CN206906020U - 空气弹簧六自由度性能试验系统 - Google Patents

Abstract

一种空气弹簧六自由度性能试验系统，用于对空气弹簧进行试验，包括底座、龙门架、六自由度加载单元、高低温模拟单元；所述高低温模拟单元包括能够产生气流并调节气流温度的高低温控制箱，以及用于容纳空气弹簧的高低温风箱；所述高低温风箱分为硬箱体和伸缩管状的软箱体，所述硬箱体设置的第一通风口和第二通风口分别通过通风管与所述高低温控制箱设置的进风口和回风口相连；所述第一通风口和第二通风口在硬箱体上呈对角设置。采用Stewart平台结构的六自由度加载单元，结构紧凑，最低安装工位距离地面较近，便于被试件的安装。高低温风箱能够保证空气弹簧的正常形变，同时通风管都与硬箱体相连，且进风口和回风口呈对角设置，使高低温风箱内更容易保持温度均匀，提高温度模拟的真实度和准确性。

Description

空气弹簧六自由度性能试验系统

技术领域

本实用新型属于轨道车辆试验设备领域，尤其涉及一种空气弹簧六自由度性能试验系统。

背景技术

对于具有空气弹簧悬挂的轨道列车，通常会对空簧产生垂向，横向以及扭转三个自由度的作用力或力矩。由于在列车运行过程中，空簧处于较为复杂的受力状态，另外按铁标要求轨道列车需要在-40℃～50℃的环境下全天候运行。因此，其刚度、阻尼等力学性能、疲劳性能、气密性及耐高低温性能的好坏直接影响着列车的安全性和舒适性。

随着国内高速动车组的快速发展，对空簧的性能试验又提出了更高的要求，传统的单通道试验设备不能真实的反应实际路况下空簧的受力状态。而现有的多自由度空簧试验设备及方案大多采用了正交型机构从空气弹簧的下方或上方加载。经调研，存在以下问题：1、工位偏高，被试件安装困难；2、正交型机构运动耦合现象较严重，容易产生牵连运动，不能保证空气弹簧的气密性，且占地面积较大；3、试验频率偏低，不能满足高频试验需求。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的不足，提出一种工位低易于安装、结构紧凑、能够进行多种试验的空气弹簧六自由度性能试验系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种空气弹簧六自由度性能试验系统，用于对空气弹簧进行试验，包括底座、龙门架、六自由度加载单元、高低温模拟单元；

所述龙门架安装在底座上，所述龙门架设置的横梁上安装有用于连接所述空气弹簧上端的过渡箱；

所述六自由度加载单元安装在底座上，所述六自由度加载单元设置有用于连接所述空气弹簧下端的下托板；

所述高低温模拟单元包括能够产生气流并调节气流温度的高低温控制箱，以及用于容纳空气弹簧的高低温风箱；

所述高低温风箱一端与过渡箱相连，另一端与下托板相连；

所述高低温风箱分为硬箱体和伸缩管状的软箱体，所述硬箱体设置的第一通风口和第二通风口分别通过通风管与所述高低温控制箱设置的进风口和回风口相连；

所述第一通风口和第二通风口在硬箱体上呈对角设置。

作为优选，所述六自由度加载单元包括固定平台、加载平台和六个伺服作动器；

每个伺服作动器的两端均通过虎克铰分别与加载平台和固定平台相连，用以构成Stewart 平台结构；

所述固定平台与底座相连，所述下托板安装在所述加载平台设置的六维力传感器上。

作为优选，所述下托板设置有能够使空气弹簧端部开口的边缘插入的沟槽。

作为优选，所述过渡箱设置有过渡气室，以及与过渡气室相连并能够使空气弹簧端部插入的锥形孔。

作为优选，进一步包括设置有辅助气室的辅助箱，所述辅助气室通过气管与所述过渡气室相连通。

作为优选，所述辅助气室内充有能够调节其有效容积的油液，所述辅助箱上安装有用于检测油液的液位高度的液位传感器。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、采用Stewart平台结构的六自由度加载单元，结构紧凑，整体高度低，最低安装工位距离地面较近，便于被试件的安装。而且相比于正交布置的试验台具有更好的运动解耦特性，减小了实验过程中牵连运动的不利影响。

2、高低温模拟单元能够使空气弹簧在不同温度下进行试验，更加接近真实的使用环境，提高试验结果的准确性。高低温风箱分成硬箱体和软箱体，能够保证空气弹簧的正常形变，同时通风管都与硬箱体相连，且进风口和回风口呈对角设置，使高低温风箱内更容易保持温度均匀，提高温度模拟的真实度和准确性。

3、下托板的钩槽和过渡气室的锥形孔，使空气弹簧更加容易安装，同时保证了气密性，提高试验准确性。

4、通过油液控制辅助气室的气体容积，调节空气弹簧内气压，实现不同气压下空气弹簧的六自由度性能，同时与空气弹簧连通的阻尼孔孔径也可调，模拟不同阻尼孔尺寸下的综合性能，为新产品研发提供依据。

附图说明

图1为空气弹簧六自由度性能试验系统的结构示意图一；

图2为空气弹簧六自由度性能试验系统的结构示意图二；

以上各图中：1、空气弹簧；2、底座；3、龙门架；3.1、横梁；4、六自由度加载单元；4.1、下托板；4.2、固定平台；4.3、加载平台；4.4、伺服作动器；4.5、虎克铰；4.6、六维力传感器；4.7、接头；5、高低温模拟单元；5.1、高低温控制箱；5.2、高低温风箱；5.2.1、硬箱体；5.2.2、软箱体；5.3、第一通风口；5.4、第二通风口；5.5、通风管；6、过渡箱；6.1、锥形孔；7、辅助箱；7.1、液位传感器；8、气管。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至2所示，空气弹簧六自由度性能试验系统用于对空气弹簧1进行试验，包括底座2、龙门架3、六自由度加载单元4、高低温模拟单元5。

底座2为T型槽铁平台，便于其他部件的固定和安装。

龙门架3安装在底座2上，龙门架3设置的横梁3.1上安装有用于连接空气弹簧1上端的过渡箱6。

六自由度加载单元4安装在底座2上，六自由度加载单元4设置有用于连接空气弹簧1 下端的下托板4.1。

六自由度加载单元4包括固定平台4.2、加载平台4.3和六个伺服作动器4.4。

每个伺服作动器4.4的两端都通过虎克铰4.5分别与加载平台4.3和固定平台4.2铰接，用以构成Stewart平台结构。

伺服作动器为液压、气压等不同驱动形式的作动器，固定平台4.2与底座2相连，下托板4.1安装在加载平台4.3设置的六维力传感器4.6上。

高低温模拟单元5包括能够产生气流并调节气流温度的高低温控制箱5.1，以及用于容纳空气弹簧1的高低温风箱5.2。

高低温风箱5.2一端与过渡箱6相连，另一端与下托板4.1相连。

高低温风箱5.2分为硬箱体5.2.1和伸缩管状的软箱体5.2.2。硬箱体5.2.1为形不能发生形变、形状固定的结构；软箱体5.2.2为能够发生形变的柔性结构，由耐高低温、耐腐蚀的柔性材料制成。

硬箱体5.2.1设置的第一通风口5.3和第二通风口5.4分别通过通风管5.5与高低温控制箱5.1设置的进风口和回风口相连。

第一通风口5.3和第二通风口5.4在硬箱体5.2.1上呈对角设置，即第一通风口5.3位于硬箱体5.2.1的一角，第二通风口5.4位于硬箱体5.2.1与第一通风口5.3相对的另一角。

进行试验时，通过操作伺服作动器运动，将加载平台4.3垂直运动到其最低位置，将被试空气弹簧1压装在下托板4.1中央。

升高加载平台4.3至其工作中位置，将空气弹簧1顶端顶到过渡箱6上。空气弹簧1安装到过渡箱6和下托板4.1之间，两端密封。

向空气弹簧1内充气，达到指定内压。

通过伺服作动器运动，使六自由度加载单元4运动，并通过下托板4.1为待试验的空气弹簧1提供沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度，以及绕x、y、z三个直角坐标轴的转动自由度模拟。

六自由度加载单元4运动的过程中，六维力传感器4.6采集对应自由度上空气弹簧1所受的力值，并根据力值拟合出受力曲线，从而求出空气弹簧在各个自由度上的动、静态刚度。

为了提高试验准确性，进行试验时，将高低温风箱5.2安装到过渡箱6和下托板4.1之间，同时将空气弹簧1安装到高低温风箱5.2内。通过高低温控制箱5.1内的风机以及加热和制冷设备，吹出高温、低温的气流，并通过通风管5.5送入到高低温风箱5.2内，使空气弹簧1 处于高温、低温的环境下。同时六自由度加载单元4运动，通过下托板4.1为空气弹簧1提供多个方向的移动自由度和转动自由度，实现高温、低温环境下的六自由度模拟。

六自由度加载单元4运动的过程中，硬箱体5.2.1固定不同，而软箱体5.2.2随着加载平台4.3的运动姿态而发生形变，使空气弹簧1加载了多个方向的移动自由度和转动自由度的同时，依然位于高低温风箱5.2内的高温、低温环境下。

呈对角设置的第一通风口5.3和第二通风口5.4，使高温、低温的气流吹入到高低温风箱5.2内后，能够充分并均匀的分布，使高低温风箱5.2内的温度保持均匀，提高高温、低温环境模拟的精准性。

为了进行静态试验项目，进行试验时，空气弹簧1安装到过渡箱6和下托板4.1之间后，六自由度加载单元4不进行运动，通过充气、保压可完成空气弹簧1常温气密性实验；进行试验时，高低温风箱5.2安装到过渡箱6和下托板4.1之间，空气弹簧1安装到高低温风箱5.2内，高低温控制箱5.1向高低温风箱5.2内送入高温、低温的气流，使空气弹簧1处于高温、低温的环境下，然后通过充气、保压可完成空气弹簧1高温、低温环境下的气密性实验。

为了提高空气弹簧1安装的气密性，下托板4.1设置有能够封堵空气弹簧1端部开口的接头4.7，接头4.7设有能够使空气弹簧1端部开口边缘插入的沟槽。

沟槽内安装有O型橡胶密封圈，对空气弹簧1底端开口进行密封。

过渡箱6设置有能够使空气弹簧1端部插入的锥形孔6.1。空气弹簧1顶端开口插入到锥形孔6.1内，并以两层O型橡胶密封圈密封。

为了调节空气弹簧1的内压，实现不同内压下的试验，过渡箱6设置有过渡气室，过渡气室通过锥形孔6.1与空气弹簧1内腔相连通。

底座2上安装设有辅助气室的辅助箱7，辅助气室通过气管8与过渡气室相连通。辅助气室内充有能够调节其气体容积的油液，辅助箱7上安装有用于检测油液的液位高度的液位传感器7.1。

通过充入辅助气室内油液的容量，调节辅助气室内气体的容积。液位传感器7.1检测辅助气室内油液的容量，从而控制辅助气室内气体的容积。

调节辅助气室内气体的容积，使密封在空气弹簧1、辅助气室和过渡气室内气体的总体积发生变化，从而调节密封气体的内压，实现不同内压下空气弹簧1的气密性实验、六自由度模拟。

Claims (6)

1.一种空气弹簧六自由度性能试验系统，用于对空气弹簧(1)进行试验，其特征在于，包括底座(2)、龙门架(3)、六自由度加载单元(4)、高低温模拟单元(5)，

所述龙门架(3)安装在底座(2)上，所述龙门架(3)设置的横梁(3.1)上安装有用于连接所述空气弹簧(1)上端的过渡箱(6)，

所述六自由度加载单元(4)安装在底座(2)上，所述六自由度加载单元(4)设置有用于连接所述空气弹簧(1)下端的下托板(4.1)，

所述高低温模拟单元(5)包括能够产生气流并调节气流温度的高低温控制箱(5.1)，以及用于容纳空气弹簧(1)的高低温风箱(5.2)；

所述高低温风箱(5.2)一端与过渡箱(6)相连，另一端与下托板(4.1)相连；

所述高低温风箱(5.2)分为硬箱体(5.2.1)和伸缩管状的软箱体(5.2.2)，所述硬箱体(5.2.1)设置的第一通风口(5.3)和第二通风口(5.4)分别通过通风管(5.5)与所述高低温控制箱(5.1)设置的进风口和回风口相连；

所述第一通风口(5.3)和第二通风口(5.4)在硬箱体(5.2.1)上呈对角设置。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧六自由度性能试验系统，其特征在于，所述六自由度加载单元(4)包括固定平台(4.2)、加载平台(4.3)和六个伺服作动器(4.4)；

每个伺服作动器(4.4)的两端都通过虎克铰(4.5)分别与加载平台(4.3)和固定平台(4.2)相连，用以构成史都华平台结构；

所述固定平台(4.2)与底座(2)相连，所述下托板(4.1)安装在所述加载平台(4.3)设置的六维力传感器(4.6)上。

3.根据权利要求1所述的空气弹簧六自由度性能试验系统，其特征在于，所述下托板(4.1)设置有能够封堵空气弹簧(1)端部开口的接头(4.7)，所述接头(4.7)设有能够使所述空气弹簧(1)端部开口边缘插入的沟槽。

4.根据权利要求1所述的空气弹簧六自由度性能试验系统，其特征在于，所述过渡箱(6)设置有过渡气室，以及与过渡气室相连并能够使空气弹簧端部插入的锥形孔(6.1)。

5.根据权利要求4所述的空气弹簧六自由度性能试验系统，其特征在于，进一步包括设置有辅助气室的辅助箱(7)，所述辅助气室通过气管(8)与所述过渡气室相连通。

6.根据权利要求5所述的空气弹簧六自由度性能试验系统，其特征在于，所述辅助气室内充有能够调节其有效容积的油液，所述辅助箱(7)上安装有用于检测油液的液位高度的液位传感器(7.1)。