CN204405342U - 一种铁道机车驱动部件动态加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铁道机车驱动部件动态加载装置，属于机车工程试验领域。本实用新型的垂向及横向油缸，纵向定位电动推拉杆及限位推拉杆的两端均设有球铰，它们的一端与笼形加载框架连接，另一端连接到基座，因此加载框架的六自由度运动可控，同时其上层框架具有特殊的连接接口，可与滚动进入其中的带被试驱动部件的模拟转向架实现快速连接，从而有效地对装入转向架的驱动部件进行动态加载，模拟其振动与受力的工作环境。该加载装置以不变的结构，适应不同的被试驱动部件，避免了频繁拆装油缸的问题，减少了工作量，且油缸采用受拉方式加载，同时有弹簧拉杆并联完成垂向静态分力加载。主要用于铁道机车驱动部件加载试验。

Description

一种铁道机车驱动部件动态加载装置

技术领域

本实用新型属于铁道机车工程技术领域，特别涉及铁道机车的驱动部件加载试验技术。

背景技术

随着牵引电机转速的提高和功率的加大,铁道机车轮轴驱动系统成为决定机车可靠性的关键环节，需要建立专门的试验台实现大功率机车轮轴驱动系统的动态振动加载模拟环境，展开试验研究。

目前，可为轮轴驱动提供动态加载环境的试验台包括已经建成的铁道科学研究院的轮轨关系试验台，可以提供模拟带有不平顺钢轨的界面。由龙门架和安装在龙门架横梁下方的液压油缸提供推力形成的动态轴重加载环境，安装在龙门架立柱上的横向油缸模拟来自车体的横向激扰。类似的试验台还有意大利的鲁西尼试验台。查阅以前的类似专利可以发现，现有的大多数转向架静态轴重加载方法都是利用龙门架和垂向油缸，油缸一端安装在龙门架上部横梁下表面，另一端直接或通过另一根横梁安装在转向架构架的上表面，对构架施加垂向载荷；还有少数利用横梁和螺杆的方式施加静态轴重。

中国发明专利公开号CN201220724006.X公开的对于动态轴重的加载，现阶段主要依靠龙门架和油缸实现，这种方式虽然普遍应用，但也存在缺点：第一，龙门架高度较高，油缸的安装及拆卸不方便，耗费工时；第二，油缸的安装方式决定了其在施加垂向载荷时承受的是压力，安全稳定性差；第三，油缸的频繁拆卸使接头及管路的寿命大大降低；第四，龙门架体积庞大用料多，设备投资多。

铁道机车的车体是安放在二个或三个转向架上。转向架上的轮轴静止不动时，承受车体重量带来的静载荷分量；沿轨道运行时，需承受因为车体振动及轨道不平顺产生的附加动载荷分量。车体施加的轮轴载荷引起的轮轴变形会明显影响齿轮、轴承等驱动部件的接触状况，改变它们的工作应力，明显影响轮轴驱动系统的可靠性。由于交流牵引电机传动相对直流牵引电机的恒功率最高转速提升幅度可以达到50％以上，因此采用交流传动的大功率机车的小齿轮轴承速度相应提高。此外,牵引电机的广谱力矩谐波在驱动及走行弹性悬挂系统中，均会引起额外的振动和应力。尽管大功率机车的轮轴驱动系统采用电机——齿轮箱一体化的结构，齿轮啮合及电机与小齿轮轴承的受力得到改善，但3000r/min以上的轴承及小齿轮一直在振动冲击环境中运行，始终是整个机车的薄弱环节。

对于最高120km/h速度的机车，牵引电机一般采用轴悬方式，轮轴驱动系统可以不带车轮试验,但对于200km/h级机车驱动系统，必须带车轮试验。不同的生产厂家、不同的机车，其轮轴驱动系统都有其特殊性。因此,对在考虑转向架上部横向、垂向激扰，钢轨在下部垂向激扰，考虑牵引电机全功率驱动条件下，大功率机车轮轴驱动试验动态加载问题进行研究，将提供加载功能齐全、操作方便、试验安全的试验台振动加载方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种铁道机车驱动部件动态加载装置，它能有效地解决模拟牵 引电机在全功率驱动条件下，对大功率机车转向架施加上部横向、垂向激扰，下部垂向激扰等轮轴驱动试验的动态加载问题

本实用新型的目的由以下技术方案来实现：一种铁道机车驱动部件动态加载装置包括：

一个具有六自由度运动的笼形四方体组合加载框架；

加载框架下层框架四角连接的四个垂向油缸及四套垂向弹簧拉杆；

加载框架下层框架侧梁前端连接的二根纵向电动推拉杆，侧梁后端连接的二根限位推拉杆；

加载框架上层框架左侧梁中部连接的一根横向油缸；

加载框架设有与模拟转向架上部协调的上下可调的螺纹升降定位锥销及四套垂向紧固螺杆；

加载框架设有与模拟转向架上部接口对位使用的纵向及横向调节推拉杆。

设于安装板且与加载框架联结的垂向油缸和横向油缸,(所述的垂向油缸为动态加载油缸，横向油缸为激振油缸)它们和纵向电动推拉杆及限位推拉杆的两端均设有球铰。垂向油缸的一端球铰座与安装板固结，另一端球铰座与下层框架连接，横向油缸的一端球铰座与横向反力架连接，另一端球铰座与上层框架左侧侧梁连接；二根纵向电动推拉杆的一端球铰座分别与下层框架前侧梁两端连接，二根限位推拉杆的一端球铰座分别与下层框架后侧梁两端连接；垂向弹簧拉杆的弹簧套筒与安装板连接，垂向弹簧拉杆的另一端通过球面轴承与下层框架的横梁及轮辐式传感器联结，上方通过螺母固定；上层框架的四角与下层框架的四角之间设有通过螺栓连接的立柱，上层框架与下层框架及立柱的立面之间形成的侧立面矩形框内设有呈倒“V”字形布置的固定斜撑和呈“V”字形布置的活动斜撑；上层框架中间主梁上设有左右对称的竖向长槽，槽中设有螺纹升降定位锥销；上层框架的后横端梁设有带纵向手轮的纵向调节推拉杆，上层框架靠近横向反力架的一侧设有带横向手轮的横向调节推拉杆，上层框架的前后横端梁上设有带垂向手轮的垂向紧固螺杆。

所述纵向调节推拉杆、横向调节推拉杆、垂向紧固螺杆的自由端均设有与被加载体配合的连接块。

所述下层框架的前横梁上设有可以伸缩的上车轨。

所述立柱端面带法兰。

所述螺纹升降定位锥销与上层框架之间设有可调轨距的活动换挡块。

所述活动斜撑带有球铰的一端与上层框架的纵梁联结、另一端与下层框架通过螺栓联结。

上层框架的前、后端梁均为两个背对背的槽钢与上下面板的焊接结构，该上下面板上设有两个左右对称的允许垂向方头螺栓横向调整间距的长槽。

所述的模拟转向架构架由左、右两侧梁及两个端梁组成，提供驱动部件以规定的安装接口，同时为试验台加载框架提供安装界面，模拟转向架构架设有：

①带轮缘的独立转动的辅助走行轮二个，与动轮对使用同样的导轨；

②在其侧梁上表面轴箱正上方，设置φ60～80的锥形插销座，共二个；

③在其后端梁后侧面，设置带T形槽叉的销孔对位螺栓连接座，共二个；

④在侧梁上部两端设置T形槽垂向螺栓头连接座；

本实用新型的工作原理如下：

试验方法：被试验的轮轴驱动部件安装在带有约定定位接口的模拟转向架构架上，在生产车间组装成带辅助支撑轮的模拟转向架；铁道机车驱动部件动态加载装置安装在试验基础台上，主体为具有六自由度运动的笼形四方体组合式加载框架，配以垂向弹簧拉杆与垂向油缸，横向油缸，纵向电动推拉杆及限位推拉杆；加载框架的上层框架主梁上设置有二个螺纹升降定位锥销与模拟转向架匹配的快速定位接口，还开有前“门”，允许所述模拟转向架滚动进入笼形加载框架内部，借助于纵向及横向调节推拉杆，加载框架上的销与孔能实现对准，模拟转向架构架能定位到加载框架上，并被施加以六自由度的运动控制，从而实现轮轴驱动系统的动态加载试验。

由于与加载框架连接的油缸\推拉杆等杆件至少有1000mm长，且两端至少有二个被动的摆动自由度，起限位作用的纵向推拉杆带间隙。加载框架垂向振动的范围为：±50mm，横向大约为±30mm，纵向电动推拉杆的动作范围为±15mm。因此，除了需要四个垂向油缸作平面协调控制外，横向与纵向运动可以自由独立控制。这样，可在如下三个方向上实现多种运动：

①垂向，模拟转向架承受加载框架施加的相当于二系悬挂装置的高圆簧或橡胶堆施加的部分车体重量，通过一系弹簧压缩变形向轮对传递垂向力，使之产生等效的轮重、轴重；具体通过调整四根垂向弹簧拉杆的螺母，调整一系弹簧的压缩量，调整静态轴重，通过动态控制与垂向弹簧拉杆并联的垂向油缸的动态伸缩量，从而可以控制动态轮重。同步控制四个 垂向油缸，可以模拟转向架的沉浮振动，反相控制前后横向油缸，可以模拟点头振动；反相控制左右横向油缸则可以模拟转向架的侧滚或轮重转移。

②纵向，通过轴箱的单侧或双侧拉杆规定轮对的位置，配合轮轴系统借助轨道轮产生牵引或电气制动力，并将该纵向力通过二个螺纹升降定位锥销传递给加载框架；实际上加载框架也可控制轮对的冲角。

③横向，通过轴箱的单侧或双侧拉杆以及一系弹簧规定轮对的横向动态位置，并承受加载框架通过二个螺纹升降定位锥销施加的横向力或位移；

加载框架的作用为：通过模拟转向架构架间接加载，模拟驱动系统承受的动态轮重、转向架构架与轮对间的垂向及横向振动、轮对与钢轨的冲角。

试验台的操作流程:

第1步将动态加载框架归置原位

试验台动态加载框架，①借助四个垂向油缸上推,通过手柄摆动插入支撑块，再将油缸卸载，加载框架落到支撑块上，②上车轨前伸顶住轨道轮，③将横向调节推拉杆卡入加载框架的T形槽卡口；

第2步将模拟转向架推入并固定到加载框架

人工推动模拟转向架上台，车轮与轨道轮接触为止，将垂向紧固螺杆对准滑入纵向槽，将纵向调节推拉杆对准滑入垂向槽，二个纵向调节推拉杆牵引调整纵向位置，配合横向调节推拉杆调整横向位置，将螺纹升降定位锥销插入模拟转向架对应的销孔中，然后调整四个垂向紧固螺杆，将模拟转向架调整至水平位置，使螺纹升降定位锥销和销孔同轴紧密配合，并在模拟转向架前后端插入垫块，此时辅助走行轮悬空，拆掉辅助走行轮，将活动斜撑落下关门，并拧紧螺栓，上车轨电动缩回；

第3步将加载框架置于工作位

用四个垂向油缸顶升加载框架，转开支撑块，调整横向调节推拉杆的长度，使左右车轮与轨道轮的两处间隙基本相等，油缸活塞杆缓慢缩回使车轮与轨道轮接触，此时将横向推拉杆取出，进一步压缩模拟转向架一系弹簧，方便初调弹簧拉杆螺母，然后垂向油缸卸载，调整纵向电动推拉杆，使模拟转向架置于轨道轮正上方，锁紧螺杆，加载框架在纵向固定。进一步拧动垂向弹簧拉杆上方的螺母，使力传感器读数达到规定值。

第4步进行旋转与振动加载试验

电机通电使试验台滚动运行，按试验大纲规定进行各项旋转与振动加载试验。例如：①轮轴的扰度变形；②动态轮重的低频部分；③车轮底部实现转矩加载；④来自钢轨的垂向高 频振动激励；⑤电机与轮对的横向位移；横向离心力尽管难以模拟，但轮对与电机之间的相对横向位移，可以在构架上施加横向位移激振来实现。

第5步模拟转向架与加载框架脱开并滚出加载框架

试验结束主驱动电机停机后，垂向油缸下拉，松开弹簧拉杆螺母及限位推拉杆螺母后，垂向油缸伸至最高位置，转动支撑块使其转动到加载框架下方；将横向油缸调节到中位，调节横向推拉杆长度并将其端部卡入加载框架上方的T形槽卡口，卸载所有油缸使加载框架落在支撑块上；伸缩上车轨伸出顶住轨道轮，模拟转向架安装好滚轮，再将垂向螺杆松开，使辅助走行轮落在上车轨上，然后将螺纹升降定位锥销旋出脱离模拟转向架，加载框架活动斜撑升起开门，纵向调节推拉杆伸长控制模拟转向架及其车轮后退到与上车轨接触为止，使纵向调节推拉杆与转向架脱开，人工将转向架拉出笼形加载框架，借助行车将其吊上汽车运走。

上述五步就完成了一次完整的试验，并为下一次试验做好了准备。

本实用新型与现有技术相比的优点和效果：

1)加载框架对带快速接口的轮轴驱动元件组件-模拟转向架进行加载的试验模式，可以将复杂的轮轴驱动元件的接口问题在工厂处理，从而使试验现场的准备工作降到最低，缩短试验周期，提高了试验效率，并可实现200km/h级别的大功率机车轮轴驱动系统的动态试验。

2)该加载装置以不变的结构形态，适应不同的被试驱动部件，避免了频繁拆装油缸的问题，且油缸采用受拉方式加载，同时有弹簧拉杆并联完成垂向静态分力加载，不仅增加了加载的安全稳定性，且因为液压油缸只施加动态分力从而降低了其力能指标及对应的造价。

3)加载框架采用螺栓连接的上下二层结构，为运输、安装提供了方便，而且通过更换立柱与斜撑，还可以对其它轨道车轮轴驱动部件进行试验，扩大了试验对象的适应范围。相比庞大的龙门加载架，节省了材料，降低了设备投资。

4)如上所述，轮轴驱动部件被装入工艺转向架，运输到试验现场后，到开始试验一般只需要第2、3步的操作(第1步只用于首次试验)由于采用了优化的流程，有效的工装，2-3个熟练技工在半天即可完成，无需行车配合。试验完成后，只需要第5步的工作。仅需要2小时即可完成。

由此可见本实用新型的动态加载装置，功能齐全、操作方便、试验安全，节省准备时间。

附图说明

图1本实用新型三维立体图

图2本实用新型左视图(未带横向反力架)

图3本实用新型正视图

图4本实用新型俯视图

图5本实用新型上层框架A-A断面图

图6本实用新型下层框架局部放大图

图7本实用新型上层框架竖向长槽局部放大图

图8本实用新型垂向弹簧拉杆上部连接局部放大图

图9本实用新型模拟转向架左视图

图10本实用新型模拟转向架俯视图

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型做进一步描述：

一种铁道机车驱动部件动态加载装置，包括设于安装板10且与加载框架1联结的垂向油缸5和横向油缸6。垂向油缸5和横向油缸6及纵向电动推拉杆2的两端均设有球铰，垂向油缸5的一端球铰座与安装板10固结，另一端球铰座与下层框架15连接，横向油缸6的一端球铰座与横向反力架7连接，另一端球铰座与上层框架13左侧侧梁23连接；二根纵向电动推拉杆2的一端球铰座分别与下层框架15前侧梁两端连接，二根限位推拉杆21的一端球铰座分别与下层框架15后侧梁两端连接；垂向弹簧拉杆4的弹簧套筒与安装板10连接，垂向弹簧拉杆4的另一端通过球面轴承与下层框架15的横梁及轮辐式传感器26联结，上方通过螺母33固定；上层框架13的四角与下层框架15的四角之间设有通过螺栓连接的立柱14，上层框架13与下层框架15之间的四个竖向立面，其中三个立面设有呈倒“V”字形布置的固定斜撑16，另一个立面设有呈“V”字形布置的活动斜撑18，活动斜撑18带有球铰的一端与上层框架13的侧梁23联结，另一端与下层框架15通过螺栓联结；上层框架13为整体“日”字型焊接结构，中间主梁24上设有左右对称的竖向长槽22，槽中设有螺纹升降定位锥销12，上层框架13的前、后端梁25为两个背对背的槽钢与上下面板的焊接结构，该上下面板上设有两个左右对称的与垂向弹簧拉杆4的一端配合的长槽；上层框架13的前端梁下方设有带纵向手轮9的纵向调节推拉杆17，上层框架13靠近横向反力架7的一侧设有带横向手轮20的横向调节推拉杆8；上层框架13的前端梁上设有带垂向手轮19的垂向紧固螺杆11。

所述纵向调节推拉杆17、横向调节推拉杆8、垂向紧固螺杆11的自由端均设有与模拟转向架配合的连接块。

所述下层框架15的后侧横梁上设有可伸缩的上车轨3。

所述立柱14为端面带法兰的柱形结构。

所述螺纹升降定位锥销12与上层框架13之间设有可调轨距的活动导向块。

所述的模拟转向架构架由左、右两侧梁及两个端梁组成，提供驱动部件以规定的安装接口，同时为试验台加载框架提供安装界面，模拟转向架构架设有：

带轮缘的独立转动的辅助走行轮31二个，与动轮对27使用同样的导轨；

在其侧梁上表面轴箱正上方，设置φ60～80的锥形插销座30，共二个；

在其后横梁后侧面，设置带T形槽叉的销孔对位螺栓连接座32，共二个； 

在侧梁上部两端设置T形槽垂向螺栓头连接座29；

其中，垂向油缸5、横向油缸6及纵向电动推拉杆2两端均设有球铰，可以在限位或加载时不影响其他方向的自由度，从而确保了各向加载的真实准确性。垂向油缸5共四个，一端通过安装板10直接安装在地面上，另一端与下层框架15四角连接，用于试验时提供垂向载荷及激振力，实现上下沉浮、点头及侧滚运动。横向油缸6一端与上层框架13一侧侧梁23连接，另一端与横向反力架7连接，实现横向移动。二根纵向电动推拉杆2一端的球铰座分别与下层框架15前侧梁两端连接，二根限位推拉杆21一端的球铰座分别与下层框架15后侧梁两端连接，另一端与纵向反力架连接，可实现前后方位的位置调节及冲角调整。垂向弹簧拉杆4共四个，主要功能是施加静态轴重，由拉杆、套筒及弹簧等构成，其弹簧套筒下表面与安装板连接，垂向弹簧拉杆4的上部分穿过下层框架15的横梁、球面轴承及轮辐式传感器26后，端部连接螺母33，向下拧螺母时，垂向弹簧拉杆4变短，弹簧被压缩，施加在横梁上的下拉力增加，实现静态轴重加载。

立柱14是由钢板与矩管焊接而成的带端面法兰的柱形结构，共四个，布置于加载框架1四角，用螺栓分别与上层框架13和下层框15架连接。

试验台的操作流程:

第1步将动态加载框架归置原位

试验台动态加载，①借助四个垂向油缸5上推,通过手柄摆动插入支撑块，再将油缸卸载，加载框架1落到支撑块上，②上车轨3前伸顶住轨道轮，③将横向调节推拉杆8卡入加载框架1的T形槽卡口；

第2步将模拟转向架推入并固定到加载框架

人工推动模拟转向架上台，车轮与轨道轮接触为止，对准垂向紧固螺杆11滑入纵向槽，对准纵向调节推拉杆17滑入垂向槽，二个纵向调节推拉杆17牵引调整纵向位置，配合横向调节推拉杆8调整横向位置，将螺纹升降定位锥销12插入模拟转向架对应的销孔30中，然 后调整四个垂向紧固螺杆11，将模拟转向架调整至水平位置，使螺纹升降定位锥销12和销孔30同轴紧密配合，并在模拟转向架前后端插入垫块，此时辅助走行轮31悬空，拆掉辅助走行轮31，将活动斜撑18落下关门，并拧紧螺栓，上车轨3电动缩回；

第3步将加载框架置于工作位

用四个垂向油缸5顶升加载框架1，转开支撑块，调整横向调节推拉杆8的长度，使左右车轮27与轨道轮的两处间隙基本相等，垂向油缸5活塞杆缓慢缩回使车轮27与轨道轮接触，此时将横向推拉杆8取出，进一步压缩模拟转向架一系弹簧28，方便初调弹簧拉杆螺母33，然后垂向油缸5卸载，调整纵向电动推拉杆2，使模拟转向架置于轨道轮正上方，锁紧螺杆，加载框架1在纵向固定。进一步拧动垂向弹簧拉杆4上方的螺母，使轮辐式传感器26读数达到规定值。

第4步进行旋转与振动加载试验

电机通电使试验台滚动运行，按试验大纲规定进行各项旋转与振动加载试验。例如：①轮轴的扰度变形；②动态轮重的低频部分；③车轮底部实现转矩加载；④来自钢轨的垂向高频振动激励；⑤电机与轮对的横向位移；横向离心力尽管难以模拟，但轮对与电机之间的相对横向位移，可以在模拟转向架上施加横向位移激振来实现。

第5步模拟转向架与加载框架脱开并滚出加载框架

试验结束主驱动电机停机后，垂向油缸5下拉，松开弹簧拉杆螺母及限位推拉杆螺母后，垂向油缸5伸至最高位置，转动支撑块使其转动到加载框架1下方；将横向油缸6调节到中位，调节横向推拉杆8长度并将其端部卡入加载框架1上方的T形槽卡口，卸载所有油缸使加载框架1落在支撑块上；伸缩上车轨3伸出顶住轨道轮，模拟转向架安装好滚轮，再将垂向弹簧拉杆4松开，使辅助走行轮31落在上车轨上，然后将螺纹升降定位锥销12旋出脱离模拟转向架，加载框架1的活动斜撑18升起开门，纵向调节推拉杆17伸长控制模拟转向架及其车轮后退到与上车轨3接触为止，使纵向调节推拉杆17与转向架脱开，人工将转向架拉出笼形加载框架1，借助行车将其吊上汽车运走。

Claims (6)

1.一种铁道机车驱动部件动态加载装置，包括设于安装板(10)且与加载框架(1)联结的垂向油缸(5)和横向油缸(6)，其特征在于：垂向油缸(5)和横向油缸(6)及纵向电动推拉杆(2)的两端均设有球铰，垂向油缸(5)的一端球铰座与安装板(10)固结，另一端球铰座与下层框架(15)连接，横向油缸(6)的一端球铰座与横向反力架(7)连接，另一端球铰座与上层框架(13)左侧侧梁连接；二根纵向电动推拉杆(2)的一端球铰座分别与下层框架(15)前侧梁两端连接，二根限位推拉杆(21)的一端球铰座分别与下层框架(15)后侧梁两端连接；垂向弹簧拉杆(4)的弹簧套筒与安装板(10)连接，垂向弹簧拉杆(4)的另一端通过球面轴承与下层框架(15)的横梁及轮辐式传感器(26)联结，上方通过螺母(33)固定；上层框架(13)的四角与下层框架(15)的四角之间设有通过螺栓连接的立柱(14)，上层框架(13)与下层框架(15)及立柱(14)的立面之间设有呈倒“V”字形布置的固定斜撑(16)和呈“V”字形布置的活动斜撑(18)；上层框架(13)中间主梁(24)上设有左右对称的竖向长槽(22)，槽中设有螺纹升降定位锥销(12)；上层框架(13)的前后端梁(25)设有带纵向手轮(9)的纵向调节推拉杆(17)，上层框架(13)靠近横向反力架(7)的一侧的侧梁(23)上设有带横向手轮(20)的横向调节推拉杆(8)，上层框架(13)的前后端梁(25)上设有带垂向手轮(19)的垂向紧固螺杆(11)。

2.根据权利要求1所述的一种铁道机车驱动部件动态加载装置，其特征在于：所述纵向调节推拉杆(17)、横向调节推拉杆(8)、垂向紧固螺杆(11)的另一端均设有与模拟转向架配合的连接块。

3.根据权利要求1所述的一种铁道机车驱动部件动态加载装置，其特征在于：所述下层框架(15)的一侧横端梁上设有上车轨(3)。

4.根据权利要求1所述的一种铁道机车驱动部件动态加载装置，其特征在于：所述立柱(14)端面带法兰。

5.根据权利要求1所述的一种铁道机车驱动部件动态加载装置，其特征在于：所述螺纹升降定位锥销(12)与上层框架(13)之间设有可调轨距的活动换挡块。

6.根据权利要求1所述的一种铁道机车驱动部件动态加载装置，其特征在于：所述活动斜撑(18)带有球铰的一端与上层框架(13)的侧梁(23)联结、另一端与下层框架(15)通过螺栓联结。