CN205943165U - 基于4‑4dof的轨道线型及不平顺模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种基于4‑4dof的轨道线型及不平顺模拟器。包括4个四自由度运动测试平台，分别为1号运动测试平台、2号运动测试平台、3号运动测试平台和4号运动测试平台，中间过桥(E)和一对钢轨(F)及其固定装置；1号运动测试平台与2号运动测试平台以及3号运动测试平台与4号运动测试平台沿x轴方向对称地布置，2号运动测试平台与3号运动测试平台以及1号运动测试平台与4号运动测试平台沿y轴方向对称地布置；所述的1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台结构及尺寸均相同，且主要有横向作动器(H)、一号垂向作动器、二号垂向作动器、三号垂向作动器、运动工作台(G)和反力支座(L)组成。

Description

基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器

技术领域

本实用新型涉及车辆动态仿真与测试领域。

背景技术

轨道的几何线型是指轨道上两股钢轨在平面和立面上的相互位置关系。在直线段，平面上左右两股钢轨要保持与轨道中线相等距离和一致的方向；在立面上，除了随着线路纵断面的变化保持一致高度外，在每一横断面上左右两轨顶面应保持同一高度。在曲线段，使外股相对于内股应保持一定的高差，两轨间的距离要比直线加宽。在不致影响列车安全与正常运行前提下，对上述的标准要求，都允许有一定的误差，并根据线路等级的不同，各国都规定了自己的标准。

轨道不平顺是指在机车车辆的不稳定重复荷载作用下，轨道会出现垂向、横向的动态弹性变形和残余积累变形，是轨道的尺寸、几何形状和空间位置相对其正常状态的偏差。轨道不平顺主要包括垂向和水平不平顺，垂向不平顺包括高低、水平和扭曲不平顺，水平不平顺包括轨向和轨距不平顺。列车在不间断运行和自然条件等影响因素的作用下，线路的钢轨、轨枕、道碴和路基必然会发生各种各样的变形或损伤，使线路轨道产生不平顺，导致承载能力和安全性下降。轨道不平顺是引起机车车辆产生振动和轮轨作用力的主要原因，目前国内外对轨道不平顺对机车车辆影响的研究常采取普通线路试验、专门线路试验、室内台架试验等方式，试验占地面积大，操作不方便。

中国专利授权公告号为CN1O1750195A；授权公告日:2010年6月23日；申请日为2009年12月25日；发明名称:轨道车辆转向架双六自由度运动测试平台；专利号为ZL20091021540H.X；申请人为吉林大学。专利文件中介绍了由两个六自由度运动测试平台组成的转向架试验台。以此发明为核心，在高速列车系统集成国家工程实验室由吉林大学与长春轨道客车股份有限公司合作建成的转向架参数测定试验台，也可以提供轨道线型及轨道不平顺室内模拟仿真环境，但是其无法实现轨距不平顺的模拟，且由于同轴两轮支撑于一个平台上，在模拟水平不平顺时误差较大，同时对于一些轨距较窄的轨道进行不平顺模拟时，由于轨道左右钢轨无法同时独立进行模拟实验，因此实验结果与真实数据误差较大。

发明内容

本实用新型的目的是要解决现有技术中无法同时实现轨距、轨向、高低、水平、扭曲(三角坑)等轨道不平顺室内模拟的问题，提供了一种更符合实际状况的列车轨道线型及不平顺的室内模拟器。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其主要包括4个四自由度运动测试平台，分别为1号运动测试平台A、2号运动测试平台B、3号运动测试平台C和4号运动测试平台D，中间过桥E和一对钢轨F及其固定装置；1号运动测试平台A与2号运动测试平台B以及3号运动测试平台C与4号运动测试平台D沿x轴方向对称地布置，两平台之间的水平距离为300mm-500mm；2号运动测试平台B与3号运动测试平台C以及1号运动测试平台A与4号运动测试平台D沿y轴方向对称地布置，两平台之间的水平距离为700mm-1100mm；中间过桥E布置在2号运动测试平台B与3号运动测试平台C以及1号运动测试平台A与4号运动测试平台D的中间位置，并固定在两侧的支撑地基上；一对钢轨F通过其固定装置分别固装在运动工作台上的T型槽上，其轨距可调范围为700mm-1700mm。

所述的1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D主要有横向作动器H、一号垂向作动器I、二号垂向作动器J、三号垂向作动器K、运动工作台G和反力支座L组成；横向作动器H沿x轴方向设置，一端安装在反力支座L上，另一端球铰接于运动工作台G的凸台M外侧面中间位置，三号垂向作动器K下端固定安装在地基上，另一端球铰接于运动工作台G下表面靠近凸台M一端的中间位置，一号垂向作动器I和二号垂向作动器J一端固定安装在地基上，另一端以沿x轴设置的对称轴线对称地球铰接于运动工作台G下表面远离凸台M一端；一号垂向作动器I、二号垂向作动器J和三号垂向作动器K在运动工作台G下表面的连接点分布在一个对称轴线沿x轴方向设置的等腰三角形的三个顶点上。

技术方案中所述的1号运动测试平台A、2号运动测试平台B、3号运动测试平台C和4号运动测试平台D的结构及尺寸均相同，1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D的横向作动器H、一号垂向作动器I、二号垂向作动器J、三号垂向作动器K的结构及尺寸均相同，运动工作台G上表面两侧分别沿x轴方向开设了T型槽，方便固定钢轨以及按需调节轨距。所述的1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D中增加了一个和横向作动器H结构相同的横向作动器，同样结构的横向作动器沿x轴方向设置，一端安装在反力支座L上，另一端球铰接于运动工作台G的凸台外侧面中间位置，同样结构的横向作动器和横向作动器H处于同一水平面内。所述的1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D中增加了一套结构相同的垂向作动器，每套垂向作动器包括与一号垂向作动器I结构相同的垂向作动器、与二号垂向作动器J结构相同的垂向作动器以及与三号垂向作动器K结构相同的垂向作动器，每套垂向作动器一端固定安装在地基上，另一端球铰于运动工作台G的下表面，与三号垂向作动器K同样结构的垂向作动器、与一号垂向作动器I同样结构的垂向作动器以及与二号垂向作动器J同样结构的垂向作动器在运动工作台G下表面的连接点分布在一个对称轴线沿x轴方向设置的等腰三角形的三个顶点上。所述的轨道钢轨F沿y轴方向布置，其两端由其固定装置分别固定安装在1号运动测试平台A和4号运动测试平台D上表面的T型槽上，与轨道钢轨F相对称的另一条钢轨的两端固定安装在2号运动测试平台B和3号运动测试平台C上表面的T型槽上。所述的中间过桥E的上表面与运动工作台G的上表面处于同一平面内，方便试验车辆驶上或驶离实验台。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器可以同时实现轨距、轨向、高低、水平、扭曲(三角坑)等轨道不平顺的室内模拟，从而实现以往技术中不能实现的轨距不平顺的室内模拟，同时也可以进行轨道不同几何线型的室内模拟，为轨道车辆转向架及车辆总成的动态模拟与测试提供更近真实的模拟环境，为轨道车辆的开发和性能优化提供重要的试验依据。

附图说明

图1是本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器结构的轴测投影图；

图2是组成本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器的1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台结构的轴测投影图；

图3是表示1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台沿z方向运动原理的轴测投影图；

图4是表示1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台沿x方向运动原理的轴测投影图；

图5是表示1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台沿y轴旋转运动原理的轴测投影图；

图6是表示1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台沿x轴旋转运动原理的轴测投影图；

图7是表示本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器进行轨距或轨向不平顺模拟时运动原理的轴测投影图；

图8是表示本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器进行高低不平顺或在一定坡度下轨道几何线型模拟时运动原理的轴测投影图；

图9是表示本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器进行水平不平顺模拟时运动原理的轴测投影图；

图10是表示本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器进行扭曲(三角坑)不平顺模拟时运动原理的轴测投影图；

图11是表示本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器进行曲线弯道(右)线型模拟时运动原理的轴测投影图；

图中，A.1号运动测试平台，B.2号运动测试平台，C.3号运动测试平台，D.4号运动测试平台，E.中间过桥，F.钢轨，G.运动工作台，H.横向作动器，I.1号垂向作动器，G.2号垂向作动器，K.3号垂向作动器，L.反力支座，M.凸台。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

参阅图1，所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其主要包括四个4自由度运动测试平台，分别为1号运动测试平台A、2号运动测试平台B、3号运动测试平台C和4号运动测试平台D，中间过桥E和一对钢轨F及其固定装置；1号运动测试平台A与2号运动测试平台B以及3号运动测试平台C与4号运动测试平台D沿x轴方向对称地布置，两平台之间的水平距离为300mm-500mm；2号运动测试平台B与3号运动测试平台C以及1号运动测试平台A与4号运动测试平台D沿y轴方向对称地布置，两平台之间的水平距离为700mm-1100mm；中间过桥E布置在2号运动测试平台B与3号运动测试平台C以及1号运动测试平台A与4号运动测试平台D的中间位置，并固定在两侧的支撑地基上；一对钢轨F通过其固定装置分别固装在运动工作台上的T型槽上，其轨距可调范围为700mm-1700mm。

参阅图2，所述的1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D主要有横向作动器H、一号垂向作动器I、二号垂向作动器J、三号垂向作动器K、运动工作台G和反力支座L组成；横向作动器H沿x轴方向设置，一端安装在反力支座L上，另一端球铰接于运动工作台G的凸台M外侧面中间位置，三号垂向作动器K下端固定安装在地基上，另一端球铰接于运动工作台G下表面靠近凸台M一端的中间位置，一号垂向作动器I和二号垂向作动器J一端固定安装在地基上，另一端以沿x轴设置的对称轴线对称地球铰接于运动工作台G下表面远离凸台M一端；一号垂向作动器I、二号垂向作动器J和三号垂向作动器K在运动工作台G下表面的连接点分布在一个对称轴线沿x轴方向设置的等腰三角形的三个顶点上。

参阅图1和图2，1号运动测试平台A、2号运动测试平台B、3号运动测试平台C和4号运动测试平台D的结构及尺寸均相同，1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D的横向作动器H、一号垂向作动器I、二号垂向作动器J、三号垂向作动器K的结构及尺寸均相同，运动工作台G上表面两侧分别沿x轴方向开设了T型槽，方便固定钢轨以及按需调节轨距。所述的1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D中增加了一个和横向作动器H结构相同的横向作动器，同样结构的横向作动器沿x轴方向设置，一端安装在反力支座L上，另一端球铰接于运动工作台G的凸台外侧面中间位置，同样结构的横向作动器和横向作动器H处于同一水平面内。所述的1号运动测试平台A或2号运动测试平台B或3号运动测试平台C或4号运动测试平台D中增加了一套结构相同的垂向作动器，每套垂向作动器包括与一号垂向作动器I结构相同的垂向作动器、与二号垂向作动器J结构相同的垂向作动器以及与三号垂向作动器K结构相同的垂向作动器，每套垂向作动器一端固定安装在地基上，另一端球铰于运动工作台G的下表面，与三号垂向作动器K同样结构的垂向作动器、与一号垂向作动器I同样结构的垂向作动器以及与二号垂向作动器J同样结构的垂向作动器在运动工作台G下表面的连接点分布在一个对称轴线沿x轴方向设置的等腰三角形的三个顶点上。所述的轨道钢轨F沿y轴方向布置，其两端由其固定装置分别固定安装在1号运动测试平台A和4号运动测试平台D上表面的T型槽上，与轨道钢轨F相对称的另一条钢轨的两端固定安装在2号运动测试平台B和3号运动测试平台C上表面的T型槽上。所述的中间过桥E的上表面与运动工作台G的上表面处于同一平面内，方便试验车辆驶上或驶离实验台。

其他实施方式：

当运动测试平台的三个垂向作动器在运动工作台下表面的连接点分布在一个对称轴线沿x轴或y轴方向设置的等腰三角形的三个顶点上，其顶点可以设置在运动工作台下表面的左端中间位置、右端中间位置或远离凸台端的中间位置也可以达到相同效果。

基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器的工作原理：

参阅图3，1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台通过沿z轴方向设置的三个垂向作动器的同向运动，以及横向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现运动工作台沿z轴方向的向上或向下运动。

参阅图4，1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台通过沿x轴方向设置的横向作动器H的运动，以及三个垂向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现运动平台沿x轴方向的向左或向右运动。

参阅图5，1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台通过一号垂向作动器与二号垂向作动器沿z轴方向的同向运动，同时三号垂向作动器沿z轴方向的反向运动，以及横向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现运动工作台绕y轴的旋转运动。

参阅图6，1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台通过一号垂向作动器和二号垂向作动器沿z轴方向的相反运动，可实现运动工作台绕y轴的旋转运动。

以上所述实现了1号运动测试平台或2号运动测试平台或3号运动测试平台或4号运动测试平台沿x轴、沿z轴，绕x轴和绕y轴的四个自由度的运动。

参阅图7，1号运动测试平台与2号运动测试平台或3号运动测试平台与4号运动测试平台的两个横向作动器沿x轴方向同时作反向运动时，以及其六个垂向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现列车轨道的轨距不平顺的模拟。1号运动测试平台与2号运动测试平台或3号运动测试平台与4号运动测试平台的两个横向作动器沿x轴方向同时向左或同时向右运动时，以及其六个垂向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现列车轨道的轨向不平顺的模拟。

参阅图8，通过1号运动测试平台与2号运动测试平台或3号运动测试平台与4号运动测试平台的六个垂向作动器沿z轴方向同时向上或向下运动，以及其两个横向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现列车轨道的高低不平顺的模拟以及具有一定坡度轨道的线型模拟。

参阅图9，通过1号运动测试平台与2号运动测试平台或3号运动测试平台与4号运动测试平台的六个垂向作动器沿z轴方向同时向上或向下运动，以及其两个横向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现列车轨道的水平不平顺的模拟。

参阅图10，通过1号运动测试平台与3号运动测试平台或2号运动测试平台与4号运动测试平台的六个垂向作动器沿z轴方向同时向上或向下运动，以及其两个横向作动器的随动和绕其下支点的摆动，可实现列车轨道的扭曲(三角坑)不平顺的模拟。

参阅图11，若以y轴正方向作为前进方向，对于左转弯道，通过2号运动测试平台与3号运动测试平台的六个垂向作动器沿z轴方向同时向上运动，以及其六个垂向作动器的随动和绕其下支点的摆动，且2号运动测试平台与3号运动测试平台的两个横向作动器沿x轴方向向右运动，使右边钢轨略高于左边钢轨且轨距略变宽，此时可实现轨道左弯道线型的模拟；对于右转弯道，通过1号运动测试平台与4号运动测试平台的六个垂向作动器沿z轴方向同时向上运动，以及其六个垂向作动器的随动和绕其下支点的摆动，且1号运动测试平台与4号运动测试平台的两个横向作动器沿x轴方向向左运动，使左边钢轨略高于右边钢轨且轨距略变宽，此时可实现轨道右弯道线型的模拟。

本实用新型所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器实现了轨距、轨向、高低、水平、扭曲(三角坑)等轨道不平顺的室内模拟，同时也实现了进行轨道不同几何线型(坡度、弯道)的室内模拟。

Claims (6)

1.基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其特征在于，所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其主要包括4个四自由度运动测试平台，分别为1号运动测试平台(A)、2号运动测试平台(B)、3号运动测试平台(C)和4号运动测试平台(D)，中间过桥(E)和一对钢轨(F)及其固定装置；1号运动测试平台(A)与2号运动测试平台(B)以及3号运动测试平台(C)与4号运动测试平台(D)沿x轴方向对称地布置，两平台之间的水平距离为300mm-500mm；2号运动测试平台(B)与3号运动测试平台(C)以及1号运动测试平台(A)与4号运动测试平台(D)沿y轴方向对称地布置，两平台之间的水平距离为700mm-1100mm；中间过桥(E)布置在2号运动测试平台(B)与3号运动测试平台(C)以及1号运动测试平台(A)与4号运动测试平台(D)的中间位置，并固定在两侧的支撑地基上；一对钢轨(F)通过其固定装置分别固装在运动工作台上的T型槽上，其轨距可调范围为700mm-1700mm；

所述的1号运动测试平台(A)或2号运动测试平台(B)或3号运动测试平台(C)或4号运动测试平台(D)主要有横向作动器(H)、一号垂向作动器(I)、二号垂向作动器(J)、三号垂向作动器(K)、运动工作台(G)和反力支座(L)组成；横向作动器(H)沿x轴方向设置，一端安装在反力支座(L)上，另一端球铰接于运动工作台(G)的凸台(M)外侧面中间位置，三号垂向作动器(K)一端固定安装在地基上，另一端球铰接于运动工作台(G)下表面靠近凸台(M)一端的中间位置，一号垂向作动器(I)和二号垂向作动器(J)一端固定安装在地基上，另一端以沿x轴设置的对称轴线对称地球铰接于运动工作台(G)下表面远离凸台(M)一端；一号垂向作动器(I)、二号垂向作动器(J)和三号垂向作动器(K)在运动工作台(G)下表面的连接点分布在一个对 称轴线沿x轴方向设置的等腰三角形的三个顶点上。

2.按照权利要求1所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其特征在于所述的1号运动测试平台(A)、2号运动测试平台(B)、3号运动测试平台(C)和4号运动测试平台(D)的结构及尺寸均相同，1号运动测试平台(A)或2号运动测试平台(B)或3号运动测试平台(C)或4号运动测试平台(D)的横向作动器(H)、一号垂向作动器(I)、二号垂向作动器(J)、三号垂向作动器(K)的结构及尺寸均相同，运动工作台(G)上表面两侧分别沿x轴方向开设了T型槽，方便固定钢轨以及按需调节轨距。

3.按照权利要求1所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其特征在于所述的1号运动测试平台(A)或2号运动测试平台(B)或3号运动测试平台(C)或4号运动测试平台(D)中增加了一个和横向作动器(H)结构相同的横向作动器，同样结构的横向作动器沿x轴方向设置，一端安装在反力支座(L)上，另一端球铰接于运动工作台(G)的凸台(M)外侧面中间位置，同样结构的横向作动器和横向作动器(H)处于同一水平面内。

4.按照权利要求1所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其特征在于所述的1号运动测试平台(A)或2号运动测试平台(B)或3号运动测试平台(C)或4号运动测试平台(D)中增加了一套结构相同的垂向作动器，每套垂向作动器包括与一号垂向作动器(I)结构相同的垂向作动器、与二号垂向作动器(J)结构相同的垂向作动器以及与三号垂向作动器(K)结构相同的垂向作动器，每套垂向作动器一端固定安装在地基上，另一端球铰于运动工作台(G)的下表面，与三号垂向作动器(K)同样结构的垂向作动器、与一号垂向作动器(I)同样结构的垂向作动器以及与二号垂向作动器(J)同样结构的垂向作动器在运 动工作台下表面的连接点分布在一个对称轴线沿x轴方向设置的等腰三角形的三个顶点上。

5.按照权利要求1所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其特征在于所述的轨道钢轨(F)沿y轴方向布置，其两端由其固定装置分别固定安装在1号运动测试平台(A)和4号运动测试平台(D)上表面的T型槽上，与轨道钢轨(F)相对称的另一条钢轨的两端固定安装在2号运动测试平台(B)和3号运动测试平台(C)上表面的T型槽上。

6.按照权利要求1所述的基于4-4dof的轨道线型及不平顺模拟器，其特征在于所述的中间过桥(E)的上表面与运动工作台(G)的上表面处于同一平面内，方便试验车辆驶上或驶离实验台。