車端關係綜合試驗臺的製作方法

2023-07-07 10:51:06

專利名稱：車端關係綜合試驗臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及機電技術，具體說就是一種車端關係綜合試驗臺。
背景技術：
隨著高鐵時代的到來，列車時速不斷提升，對列車部件的設計提出更高的要求。車 端組件是高速列車的關鍵部件，對保證列車整體性能至關重要。貫通道作為車端組件的核 心部件，其性能的優劣亦是設計的重點。這就要求能夠有一套高性能的綜合試驗設備，不僅 能夠實現高精度的運動模擬功能，而且要具備高精度的力加載功能，以滿足車端關係組件 的運動幹涉試驗、功能性試驗和研究性試驗的要求，為列車部件的設計提供參考。但目前並 沒有一種專用設備能夠同時滿足上述的要求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種滿足車端關係組件幹涉性試驗、功能性試驗和研究性 試驗的基於六自由度並聯機構的車端關係綜合試驗臺。本發明的目的是這樣實現的它是由前反力基礎、下鉸支座、液壓執行機構、運動 平臺、上鉸支座、連接架、空氣彈簧、前端過渡板、託架、六維力/力矩傳感器、貫通道、後端 過渡板、模擬車廂端、後反力基礎組成的。前反力基礎與地基固定，通過三組下鉸支座與六 套液壓執行機構相連，液壓執行機構的前端通過三組上鉸支座與運動平臺相連，運動平臺 通過託架連接空氣彈簧，空氣彈簧的另一端通過連接架與前端過渡板連接，運動平臺上還 安裝有六維力/力矩傳感器，六維力/力矩傳感器的另一端與前端過渡板連接，前端過渡板 的右端連接貫通道，通過後端過渡板其右側連接模擬車廂端或後反力基礎，後反力基礎連 接地基，可調整在地基上的位置以適應不同的車端部件類型。本發明一種車端關係綜合試驗臺，採用模塊化柔性設計，通過調整車端不同部件 的組合或單個部件，可以滿足地鐵車輛、動車組、鐵路客車車輛車端上的所有部件進行試 驗，模擬列車通過直線、曲線時的狀態，檢驗安裝在車端各部件的相互幹涉關係；同時可以 對安裝在車端的部件進行單獨試驗，進行功能性試驗和研究性試驗。試驗臺採用液壓驅動 的六自由度運動模擬器完成兩車端相對運動的模擬，車端試驗主要包括三向平移、三軸擺 動等運動模擬試驗，以及疲勞和拉伸強度試驗。同時，通過採用隨機波譜復現技術，試驗臺 能夠再現車輛在軌道上行駛時的顛簸和彎道通過等運動狀態。本發明提供一種基於六自由 度並聯機構的車端關係綜合試驗臺，滿足車端關係組件的幹涉性試驗、功能性試驗和研究 性試驗的要求，為車端關係組件的設計提供依據，也適合於其他大型構件的運動模擬試驗 和力加載試驗，為其他大型結構件的綜合試驗提供一種解決方案。


圖1為本發明的結構示意圖；圖2為基於六自由度力傳感器的貫通道加載力測量原理圖。具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做進一步說明。實施例1 結合圖1，本發明一種車端關係綜合試驗臺，它是由前反力基礎(1)、下 鉸支座O)、液壓執行機構(3)、運動平臺G)、上鉸支座(5)、連接架(6)、空氣彈簧(7)、前 端過渡板(8)、託架(9)、六維力/力矩傳感器(10)、貫通道(11)、後端過渡板(1 、模擬車 廂端(13)、後反力基礎(14)組成的。前反力基礎(1)與地基固定，通過三組下鉸支座(2) 與六套液壓執行機構( 相連，液壓執行機構(3)的前端通過三組上鉸支座( 與運動平 臺(4)相連，運動平臺(4)通過託架(9)連接空氣彈簧(7)，空氣彈簧(7)的另一端通過連 接架(6)與前端過渡板(8)連接，運動平臺(4)上還安裝有六維力/力矩傳感器(10)，六維 力/力矩傳感器(10)的另一端與前端過渡板( 連接，前端過渡板( 的右端連接貫通道 (11)，貫通道(11)右側通過後端過渡板(1 連接模擬車廂端(1 或後反力基礎(14)，後 反力基礎(14)連接地基，可調整在地基上的位置以適應不同的車端部件類型。實施例2 :結合圖1、圖2，本發明具有以下技術特點1.基於六自由度並聯機構運動學正解，能夠實現高精度位姿測量；六自由度運動系統的運動學是描述驅動系統的運動和運動平臺運動間的關係的。 已知運動平臺的運動，求驅動系統的運動稱之為運動學反解(逆解)；反之，已知驅動系統 的運動，求運動平臺的運動稱為運動學正解。由於運動系統的運動平臺與貫通道固連，因此 運動平臺的運動與貫通道的運動是一致的。目前國內外還沒有專用儀器能實現六自由度運動系統位姿輸出的精確測量，在要 求不高的情況下，可採用三維慣導裝置進行測量。三維慣導裝置是由三個正交安裝的陀螺 和三個正交安裝的加速度計組成，該裝置用於船舶、飛機和太空飛行器的慣性導航。該裝置能夠 實現載體姿態角的精確測量，而位移的測量是根據加速度的測量通過積分或濾波獲得。就 目前國內外三維慣導裝置來看，姿態角的測量精度一般能高於0.01度，但位置的測量精度 一般只有20mm左右。用於貫通道位置的測量顯然精度太低，不能滿足要求。此外，由於加 速度傳感器不僅敏感線加速度，而且也敏感載體的橫搖角和俯仰角，因此當載體產生多自 由度耦合運動時，加速度傳感器輸出值是不可信的。從這一點來說，三維慣導裝置不能實現 貫通道位姿的測量。車端關係綜合試驗臺在液壓缸(驅動系統)內裝有磁滯伸縮位移傳感器，通過精 確測量液壓缸的位移輸出，應用運動學正解計算貫通道的位姿輸出。磁滯伸縮位移傳感器 的主要性能參數為測量範圍0 465mm解析度5μπι輸出形式數位訊號設計的運動系統採用CAN總線數字傳感器，精度能夠達到ΙΟμπι，因此運動平臺的 位姿即可由運動學正解計算出來，運動學正解的計算精度高於10_5的量級，因此該方法是 測量貫通道位姿輸出的有效方法。運動學正解計算需要運動系統的結構參數，由於結構參數在設計、加工和安裝過 程均可能產生誤差，雖然液壓缸的位移測量和運動學正解計算都很準確，但由於結構誤差的影響，使得計算的貫通道位姿輸出與實際位姿輸出有一定的誤差。所以必須對系統的結 構誤差進行嚴格的控制。車端關係綜合試驗臺對結構參數在設計、加工和安裝過程中進行嚴格的控制， 通過雷射幹涉儀進行準確測量，使得運動系統結構誤差控制在液壓缸的初始長度誤差 0. 2mm ；上、下鉸點的位置誤差小於0. 25mm ；運動平臺定義的動坐標系原點誤差，也就是運 動平臺中心位置誤差小於0. 15mm;運動系統結構誤差控制在上述範圍內時，運動系統的輸 出誤差小於0. 45mm,即小於0. 3%。但做到這點還不夠，最重要的是對運動學正解進行標 定，即在貫通道整個運動範圍內測量貫通道的實際輸出與運動學正解間的誤差。車端關係 綜合試驗臺採用雷射幹涉儀完成了貫通道三個平動自由度的測量，採用角位移傳感器完成 了貫通道三個角度的測量，通過對測量結果進行分析，比照運動系統精度分析的結果，測量 誤差均與精度分析的結果相一致，表明，運動系統的精度達到了 0. 3 %的設計要求，運動學 正解輸出可信，即完成了運動學正解的標定。2.基於六維力/力矩傳感器，能夠實現對車端部件加載力/力矩的精確測量；對於液壓控制系統，通常的力測量方法是將力傳感器布置到單缸上，通過測量每 個液壓缸的驅動力來計算貫通道的加載力，這種測量方式布置簡單，容易理解，在其他領域 中也有成功的應用，但對於車端關係試驗卻是不可行的，主要有以下幾方面原因，首先液壓 缸的驅動力與貫通道上的加載力有很大的不同，如果將力傳感器布置到單缸上，勢必引入 運動系統運動平臺的重力和慣性力。通常貫通道的質量約為600kg，而一般運動系統的設 計，運動平臺的質量也將大於600kg，即便採用重力平衡裝置平衡掉重力的影響，但運動平 臺慣性力的影響也會超過50 %，這對貫通道的加載力的測量將引入很大的誤差。此外，採用 這種測力方法，六自由度運動系統同時成為力測量裝置，這種裝置需要標定，但目前國內外 還沒有合適的儀器或方法能夠標定這樣大的六自由度測力裝置。綜上所述，雖然基於液壓 缸驅動力測量的方案在其他領域有過成功應用，但在貫通道加載測量中不僅誤差很大，而 且無法標定，所以是無法應用的。本發明提出的解決方案是基於六自由度力傳感器的貫通道加載力測量。在運動平臺與貫通道間安裝六維力/力矩傳感器，直接測量運動系統加載到貫通 道上的力和力矩。這種測量方法的原理如下Fg = mgag+Bgvg+kgxg(1)
權利要求
1. 一種車端關係綜合試驗臺，它是由前反力基礎(1)、下鉸支座O)、液壓執行機構 (3)、運動平臺(4)、上鉸支座(5)、連接架(6)、空氣彈簧(7)、前端過渡板(8)、託架(9)、六 維力/力矩傳感器(10)、貫通道(11)、後端過渡板(12)、模擬車廂端(13)、後反力基礎(14) 組成的，其特徵在於前反力基礎(1)與地基固定，通過三組下鉸支座( 與六套液壓執行 機構( 相連，液壓執行機構( 的前端通過三組上鉸支座( 與運動平臺(4)相連，運動 平臺(4)通過託架(9)連接空氣彈簧(7)，空氣彈簧(7)的另一端通過連接架(6)與前端 過渡板(8)連接，運動平臺(4)上還安裝有六維力/力矩傳感器(10)，六維力/力矩傳感 器(10)的另一端與前端過渡板( 連接，前端過渡板(8)的右端連接貫通道(11)，貫通道 (11)右側通過後端過渡板(1 連接模擬車廂端(1 或後反力基礎(14)，後反力基礎(14) 連接地基，可調整在地基上的位置以適應不同的車端部件類型。
全文摘要
本發明提供一種滿足車端關係組件幹涉性試驗、功能性試驗和研究性試驗的基於六自由度並聯機構的車端關係綜合試驗臺。前反力基礎與地基固定，通過三組下鉸支座與六套液壓執行機構相連，液壓執行機構的前端通過三組上鉸支座與運動平臺相連，運動平臺通過託架連接空氣彈簧，另一端通過連接架與前端過渡板連接，運動平臺上安裝六維力/力矩傳感器。本發明採用模塊化柔性設計，通過調整車端不同部件的組合或單個部件，滿足鐵路客車車輛車端上的所有部件進行試驗，模擬列車通過直線、曲線時的狀態，檢驗安裝在車端各部件的相互幹涉關係；進行功能性試驗和研究性試驗。也適合於其他大型構件的運動模擬試驗和力加載試驗。
文檔編號G01M13/00GK102128723SQ20101059537
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者叢大成, 張輝, 王英波, 韓俊偉, 黃其濤 申請人:哈爾濱工業大學