基于轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)測試臺測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)測試臺測量系統(tǒng)，尤其是涉及一種包括轉(zhuǎn)向 架懸掛系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)測試的試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，我國鐵路行業(yè)急速發(fā)展，軌道列車速度不斷提高，相應(yīng)地對軌道車輛動力 學(xué)性能的要求也越來越高。同時為了能夠研究并優(yōu)化轉(zhuǎn)向架的動力學(xué)參數(shù)、降低研發(fā)生產(chǎn) 成本，國內(nèi)的各機(jī)車車輛廠迫切希望能夠?qū)υ囍瞥鰜淼霓D(zhuǎn)向架進(jìn)行參數(shù)測試，以保證裝車 后轉(zhuǎn)向架各項性能參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求，車輛的動力學(xué)性能也達(dá)到最優(yōu)。檢測軌道車輛轉(zhuǎn)向 架懸掛特性參數(shù)的測定有如下重要性：1.檢驗機(jī)車車輛的實測參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計值的要 求，并可以據(jù)此找出車輛在設(shè)計、制造、生產(chǎn)過程中的不當(dāng)之處；2.確定實際生產(chǎn)的機(jī)車車 輛所能達(dá)到的動力學(xué)性能，以此準(zhǔn)確的判斷機(jī)車可以適應(yīng)的運行條件；3.可以作為機(jī)車車 輛性能分析優(yōu)化的依據(jù)。轉(zhuǎn)向架懸掛特性試驗臺的開發(fā)對軌道車輛轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品的研發(fā)設(shè) 計、生產(chǎn)制造、運營維護(hù)、動力學(xué)性能的研究具有重大意義，并且能對運行環(huán)境的指定以及 質(zhì)量控制產(chǎn)生積極效果，有利于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
[0003] 但是目前的檢測設(shè)備價格昂貴、使用維護(hù)成本偏高、設(shè)備關(guān)鍵部件故障后的維修 周期長；并且多為單一項目檢測設(shè)備，檢測效率高，適用于批量產(chǎn)品出廠檢測，而對于具有 科研和開發(fā)性質(zhì)的工程實驗室來說，往往需要功能多樣，并能夠?qū)Ξa(chǎn)品相關(guān)參數(shù)進(jìn)行全面 檢測的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)測試臺測量 系統(tǒng)，通過測量轉(zhuǎn)向架各部件之間的三維作用力和三維位移，來計算轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)靜態(tài) 參數(shù)和動態(tài)參數(shù)，用以分析機(jī)車的力學(xué)性能。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)測試臺測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三 維力測量模塊、三維位移測量模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，所述三維力測量模塊包括分別安裝于下 部運動平臺和轉(zhuǎn)向架輪對之間以及上部運動平臺和轉(zhuǎn)向架搖枕之間的三維力壓力傳感器， 所述三維位移測量模塊包括用于對輪對構(gòu)架之間、構(gòu)架搖枕之間、輪對搖枕之間產(chǎn)生的相 對位移變化進(jìn)行測量的位移傳感器、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對三維力壓力傳感器和位移傳 感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時通訊、記錄、處理分析和存儲。所述的三維位移測量模塊包括垂直 相對位移測量單元和水平相對位移測量單元，水平相對位移測量單元包括輪對構(gòu)架水平測 量單元和輪對搖枕水平測量單元。所述垂直相對位移測量單元包括對輪對構(gòu)架垂直測量單 元和構(gòu)架搖枕垂直測量單元，所述輪對構(gòu)架垂直測量單元和構(gòu)架搖枕垂直測量單元分別 測量的垂直位移為垂直相對位移測量。所述輪對構(gòu)架水平測量單元和輪對搖枕水平測量單 元均有兩個，分別設(shè)置在輪的兩邊。
[0006] 上述三維力壓力傳感器或位移傳感器包括控制單元、與控制單元分別連接的X方 向電容單元組和Y方向電容單元組，所述X方向電容單元組和Y方向電容單元組均包括電 容單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個 條狀電容單元包括上極板的驅(qū)動電極和下極板的感應(yīng)電極，所述電容單元模塊包括由兩 個以上寬度a。長度b。的條狀電容單元組成的第一條狀電容單元組和兩個以上寬度ka。長度 b。的條狀電容單元組成的第二條狀電容單元組。所述每個條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應(yīng) 電極寬度相同，驅(qū)動電極的長度大于感應(yīng)電極長度，驅(qū)動電極長度兩端分別預(yù)留左差位S 左和右差位δ右，b0驅(qū)=b0感+ δ右+ δ左，其中，b0驅(qū)為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，b0感為條 狀電容單元的感應(yīng)電極長度，所述差位Ss= δ φ，且2如·^，其中d。為條狀電容單 元介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量，τ_為最大應(yīng)力值。所述梳齒狀結(jié)構(gòu)包括20個以 上條狀電容單元、與條狀電容單元一一對應(yīng)連接的引線，相鄰兩條狀電容單元之間設(shè)有電 極間距a δ。所述平行板面積S = M (aQ+2a δ+ka。) bQ/2，其中，M為條狀電容單元數(shù)量，b。為條 狀電容單元的長度，a。條狀電容單元的寬度，所述條狀電容單元的寬度=_$，其中，d。 為介質(zhì)厚度，E為彈性介質(zhì)的楊氏模量，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量。所述第一條狀電容單元 組和第二條狀電容單元組的條狀電容單元引線通過并聯(lián)或者獨立方式連接到控制單元。所 述第一條狀電容單元組和第二條狀電容單元組與控制單元之間分別設(shè)有中間變換器，中間 變換器用于設(shè)置電壓對電容或頻率對電容的傳輸系數(shù)。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的測量系統(tǒng)通過測量轉(zhuǎn)向架各部件之間的三維作用 力和三維位移，來計算轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)，分析機(jī)車的力學(xué)性能，實現(xiàn)機(jī) 車實測參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計值的功能，為車輛性能優(yōu)化提供參數(shù)依據(jù)。另外，本發(fā)明傳感器不 僅可以測量三維作用力，而且可以測量三維位移，并且通過設(shè)置預(yù)留差位、設(shè)置兩組寬度為 a。和Ka。的條狀電容單元等方法有效解決三維力間相互影響，使法向與切向轉(zhuǎn)換都達(dá)到較 高的線性、精度與靈敏度。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元及其坐標(biāo)系。
[0009] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元示意圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元右向偏移示意圖。
[0011] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元左向偏移示意圖。
[0012] 圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的寬度為a。和ka。的電容對受力偏移圖。
[0013] 圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖7是本發(fā)明的【具體實施方式】的單元電容對的信號示意圖。
[0015] 圖8為本發(fā)明【具體實施方式】的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖9為本發(fā)明【具體實施方式】垂向相對位移量測量示意圖。
[0017] 其中，1搖枕，2下部六自由度平臺，3縱向動作器，4垂向動作器，5橫向動作器，6 構(gòu)架，7三維測力平臺，8輪對，9 一系懸掛，10二系懸掛。
【具體實施方式】
[0018] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0019] 由于彈性懸掛裝置的影響，軌道車輛運行中振動形式變得復(fù)雜，車輛有六個獨立 的振動形式，即伸縮、橫擺、浮沉、側(cè)滾、點頭和搖頭。其中伸縮為沿X軸方向的直線運動；橫 擺為沿y軸的直線運動；浮沉為沿Z軸的直線運動；側(cè)滾為繞X軸的回轉(zhuǎn)運動；點頭為繞y 軸的回轉(zhuǎn)運動；搖頭為繞z軸的回轉(zhuǎn)運動。
[0020] 轉(zhuǎn)向架懸掛特性的測試方法具體為將待測轉(zhuǎn)向架的幾個部件固定在試驗臺上， 通過液壓激勵源施加作用力于轉(zhuǎn)向架的其他部件，強制轉(zhuǎn)向架的非固定部件相對于固定 部件發(fā)生位置變化，測量試驗過程中施加的作用力及在該作用力下部件之間產(chǎn)生的相對位 移變化量。
[0021] 具體的測試方法為：使用鎖緊裝置將構(gòu)架固定，在下部六自由度運動平臺上對輪 對施加作用力，并通過每個車輪下方的三維位移測量模塊和三維力測量模塊，測取每個車 輪受到的三向作用力及其相對于構(gòu)架的位移。這種測試方法考慮到了車輛實際運行中的各 種受力狀況，而且可以在測試過程中直觀地觀察到轉(zhuǎn)向架實際運行中的運動狀態(tài)和各部件 之間相互作用的機(jī)理。下部六自由度運動平臺包括橫向作動器、縱向作動器和垂向作動器， 三向作動器施加作用力于轉(zhuǎn)向架的各個部件，實現(xiàn)六自由度運動，搖枕設(shè)置在構(gòu)架上側(cè)，三 維測力平臺下端固定在下部六自由度運動平臺上。
[0022] 三維位移測量模塊能夠?qū)唽?gòu)架之間、構(gòu)架搖枕之間、輪對搖枕之間產(chǎn)生的相 對位移變化進(jìn)行精確測量。測量一系三向相對位移量是以轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為測量基準(zhǔn)，測量二 系三向相對位移量也是以轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為測量基準(zhǔn)，三個方向的位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)即 三向相對位移量。如圖2,為垂向相對位移量測量示意圖，一系懸掛兩端分別連接至輪對和 架構(gòu)，二系懸掛分別連接至架構(gòu)和搖枕，垂向的位移量是一系懸掛的位移量和二系懸掛的 位移量之和。
[0023] 具體的，本發(fā)明的測量系統(tǒng)包括三維力測量模塊、三維位移測量模塊、數(shù)據(jù)處理模 塊，所述三維力測量模塊包括分別安裝于下部運動平臺和轉(zhuǎn)向架輪對之間以及上部運動平 臺和轉(zhuǎn)向架搖枕之間的三維力壓力傳感器，所述三維位移測量模塊包括用于對輪對構(gòu)架之 間、構(gòu)架搖枕之間、輪對搖枕之間產(chǎn)生的相對位移變化進(jìn)行測量的位移傳感器、所述數(shù)據(jù)處 理模塊用于對三維力壓力傳感器和位移傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時通訊、記錄、處理分析 和存儲。
[0024] 所述的三維位移測量模塊包括垂直相對位移測量單元和水平相對位移測量單元， 水平相對位移測量單元包括輪對構(gòu)架水平測量單元和輪對搖枕水平測量單元。
[0025] 所述垂直相對位移測量單元包括對輪對構(gòu)架垂直測量單元和構(gòu)架搖枕垂直測量 單元，所述輪對構(gòu)架垂直測量單元和構(gòu)架搖枕垂直測量單元分別測量的垂直位移為垂直 相對位移測量。
[0026] 所述輪對構(gòu)架水平測量單元和輪對搖枕水平測量單元均有兩個，分別設(shè)置在輪的 兩邊，通過構(gòu)架水平測量單元左右兩邊