CN212206941U - 一种用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其包括可调节固定试件的试件支座，试件支座的一侧设置与试件可拆卸连接的配重机构，配重机构远离试件支座的一侧设置有击打机构，击打机构转动连接于电机上，电机可调节连接于试验台上，电机上连接有转速调节器，试件上设置有光纤应变传感器和光纤加速度传感器，光纤应变传感器和光纤加速度传感器连接光纤信号解调仪后与上位机连接。解决了现有技术中受电弓弓头悬挂系统疲劳试验成本高、数据采集风险大的问题。

Description

一种用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及受电弓疲劳试验技术领域，特别是涉及一种用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置。

背景技术

电力牵引机车通过受电弓从接触网取得电能，受电弓主要由滑板、弓头悬挂结构、上框架、平衡杆、下框架、拉杆、底架等组成，常见的弓头悬挂结构主要包括橡胶弹簧悬挂、斜拉弹簧悬挂、板簧悬挂、弹簧筒悬挂。受电弓在车辆正常行驶过程中，受电弓与接触网之间存在冲击振动，刚性接触网条件下，受电弓弓头与刚性接触网之间的冲击力大，弓头最大的加速度甚至可以达到50g,由于接触网是刚性，难以对弓网之间的冲击力进行耗散，如此巨大的冲击力基本上被受电弓吸收，因此大大加速了受电弓的疲劳，降低了使用寿命。

近年来高铁在世界范围内普及开来，弓网受流方式便成为了其唯一真正使用的受流方式，而伴随着速度的提高、使用范围的扩大以及服役工况的复杂化，对受电弓上各个零部件的设计提出了更高的要求，而其上悬挂部件疲劳问题的研究也成为了引人关注的话题。

但基于疲劳问题本身周期长、工况较为复杂的特点，现有研究人员对其中悬挂部件的疲劳测试主要还是通过实际的线路试验以及采集实际服役的该部件的相关数据来进行。但要想纯粹的通过线路试验来进行相关方面的研究又实在是过于耗费成本，而如果只是从实际运行过程中的受电弓上采集数据又存在着较大的安全风险。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，解决了现有技术中受电弓弓头悬挂系统疲劳试验成本高、数据采集风险大的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其包括可调节固定试件的试件支座，试件支座的一侧设置与试件可拆卸连接的配重机构，配重机构远离试件支座的一侧设置有击打机构，击打机构转动连接于电机上，电机可调节连接于试验台上，电机上连接有转速调节器，试件上设置有光纤应变传感器和光纤加速度传感器，光纤应变传感器和光纤加速度传感器连接光纤信号解调仪后与上位机连接。

本发明的有益效果为：在试件上连接的配重机构能够模拟弓头悬挂系统在实际工况中所受到的静载荷，通过电机所驱动的击打机构对配重机构的撞击能够模拟实际工况中的冲击载荷，电机通过转速调节器可以实现电机转速精准且无级地变化，从而实现无级调节冲击载荷的大小，试件上设置有光纤应变传感器和光纤加速度传感器能够实时将试件所受到的载荷冲击载荷反馈给上位机，以模拟弓头悬挂系统在受到不同冲击载荷下从正常到损坏的加速疲劳过程。

整个试验装置结构简单，加载方式直观，实验结果有效、可靠，能够为弓头悬挂系统在线路上服役寿命的确定提供了指导性的实验数据，降低了数据采集成本，提高了安全性。

附图说明

图1为用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置的立体结构示意图。

图2为图1中试件夹的立体结构示意图。

其中，1、试件支座；11、试件夹；111、管夹；112、松紧调节机构；113、连接凸耳；12、安装板；121、一字孔；13、水平仪；2、配重机构；21、连接杆；22、配重块；3、击打机构；31、第一连接辐板；32、第一击打块；33、第二击打块；34、中间连接板；4、电机；5、试验台；6、转速调节器；7、光纤应变传感器；8、光纤加速度传感器；9、电机支座；91、条形孔；92、水平调节机构；10、试件；101、第二辐板。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置包括可调节固定试件10的试件支座1，试件10是指每次进行试验的作为弓头悬挂系统的弹簧盒。试件支座1的一侧设置与试件10可拆卸连接的配重机构2，配重机构2远离试件支座1的一侧设置有击打机构3，击打机构3转动连接于电机4上，电机4可调节连接于试验台5上，电机4上连接有转速调节器6，试件10上设置有光纤应变传感器7和光纤加速度传感器8，光纤应变传感器7和光纤加速度传感器8连接光纤信号解调仪后与上位机连接。

试件支座1通过试件夹11可拆卸固定试件10。试件夹11包括管夹111，管夹111上设置有调节其夹持松紧度的松紧调节机构112，管夹111用于夹持到试件10的外圆柱面上，松紧调节机构112包括两个间隔设置的弹性片，两个弹性片通过螺栓连接，拧紧螺栓能够使管夹111夹紧，松开螺栓使管夹111松开，从而使得管夹111能够夹持多种规格的弓头悬挂系统进行试验。

试件夹11上设置有水平仪13，水平仪优选水准泡，其结构轻巧，使用简单。管夹111上对称设置有两个连接凸耳113，两个连接凸耳113呈上下分布，连接凸耳113有螺栓孔，通过该螺栓孔通过螺栓连接到一字孔121上。试件支座1上相对设置有两块安装板12，试件10位于两块安装板12之间，每块安装板12的两端设置有沿竖直方向延伸的一字孔121，连接凸耳113通过螺栓与一字孔121连接。一字孔121的设置使得连接凸耳113能够在竖直方向上改变固定位置，可以根据需要调节试件10的高度。

第二辐板101为试件10的一个部件，第二辐板101垂直于试件10的轴向，第二辐板101的端部通过螺纹紧固件连接在连接杆21的中部，连接杆21的两端固定有圆柱形配重块22，配重块22与连接杆21同轴固定，连接杆21的轴向平行于试件10的轴向。配重块22能够提供给试件10静载荷，该静载荷等于实际工况中受到的平均静载荷。

光纤应变传感器7固定在第二辐板101上，光纤加速度传感器8固定在试件10远离第二辐板101一端的端面上。光纤应变传感器7优选型号为加拿大FISO公司生产的SFO-W，光纤加速度传感器8优选型号为TR-QS-MA，光纤信号解调仪优选型号为UC-instruments-GM8050C。

击打机构3设置在配重块22远离第二辐板101的一侧。击打机构3包括第一连接辐板31，第一连接辐板31的两端分别固定连接有第一击打块32和第二击打块33，第一击打块32和第二击打块33的形状均为圆柱体且与试件10轴向平行设置。第一击打块32和第二击打块33固定于两块第一连接辐板31之间。第一连接辐板31的两端均设置击打块，能够提高第一连接辐板31的平衡性，每半圈会产生一次冲击载荷。

第一连接辐板31的中部通过螺纹紧固件与中间连接板34可拆卸连接，中间连接板34为方形板，第一连接辐板31沿中间连接板34的对角线连接，中间连接板34远离第一连接辐板31的一侧固定有连接套筒，连接套筒套接在电机4的输出轴上并通过键连接固定。

中间连接板34为方形板，其作用是为了改善施力条件，由于第一连接辐板31为自身强度较低的长条形部件，如果直接将第一连接辐板31与电机4连接，为单点固定很容易造成严重的应力集中，通过设置中间连接板34与第一连接辐板31连接，将单点固定变成多点固定，受力方式得到改善。由于中间连接板34的自身强度高，应力集中对其影响不明显。第一连接辐板31为长杆结构，在旋转过程中，遇到外来障碍物很容易卡死而弯折甚至断裂，第一连接辐板31与中间连接板34可拆卸连接，便于更换，降低了更换成本。

电机4固定于电机支座9上。电机4通过转速调节器6来调节其转速，转速调节器6优选PWM直流电机调速器并带有数显转速的功能。电机4安装于电机支座9的顶板上，电机支座9的底板上设置条形孔91，条形孔91用于供螺栓穿过将电机支座9固定在试验台5上，通过条形孔91能够改变电机支座9在试验台5上的固定位置，从而改变击打块与配重块之间的相对位置。

电机4的安装板与电机支座9的顶板之间设置有水平调节机构92，水平调节机构92优选标准件GN 350.2水平调节装置，通过扳手进行无级精确设置其倾斜角度和锁紧，从而调节电机4的方位来使两个击打块的轴线与配重块22的轴线平行。

利用上述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置进行试验的方法包括：

步骤1，将试件10安装到试件支座1上，将配重机构2、光纤应变传感器7和光纤加速度传感器8连接到试件10上。

步骤2，校对光纤应变传感器7和光纤加速度传感器8的测量精度。

步骤3，调节试件10在试件支座1上的高度，借助水平仪13使试件10的轴线平行于水平面，以及调节电机支座9在试验台5上的安装位置来调节第一击打块32和第二击打块33与配重块22的相对位置，使第一击打块32和第二击打块33在转动过程中能够击打到配重块22，击打位置位于外圆柱面上。

步骤4，在第一击打块32和第二击打块33上满涂标印剂，标印剂可以是标印墨水也可以是颜色区别于击打块和配重块的标印粉末，通过标印剂便于找到击打块击打在配重块上的位置。

启动电机4并通过转速调节器6将电机4的转速调节到以每分钟30～35转的速度转动，使第一击打块32和第二击打块33分别撞击一次配重块22，标印剂会在撞击处留下撞击痕迹，通过撞击痕迹得到击打块与配重块的接触情况。

步骤5，观察标印剂在配重块上留下的撞击痕迹的形状和大小，判断撞击痕迹的长度是否不小于第一击打块32轴向长度的80％且与水平线的夹角是否不大于3°；

若是，则安装合格，进行步骤6；

若否，则安装不合格，调节电机支座9上的水平调节机构92后返回步骤4，直至安装合格；

理论上，第一击打块32和第二击打块33的轴线与配重块22平行，则撞击痕迹的长度等于击打块的轴向长度，但由于实际不可能达到理论那么精确，击打块的轴线总是会与配重块的轴线存在一定范围内的倾斜度，通过控制倾斜度的允许范围来保证击打效果。

步骤6，根据工况要求，利用转速控制器6调节电机4的转动速度来获得不同的打击频率和打击力度进行疲劳试验，通过光纤应变传感器7和光纤加速度传感器8测量载荷数据并经过光纤信号解调仪处理后反馈到上位机中与电机转速对应着进行存储。

Claims (8)

1.一种用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，包括可调节固定试件(10)的试件支座(1)，所述试件支座(1)的一侧设置与试件(10)可拆卸连接的配重机构(2)，所述配重机构(2)远离所述试件支座(1)的一侧设置有击打机构(3)，所述击打机构(3)转动连接于电机(4)上，所述电机(4)可调节连接于试验台(5)上，所述电机(4)上连接有转速调节器(6)，试件(10)上设置有光纤应变传感器(7)和光纤加速度传感器(8)，所述光纤应变传感器(7)和光纤加速度传感器(8)连接光纤信号解调仪后与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，所述击打机构(3)包括第一连接辐板(31)，所述第一连接辐板(31)的两端分别连接有第一击打块(32)和第二击打块(33)，所述第一连接辐板(31)的中部连接于所述电机(4)上。

3.根据权利要求2所述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，所述第一击打块(32)和所述第二击打块(33)的形状均为圆柱体且与试件(10)轴向平行设置。

4.根据权利要求3所述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，所述配重机构(2)包括连接杆(21)和固定于连接杆(21)两端的圆柱形配重块(22)，所述连接杆(21)可拆卸连接于试件(10)上。

5.根据权利要求2所述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，所述第一连接辐板(31)通过中间连接板(34)连接于所述电机(4)上，所述中间连接板(34)为方形板，所述第一连接辐板(31)沿所述中间连接板(34)的对角线连接，所述中间连接板(34)通过连接套筒与电机(4)的输出轴连接。

6.根据权利要求1所述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，所述电机(4)固定于电机支座(9)上，所述电机支座(9)上设置有水平调节机构(92)，所述电机支座(9)的底板上设置有条形孔(91)，所述电机支座(9)通过穿过所述条形孔(91)的螺栓连接于所述试验台(5)上。

7.根据权利要求6所述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，所述试件支座(1)通过试件夹(11)可拆卸固定试件(10)，所述试件夹(11)上设置有水平仪(13)，所述试件夹(11)包括管夹(111)，所述管夹(111)上设置有调节其夹持松紧度的松紧调节机构(112)，所述管夹(111)上对称设置有连接凸耳(113)，所述连接凸耳(113)可拆卸连接于所述试件支座(1)上。

8.根据权利要求7所述的用于受电弓弓头悬挂系统的疲劳试验装置，其特征在于，所述试件支座(1)上相对设置有两块安装板(12)，每块所述安装板(12)的两端设置有沿竖直方向延伸的一字孔(121)，所述连接凸耳(113)通过螺栓与所述一字孔(121)连接。

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