高速動車組車端風擋綜合性能試驗臺的製作方法

2023-09-17 14:33:10 5

本發明涉及一種軌道車輛車端零部件檢測試驗裝置，更具體地說，本發明涉及一種高速動車組車端風擋綜合性能試驗臺。

背景技術：

隨著動車組時速的不斷提高，對動車組部件的設計提出了更高的要求。高速動車組風擋設計技術是列車編組中車端鉤緩、制動、電氣和風擋四大連接技術之一，風擋安裝於相鄰兩車廂的連接處，是列車車廂與車廂之間的重要軟連接部分；風擋應該具有良好的縱向伸縮性和橫向、垂向柔性，以滿足車輛運行過程中振動和安全通過曲線、道岔的要求，使乘客可以安全舒適地在車輛之間自由走動，風擋起到了連接、密封、隔熱、隔聲和安全保護作用，營造一個安全、舒適的乘車環境。

我國傳統客車端之間採用內風擋連接，造成風擋連接處截面突變，列車運行時影響車體端牆流場的壓力分布，將增加列車空氣阻力與其他氣動載荷，從而導致運行能耗增加等。因此現有高速動車組一般採用內外風擋共同承擔車輛之間的擠壓和相對運動，其中內風擋為一體壓製成型的雙層折棚式結構，主要作為旅客安全通道，以及保證車內氣密性；外風擋為橡膠囊風擋，有半封閉式外風擋和全封閉式外風擋兩種結構，主要起隔音和降噪的作用，並且使車體間的車輛連接部位儘量平滑化，以降低運行過程中受到的空氣阻力。

目前橡膠材料在動車組外風擋中得到了廣泛的應用，在相同的使用環境下橡膠材料的疲勞性能要比金屬材料普遍要低，由於載荷影響等原因，我國現運行的一種高速動車組橡膠外風擋上出現了裂紋現象，而橡膠風擋的使用要求表面不允許出現裂紋、穿孔，否則將影響列車運行的安全性及穩定性。因此，亟待分析並確定這種現象出現的主要原因，為今後如何採取措施解決具體問題提供技術指導。但是，目前還沒有行之有效的試驗裝置能夠有效地對高速動車組車端風擋進行試驗。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種高速動車組車端風擋試驗裝置，模擬列車實際運行過程中車端風擋運動與變形情況，能夠有效地試驗車端風擋的性能。

為解決上述技術問題，本發明是採用如下技術方案實現的，結合附圖說明如下：

一種高速動車組車端風擋綜合性能試驗臺，由運動端風擋及六自由度運動裝置總成a、固定端風擋及支撐裝置總成b、動態輪廓測量裝置總成c和控制系統d組成，所述固定端風擋及支撐裝置總成b由固定端支撐框架23、固定端風擋及安裝座裝配體24和固定端模擬端牆25組成，所述固定端支撐框架23由方管焊接而成的門框型框架結構，通過固定端支撐框架地軌10安裝在試驗臺地基e上，所述固定端模擬端牆25通過三維力傳感器及其連接板裝置安裝在固定端支撐框架23上；

所述動態輪廓測量裝置總成c安裝在運動端風擋及六自由度運動裝置總成a與固定端風擋及支撐裝置總成b之間，用來監測運動端風擋16與固定端風擋28的運動及變形情況，所述動態輪廓測量裝置總成c由動態輪廓測量攝像機安裝框架26和多個動態輪廓測量攝像機27組成，所述動態輪廓測量攝像機27安裝在龍門型的動態輪廓測量攝像機安裝框架26上，其中每兩個動態輪廓測量攝像機27對稱安裝在龍門型的動態輪廓測量攝像機安裝框架26的兩側面上，所述動態輪廓測量攝像機27個數和安裝位置可調。

所述運動端風擋及六自由度運動裝置總成a由運動端支撐框架1、運動端風擋與模擬端牆裝配體13、伺服電動缸、垂向缸支撐架和三維力傳感器組成，所述運動端風擋與模擬端牆裝配體13通過三維力傳感器安裝在運動端支撐框架1上，所述運動端支撐框架1上表面通過伺服電動缸與固定端風擋及支撐裝置總成b連接，所述運動端支撐框架1下表面通過螺栓安裝有正三角鉸點電動缸下聯結管8，所述正三角鉸點電動缸下聯結管8分別通過伺服電動缸與試驗臺地基e和垂向缸支撐架連接，所述垂向缸支撐架通過垂向支撐架地軌安裝在試驗臺地基e上，通過垂向、橫向和縱向伺服電動缸協調控制運動端支撐框架1的六自由度的運動，使得運動端支撐框架1能夠模擬列出車端在行進過程中的俯仰、側滾、轉向、錯動、沉浮以及伸縮運動，進而實現模擬運動端風擋16實際運行過程中的運動及變形。

所述伺服電動缸為垂向伺服電動缸2個，縱向伺服電動缸3個，橫向伺服電動缸1個，所述三維力傳感器4個，所述1、2號垂向伺服電動缸2、3一端分別通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在1、2號垂向缸支撐架3、6上，另一端分別通過球關節支座47安裝在正三角鉸點電動缸下聯結管8的兩端面上，所述橫向伺服電動缸7一端通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在試驗臺地基e的坑槽內，另一端通過球關節支座47安裝在正三角鉸點電動缸下聯結管8的內側面上；所述1、2號縱向伺服電動缸11、12一端分別通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在試驗臺地基e上，另一端分別通過球關節支座47安裝在正三角鉸點電動缸下聯結管8橫梁下表面上；所述3號縱向伺服電動缸14一端通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在固定端支撐框架23上表面，另一端通過球關節支座47安裝在正三角鉸點縱向缸上聯結管15上表面，所述正三角鉸點縱向缸上聯結管15通過螺栓安裝在運動端支撐框架1的上表面；所述1、2號垂向缸支撐架3、6分別通過1、2號垂向支撐架地軌4、5對稱安裝在試驗臺地基的左右兩側。

所述正三角鉸點電動缸下聯結管8為兩邊長度不相等的u形結構，由矩形方管焊接而成；所述橫向伺服電動缸7的另一端通過球關節支座47安裝在正三角鉸點電動缸下聯結管8的u形長邊內側面上。

所述運動端風擋與模擬端牆裝配體13通過1、2、3、4號三維力傳感器17、18、20、21及各傳感器連接板安裝在運動端支撐框架1上，所述1、2、3、4號三維力傳感器17、18、20、21的安裝位置可調，用來測量運動端風擋16整體的三維力，以便於計算風擋的整體剛度或者阻尼，運動端模擬端牆19和固定端模擬端牆25均為鋁型材框架結構，每根鋁型材上有螺栓安裝槽用於安裝風擋部件。

所述運動端風擋16通過若干個均勻分布的風擋夾具及三維力傳感器裝置22安裝在運動端模擬端牆19上，所述運動端風擋16截面形狀為u字形的橡膠結構件，在風擋的內外側根部分別均布若干個風擋夾具及三維力傳感器裝置22，用來測量分段風擋的受力。

所述風擋夾具及三維力傳感器裝置22由扇形夾具上夾具體31、擰緊長螺杆32、扇形夾具三維力傳感器33、扇形夾具傳感器連接座34和扇形夾具下夾具體35組成，所述扇形夾具上、下夾具體31、35呈l狀結構，扇形夾具上、下夾具體夾板38、36的加緊面設置有鋸齒狀凸牙，扇形夾具上夾具體導軌39與扇形夾具下夾具體導向座37採用燕尾槽配合，並通過擰緊長螺杆32安裝在一起；在扇形夾具下夾具體導向座37的背面安裝有扇形夾具三維力傳感器33，用來測量所夾風擋分段的三維力。

在扇形夾具下夾具體導向座37的背面安裝有扇形夾具三維力傳感器33，用來測量所夾風擋分段的三維力，所述扇形夾具三維力傳感器33是由上連接板、下連接板以及十字型貼片結構組成，其下連接板安裝在扇形夾具傳感器連接座34上；所述扇形夾具傳感器連接座34由夾具傳感器連接座上連接板40、夾具傳感器連接座下連接板41以及中間連接柱焊接而成，所述扇形夾具傳感器連接座34與扇形夾具三維力傳感器33通過螺栓連接，且安裝位置可調，用於調整扇形夾具三維力傳感器33的旋轉角度。

所述固定端風擋及安裝座裝配體24由固定端風擋28、固定端風擋安裝緊固件29和固定端風擋安裝連接座30組成，所述固定端風擋安裝連接座30與扇形夾具傳感器連接座34的結構相同，通過螺栓安裝在固定端風擋安裝緊固件29上，且安裝位置可調，所述固定端風擋28通過固定端風擋安裝緊固件29與其他結構連接，採用的是動車組風擋的實際安裝形式，用於與運動端風擋16形成對比試驗，以便全面有效的檢測風擋的使用性能。

所述1號垂向缸支撐架3和2號垂向缸支撐架6結構相同，呈三角形結構，垂向缸支撐架立柱43上端側表面焊接有垂向缸虎克鉸支承軸承座安裝板42用來安裝電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46，垂向缸支撐架立柱43底端焊接有垂向缸支撐架安裝底板44，後側面焊接有垂向缸支撐架斜撐柱45，在立柱與斜撐柱之間焊接有加強橫梁。

與現有技術相比本發明的有益效果是：

1.本發明所述的高速動車組風擋綜合性能試驗臺採用風擋夾具及三維力傳感器裝置分段測量風擋的受力情況，能夠更為真實有效地檢測風擋在實際運行工況下的使用性能，快速地找出風擋損壞的原因。

2.本發明所述的高速動車組風擋綜合性能試驗臺利用攝像機實時拍攝風擋變形輪廓，採用雙目視覺測量的原理得到風擋上每一段的變形位移，再根據夾具三維力傳感器所測得的分段風擋收到的力的大小，進而測得分段風擋的剛度特性和阻尼特性，為風擋製造商提供技術依據。

3.本發明所述的高速動車組風擋綜合性能試驗臺不僅可以對動車組橡膠外風擋單獨進行試驗，也可以對動車組內風擋或者二者的組合進行試驗，可進行剛度、阻尼試驗，包括線性剛度、阻尼和非線性剛度、阻尼以及隨位移和速度變化的動剛度、動阻尼。還能夠對內外風擋進行模擬試驗以及疲勞性試驗。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步的說明：

圖1是本發明所述的高速動車組風擋綜合性能試驗臺軸測圖；

圖2是本發明所述的運動端風擋及六自由度運動裝置總成軸測圖；

圖3是本發明所述的運動端風擋及支撐框架裝配體軸測圖；

圖4是本發明所述的運動端風擋及夾具總成裝配體軸測圖；

圖5是本發明所述的固定端風擋及安裝座裝配體軸測圖；

圖6是本發明所述的扇形夾具與三維力傳感器裝配體軸測圖；

圖7是本發明所述的扇形夾具下夾具體軸測圖；

圖8是本發明所述的扇形夾具上夾具體軸測圖；

圖9是本發明所述的夾具傳感器連接座軸測圖；

圖10是本發明所述的垂向缸支撐架軸測圖。

圖中：a.運動端風擋及六自由度運動裝置總成，b.固定端風擋及支撐裝置總成，c.動態輪廓測量裝置總成，d.控制系統，e.試驗臺地基，1.運動端支撐框架，2.1號垂向伺服電動缸，3.1號垂向缸支撐架，4.1號垂向支撐架地軌，5.2號垂向支撐架地軌，6.2號垂向缸支撐架，7.橫向伺服電動缸，8.正三角鉸點電動缸下聯結管，9.2號垂向伺服電動缸，10.固定端支撐框架地軌，11.1號縱向伺服電動缸，12.2號縱向伺服電動缸，13.運動端風擋與模擬端牆裝配體，14.3號縱向伺服電動缸，15.正三角鉸點縱向缸上聯結管；16.運動端風擋，17.1號三維力傳感器，18.2號三維力傳感器，19.運動端模擬端牆，20.3號三維力傳感器，21.4號三維力傳感器，22.風擋夾具及三維力傳感器裝置，23.固定端支撐框架，24.固定端風擋及安裝座裝配體，25.固定端模擬端牆，26.動態輪廓測量攝像機安裝框架，27.動態輪廓測量攝像機，28.固定端風擋，29.固定端風擋安裝緊固件，30.固定端風擋安裝連接座，31.扇形夾具上夾具體，32.擰緊長螺杆，33.扇形夾具三維力傳感器，34.扇形夾具傳感器連接座，35.扇形夾具下夾具體，36.扇形夾具下夾具體夾板，37.扇形夾具下夾具體導向座，38.扇形夾具上夾具體夾板，39.扇形夾具上夾具體導軌，40.夾具傳感器連接座上連接板，41.夾具傳感器連接座下連接板，42.垂向缸虎克鉸支承軸承座安裝板，43.垂向缸支撐架立柱，44.垂向缸支撐架安裝底板，45.垂向缸支撐架斜撐柱，46.電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體，47.球關節支座。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細的描述，但本發明技術方案的保護範圍不僅僅局限於已下實施方式：

參閱圖1，本發明所述的高速動車組風擋綜合性能試驗臺是由運動端風擋及六自由度運動裝置總成a、固定端風擋及支撐裝置總成b、動態輪廓測量裝置總成c和控制系統d組成。高速動車組風擋綜合性能試驗臺安裝在試驗臺地基e上。其中固定端風擋及支撐裝置總成b是由固定端支撐框架23，固定端風擋及安裝座裝配體24，固定端模擬端牆25組成。固定端支撐框架23是由方管焊接而成的門框型框架結構，通過固定端支撐框架地軌10安裝在試驗臺地基e上，固定端支撐框架地軌10的長度長於固定端支撐框架23的安裝底板長度，方便調整固定端支撐框架23的安裝位置。固定端模擬端牆25通過4個三維力傳感器及其連接板裝置安裝在固定端支撐框架23上。動態輪廓測量裝置總成c安裝在運動端風擋及六自由度運動裝置總成a與固定端風擋及支撐裝置總成b之間，用來監測運動端風擋16與固定端風擋28的運動及變形情況。動態輪廓測量裝置總成c是由動態輪廓測量攝像機安裝框架26與多個動態輪廓測量攝像機27組成，動態輪廓測量攝像機27安裝在龍門型的動態輪廓測量攝像機安裝框架26上，其中每兩個動態輪廓測量攝像機27對稱安裝在龍門型的動態輪廓測量攝像機安裝框架26的兩側面上。根據被試風擋的形狀及安裝位置，動態輪廓測量攝像機27的個數及安裝位置均可調。

參閱圖2至圖4，本發明所述的運動端風擋及六自由度運動裝置總成a是由運動端支撐框架1、1號垂向伺服電動缸2、1號垂向缸支撐架3、1號垂向支撐架地軌4、2號垂向支撐架地軌5、2號垂向缸支撐架6、橫向伺服電動缸7、正三角鉸點電動缸下聯結管8、2號垂向伺服電動缸9、固定端支撐框架地軌10、1號縱向伺服電動缸11、2號縱向伺服電動缸12、運動端風擋與模擬端牆裝配體13、3號縱向伺服電動缸14、正三角鉸點縱向缸上聯結管15、1號三維力傳感器17、2號三維力傳感器18、3號三維力傳感器20和4號三維力傳感器21組成。1號垂向伺服電動缸2和2號垂向伺服電動缸9的一端分別通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在1號垂向缸支撐架3和2號垂向缸支撐架6上，1號垂向伺服電動缸2和2號垂向伺服電動缸9的另一端分別通過球關節支座47安裝在正三角鉸點電動缸下聯結管8的兩端面上，其中正三角鉸點電動缸下聯結管8為兩邊長度不相等的u形結構，是由矩形方管焊接而成；橫向伺服電動缸7的一端通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在試驗臺地基e上的坑槽內，另一端通過球關節支座47安裝在正三角鉸點電動缸下聯結管8的u形長邊內側面上；1號縱向伺服電動缸11和2號縱向伺服電動缸12的一端分別通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在試驗臺地基上，1號縱向伺服電動缸11和2號縱向伺服電動缸12的另一端分別通過球關節支座47安裝在正三角鉸點電動缸下聯結管8橫梁下表面上；3號縱向伺服電動缸14的一端通過電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46安裝在固定端支撐框架23的上表面上，另一端通過球關節支座47安裝在正三角鉸點縱向缸上聯結管15的上表面上。正三角鉸點電動缸下聯結管8通過螺栓安裝在運動端支撐框架1的下表面，正三角鉸點縱向缸上聯結管15通過螺栓安裝在運動端支撐框架1的上表面。1號垂向伺服電動缸2、2號垂向伺服電動缸9、橫向伺服電動缸7、1號縱向伺服電動缸11、2號縱向伺服電動缸12和3號縱向伺服電動缸14協調控制運動端支撐框架1的六自由度的運動，使得運動端支撐框架1能夠模擬列出車端在行進過程中的俯仰、側滾、轉向、錯動、沉浮以及伸縮運動，進而實現模擬運動端風擋16實際運行過程中的運動及變形情況。1號垂向缸支撐架3和2號垂向缸支撐架6分別通過1號垂向支撐架地軌4和2號垂向支撐架地軌5對稱安裝在試驗臺地基的左右兩側。

運動端風擋與模擬端牆裝配體13通過1號三維力傳感器17、2號三維力傳感器18、3號三維力傳感器20和4號三維力傳感器21及各傳感器連接板安裝在運動端支撐框架1上，1號三維力傳感器17、2號三維力傳感器18、3號三維力傳感器20和4號三維力傳感器21的安裝位置可調，用來測量運動端風擋16整體的三維力，以便於計算風擋的整體剛度或者阻尼。運動端模擬端牆19和固定端模擬端牆25均為鋁型材框架結構，每根鋁型材上有螺栓安裝槽方便安裝風擋部件。

參閱圖4，圖6至圖9，運動端風擋16通過若干個均勻分布的風擋夾具及三維力傳感器裝置22安裝在運動端模擬端牆19上。運動端風擋16是截面形狀為u字形的橡膠結構件，在風擋的內外側根部分別均布若干個風擋夾具及三維力傳感器裝置22，用來測量分段風擋的受力情況，更為有效地確定風擋在實際運行過程中出現損壞的原因。風擋夾具及三維力傳感器裝置22是由扇形夾具上夾具體31、擰緊長螺杆32、扇形夾具三維力傳感器33、扇形夾具傳感器連接座34和扇形夾具下夾具體35組成。扇形夾具上夾具體31呈l狀結構，由扇形夾具上夾具體夾板38和扇形夾具上夾具體導軌39焊接而成。扇形夾具下夾具體35是由扇形夾具下夾具體夾板36和扇形夾具下夾具體導向座37焊接而成。為了增大摩擦力，使得夾緊牢固，扇形夾具下夾具體夾板36和扇形夾具上夾具體夾板38下表面設置有鋸齒狀凸牙；扇形夾具上夾具體導軌39為燕尾型導軌結構。扇形夾具上夾具體31通過擰緊長螺杆32與扇形夾具下夾具體35安裝在一起，轉動擰緊長螺杆32，扇形夾具上夾具體31將沿著扇形夾具下夾具體導向座37上下運動，待夾緊風擋時，鎖死擰緊長螺杆32。在扇形夾具下夾具體導向座的背面安裝有扇形夾具三維力傳感器33，用來測量所夾風擋分段的三維力。扇形夾具三維力傳感器33是由上連接板、下連接板以及十字型貼片結構組成，其下連接板安裝在扇形夾具傳感器連接座34上。扇形夾具傳感器連接座34是由夾具傳感器連接座上連接板40、夾具傳感器連接座下連接板41以及中間連接柱焊接而成，夾具傳感器連接座上連接板40上對稱設置有4個圓弧形長槽孔，用於通過螺栓與扇形夾具三維力傳感器33連接，螺栓可以在長槽孔中轉動以調整安裝位置，這樣可以調整扇形夾具傳感器連接座34相對於扇形夾具三維力傳感器33的旋轉角度，以便於扇形夾具傳感器連接座34通過夾具傳感器連接座下連接板41直接安裝在運動端模擬端牆19上。夾具傳感器連接座上連接板40上的圓弧形長槽孔的具體形狀與加工位置視具體情況而定。

參閱圖5，固定端風擋及安裝座裝配體24是由固定端風擋28、固定端風擋安裝緊固件29和固定端風擋安裝連接座30組成。在動車組上，橡膠外風擋通過風擋安裝緊固件直接安裝在車端面上。固定端風擋安裝連接座30與扇形夾具傳感器連接座34的結構相同，固定端風擋安裝連接座30通過螺栓安裝在固定端風擋安裝緊固件29上，且螺栓可以在長槽孔內轉動以調整安裝位置。固定端風擋安裝連接座30通過下連接板安裝在固定端模擬端牆25上。固定端風擋28是通過固定端風擋安裝緊固件29與其他結構連接，採用的是動車組風擋的實際安裝形式，可用於與運動端風擋16形成對比試驗，來更為全面有效的檢測風擋的使用性能。

參閱圖10，1號垂向缸支撐架3和2號垂向缸支撐架6結構相同，呈三角形結構。垂向缸支撐架立柱43上端側表面焊接有垂向缸虎克鉸支承軸承座安裝板42用來安裝電動缸虎克鉸支承軸承座裝配體46，垂向缸支撐架立柱43底端焊接有垂向缸支撐架安裝底板44，後側面焊接有垂向缸支撐架斜撐柱45，在立柱與斜撐柱之間焊接有加強橫梁。

本發明的提供的高速動車組車端風擋綜合性能試驗臺的工作原理：

由於動車組的實際運行工況複雜多變，每段風擋的受力情況也不盡相同，故其每段的變形情況也比較複雜。為了更為真實有效地測量風擋的使用性能，採用分段測量的方式來進行試驗。試驗前，運動端風擋和固定端風擋外表面分別塗有不同的顏色，用於拍照時區分。運動端風擋在6個伺服電動缸的協調控制下根據工況設置進行運動，模擬風擋在動車組實際運行工況下的運動形式，運動端風擋上均布設置的風擋夾具及三維力傳感器裝置通過夾具三維力傳感器測量風擋各段所受的作用力。

在運動端風擋運動過程中，其與固定端風擋均發生變形，且變形形式不斷變化。此時利用若干個攝像機實時拍攝運動端風擋與固定端風擋的動態接觸輪廓，利用雙目視覺測量的原理得到風擋上某點的實時位置，進而計算出風擋的變形位移量。再根據夾具三維力傳感器所測得的風擋分段的受力大小，即可計算出風擋分段的剛度。

本發明的提供的高速動車組車端風擋綜合性能試驗臺不僅可以對動車組橡膠外風擋單獨進行試驗，也可以對動車組內風擋或者二者的組合進行試驗，可進行剛度、阻尼試驗，包括線性剛度、阻尼和非線性剛度、阻尼以及隨位移和速度變化的動剛度、動阻尼。還能夠對內外風擋進行模擬試驗以及疲勞性試驗。