CN208937248U - 一种列车车体重心与其转动惯量测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于铁路机车车辆测试技术领域，尤其涉及一种列车车体重心与其转动惯量测试装置。本实用新型通过设置有底板、顶板、作动器、后壁板、第一筋板和第二筋板的列车车体重心与其转动惯量测试装置，及布设列车车体重心和转动惯量测试装置、建立坐标系、获取相关参数、计算顶板重心Og(x_g0、y_g0、z_g0)中的x、y坐标、加装待测车体、计算车体重心Oc(x_c0、y_co、z_c0)中的x、y坐标、计算顶板与车体Z方向重心值和测量车体绕转动惯量八个步骤，使得测试的重心及转动惯量较为精确，并且测试的过程比较安全可靠。

Description

一种列车车体重心与其转动惯量测试装置

技术领域

本实用新型属于铁路机车车辆测试技术领域，尤其涉及一种列车车体重心与转动惯量测试装置。

背景技术

车辆的动力学性能，即动力学性能三要素——运动稳定性、运行平稳性和曲线通过安全性，这完全是由车辆自身的动力参数所决定的。随着列车运行速度的提高，机车车辆性能对参数的依赖性就更强。通过在现有技术大量机车车辆滚动、振动试验台试验和线路试验中证明，在不同速度和线路等级条件下，参数的大小和匹配要求是不一样的。在我国，人们对机车车辆动力参数的认识已达到很高的程度。具体表现在，车辆生产厂家在进行新型机车车辆设计时,不仅要进行大量的参数优化分析，并依此来确定参数进行设计的同时，样车还要在滚动、振动试验台上进行以最优性能为目标的参数优化。更有甚者，有些车辆厂，建立了自己的参数测试台。实践证明,这对认识参数和掌握参数十分有效。

车辆重心是关系到车辆运动性能优劣的重要因素之一。车辆总成重心包含簧上总成重心、转向架总成重心、簧间质量重心和簧下质量重心,它对车辆运行稳定性的改善、轴重和轮重的合理分配有很大的影响，因此，在车辆总体设计过程中，车辆重心因素必须给予充分考虑。随着车辆设计速度的不断提高，重心计算与测试就显得更加必要，设计时不但应进行重心计算，而且还应对新开发的首台车辆，进行重心测定校验，以准确获得机车的实际重心。在得到车辆重心后，转动惯量的测试就较为容易得出，这样对于动力学建模具有较大的工程意义。而现有技术中，车辆重心测试方法主要是支撑法和悬吊法，转动惯量测试方法是自振法、激振法和悬吊摆动法，而这些测试方法在不同程度上都存在有测试精确差且在测试过程存在安全隐患的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在机车车辆整备状态下或者白车身条件下测试精度较高且安全稳定的列车车体重心及其转动惯量测试装置。

为了实现上述目的，采用的技术方案是：

一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，至少包括底板还包括

顶板，顶板长度等于底板长度，顶板宽度小于底板宽度，

后壁板，固定连接在底板的一端；

筋板，设置在底板上表面和顶板下表面；

作动器，底板与顶板之间连接有三个，后壁板与顶板侧面之间连接有两个，底板上表面和顶板下表面设置的筋板之间连接有一个。

所述的底板与顶板之间设置的作动器是垂向作动器，垂向作动器包括第一垂向作动器、第二垂向作动器和点头作动器；后壁板与顶板侧面之间设置的作动器是纵向作动器；底板上表面和顶板下表面设置的筋板之间设置的作动器是横向作动器；所述的底板轴向中心线左右两侧对称的上表面，分别通过第一固定座与第一垂向作动器和第二垂向作动器的下表面连接，第一垂向作动器和第二垂向作动器的上表面分别与顶板下表面轴向中心线的两端连接；底板上表面轴向中心线上通过第二固定座连接有点头作动器，点头作动器的上表面通过连接板与顶板一长边侧面相连接；底板上表面与设置点头作动器的相对侧固定连接有与底板垂直的后壁板；所述的后壁板的顶部与顶板的侧面之间连接有两个纵向作动器，两个纵向作动器分别与后壁板和顶板垂直连接；所述的筋板包括第一筋板和第二筋板；在靠近第一垂向作动器或第二垂向作动器侧的底板的上表面固定连接有第一筋板，且第一筋板在第一垂向作动器和第二垂向作动器的连线上，第一筋板上表面与顶板下表面固定连接；在顶板的下表面与第一筋板的相对侧固定连接有第二筋板。

所述的第一筋板包括呈矩形的下段板、呈下大上小的梯形的中段板和呈矩形的上段板，下段板、中段板和上段板是一体；所述的第二筋板沿轴向中心线两侧设置有两个，第二筋板是呈上大下小的梯形。

所述的顶板的下表面沿轴向中心线两侧，分别固定连接有一个加强板，加强板的长度小于等于顶板的长度，所述的第二筋板固定连接在加强板下边缘且与加强板一体，在两第二筋板之间通过固定件连接有横向作动器，第一垂向作动器和第二垂向作动器在两加强板与顶板形成的空间内。

所述的作动器是双球铰液压作动器。

所述的后壁板的底部设置有支撑爪；在底板上表面设置有与后壁板呈三角形的加强柱。

所述的顶板的上表面间隔开有T型槽。

所述的在顶板和底板之间还连接有支撑装置。

所述的支撑装置包括空气弹簧和连杆；空气弹簧的下表面与底板固定连接，空气弹簧的上表面与连杆的一端连接，连杆的另一端通过固定件与顶板的下表面固定连接。

本实用新型的有益效果：通过底板、顶板、后壁板、筋板及底板与顶板之间垂向作动器的设置、后壁板与顶板侧面之间纵向作动器的设置、两筋板之间横向作动器的设置，通过八个测试步骤，使得测试的重心及转动惯量较为精确，并且测试的过程比较安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例主视放大结构示意图；

图3为本实用新型实施例侧视放大结构示意图；

图4为本实用新型实施例的侧视结构示意图；

图5为本实用新型实施例的主视(从车体前端看)结构示意图；

图6为本实用新型车体绕x轴的转动惯量测试原理图；

图7本实用新型作动器和车体受力示意图。

图中：1-车体；2-列车车体重心与其转动惯量测试装置；2a-底板；2b-顶板；2c-作动器；2c10-点头作动器；2c11-第一垂向作动器； 2c12-第二垂向作动器；2c2-纵向作动器；2c3-横向作动器；2d-后壁板；2e-第一筋板；2f-第二筋板；2g-空气弹簧；2h-连杆；3-第一固定座；4-第二固定座；5-连接板；6-加强板；7加强柱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1-4所示的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，至少包括底板2a，还包括

顶板2b，顶板2b长度等于底板2a长度，顶板2b宽度小于底板 2a宽度，

后壁板2d，固定连接在底板2a的一端；

筋板，设置在底板2a上表面和顶板2b下表面；

作动器2c，底板2a与顶板2b之间连接有三个，后壁板2d与顶板2b侧面之间连接有两个，底板2a上表面和顶板2b下表面设置的筋板之间连接有一个。

优选的是所述的作动器2c是双球铰液压作动器。

优选的是所述的后壁板2d的底部设置有支撑爪；在底板2a上表面设置有与后壁板2d呈三角形的加强柱7。

优选的是所述的顶板2b的上表面间隔开有T型槽。

优选的是在顶板2b和底板2a之间还连接有支撑装置。

在实际使用时，作动器2c采用双球铰液压作动器，便于测试所需角度的调整；顶板2b的上表面间隔开有T型槽，便于与车体的固定安装，避免实验过程中被测车体1打滑，影响测试的数据的精确性；后壁板2d的底部设置有支撑爪；在底板2a上表面设置有与后壁板 2d呈三角形的加强柱7，使得本实用新型强度和稳定性更好；顶板 2b和底板2a之间还连接有支撑装置，使得本实用新型的在测试时的稳定性更好且使本实用新型的支撑力得到加强。底板2a与顶板2b之间、后壁板2d与顶板2b侧面之间、底板2a上表面和顶板2b下表面设置的筋板之间设置不同的作动器，使得本实用新型能够通过调整不同部位的作动器，改变被测车体的姿态的效果更好，保证了被测车体能够呈现各种姿态，满足测试所需要的各种姿态数据的获得。

实施例二：

如图1-4所示的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，与实施例一不同之处在于：所述的底板2a与顶板2b之间设置的作动器 2c是垂向作动器，垂向作动器包括第一垂向作动器2c11、第二垂向作动器2c12和点头作动器2c10；后壁板2d与顶板2b侧面之间设置的作动器2c是纵向作动器2c2；底板2a上表面和顶板2b下表面设置的筋板之间设置的作动器2c是横向作动器2c3；所述的底板2a 轴向中心线左右两侧对称的上表面，分别通过第一固定座3与第一垂向作动器2c11和第二垂向作动器2c12的下表面连接，第一垂向作动器2c11和第二垂向作动器2c12的上表面分别与顶板2b下表面轴向中心线的两端连接；底板2a上表面轴向中心线上通过第二固定座4 连接有点头作动器2c10，点头作动器2c10的上表面通过连接板5与顶板2b一长边侧面相连接；底板2a上表面与设置点头作动器2c10 的相对侧固定连接有与底板2a垂直的后壁板2d；所述的后壁板2d 的顶部与顶板2b的侧面之间连接有两个纵向作动器2c2，两个纵向作动器2c2分别与后壁板2d和顶板2b垂直连接；所述的筋板包括第一筋板2e和第二筋板2f；在靠近第一垂向作动器2c11或第二垂向作动器2c12侧的底板2a的上表面固定连接有第一筋板2e，且第一筋板 2e在第一垂向作动器2c11和第二垂向作动器2c12的连线上，第一筋板2e上表面与顶板2b下表面固定连接；在顶板2b的下表面与第一筋板2e的相对侧固定连接有第二筋板2f。

本实用新型通过调整不同部位的作动器，改变被测车体的姿态的效果更好，保证了被测车体能够呈现各种姿态，满足测试所需要的各种数据的获得。其中，点头作动器2c10主要起到三角形支持平台的作用。

实施例三：

如图1-4所示的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，与实施例二不同之处在于：所述的第一筋板2e包括呈矩形的下段板、呈下大上小的梯形的中段板和呈矩形的上段板，下段板、中段板和上段板是一体；所述的第二筋板2f沿轴向中心线两侧设置有两个，第二筋板2f是呈上大下小的梯形。

优选的是所述的顶板2b的下表面沿轴向中心线两侧，分别固定连接有一个加强板6，加强板6的长度小于等于顶板2b的长度，所述的第二筋板2f固定连接在加强板6下边缘且与加强板6一体，在两第二筋板2f之间通过固定件连接有横向作动器2c3，第一垂向作动器2c11和第二垂向作动器2c12在两加强板6与顶板2b形成的空间内。

在实际使用时，第一筋板2f上、中和下段板特殊形状的一体化设置，既保证测试所需技术需要，又能保证测试安全强度的需要；第二筋板2f是呈上大下小的梯形及后壁板2d的底部呈三角形的加强板的设置均满足测试的强度和安全需要。加强板6的设置，使得顶板2b的强度得到加强。

实施例四：

如图1-7所示的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，实施例一、实施例二和实施例三的测量采用如下步骤：

步骤一，布设列车车体重心和转动惯量测试装置

将两台列车车体重心与其转动惯量测试装置相对设置，使得两台列车车体重心和转动惯量测试装置中的顶板2b处于同一平面；两平台横向作动器安装方向相反；

步骤二，建立坐标系

①选取坐标原点

选取位于车体1底部下表面的几何中心为坐标原点O；

②X轴正方向

车体1的轴向方向为X轴正方向；

③Y轴正方向

车体1的径向方向为Y轴正方向；

④Z轴正方向

垂直车体1地板向上方向为Z轴正方向；

步骤三，获取相关参数

量取车体1与两个列车车体重心和转动惯量测试装置固定点之间的间距Lx；

量取两个列车车体重心和转动惯量测试装置垂向作动器2c1安装位置的距离为Ly；

顶板2b的重量mg；

车体1的重量Mg；

分别读取两个测试装置中的第一垂向作动器2c11、第二垂向作动器2c12和横向作动器2c3的力，第一垂向作动器2c11和第二垂向作动器2c12的力分别用F₁、F₂及F₃、F₄表示；两个测试装置中的横向作动器2c3力分别用F₅、F₆表示；

其中：长度单位为：mm；重量单位为：kg；力的单位为：kN；

步骤四，计算顶板2b重心Og(x_g0、y_g0、z_g0)中的x_g0、y_g0坐标

根据步骤三的获取的参数，O点绕y轴方向的矩有：

O点绕x轴方向的矩有：

经整理得到顶板2b的重心x_g0和y_g0距离几何重心的距离为：

步骤五，加装待测车体1

将待测车体1的两转向架连接处位置与两台列车车体重心和转动惯量测试装置固定连接；

步骤六，计算车体1重心Oc(x_c0、y_co、z_c0)中的x_c0、y_co坐标

经步骤五加装车体1后，分别启动横向作动器2C3和纵向作动器2C2，则

O点绕y轴方向的矩有：

O点绕x轴方向的矩有：

经整理得到车体1的重心x和y距离几何重心的距离为：

步骤七，计算顶板2b与车体1Z方向重心值

启动第一垂向作动器2c11、第二垂向作动器2c12和横向作动器2c3，车体1绕转动中心O旋转θ度时，Oc，Og分别为车体1及顶板2b的重心，第一垂向作动器2c11用AA’表示、第二垂向作动器 2c12用BB’表示，横向作动器2c3用CC’表示；旋转后，所述第一垂向作动器2c11、第二垂向作动器2c12和横向作动器2c3固定端A、B、C不动，只有伸出端A’移动到A”，B’移动到B”，C’移动到C”，Oc’移动到Oc”，Og’移动到Og”；

对于三角形AA’A”：

式中：h₀表示顶板2b的高度；

应用余弦定理有：

式中：θ_f表示∠A’AA”度数；

h₁表示底板2a下表面到顶板2b下表面的高度；L_AA”

表示AA”之间的距离；

L_OA’表示OA’之间的距离；

L_AA’表示AA’之间的距离；

由上式可以得出左侧垂向作动器的偏转角度θ_f。

同理对于三角形BB’B”:

式中：θ_r表示∠B’BB”度数；

L_BB”表示BB”之间的距离；

由上式可以得出第二垂向作动器2c12的偏转角度θ_r；

同理对于三角形CC′C”：

其中，θ_h表示∠C’CC”度数；

L_OC’表示车体1底架中心到横向作动器伸出端的距离；

L_CC”表示CC”之间的距离；

L_CC’表示CC’之间的距离；

由上式导出横向作动器的偏转角度θ_h；

对于第一垂向作动器2c11力：

F₁₄＝F₁+F₄

对于第二垂向作动器2c12力：

F₂₃＝F₂+F₃

对于横向作动器2c3力：

F₅₆＝F₅+F₆

F₁₄对转动中心O取矩有：

式中：

L_OA’表示OA’之间的距离；

F₂₃对转动中心O取矩有：

其中：

F₅₆对转动中心O取矩有：

右侧顶板2b横向力F₆对转动中心O取矩有：

左侧顶板2b横向力F₅对转动中心O取矩有：

其中：

h_c表示横向作动器2c固定端中心到顶板2b下表面的高度；

L_C表示横向作动器伸出端到车体底板垂向中心面之间的距离。顶板2bmg对转动中心O取矩有：

其中：

车体1重量Mg对转动中心O取矩有：

其中：

根据∑M_o＝0有：

可以得到Z_CO。

当没有加装车体1时：

根据∑M_o＝0有：

可以得到Z_go

步骤八，测量车体绕x轴转动惯量

对车体1下部作动器采用位移控制，分别以相同的正弦激励交错伸缩运动，对车体进行加载；在第i个频率点进行测量时，作动器的位移激励信号为作动器力传感器测得的力信号为fi＝Fisin(ωit)，经过N个频率点的测量便得到不同频率下车体绕X轴的转动惯量值，对测得的N个结果求平均值得到车体绕X轴的转动惯量。

其中，OX为车体1与列车车体重心与其转动惯量测试装置2整体的回转轴；

Xi、Fi分别为位移激励信号及作动器x值反馈的幅值；

车体激振过程中绕X轴的相对角位移为α；

车体绕自身X轴的转动惯量为J_1X；

顶板绕自身X轴的转动惯量为J₂；

顶板与车体整体绕O_X轴的转动惯量为J_X；

根据转动定律：

由上式计算得车体绕O₁X轴的转动惯量：

式中，Mg为被试车体1的质量，mg为顶板2b的质量，

h₂为车体1重心到转轴OX的距离，h₃为顶板2b重心到转轴OX 的距离。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，至少包括底板(2a)，其特征在于：还包括

顶板(2b)，顶板(2b)长度等于底板(2a)长度，顶板(2b)宽度小于底板(2a)宽度，

后壁板(2d)，固定连接在底板(2a)的一端；

筋板，设置在底板(2a)上表面和顶板(2b)下表面；

作动器(2c)，底板(2a)与顶板(2b)之间连接有三个，后壁板(2d)与顶板(2b)侧面之间连接有两个，底板(2a)上表面和顶板(2b)下表面设置的筋板之间连接有一个。

2.如权利要求1所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：所述的底板(2a)与顶板(2b)之间设置的作动器(2c)是垂向作动器，垂向作动器包括第一垂向作动器(2c11)、第二垂向作动器(2c12)和点头作动器(2c10)；后壁板(2d)与顶板(2b)侧面之间设置的作动器(2c)是纵向作动器(2c2)；底板(2a)上表面和顶板(2b)下表面设置的筋板之间设置的作动器(2c)是横向作动器(2c3)；所述的底板(2a)轴向中心线左右两侧对称的上表面，分别通过第一固定座(3)与第一垂向作动器(2c11)和第二垂向作动器(2c12)的下表面连接，第一垂向作动器(2c11)和第二垂向作动器(2c12)的上表面分别与顶板(2b)下表面轴向中心线的两端连接；底板(2a)上表面轴向中心线上通过第二固定座(4)连接有点头作动器(2c10)，点头作动器(2c10)的上表面通过连接板(5)与顶板(2b)一长边侧面相连接；底板(2a)上表面与设置点头作动器(2c10)的相对侧固定连接有与底板(2a)垂直的后壁板(2d)；所述的后壁板(2d)的顶部与顶板(2b)的侧面之间连接有两个纵向作动器(2c2)，两个纵向作动器(2c2)分别与后壁板(2d)和顶板(2b)垂直连接；所述的筋板包括第一筋板(2e)和第二筋板(2f)；在靠近第一垂向作动器(2c11)或第二垂向作动器(2c12)侧的底板(2a)的上表面固定连接有第一筋板(2e)，且第一筋板(2e)在第一垂向作动器(2c11)和第二垂向作动器(2c12)的连线上，第一筋板(2e)上表面与顶板(2b)下表面固定连接；在顶板(2b)的下表面与第一筋板(2e)的相对侧固定连接有第二筋板(2f)。

3.如权利要求2所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：所述的第一筋板(2e)包括呈矩形的下段板、呈下大上小的梯形的中段板和呈矩形的上段板，下段板、中段板和上段板是一体；所述的第二筋板(2f)沿轴向中心线两侧设置有两个，第二筋板(2f)是呈上大下小的梯形。

4.如权利要求2所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：所述的顶板(2b)的下表面沿轴向中心线两侧，分别固定连接有一个加强板(6)，加强板(6)的长度小于等于顶板(2b)的长度，所述的第二筋板(2f)固定连接在加强板(6)下边缘且与加强板(6)一体，在两第二筋板(2f)之间通过固定件连接有横向作动器(2c3)，第一垂向作动器(2c11)和第二垂向作动器(2c12)在两加强板(6)与顶板(2b)形成的空间内。

5.如权利要求1所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：所述的作动器(2c)是双球铰液压作动器。

6.如权利要求1所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：所述的后壁板(2d)的底部设置有支撑爪；在底板(2a)上表面设置有与后壁板(2d)呈三角形的加强柱(7)。

7.如权利要求1或2所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：所述的顶板(2b)的上表面间隔开有T型槽。

8.如权利要求1或2所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：在顶板(2b)和底板(2a)之间还连接有支撑装置。

9.如权利要求8所述的一种列车车体重心与其转动惯量测试装置，其特征在于：所述的支撑装置包括空气弹簧(2g)和连杆(2h)；空气弹簧(2g)的下表面与底板(2a)固定连接，空气弹簧(2g)的上表面与连杆(2h)的一端连接，连杆(2h)的另一端通过固定件与顶板(2b)的下表面固定连接。