21：通过TCP/IP实现与工控机19的远程通信，实现模拟装置的程控切换。
在雨水模拟系统中，主要由工控机19控制水泵6实现雨水系统的开关，同时为了模拟实现雨量的大小，系统中使用双倍水泵，通过单独控制每个水泵，实现雨量大小的调节。同时在雨水系统中使用双排喷头10，配合双倍水泵使用。
压力模拟装置按照功能可以分为两类，一类是用来实现机车高速行驶时正向风阻模拟，主要包括：电磁线圈13、线圈固定装置14、强永磁体12。一类用来是实现机车会车时或进入隧道时较强的临时侧向风阻，主要包括：磁粉制动器11。
正向风阻模拟系统的结构示意图如图3所示：
刮臂下方连接刮片，对下方的挡风玻璃2进行周期性地刮擦，同时强永磁体12呈片状利用强力胶水固定在刮臂上。在刮臂的旋转轴上安装线圈固定装置 14并将电磁线圈13用胶水固定在线圈固定装置14上，其中电磁线圈13固定在强永磁体12的正上方十公分处，使得电磁线圈13与永磁体能够在刮雨器工作时保持相对位置不变。持续产生电磁排斥力，形成刮臂对于挡风玻璃2的压力，同时工控机19控制电磁线圈13中电流的大小控制电磁线圈14的磁场强度，间接控制刮臂对于挡风玻璃2的压力，实现正向风阻的定量模拟。
侧向风阻模拟系统的结构示意图如图4所示：
图4中的绝对式编码器15以及扭矩传感器17用于数据采集，主要在数据采集部分进行详细介绍。
侧向风阻模拟系统的主要装置为磁粉制动器11与联轴器，其中磁粉制动器 11作为主要的阻力扭矩产生机构，在通入直流电流后，产生定量的阻力扭矩。联轴器实现主动轴与从动轴的连接完成扭矩的传递。在本测试台中，刮雨器电机的主轴作为主动轴、磁粉制动器11的主轴作为从动轴，联轴器将主动轴与从动轴相连，实现电机扭矩向磁粉制动器11的传递，由于磁粉制动器11产生定量的阻力力矩，抵消部分刮雨器电机的输出扭矩，实现侧向风阻的模拟。
数据采集系统主要实现测试过程中相关数据的采集，本测试台主要采集刮臂压力、电机转角、扭矩等核心数据。
刮臂压力主要用压力传感器16进行采集，压力传感器16采用压敏性电阻传感器，在接收到压力信号后产生相应的电压信号，在经过数模转换模块的处理，将数据通过UART串口协议发送至数据采集卡18中。
电机的转角、扭矩的数据采集主要靠绝对式编码器15以及扭矩传感器17 来实现，其中绝对式编码器15主要采集转角信号，扭矩传感器17采集扭矩信号。二者通过联轴器实现与电机、磁粉制动器11的连接且安装在刮雨器电机与磁粉制动器11之间，如图4所示。绝对式编码器15与扭矩传感器18都通过 Modbus RTU协议实现与采集卡的数据传输。
数据采集卡18在完成压力、转角、扭矩等信号的采集后，等待工矿机指令，按照工矿机的要求发送相应的测试数据。
作为工矿机的工控机19通过控制程控电源20给模拟装置供电，通过开关矩阵21控制电源与模拟装置的通断实现模拟装置的自由切换。同时，通过控制书记采集卡实现数据的收集，利用相关的测试软件完成采集数据的分析，存储。生成相应的测试报告保存在工控机19内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高速机车刮雨器的动态测试台，其特征在于，该测试台包括：
振动模拟装置，采用振动平台，在振动平台上将挡风玻璃一侧通过固定装置倾斜一定角度后固定在振动平台上，在挡风玻璃的另一侧设置刮雨器总成，使得振动平台按照规律进行上下振动实现列车在铁轨运行时的振动模拟；
雨水模拟装置，设置在振动平台上方，按照设定的流量对挡风玻璃进行喷水；
压力模拟装置，模拟高速运行时的正向风阻以及模拟高速会车时的侧向风阻；
数据采集装置，通过绝对式编码器、扭矩传感器以及压力传感器分别采集雨刷器电机转角、雨刷器电机扭矩以及刮臂压力至数据采集卡；
工控机，接收数据采集卡的信息，并通过控制开关矩阵实现程控电源对雨水模拟装置和/或压力模拟装置的自由切换。
2.按照权利要求1所述的高速机车刮雨器的动态测试台，其特征在于，压力模拟装置包括：磁粉制动器、联轴器、强永磁体、电磁线圈以及线圈固定装置；所述磁粉制动器与刮雨器电机通过联轴器实现扭矩传送，所述磁粉制动器内通入直流电源，产生与刮雨器电机运行方向相反的扭矩，实现侧向风阻的模拟；强永磁体安装在刮臂上，电磁线圈安装在线圈固定装置上，二者相互排斥，电磁力作用在刮臂上产生刮臂压力，实现正向风阻的模拟。
3.按照权利要求2所述的高速机车刮雨器的动态测试台，其特征在于，所述刮雨器总成包括刮臂以及刮臂下方连接的刮片，强永磁体呈片状固定在刮臂的上方，线圈固定装置将电磁线圈固定在强永磁体的正上方具有一定的距离，线圈固定装置安装在刮雨器刮臂转轴上，线圈固定装置随着转轴旋转进行同步旋转。
4.按照权利要求1所述的高速机车刮雨器的动态测试台，其特征在于，所述挡风玻璃斜向27°固定在振动平台上。
5.按照权利要求1所述的高速机车刮雨器的动态测试台，其特征在于，所述雨水模拟装置包括：进水阀、水箱、水泵、水位计、流量计以及喷头，其中，水箱内储存模拟系统需要的水，水位计实时检测水箱水位变化；通过控制抽水阀开关，水泵抽取水箱内的水，通过喷头喷出，通过流量计对水的流速进行监测。
6.按照权利要求1所述的高速机车刮雨器的动态测试台，其特征在于，绝对式编码器、扭矩传感器与刮雨器电机同轴安装，所述压力传感器安装在刮雨器总成的刮臂与挡风玻璃之间。
7.一种高速机车刮雨器的动态测试方法，其特征在于，
将待测试的挡风玻璃通过一固定装置斜向27°固定在振动平台，所述振动平台产生上下规律振动，用来模拟列车运行时的车体振动现象；
将强永磁体被固定在刮雨器刮臂上，通过线圈固定装置将电磁线圈固定在强永磁体的上空十公分处，线圈固定装置安装在刮雨器刮臂转轴上，电磁线圈固定装置随着转轴旋转进行同步旋转。保证电磁线圈始终处于永磁体上空；
向电磁线圈中通入励磁电流，在电磁线圈内形成磁场，与强永磁体磁场相互排斥产生磁力，形成刮臂对于挡风玻璃的压力，实现机车高速运行时正向风阻的模拟；
将磁粉制动器与刮雨器电机通过联轴器实现扭矩传送，同时磁粉制动器内通入直流电源，产生与电机运行方向相反的扭矩，实现侧向风阻的模拟；
通过雨水模拟装置对下雨进行模拟；
将绝对式编码器与扭矩传感器同轴安装，安装在刮雨器电机与磁粉制动器之间，进行电机转角与扭矩的测量；
将压力传感器安装在安装在刮臂与挡风玻璃之间，实时监测刮臂压力；
将采集的电机转角与扭矩以及刮臂压力传递至工控机。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024044911A1 (zh) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 华为技术有限公司 | 一种雨刮系统的测试装置 |
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