CN102042901B - 基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台。该设备是为了满足对轨道车辆转向架悬挂动态特性检测需要设计的。主要包括：铸铁平台总成、激振横梁总成、横向作动器支承横梁、车体纵向固定座总成及上车轨道总成。其中，铸铁平台总成主要包括铸铁平台、地锚器网；激振横梁总成包括激振横梁、垂向作动器、横向作动器、活动轨U型挡夹具、激振横梁纵向连接杆总成；横向作动器支承横梁通过螺栓固定在预埋于试验台基础中的铁板上；车体纵向固定座总成包括车体纵向支承反力支座、地轨、车身连接法兰盘、车身连接杆；上车轨道总成包括上车入口段轨道总成和上车中间段轨道总成。

Description

基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台

技术领域

本发明涉及轨道车辆转向架悬挂动态特性检测设备，特别是涉及一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台。

背景技术

轨道车辆是一个多自由度系统，根据多自由度振动系统的特性，作为质量体的车体、构架应具有振动振型和自振频率，一般称之为悬挂自振特性。根据车体和构架的运动自由度，对相应自由度进行强迫激振，便可测出相应的自振频率。根据激振信号的不同，对机车车辆的悬挂自振频率的测定方法可分为正弦扫频法、阶跃激振法和随机激振法。本试验台采用正弦扫频法实现转向架自振频率的测试。

用滚振试验台的滚轮或单纯激振试验台的活动轨道，根据振型的需要，对车轮进行正弦激振，测定构架和车体的位移(或加速度)响应，通过连续改变正弦激振的频率，以0.05Hz/s的扫频速度，记录连续变化的响应曲线，根据车体或构架的最大振动响应点的振动频率，确定该振型下的自振频率。

1、国外公司转向架检测设施情况

欧洲主要有两个大型的转向架生产基地，一个是西门子的GRAZ公司，另一个是ALSTOM的科露索公司。欧洲的转向架生产基地与车体生产在不同的地点，所以在进行转向架各项参数检测时多不考虑车体，而是在转向架上部安装平台模拟车体。

欧洲公司在新型转向架研制过程中，根据线路谱对转向架的悬挂参数进行计算和优化，但这仅仅是理论计算，转向架组装完成后，转向架悬挂系统的动态及静态参数是否达到设计要求，必须通过参数测试台获取，并进行适当的修正。

2、国内转向架参数试验台情况

国内在新型转向架设计时，无论是机车、货车还是客车转向架，动力学的选取、计算以及整车的滚振试验都在西南交通大学完成，西南交通大学也具有参数检测设施。

国内各铁路制造公司以前都没有转向架的参数检测设备，但随着铁路车辆的发展，铁路客车引进200km/h和300km/h技术，铁路货车向重载发展，转向架的参数检测设备越来越重要、株洲电力机车厂、青岛四方公司都计划组建转向架整体参数检测设备。这些试验台能够进行转向架一系及二系悬挂的垂向、横向、纵向及抗菱刚度，而对转向架自身自振特性无法测试。

因此，研制开发结构合理，测试方法操作简单有效的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，以此来检测转向架自振频率，确保车辆运行的安全性、平稳性以及动力学性能，已是一项迫在眉睫的任务。

目前，对基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验还没有专门的设备或仪器。

发明内容

本发明的目的在于开发一种结构合理，测试操作简单有效的基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，以此来检测转向架自振频率等动态特性参数，确保车辆运行的安全性、平稳性以及动力学性能。

本发明上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：

一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，主要由铸铁平台总成A、激振横梁总成B、横向作动器支承横梁C、车体纵向固定座总成D及上车轨道总成E组成，所述的激振横梁总成B包括激振横梁3、垂向作动器4、横向作动器5、活动轨U型挡夹具总成6和激振横梁纵向连接杆总成7，激振横梁3为2个，分别对被测转向架的前后两条轮对进行支撑和激振，每个激振横梁3通过其侧面的上车轨道固定板27与上车轨道总成E螺栓连接，激振横梁3的上、下表面分别与活动轨U型挡夹具总成6和垂向作动器4螺纹连接，活动轨U型挡夹具总成6通过螺钉固定在激振横梁3上面，垂向作动器4与铸铁平台1通过螺钉连接，激振横梁3的一个端面通过横向作动器5与横向作动器支承横梁C螺钉连接，一个侧面与4根激振横梁纵向连接杆总成7连接，激振横梁纵向连接杆总成7通过螺钉与基础预埋板相连。

所述的铸铁平台总成A主要包括铸铁平台1和地锚器网2，铸铁平台1通过地锚器网2固定在试验台基础(III)底面上，铸铁平台1上面预制螺纹孔，用以安装垂向作动器4，并根据不同的螺纹孔调节垂向作动器4的安装位置。

活动轨U型挡夹具总成6包括U型挡8、扫频活动轨道9和U型挡斜铁10，扫频活动轨道9与U型挡斜铁10通过螺钉连接，U型挡斜铁10与U型挡8螺钉连接，当被测转向架车轮停在扫频活动轨道9后，利用调整螺栓将U型挡斜铁10挤入U型挡8和轮缘之间，对车轮横向进行约束；同时利用摩擦力可以对车轮纵向和垂向进行一定程度的约束。

所述的横向作动器支承横梁C通过螺栓固定在预埋于试验台基础(III)中的铁板上，横向作动器支承横梁C侧面有多排螺栓孔，用于调整横向作动器5的安装位置，以适应不同轴距转向架。

所述的车体纵向固定座总成D包括车体纵向支承反力支座16、地轨17、车身连接法兰盘18、车身连接杆19，地轨17预埋于试验台基础(III)上，车体纵向支承反力支座16通过T型螺栓固定在地轨17上，车身连接杆19通过车身连接法兰盘18与车体纵向支承反力支座16连接，且与被测车体车端车钩连接，使车体在试验时不能发生纵向移动。

所述的上车轨道总成E包括上车入口段轨道总成20和上车中间段轨道总成24，上车入口段轨道总成20通过T型螺栓与上车入口处的激振横梁3连接，上车中间段轨道总成24通过T型螺栓与两个激振横梁3连接，上车入口段轨道总成20包括上车入口工字钢21、上车入口轨道22和上车桥支承杆与千斤顶总成23，上车中间段轨道总成24包括上车中间桥工字钢25、上车中间轨道26和上车桥支承杆与千斤顶总成23，上车桥支承杆与千斤顶总成23上端与上车入口工字钢21和上车中间桥工字钢25连接，下端与铸铁平台1连接。

所述的激振横梁纵向连接杆总成7包括纵向连接杆11、杆端关节轴承连接杆12、销轴13和球关节支座14，纵向连接杆11与杆端关节轴承连接杆12螺纹连接，杆端关节轴承连接杆12与球关节支座14通过销轴13连接，纵向连接杆11长度可调。

所述的调节垂向作动器4在铸铁平台1的安装位置、横向作动器5在横向作动器支承横梁C上的安装位置以及激振横梁纵向连接杆总成7的长度可调，用以改变两条激振横梁3之间的间距以适应不同轴距转向架进行测试的需要；安装在激振横梁3上两个活动轨U型挡夹具总成6之间距离可调，用以适应不同轨距转向架进行测试的需要。

本发明的技术效果：

本发明提供了一种轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，以满足在落车状态下对轨道车辆一位转向架自振频率等动态特性参数检测的需要。该试验台利用横向和垂向作动器以及激振横梁分别对轨道车辆转向架两条轮对进行横向和垂向激励，采用正弦扫频的方法实现转向架横向及垂向振型自振频率的检测。该装置采用了紧凑、合理的结构设计方法，测试过程自动化、程序化较高，检测更加准确、高效。

该转向架悬挂自振特性试验台解决了由于制造工艺等因素使转向架在制造后达不到设计性能要求的问题。通过参数测试调整后的转向架在动力学试验过程中的动力学性能一次就达到要求，大大缩短了产品研制开发周期，节省了大量的试验时间及经费，该测试系统的研制成功，将在加速我国铁路货车产品的升级换代过程中起到重要作用，应用前景十分广阔。具有一定的社会效益和经济效益，有利于社会的发展。

附图说明

图1转向架悬挂自振特性试验台试验状态示意图。

图2转向架悬挂自振特性试验台试验状态示意图(隐藏被试轨道车辆车体)。

图3转向架悬挂自振特性试验台示意图(带试验台基础)。

图4转向架悬挂自振特性试验台示意图(隐藏试验台基础)。

图5转向架悬挂自振特性试验台示意图-右视图(隐藏试验台基础)。

图6转向架悬挂自振特性试验台示意图-前视图(隐藏试验台基础)。

图7铸铁平台总成示意图。

图8铸铁平台示意图。

图9激振横梁总成示意图。

图10激振横梁示意图。

图11激振横梁-俯视图。

图12活动轨U型挡夹具总成示意图。

图13活动轨U型挡夹具总成工作示意图。

图14激振横梁纵向连接杆总成示意图。

图15横向作动器支承横梁示意图。

图16车体纵向固定座总成示意图。

图17车体纵向固定座总成-前视图。

图18上车入口段轨道总成示意图。

图19上车中间段轨道总成示意图。

图20(a)测点前视图；

图20(b)测点左视图；

图20(c)测点俯视图。

图中：I-转向架悬挂自振特性试验台  II-被试轨道车辆车体  III-试验台基础  IV-被试轨道车辆转向架  V-车轮

A-铸铁平台总成  B-激振横梁总成  C-横向作动器支承横梁  D-车体纵向固定座总成E-上车轨道总成

1-铸铁平台；2-地锚器网；3-激振横梁；4-垂向作动器；5-横向作动器；6-活动轨U型挡夹具总成；7-激振横梁纵向连接杆总成；8-U型挡；9-扫频活动轨道；10-U型挡斜铁；11-纵向连接杆；12-杆端关节轴承连接杆；13-销轴；14-球关节支座；16-车体纵向支承反力支座；17-地轨；18-车身连接法兰盘；19-车身连接杆；20-上车入口段轨道总成；21-上车入口工字钢；22-上车入口钢轨；23-上车桥支承杆与千斤顶总成；24-上车中间段轨道总成；25-中间桥工字钢；26-上车中间钢轨；27-上车轨道固定板

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明的具体内容和工作过程作进一步详细说明。

参阅图1、2、3、4、5、6，本发明涉及的一种轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，主要由铸铁平台总成A、激振横梁总成B、横向作动器支承横梁C、车体纵向固定座总成D及上车轨道总成E组成。其中，铸铁平台总成A主要包括铸铁平台1、地锚器网2；激振横梁总成B包括激振横梁3、垂向作动器4、横向作动器5、活动轨U型挡夹具6、激振横梁纵向连接杆总成7，其中，垂向作动器4通过螺栓与铸铁平台总成A固连；横向作动器支承横梁C通过螺栓固定在预埋于试验台基础(III)中的铁板上；车体纵向固定座总成D包括车体纵向支承反力支座16、地轨17、车身连接法兰盘18、车身连接杆19，其中，地轨预埋于试验台基础(III)中；上车轨道总成E包括上车入口段轨道总成20和上车中间段轨道总成24。

参阅图7、8，铸铁平台总成A包括铸铁平台1、地锚器网2。铸铁平台1通过地锚器网2固定在试验台基础(III)底面，铸铁平台1数量为两块，铸铁平台1对整个试验台起到支承作用，并为垂向作动器4动作提供反力；铸铁平台1上面预制螺纹孔，用以安装垂向作动器4，根据不同的螺纹孔可以方便的调节垂向作动器4的安装位置，以适应不同轴距不同轨距转向架进行测试的需要。通过调节地锚器网2来调整铸铁平台1的整体水平度。

参阅图9、10、11、12、13、14，激振横梁总成B包括激振横梁3、垂向作动器4、横向作动器5、活动轨U型挡夹具6、激振横梁纵向连接杆总成7。激振横梁3的侧面焊有四块上车轨道固定板27，目的是上车轨道总成E通过螺栓连接在上车轨道固定板27上，保证上车过程中轨道稳定性；激振横梁3的上、下表面有不同螺纹孔，活动轨U型挡夹具总成6和垂向作动器4通过螺栓分别与激振横梁3上下表面连接，通过调整活动轨U型挡夹具总成6在激振横梁3上表面的安装位置来适应不同轨距转向架测试的要求。自振频率试验台由2个激振横梁3组成，分别对被测转向架的前后两条轮对进行支撑和激振。激振横梁3的下表面通过螺钉与2个垂向作动器4连接，激振横梁3的一个端面通过螺钉与1个横向作动器5连接，激振横梁3的一个侧面通过螺钉与4根激振横梁纵向连接杆总成7连接；2个垂向作动器4与铸铁平台1通过螺钉连接；1个横向作动器5与横向作动器支承横梁C通过螺钉连接；4根激振横梁纵向连接杆总成C通过螺钉与基础预埋板相连；2个活动轨U型挡夹具总成6通过螺钉固定在激振横梁3上面。

参阅图12、13，活动轨U型挡夹具总成6包括U型挡8，扫频活动轨道9和U型挡斜铁10。扫频活动轨道9与U型挡8通过螺钉连接，U型挡斜铁10与U型挡8螺钉连接。当被测转向架车轮停在扫频活动轨道9后，利用调整螺栓将U型挡斜铁10挤入U型挡8和轮缘之间，对车轮横向进行约束；同时利用摩擦力可以对车轮纵向和垂向进行一定程度的约束。

参阅图14，激振横梁纵向连接杆总成7包括纵向连接杆11、杆端关节轴承连接杆12、销轴13、球关节支座14。纵向连接杆11与杆端关节轴承连接杆12螺纹连接，可以用来调整激振横梁纵向连接杆总成7长短以适应不同轴距转向架测试的要求；杆端关节轴承连接杆12与球关节支座14通过销轴13连接。激振横梁纵向连接杆总成7起到约束导向作用，试验台激振横梁3提供了横向和垂向的移动以及绕自身纵向中心的转动3个自由度，其它3个自由度被4根激振横梁纵向连接杆总成7约束。

参阅图15，横向作动器支承横梁C通过螺栓固定在预埋于试验台基础中的铁板上，横向作动器支承横梁C侧面有多排螺栓孔，目的是能够调整横向作动器5的安装位置，从而适应不同轴距转向架测试的要求。

参阅图16、17，根据权利要求1所述的一种轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于车体纵向固定座总成D包括车体纵向支承反力支座16、地轨17、车身连接法兰盘18、车身连接杆19。地轨17预埋于试验台基础(III)上，车体纵向支承反力支座16通过T型螺栓固定在地轨17上，车身连接杆19通过车身连接法兰盘18与车体纵向支承反力支座16连接，且与被测车体车端车钩连接，使车体在试验时不能发生纵向移动，起到固定作用。

参阅图18、19，根据权利要求1所述的一种轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于上车轨道总成E包括上车入口段轨道总成20和上车中间段轨道总成24，上车入口段轨道总成20通过螺栓与上车入口处的激振横梁3连接，上车中间段轨道总成24通过螺栓连接两个激振横梁3。上车入口段轨道总成20包括上车入口工字钢21、上车入口钢轨22、上车桥支承杆与千斤顶总成23。上车中间段轨道总成24包括上车中间桥工字钢25、上车中间钢轨26、上车桥支承杆与千斤顶总成23。两段轨道总成下表面分别与上车桥支承杆与千斤顶总成23相连，方便拆卸。

根据权利要求1所述的一种轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于通过调节垂向作动器4在铸铁平台1的安装位置、横向作动器5在横向作动器支承横梁C上的安装位置以及激振横梁纵向连接杆总成7的长度来改变两条激振横梁3之间的间距以适应不同轴距转向架进行测试的需要；通过调节安装在激振横梁3上两个活动轨U型挡夹具总成6之间距离来适应不同轨距转向架进行测试的需要。

工作原理：用滚振试验台的滚轮或单纯激振试验台的活动轨道，根据振型的需要，对车轮进行正弦激振，测定构架和车体的位移(或加速度)响应，通过连续改变正弦激振的频率，以0.05Hz/s的扫频速度，记录连续变化的响应曲线，根据车体或构架的最大振动响应点的振动频率，确定该振型下的自振频率。

在条件限制时允许离散改变频率进行扫频，频率变化间隔为0.5Hz，但在自振频率附近的0.5Hz范围内，频率变化间隔为0.1Hz。

工作过程：测试时，被测轨道车辆1位转向架的两条轮对分别停在激振横梁的活动轨U型挡夹具上，通过夹具对车轮横向进行定位。车体通过车端车钩与试验台基础上的车体纵向固定座连接，约束车辆纵向运动。垂向作动器通过激振横梁对轮对施加垂向激励，横向作动器通过激振横梁对轮对施加横向激励。通过位移或加速度传感器测量，分析处理后得到转向架自振频率和一定频率下的振型。

Claims (8)

1.一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，由铸铁平台总成(A)、激振横梁总成(B)、横向作动器支承横梁(C)、车体纵向固定座总成(D)及上车轨道总成(E)组成，其特征在于，所述的激振横梁总成(B)包括激振横梁(3)、垂向作动器(4)、横向作动器(5)、活动轨U型挡夹具总成(6)和激振横梁纵向连接杆总成(7)，激振横梁(3)为2个，分别对被测转向架的前后两条轮对进行支撑和激振，每个激振横梁(3)通过其侧面的上车轨道固定板(27)与上车轨道总成(E)螺栓连接，激振横梁(3)的上、下表面分别与活动轨U型挡夹具总成(6)和垂向作动器(4)螺纹连接，活动轨U型挡夹具总成(6)通过螺钉固定在激振横梁(3)上面，垂向作动器(4)与铸铁平台总成(A)的铸铁平台(1)通过螺钉连接，激振横梁(3)的一个端面通过横向作动器(5)与横向作动器支承横梁(C)螺钉连接，激振横梁(3)的一个侧面与4根激振横梁纵向连接杆总成(7)连接，激振横梁纵向连接杆总成(7)通过螺钉与基础预埋板相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，所述的铸铁平台总成(A)包括铸铁平台(1)和地锚器网(2)，铸铁平台(1)通过地锚器网(2)固定在试验台基础(III)底面上，铸铁平台(1)上面预制螺纹孔，用以安装垂向作动器(4)，并根据不同的螺纹孔调节垂向作动器(4)的安装位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，活动轨U型挡夹具总成(6)包括U型挡(8)、扫频活动轨道(9)和U型挡斜铁(10)，扫频活动轨道(9)与U型挡斜铁(10)通过螺钉连接，U型挡斜铁(10)与U型挡(8)螺钉连接，当被测转向架车轮停在扫频活动轨道(9)后，利用调整螺栓将U型挡斜铁(10)挤入U型挡(8)和轮缘之间，对车轮横向进行约束；同时利用摩擦力可以对车轮纵向和垂向进行一定程度的约束。

4.根据权利要求1所述的一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，所述的横向作动器支承横梁(C)通过螺栓固定在预埋于试验台基础(III)中的铁板上，横向作动器支承横梁(C)侧面有多排螺栓孔，用于调整横向作动器(5)的安装位置，以适应不同轴距的转向架。

5.根据权利要求1所述的一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，所述的车体纵向固定座总成(D)包括车体纵向支承反力支座(16)、地轨(17)、车身连接法兰盘(18)、车身连接杆(19)，地轨(17)预埋于试验台基础(III)上，车体纵向支承反力支座(16)通过T型螺栓固定在地轨(17)上，车身连接杆(19)通过车身连接法兰盘(18)与车体纵向支承反力支座(16)连接，且与被测车体车端车钩连接，使车体在试验时不能发生纵向移动。

6.根据权利要求1所述的一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，所述的上车轨道总成(E)包括上车入口段轨道总成(20)和上车中间段轨道 总成(24)，上车入口段轨道总成(20)通过T型螺栓与上车入口处的激振横梁(3)连接，上车中间段轨道总成(24)通过T型螺栓与两个激振横梁(3)连接，上车入口段轨道总成(20)包括上车入口工字钢(21)、上车入口轨道(22)和第一上车桥支承杆与千斤顶总成(23)，上车中间段轨道总成(24)包括上车中间桥工字钢(25)、上车中间轨道(26)和第二上车桥支承杆与千斤顶总成(23)，第一、第二上车桥支承杆与千斤顶总成(23)上端分别与上车入口工字钢(21)和上车中间桥工字钢(25)连接，下端均与铸铁平台(1)连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，所述的激振横梁纵向连接杆总成(7)包括纵向连接杆(11)、杆端关节轴承连接杆(12)、销轴(13)和球关节支座(14)，纵向连接杆(11)与杆端关节轴承连接杆(12)螺纹连接，杆端关节轴承连接杆(12)与球关节支座(14)通过销轴(13)连接，纵向连接杆(11)长度可调。

8.根据权利要求1所述的一种基于正弦扫频法的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，调节垂向作动器(4)在铸铁平台(1)的安装位置、横向作动器(5)在横向作动器支承横梁(C)上的安装位置以及激振横梁纵向连接杆总成(7)的长度，用于改变两条激振横梁(3)之间的间距，以适应对不同轴距的转向架进行测试的需要；安装在激振横梁(3)上两个活动轨U型挡夹具总成(6)之间距离可调，以适应对不同轨距的转向架进行测试的需要。 

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