CN114942179B - 一种车门载荷模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆测试技术领域，尤其涉及一种车门载荷模拟实验装置，包括：固定机构，包括支撑平台和固定架，支撑平台用以放置试验件，固定架将试验件限制在竖直方向上；加载机构，加载机构设置在支撑平台上，包括外加载单元和内加载单元，外加载单元包括外施力缸、连接架和若干变形模块，连接架平行于试验件外表面设置，外施力缸固定在连接架中部，若干变形模块均匀设置在连接架朝向试验件外表面的一侧；内加载单元包括内施力缸和施力模块，施力模块一侧朝向试验件内表面设置，另一侧垂直固定有内施力缸；还提供一种实验方法，通过上述装置完成；能够满足不同的实验过程中的载荷施加效果，减少了实验装置使用的局限性，也保证了实验结果的准确性。

Description

一种车门载荷模拟实验装置及方法

技术领域

本发明涉及车辆测试技术领域，尤其涉及一种车门载荷模拟实验装置及方法。

背景技术

目前，随着高速列车轻量化趋势的不断发展，复合材料作为一种轻质、高性能材料，广泛应用于轨道交通等领域中，而车辆的门结构在进行安装之前，需要进行多次的模拟实际受到载荷后变形程度的实验，包括疲劳强度实验、静强度实验和气动载荷实验，根据实验结果进行判断该门结构是否符合使用标准。

在实验过程中，疲劳强度实验需要对试件施加对称的交变载荷，静强度实验是模拟试件在常温条件下受到均布载荷的情况，气动载荷实验则需要对试件内外侧的不同位置施加不同的载荷，因此，相关技术中的实验装置难以同时满足上述三种实验所需的效果，需要在单次实验完成后，搬运至其他实验装置上进行下一项实验，而车体门结构在搬运过程中不仅耗时耗力，也给实验结果的准确性带来一定的影响。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种车门载荷模拟实验装置及方法，能够模拟出疲劳强度实验、静强度实验和气动载荷实验的载荷施加情况。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种车门载荷模拟实验装置及方法，包括：

固定机构，包括支撑平台和固定架，所述支撑平台用以放置试验件，所述固定架将试验件限制在竖直方向上；

加载机构，所述加载机构设置在所述支撑平台上，包括外加载单元和内加载单元，所述内加载单元和所述外加载单元分别位于试验件的内外两侧，且与试验件连接，用于对试验件施加载荷；

其中，所述外加载单元包括外施力缸、连接架和若干变形模块，所述连接架平行于试验件外侧面设置，所述外施力缸固定在所述连接架中部，若干所述变形模块均匀设置在所述连接架朝向试验件外侧面的一侧，所述外施力缸通过伸缩对所述连接架施加载荷，所述变形模块随着试验件的变形而变形；

所述内加载单元包括内施力缸和施力模块，所述施力模块一侧朝向试验件内侧面设置，另一侧垂直固定有所述内施力缸，所述施力模块通过所述内施力缸对试验件内侧面施加载荷。

进一步的，所述固定架包括设置在试验件四周的框架以及设置在所述框架上的固定块，所述固定块与试验件内侧面的机构对应设置，形成稳定的连接关系。

进一步的，所述连接架包括两组相互平行设置的横板和竖板，所述横板和所述竖板间隔设置，首尾顺次连接，形成矩形结构；

其中，所述连接架中部设有加强板，所述加强板与所述竖板平行设置，以连接所述外施力缸和所述连接架。

进一步的，所述变形模块包括纵向调节组件和横向调节组件，所述纵向调节组件与所述横向调节组件相互垂直设置；

所述纵向调节组件包括固定座、平衡杆和支点轴，所述固定座包括底板以及与所述底板垂直设置的两侧板，所述平衡杆自两所述侧板之间穿过，沿着所述底板对称设置，所述平衡杆通过所述支点轴，与两所述侧板转动连接；

所述横向调节组件包括上支撑块、下支撑块和传递板，所述上支撑块固定在所述支点轴端部，所述下支撑块设置在所述传递板上，所述传递板平行于试验件表面设置，所述上支撑块与所述下支撑块铰接。

进一步的，所述支点轴两侧面与两所述侧板相对设置的面贴合，所述支点轴的顶面与所述底板朝向所述支点轴的一面之间留有调节的高度间隙。

进一步的，变形模块包括连接杆、四连杆和传力板，所述连接杆与所述连接架连接，所述四连杆为平行四边形结构，所述连接杆和所述传力板分别与四连杆相对的端点铰接，另外两相对的端点分别通过调节柱与一调节杆的两端连接。

进一步的，所述调节杆两端分别设有滑槽，所述调节柱端部伸入所述滑槽中，所述四连杆变形时，所述调节柱沿着所述滑槽移动。

进一步的，所述施力模块包括施力板和连接框，所述施力板为长直条状，沿着试验件的长度方向水平设置，所述连接框呈“[”结构，与所述施力板形成贯穿的空腔，供试验件内侧面的机构穿过。

本发明还提供一种车门载荷模拟实验方法，利用上述车门载荷模拟实验装置完成，包括以下步骤：

S1：检查试验件外观质量，并记录缺陷情况；

S2：检测并记录环境温度和相对湿度；

S3：将试验件安装在支撑平台上，并通过固定架将试验件限制在竖直方向上；

S4：安装并调试实验装置，使得外加载单元和内加载单元分别朝向试验件的内外侧设置；

S5：外加载单元和/或内加载单元对试验件表面施加载荷，并测量试验件的最大变形量、力－应变和力－位移曲线；

S6：载荷施加过程中对试验件状态进行实时检测监控，一旦试验件出现损坏，立即停止实验，记录损坏情况及损坏出现的时间；

S7：对试验件进行目视检查，记录试验件状态；

S8：记录并保存实验数据。

进一步的，步骤S5中施加的载荷可以为交变载荷、均布载荷或者静压载荷。

本发明的有益效果为：本发明通过设置固定机构限制试验件处于竖直方向，保证载荷能够施加在试验件的法向面上，通过内加载单元和外加载单元分别对试验件的内外两侧施加载荷，能够满足不同的实验过程中的载荷施加效果，减少了实验装置使用的局限性，也保证了实验结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中车门载荷模拟实验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中固定架的结构示意图；

图3为本发明实施例一中连接架的结构示意图；

图4为本发明实施例一中外加载单元的位置示意图；

图5为本发明实施例一中外加载单元的结构示意图；

图6为本发明实施例一中变形模块的结构示意图；

图7为本发明实施例一中变形模块的侧视图；

图8为本发明实施例一中内加载单元的结构示意图；

图9为本发明中车门载荷模拟实验方法的流程示意图；

图10为本发明实施例二中外加载单元的位置示意图；

图11为本发明实施例二中施力模块的结构示意图。

附图标记：01、试验件；10、固定机构；11、支撑平台；12、固定架；121、框架；122、固定块；20、加载机构；21、外加载单元；211、外施力缸；212、连接架；212a、横板；212b、竖板；212c、加强板；213、变形模块；213a、连接杆；213b、四连杆；213c、传力板；213d、调节柱；213e、调节杆；213f、滑槽；2131、纵向调节组件；2131a、固定座；21311a、底板；21312a、侧板；2131b、平衡杆；2131c、支点轴；2132、横向调节组件；2132a、上支撑块；2132b、下支撑块；2132c、传递板；22、内加载单元；221、内施力缸；222、施力模块；222a、施力板；222b、连接框。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

如图1至图9所示的车门载荷模拟实验装置及方法，包括：

固定机构10，包括支撑平台11和固定架12，支撑平台11用以放置试验件01，固定架12将试验件01限制在竖直方向上；

加载机构20，加载机构20设置在支撑平台11上，包括外加载单元21和内加载单元22，内加载单元22和外加载单元21分别位于试验件01的内外两侧，且与试验件01连接，用于对试验件01施加载荷；此处为便于说明，本实施例中以试验件01突出的一侧作为试验件的外侧面，以试验件01凹陷一侧作为试验件的内侧面；

其中，外加载单元21包括外施力缸211、连接架212和若干变形模块213，连接架212平行于试验件01外侧面设置，外施力缸211固定在连接架212中部，若干变形模块213均匀设置在连接架212朝向试验件01外侧面的一侧，外施力缸211通过伸缩对连接架212施加载荷，变形模块213随着试验件01变形而变形；

内加载单元22包括内施力缸221和施力模块222，施力模块222一侧朝向试验件01内侧面设置，另一侧垂直固定有内施力缸221，施力模块222通过内施力缸221对试验件01内侧面施加载荷。

此处需要说明的是，试验件01可以为没有设置门上机构的纯门板，也可以是设置有门上机构的门扇结构，能够根据不同的实验检测出不同状态下试验件01的情况；加载机构20在施加载荷的同时，设有导向机构，以保证载荷的施加方向，导向机构的设置与现有技术中的设置相同，在此处不进行详细说明。

通过设置固定机构10限制试验件01处于竖直方向，保证载荷能够施加在试验件01的法向面上，通过内加载单元22和外加载单元21分别对试验件01的内外两侧施加载荷，能够满足不同的实验过程中的载荷施加效果，减少了实验装置使用的局限性，也保证了实验结果的准确性。

具体的，固定架12包括设置在试验件01四周的框架121以及设置在框架121上的固定块122，当试验件01上设有门上机构时，固定块122与试验件01内侧面的机构对应设置，形成稳定的连接关系，当没有门上机构时，试验件01直接限制在框架121中，保持竖直状态。

具体的，连接架212包括两组相互平行设置的横板212a和竖板212b，横板212a和竖板212b间隔设置，首尾顺次连接，形成矩形结构，以便于若干变形模块213的安装，优选的，连接架212由铝型材制成，铝型材具有质量轻、强度高等特点，保证连接的可靠性；

其中，连接架212中部设有加强板212c，加强板212c与竖板212b平行设置，以连接外施力缸211和连接架212，需要说明的是，外施力缸211设置在加强板212c的中部位置，保证试验件01表面能够受到均匀的载荷，使得测试结果更加准确。

作为其中一种实施方式，变形模块213包括纵向调节组件2131和横向调节组件2132，纵向调节组件2131与横向调节组件2132相互垂直设置，分别从横向和纵向上留出之间变形的空间；

具体的，纵向调节组件2131包括固定座2131a、平衡杆2131b和支点轴2131c，固定座2131a包括底板21311a以及与底板21311a垂直设置的两侧板21312a，平衡杆2131b自两侧板21312a之间穿过，沿着底板21311a对称设置，平衡杆2131b通过支点轴2131c，与两侧板21312a转动连接，形成杠杆式结构，横向调节组件2132设置在平衡杆2131b的两端，且转动方向与平衡杆2131b的转动方向处于垂直状态，当试验件01受到载荷作用变形后，相邻两横向调节组件2132在平衡杆2131b的作用下，留出变形的空间，使得试验件01持续受到法向的载荷作用；

横向调节组件2132包括上支撑块2132a、下支撑块2132b和传递板2132c，上支撑块2132a固定在支点轴2131c端部，下支撑块2132b设置在传递板2132c上，传递板2132c平行于试验件01表面设置，上支撑块2132a与下支撑块2132b铰接。

其中，支点轴2131c两侧面与两侧板21312a相对设置的面贴合，使得支点轴2131c的侧面与侧板21312a之间存在一定的转动摩擦力，保证连接刚性，支点轴2131c的顶面与底板21311a朝向支点轴2131c的一面之间留有调节的高度间隙，留出支点轴2131c相对于固定座2131a转动的空间，同时也限制支点轴2131c转动的角度，防止转动过度。

具体的，施力模块222包括施力板222a和连接框222b，施力板222a为长直条状，沿着试验件01的长度方向水平设置，根据实际需要施加载荷的位置，可以调节施力板222a在高度方向上的设置位置，连接框222b呈“[”结构，与施力板222a形成贯穿的空腔，供试验件01内侧面的机构穿过，避免施力板222a直接施加在试验件01上的机构上，影响实验结果的准确性。

本发明还提供一种车门载荷模拟实验方法，包括以下步骤：

S1：检查试验件01外观质量，并记录缺陷情况；

S2：检测并记录环境温度和相对湿度；

S3：将试验件01安装在支撑平台11上，并通过固定架12将试验件01限制在竖直方向上；

S4：安装并调试实验装置，使得外加载单元21和内加载单元22分别朝向试验件01的内外侧设置；

S5：外加载单元21和/或内加载单元22对试验件01表面施加载荷，并测量试验件01的最大变形量、力－应变和力－位移曲线；

S6：载荷施加过程中对试验件01状态进行实时检测监控，一旦试验件01出现损坏，立即停止实验，记录损坏情况及损坏出现的时间；

S7：对试验件01进行目视检查，记录试验件01状态；

S8：记录并保存实验数据。

以3350/h速度等级动车组的车门疲劳强度试验为例，当进行疲劳强度试验时，外加载单元21对试验件01施加交变载荷，可以通过在传递板2132c上设置结构胶，将若干变形模块213与试验件01外侧面连接，通过外施力缸211对连接架212施加交变载荷，施加压强±4500Pa，循环一百万次和压强±6000Pa，循环二十万次的交变载荷，测量并记录试验件01的最大变形量、力－应变和力－位移曲线，若试验件01无破损、开裂，试验件01上的结构无永久变形（包括开裂、鼓包等），锁闭装置正常，则说明试验件01符合疲劳强度试验标准；当进行静强度试验时，内加载单元22对试验件01施加均布载荷，将施力板222a设置为200mm宽，距离支撑平台11高度1300mm的区域内，通过内施力缸221施加1KN/m的力，持续加载15分钟，若试验件01不产生永久变形或者开闭失效的现象，则符合静试验标准；当进行气动载荷试验时，试验件01上的结构正常关闭且锁紧后，外加载组件在试验件01外侧面均匀施加压强为6000Pa的载荷，内加载组件在门扇内高度1300mm，宽度200mm的区域上施加1KN/m的静压载荷，若试验件01各处无破坏，门扇不出现开裂、鼓包、脱空等缺陷，则符合气动载荷试验标准。

实施例二

本实施例中提供了变形模块213的另一种设置方式，其他结构如固定机构10、内加载单元22的设置与实施例一中相同，在此处不进行赘述。

如图10至图11所示，变形模块213包括连接杆213a、四连杆213b和传力板213c，连接杆213a与连接架212连接，四连杆213b为平行四边形结构，连接杆213a和传力板213c分别与四连杆213b相对的端点铰接，另外两相对的端点分别通过调节柱213d与一调节杆213e的两端连接；待试验件01受到载荷作用产生变形后，四连杆213b能够随着试验件01表面的变形产生变形，在高度上产生一定程度的压缩或拉伸，试验件01的变形程度能够通过四连杆213b体现出来。

优选的，调节杆213e两端分别设有滑槽213f，调节柱213d端部伸入滑槽213f中，所述四连杆213b变形时，所述调节柱213d沿着所述滑槽213f移动，从而限制四连杆213b的变形程度，具有一定的支撑刚性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种车门载荷模拟实验装置，其特征在于，包括：

固定机构，包括支撑平台和固定架，所述支撑平台用以放置试验件，所述固定架将试验件限制在竖直方向上；

加载机构，所述加载机构设置在所述支撑平台上，包括外加载单元和内加载单元，所述外加载单元和所述内加载单元分别位于试验件的内外两侧，且与试验件连接，用于对试验件施加载荷；

其中，所述外加载单元包括外施力缸、连接架和若干变形模块，所述连接架平行于试验件外表面设置，所述外施力缸固定在所述连接架中部，若干所述变形模块均匀设置在所述连接架朝向试验件外表面的一侧，所述外施力缸通过伸缩对所述连接架施加载荷，所述变形模块随试验件变形而随形；

所述内加载单元包括内施力缸和施力模块，所述施力模块一侧朝向试验件内表面设置，另一侧垂直固定有所述内施力缸，所述施力模块通过所述内施力缸对试验件内表面施加载荷；

所述变形模块包括纵向调节组件和横向调节组件，所述纵向调节组件与所述横向调节组件相互垂直设置；

所述纵向调节组件包括固定座、平衡杆和支点轴，所述固定座包括底板以及与所述底板垂直设置的两侧板，所述平衡杆自两所述侧板之间穿过，沿着所述底板对称设置，所述平衡杆通过所述支点轴，与两所述侧板转动连接；

所述横向调节组件包括上支撑块、下支撑块和传递板，所述上支撑块固定在所述支点轴端部，所述下支撑块设置在所述传递板上，所述传递板平行于待测试件表面设置，所述上支撑块与所述下支撑块铰接。

2.根据权利要求1所述的车门载荷模拟实验装置，其特征在于，所述固定架包括围设在试验件四周的框架以及设置在所述框架上的固定块，所述固定块与试验件内表面的机构对应设置，形成稳定的连接关系。

3.根据权利要求1所述的车门载荷模拟实验装置，其特征在于，所述连接架包括两组相互平行设置的横板和竖板，所述横板和所述竖板间隔设置，首尾顺次连接，形成矩形结构；

其中，所述连接架中部设有加强板，所述加强板与所述竖板平行设置，以连接所述外施力缸和所述连接架。

4.根据权利要求1所述的车门载荷模拟实验装置，其特征在于，所述支点轴两侧面与两所述侧板相对设置的面贴合，所述支点轴的顶面与所述底板朝向所述支点轴的一面之间留有调节的高度间隙。

5.根据权利要求1所述的车门载荷模拟实验装置，其特征在于，变形模块包括连接杆、四连杆和传力板，所述连接杆与所述连接架连接，所述四连杆为平行四边形结构，所述连接杆和所述传力板分别与四连杆相对的端点铰接，另外两相对的端点分别通过调节柱与一调节杆的两端连接。

6.根据权利要求5所述的车门载荷模拟实验装置，其特征在于，所述调节杆两端分别设有滑槽，所述调节柱端部伸入所述滑槽中，随所述四连杆变形沿着所述滑槽移动。

7.根据权利要求1所述的车门载荷模拟实验装置，其特征在于，所述施力模块包括施力板和连接框，所述施力板为长直条状，沿着试验件的长度方向水平设置，所述连接框呈“[”结构，与所述施力板形成贯穿的空腔，供试验件内侧面的机构穿过。

8.一种车门载荷模拟实验方法，利用如权利要求1~7任一项所述的车门载荷模拟实验装置完成，其特征在于，包括以下步骤：

S1：检查试验件外观质量，并记录缺陷情况；

S2：检测并记录环境温度和相对湿度；

S3：将试验件安装在支撑平台上，并通过固定架将试验件限制在竖直方向上；

S4：安装并调试实验装置，使得外加载单元和内加载单元分别朝向试验件的内外侧设置；

S5：外加载单元和/或内加载单元对试验件表面施加载荷，并测量试验件的最大变形量、力－应变和力－位移曲线；

S6：载荷施加过程中对试验件状态进行实时检测监控，一旦试验件出现损坏，立即停止实验，记录损坏情况及损坏出现的时间；

S7：对试验件进行目视检查，记录试验件状态；

S8：记录并保存实验数据。

9.根据权利要求8所述的车门载荷模拟实验方法，其特征在于，步骤S5中施加的载荷可以为疲劳载荷、均布载荷或者气动载荷。

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