CN213275213U - 多自由度线束疲劳试验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了多自由度线束疲劳试验设备。现有的动态线束适用性及寿命模拟分析均是通过多个单自由度模拟后累加起来，试验结果与多自由度自动结合情况有较大差异。本实用新型的线缆高度检测机构包括红外发射器和红外接收器，两者分别由一个垂移直线模组驱动上下移动，两个垂移直线模组的支撑座与两个纵向导轨分别构成滑动副；横移机构由垂移机构驱动上下移动；纵移机构和横移机构上均设有角度调整组件；角度调整组件中，偏转机构置于侧滚机构顶部，点头机构置于偏转机构顶部；每个角度调整组件的点头机构上设有测试件安装板，测试件安装板上设有若干防碰撞感应装置。本实用新型可以验证线束长度是否满足实际使用需求，以及进行疲劳试验。

Description

多自由度线束疲劳试验设备

技术领域

本实用新型属于工业、轨交和新能源等应用领域，具体涉及一种多自由度线束疲劳试验设备。

背景技术

现在的动态线束适用性及寿命模拟分析、验证方式主要有以下2种：1、理论计算和模拟，通过运动参数使用设计软件或仿真软件进行测算和模拟分析；2、多个单自由度模拟进行持续累加试验验证，通过一定工装与结构结合按照运动参数进行实物模拟分析；以上第一种是根据理论数据进行测算和模拟，适用性与实际状况存在差异，且关于寿命的模拟分析需要大量的基础数据积累才能进行一个理论的测算，不够贴合实际状况影响设计冗余，同时不适合产品寿命的验证；第二种通过多个单自由度模拟后累加起来，试验结果与多自由度自动结合情况下的数据会有加大的差异，多自由度综合条件下的要求与单自由度持续累加条件下的要求要严苛很多，且非自动控制的设备，每次运动轨迹都和设置相关，存在一致性较差的隐患，因此也不适合多运动方向的符合性运动。

另外，随着智能化设备的推广以及人员安全性的考虑，设备的自动控制也逐渐被大家所追求。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种多自由度线束疲劳试验设备。

本实用新型包括纵移机构、横移机构、垂移机构、角度调整组件、线缆高度检测机构、纵向导轨、垂移直线模组和测试件安装板；所述的线缆高度检测机构设置在纵移机构和横移机构之间，包括红外发射器和红外接收器；红外发射器和红外接收器分别由一个垂移直线模组驱动上下移动，两个垂移直线模组的支撑座与两个纵向导轨分别构成滑动副；所述的横移机构由垂移机构驱动上下移动；纵移机构和横移机构上均设有一个角度调整组件；所述的角度调整组件包括偏转机构、点头机构和侧滚机构；偏转机构设置在侧滚机构顶部，点头机构设置在偏转机构顶部；每个角度调整组件的点头机构上设有测试件安装板，所述的测试件安装板上设有若干防碰撞感应装置；纵移机构、横移机构、垂移机构、角度调整组件和垂移直线模组的动力源以及红外发射器均由控制器控制，防碰撞感应装置和红外接收器的信号输出端均与控制器电信连接。

优选地，所述的控制器置于控制柜内，并与操作平台的控制面板电信连接。

优选地，所述的纵移机构包括纵移机架、纵移伺服电机、齿轮一、齿条一、导轨一和纵移平台；纵移伺服电机的底座固定在纵移平台上，纵移平台与固定在纵移机架上的导轨一构成滑动副；齿轮一固定在纵移伺服电机的输出轴上，并与固定在纵移机架上的齿条一啮合；纵移伺服电机由控制器控制。

优选地，所述的横移机构包括横移机架、横移伺服电机、齿轮二、齿条二、导轨二和横移平台；横移伺服电机的底座固定在横移平台上，横移平台与固定在横移机架上的导轨二构成滑动副；齿轮二固定在横移伺服电机的输出轴上，并与固定在横移机架上的齿条二啮合；横移伺服电机由控制器控制。

优选地，所述的垂移直线模组包括滚珠丝杆副一、竖向导轨、支撑座、联轴器和马达；滚珠丝杆副一的丝杆与支撑座构成转动副，滚珠丝杆副一的螺母块与红外发射器或红外接收器固定，并与固定在支撑座上的竖向导轨构成滑动副；马达的输出轴与丝杆通过联轴器连接；马达由控制器控制。

优选地，所述的侧滚机构包括斜置电缸和侧滚平板；两个斜置电缸的缸体均固定在横移机构的横移平台上，两个斜置电缸的推杆均与侧滚平板铰接；斜置电缸由控制器控制。

优选地，所述的偏转机构包括竖向电机、主动齿轮、从动齿轮和偏转平板；竖向电机的底座固定在侧滚机构的侧滚平板上；主动齿轮固定在竖向电机的输出轴上，并与固定在传动轴上的从动齿轮啮合；传动轴与侧滚机构的侧滚平板构成转动副，并与偏转平板固定；竖向电机由控制器控制。

优选地，所述的点头机构包括俯仰电缸、滚珠丝杆副二、安装架、移动架和摆杆；俯仰电缸的缸体固定在偏转机构的偏转平板上，俯仰电缸的推杆与安装架一侧铰接；安装架另一侧与偏转机构的偏转平板铰接；所述的俯仰电缸设有两个；俯仰电缸由控制器控制；滚珠丝杆副二的丝杆与安装架构成转动副；滚珠丝杆副二的螺母块与滚珠丝杆副二的丝杆构成螺旋副，并与移动架固定；移动架与安装架构成滑动副；两根摆杆的一端均与移动架铰接，另一端均与测试件安装板顶部铰接；测试件安装板底部与安装架铰接。

优选地，所述的测试件安装板由基板和调整板组成；基板由点头机构驱动实现俯仰调节；基板上开设有等距排布的若干定位孔；调整板上开设有若干安装孔一和若干安装孔二；调整板的每个安装孔一与基板的一个定位孔通过螺栓和螺母固定连接；所述的调整板设有两块，分设在基板两端。

优选地，所述的防碰撞感应装置采用红外传感器。

本实用新型具有的有益效果：

1、本实用新型通过纵移机构、横移机构、垂移机构和角度调整组件的运动，各运动可单独进行，也可任意组合进行，最大程度复原线束的运动状态，同时结合线缆高度检测机构，检测线束运动状态时是否会低于预设高度，可以验证线束长度是否满足实际使用需求；试验后，通过检测线束的外观、线束绝缘皮弹性、导通性、绝缘电阻、绝缘耐压等试验来验证线束的功能衰退程度，可以进一步验证各工况下运动对线缆疲劳寿命、最小弯曲半径的影响，得到更贴近实际运动效果的线束产品。本实用新型还可以通过调整各运动的速率来增加短期的运动次数，加速线缆的疲劳性隐患暴露，提前识别产品的不足之处与疲劳寿命极限，为后续的产品改进或维护保养提高强有力的数据支撑。

2、本实用新型的防碰撞感应装置可以防止两块测试件安装板的干涉和碰撞。本实用新型可以通过操作平台直接控制设备进行多自由度(自由度数量不小于6个)的综合性运动，且可以对线束运动轨迹规定设置限位值，实现运动中实时超限报警，检测动态线束在实际使用中的适用性。

3、本实用新型将运动机构与操作平台分开区域，从而降低设备运动过程中的误触危险，保证操作人员的人身安全。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构立体图；

图2为本实用新型中纵移机构、横移机构、垂移机构、角度调整组件和测试件安装板的装配立体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1和2所示，多自由度线束疲劳试验设备，包括纵移机构1、横移机构2、垂移机构3、角度调整组件、线缆高度检测机构4、纵向导轨5、垂移直线模组和测试件安装板；线缆高度检测机构4设置在纵移机构1和横移机构2之间，包括红外发射器和红外接收器；红外接收器接收红外发射器发射的光线11；红外发射器和红外接收器分别由一个垂移直线模组驱动上下移动，两个垂移直线模组的支撑座与两个纵向导轨5分别构成滑动副；横移机构2由垂移机构3驱动上下移动；纵移机构1和横移机构2上均设有一个角度调整组件；角度调整组件包括偏转机构8、点头机构9和侧滚机构10；偏转机构8设置在侧滚机构10顶部，点头机构9设置在偏转机构8顶部；每个角度调整组件的点头机构9上设有测试件安装板，测试件安装板上设有若干防碰撞感应装置；纵移机构1、横移机构2、垂移机构3、角度调整组件和垂移直线模组的动力源以及红外发射器均由控制器控制，防碰撞感应装置和红外接收器的信号输出端均与控制器电信连接；线缆高度检测机构4用于监测试验时的线缆高度，防碰撞感应装置用于防止两块测试件安装板的碰撞。

作为优选实施例，控制器置于控制柜6内，并与操作平台7的控制面板电信连接。

作为优选实施例，纵移机构1包括纵移机架、纵移伺服电机、齿轮一、齿条一、导轨一和纵移平台；纵移伺服电机的底座固定在纵移平台上，纵移平台与固定在纵移机架上的导轨一构成滑动副；齿轮一固定在纵移伺服电机的输出轴上，并与固定在纵移机架上的齿条一啮合；纵移伺服电机由控制器控制；纵移机构1对角度调整组件进行纵向位置调整，以适应不同长度的线缆试验。

作为优选实施例，横移机构2包括横移机架、横移伺服电机、齿轮二、齿条二、导轨二和横移平台；横移伺服电机的底座固定在横移平台上，横移平台与固定在横移机架上的导轨二构成滑动副；齿轮二固定在横移伺服电机的输出轴上，并与固定在横移机架上的齿条二啮合；横移伺服电机由控制器控制；横移机构2对角度调整组件进行横移位置调整，形成与纵移机构1的横向差。

作为优选实施例，垂移机构3包括剪叉式升降平台和剪叉驱动电缸；剪叉驱动电缸驱动剪叉式升降平台升降；剪叉驱动电缸由控制器控制；垂移机构3对横移机构2的高度进行调整，形成与纵移机构1的高度差。

作为优选实施例，垂移直线模组包括滚珠丝杆副一、竖向导轨、支撑座、联轴器和马达；滚珠丝杆副一的丝杆与支撑座构成转动副，滚珠丝杆副一的螺母块与红外发射器或红外接收器固定，并与固定在支撑座上的竖向导轨构成滑动副；马达的输出轴与丝杆通过联轴器连接；马达由控制器控制。

作为优选实施例，侧滚机构10包括斜置电缸和侧滚平板；两个斜置电缸的缸体均固定在横移机构2的横移平台上，两个斜置电缸的推杆均与侧滚平板铰接；斜置电缸由控制器控制；侧滚机构通过两个斜置电缸实现侧滚支架的两端高低位置调节。

作为优选实施例，偏转机构8包括竖向电机、主动齿轮、从动齿轮和偏转平板；竖向电机的底座固定在侧滚机构10的侧滚平板上；主动齿轮固定在竖向电机的输出轴上，并与固定在传动轴上的从动齿轮啮合；传动轴与侧滚机构10的侧滚平板构成转动副，并与偏转平板固定；竖向电机由控制器控制；偏转机构实现偏转平板绕竖直轴转动，使得横移机构2上的测试件安装板与纵移机构1上的测试件安装板同向或反向偏转形成偏转角。

作为优选实施例，点头机构9包括俯仰电缸、滚珠丝杆副二、安装架、移动架和摆杆；俯仰电缸的缸体固定在偏转机构8的偏转平板上，俯仰电缸的推杆与安装架一侧铰接；安装架另一侧与偏转机构8的偏转平板铰接；作为更优先实施例，俯仰电缸设有两个；俯仰电缸由控制器控制；滚珠丝杆副二的丝杆与安装架构成转动副；滚珠丝杆副二的螺母块与滚珠丝杆副二的丝杆构成螺旋副，并与移动架固定；移动架与安装架构成滑动副；两根摆杆的一端均与移动架铰接，另一端均与测试件安装板顶部铰接；测试件安装板底部与安装架铰接；俯仰电缸实现安装架的俯仰角调节，滚珠丝杆副二实现测试件安装板的俯仰角调节。

作为优选实施例，测试件安装板由基板和调整板组成；基板由点头机构9驱动实现俯仰调节；基板上开设有等距排布的若干定位孔；调整板上开设有若干安装孔一和若干安装孔二；调整板的每个安装孔一与基板的一个定位孔通过螺栓和螺母固定连接；调整板固定在基板的不同定位孔位置，能实现调整板的伸出长度调节；安装孔二用于安装电缆；作为更优选实施例，调整板设有两块，分设在基板两端。

作为优选实施例，防碰撞感应装置采用红外传感器。

作为优选实施例，还包括安全护栏，纵移机构1、横移机构2、垂移机构3、角度调整组件、线缆高度检测机构4、纵向导轨5和垂移直线模组均置于安全护栏内。

该多自由度线束疲劳试验设备，工作原理如下：

将待试验线束两端与两块测试件安装板的安装孔二分别固定，然后通过纵移机构1调整两块测试件安装板的纵向间距，并通过纵向导轨5和垂移直线模组调整线缆高度检测机构4的位置，以适应不同长度的待试验线束试验；接着，根据模拟的不同工况调整纵移机构1、横移机构2、垂移机构3和角度调整组件，对待试验线束进行疲劳试验，疲劳试验过程中，线缆高度检测机构检测待试验线束的最低位置(可以体现待试验线束的下垂高度)，防碰撞感应装置检测两块测试件安装板的最小间距；两块测试件安装板的最小间距小于预设值时，防碰撞感应装置输出信号给控制器，控制器控制纵移机构1、横移机构2、垂移机构3和角度调整组件均停止运动；待试验线束低于预设高度时，线缆高度检测机构4中红外发射器发射的光线11被待试验线束遮挡，红外接收器输出信号给控制器，控制器连接的报警器报警，试验结束。

其中，模拟的不同工况下，纵移机构1、横移机构2、垂移机构3和角度调整组件的调整方式如下：

(1)模拟列车启动工况：待试验线束被拉伸，因此通过纵移机构1增大两块测试件安装板的纵向间距，模拟待试验线束的垂向弯曲状态。

(2)模拟列车进入或开出单个弯道的工况：此时列车的相邻两节车厢在水平面内存在夹角，且车厢内、外侧存在高低差，因此通过角度调整组件的偏转机构8调整两块测试件安装板的夹角，模拟待试验线束的摆动状态；并通过角度调整组件的侧滚机构10实现每块测试件安装板的两端高度差，模拟待试验线束的扭转状态。

(3)模拟列车进入或开出S形弯道的工况：此时多组相邻车厢在水平面内的夹角不同，且车厢内、外侧存在高低差，因此通过角度调整组件的偏转机构8调整两块测试件安装板的夹角，模拟待试验线束的摆动状态；通过角度调整组件的侧滚机构10实现每块测试件安装板的两端高度差，模拟待试验线束的扭转状态；并通过横移机构2调整两块测试件安装板的横向间距，模拟待试验线束的横向弯曲状态。

(4)模拟列车上坡或下坡的工况：此时相邻两节车厢在竖直面内存在夹角，且两节车厢的高度产生差异，因此通过角度调整组件的点头机构9调整两块测试件安装板的俯仰角，并通过垂移机构3调整两块测试件安装板的高度差，模拟待试验线束的垂向弯曲状态(该垂向弯曲状态比只有纵移机构1运动时的垂向弯曲状态要复杂)。

(5)模拟列车停车或制动的工况：通过纵移机构1减小两块测试件安装板的纵向间距，模拟待试验线束的垂向弯曲状态。

纵移机构1、横移机构2、垂移机构3和角度调整组件的动作可以单个动作进行点动或者连续运动，也可以不同运行组合进行复合运动，最大程度模拟列车运动状态下的动态线缆实际状态，通过长时间反复的线束弯折、相互摩擦、相互碰撞等状态模拟线束寿命，通过线缆高度检测机构4对线束的长度是否满足设计要求进行复验，同时也可以通过疲劳试验看出线束在长时间运动是否会存在松弛现象而导致线束长度变长，试验后，通过检测线束的外观、线束绝缘皮弹性、导通性、绝缘电阻、绝缘耐压等试验来验证线束的功能衰退程度。其中，纵移机构1的纵向移动、横移机构2的横向运动、垂移机构3的竖直运动和点头机构9的俯仰运动这四个运动可以模拟线缆不同情况的弯曲状态，偏转机构8的偏转运动可以模拟线缆的摆动状态，侧滚机构10的侧滚运动可以模拟线缆的扭转状态。

本实用新型还可以通过调整各运动的速率来增加短期的运动次数，加速线缆的疲劳性隐患暴露，提前识别产品的不足之处与疲劳寿命极限，为后续的产品改进或维护保养提高强有力的数据支撑。

本实用新型还可以通过操作平台7直接控制设备进行多自由度(自由度数量不小于6个)的综合性运动，且可以对线束运动轨迹规定设置限位值，实现运动中实时超限报警，检测动态线束在实际使用中的适用性；设备带有耐久性寿命试验功能，可实现线束的耐久性寿命验证，同样是在多自由度的综合性运动环境下；本实用新型将运动机构与操作平台7分开区域，从而降低设备运动过程中的误触危险。

Claims (10)

1.多自由度线束疲劳试验设备，包括纵移机构、横移机构、垂移机构和测试件安装板，其特征在于：还包括角度调整组件、线缆高度检测机构、纵向导轨和垂移直线模组；所述的线缆高度检测机构设置在纵移机构和横移机构之间，包括红外发射器和红外接收器；红外发射器和红外接收器分别由一个垂移直线模组驱动上下移动，两个垂移直线模组的支撑座与两个纵向导轨分别构成滑动副；所述的横移机构由垂移机构驱动上下移动；纵移机构和横移机构上均设有一个角度调整组件；所述的角度调整组件包括偏转机构、点头机构和侧滚机构；偏转机构设置在侧滚机构顶部，点头机构设置在偏转机构顶部；每个角度调整组件的点头机构上设有测试件安装板，所述的测试件安装板上设有若干防碰撞感应装置；纵移机构、横移机构、垂移机构、角度调整组件和垂移直线模组的动力源以及红外发射器均由控制器控制，防碰撞感应装置和红外接收器的信号输出端均与控制器电信连接。

2.根据权利要求1所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的控制器置于控制柜内，并与操作平台的控制面板电信连接。

3.根据权利要求1所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的纵移机构包括纵移机架、纵移伺服电机、齿轮一、齿条一、导轨一和纵移平台；纵移伺服电机的底座固定在纵移平台上，纵移平台与固定在纵移机架上的导轨一构成滑动副；齿轮一固定在纵移伺服电机的输出轴上，并与固定在纵移机架上的齿条一啮合；纵移伺服电机由控制器控制。

4.根据权利要求1所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的横移机构包括横移机架、横移伺服电机、齿轮二、齿条二、导轨二和横移平台；横移伺服电机的底座固定在横移平台上，横移平台与固定在横移机架上的导轨二构成滑动副；齿轮二固定在横移伺服电机的输出轴上，并与固定在横移机架上的齿条二啮合；横移伺服电机由控制器控制。

5.根据权利要求1所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的垂移直线模组包括滚珠丝杆副一、竖向导轨、支撑座、联轴器和马达；滚珠丝杆副一的丝杆与支撑座构成转动副，滚珠丝杆副一的螺母块与红外发射器或红外接收器固定，并与固定在支撑座上的竖向导轨构成滑动副；马达的输出轴与丝杆通过联轴器连接；马达由控制器控制。

6.根据权利要求1所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的侧滚机构包括斜置电缸和侧滚平板；两个斜置电缸的缸体均固定在横移机构的横移平台上，两个斜置电缸的推杆均与侧滚平板铰接；斜置电缸由控制器控制。

7.根据权利要求1所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的偏转机构包括竖向电机、主动齿轮、从动齿轮和偏转平板；竖向电机的底座固定在侧滚机构的侧滚平板上；主动齿轮固定在竖向电机的输出轴上，并与固定在传动轴上的从动齿轮啮合；传动轴与侧滚机构的侧滚平板构成转动副，并与偏转平板固定；竖向电机由控制器控制。

8.根据权利要求1所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的点头机构包括俯仰电缸、滚珠丝杆副二、安装架、移动架和摆杆；俯仰电缸的缸体固定在偏转机构的偏转平板上，俯仰电缸的推杆与安装架一侧铰接；安装架另一侧与偏转机构的偏转平板铰接；所述的俯仰电缸设有两个；俯仰电缸由控制器控制；滚珠丝杆副二的丝杆与安装架构成转动副；滚珠丝杆副二的螺母块与滚珠丝杆副二的丝杆构成螺旋副，并与移动架固定；移动架与安装架构成滑动副；两根摆杆的一端均与移动架铰接，另一端均与测试件安装板顶部铰接；测试件安装板底部与安装架铰接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的测试件安装板由基板和调整板组成；基板由点头机构驱动实现俯仰调节；基板上开设有等距排布的若干定位孔；调整板上开设有若干安装孔一和若干安装孔二；调整板的每个安装孔一与基板的一个定位孔通过螺栓和螺母固定连接；所述的调整板设有两块，分设在基板两端。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的多自由度线束疲劳试验设备，其特征在于：所述的防碰撞感应装置采用红外传感器。

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