軌道車輛稱重調簧及輪重減載率測試系統的製作方法

2023-09-25 03:39:00 2

本發明屬於鐵路機車測試技術領域，涉及一種鐵路車輛稱重調簧及輪重減載率測試系統。

背景技術：

隨著軌道交通的快速發展，列車安全運行問題日益成為人們關注的焦點，與此同時針對列車及其部件的安全驗證越來越受到各方的重視。

當軌道車輛運行在單側一個車輪或幾個車輪被太高、轉彎等條件時，稱為軌道車輛運行在超高條件、扭轉條件。為保證軌道車輛在超高條件和扭轉條件下運行的穩定性，需要對軌道車輛，對新造和檢修後車輛的稱重調簧測試、輪載測試、減載率測試及分析成為各城軌軌道交通新造及檢修單位檢驗車輛安全運行的主要試驗之一，也逐步成為檢驗車輛出廠前重要的驗收試驗之一。但是，目前國外現有測試系統的類似測試功能單一，只能進行軌道扭曲條件造成的車輛減載率測試，不具有兼容性不高，且價格昂貴，此類測試設備的普及造成了極大的阻礙；而國內目前基本只進行輪載的測試，減載率的測試一般在進行相關的線路動力學試驗時才進行測試，需要進行實際線路的測試，運用具有很大的局限性，部分主機廠在出口項目中儘管應國外要求進行了簡單的測試，但由於沒有系統化的測試裝備，存在著測試精度不高、測試不全面、不能連續測試、測試效率低等實際的問題，影響實際的測試效果。

現有技術公開有僅可以完成稱重調簧檢測的測試系統，例如公開號為CN102080983A的中國專利申請公開了一種鐵路機車轉向架的稱重調簧檢測裝置；現有技術公開有輪重減載率測試方法，例如公開號為CN102567576A的中國專利申請公開了一種輪重減載率的預測方法；但如上文所述，輪重減載率的測試需要依靠真是的運行環境進行，因此目前，國內外均不具有一種可進行軌道車輛稱重調簧及輪重減載率測試的綜合性測試系統。

技術實現要素：

本發明的目的在於根據現有技術的不足，提供一種可進行軌道車輛稱重調簧及輪重減載率綜合測試的測試系統。

本發明的技術方案為：軌道車輛的稱重調簧及輪重減載率測試系統，包括設置在同側、呈直線排列的至少四個動態稱重單元，和與動態稱重單元平行設置的至少四個靜態稱重單元；一個動態稱重單元與一個靜態稱重單元並排設置；

所述動態稱重單元包括承載底座、承載架及稱重平臺，承載底座上沿動態稱重單元排列的方向設置有升降系統，承載架與升降系統相連；承載架上設置有至少三個傳感器，稱重平臺搭接在傳感器上方；稱重平臺上方沿動態稱重單元排列的方向設置有車輪行走軌；

所述靜態稱重單元包括承載底座及稱重平臺，承載底座上設置有至少三個傳感器，稱重平臺搭接在傳感器上方；稱重平臺上方沿靜態稱重單排列的方向設置有車輪行走軌。

優選的是：升降系統包括間隔設置的兩個螺杆升降機及設置在兩個螺杆升降機之間的電機，電機雙側輸出軸分別驅動兩個螺杆升降機。

優選的是；稱重平臺為對稱結構，所述車輪行走軌長度方向所在直線與稱重平臺長度方向對稱中心線重合。

優選的是：所述承載架上設置有多個平臺限位機構，包括底座及設置在底座上的橫截面為「L」形限位塊；傳感器安裝在平臺限位機構上，且傳感器的高度高於「L」形限位塊的高度；稱重平臺下方設置有多個限位凸起，匹配位於每一個限位塊的「L」形槽口內。

優選的是：傳感器與平臺限位機構均有四個，縱向以車輪行走軌為對稱軸，橫向以兩個螺杆升降機相連軸線的中心對稱線為對稱軸，呈矩形排列。

優選的是：動態稱重單元還包括多組縱嚮導向機構，所述縱嚮導向機構包括縱嚮導向軌和行走塊，行走塊通過重載滾輪安裝在縱嚮導向軌內，稱重平臺底部與行走塊連接。

優選的是：車輪到位檢測機構包括垂直地面方向朝上安裝的限位開關，安裝於行走軌旁，兩個螺杆升降機相連軸線的中心對稱線上，且高於稱重平臺上端面。

優選的是：車輪到位檢測機構還包括復位系統，具體包括導向套I、導向套II、導向軸及套裝在導向軸上的復位彈簧，導向軸插裝在導向套I、導向套II上，復位彈簧位於導向套I、導向套II之間，限位開關與導向套I連接。

優選的是：靜態稱重單元承載底座上設置有多個平臺限位機構，包括底座及設置在底座上的橫截面為「L」形限位塊；傳感器安裝在平臺限位機構上，且傳感器的高度高於「L」形限位塊的高度；稱重平臺下方設置有多個限位凸起，匹配位於每一個限位塊的「L」形槽口內；限位塊兩側面均安裝有限位螺釘，安裝後，限位凸起位於限位螺釘與限位塊圍成的區域內；傳感器與平臺限位機構均有四個，一個方向上以車輪行走軌為對稱軸，另一個方向上以兩個螺杆升降機相連軸線的中心對稱線為對稱軸，呈矩形排列。

本發明的有益效果為：

本發明提出了一種新型的測試系統，既適應現有的新造車輛、檢修業務，又能夠兼容不同軸距和定距的車型，該測試系統能夠基於以下條件進行全面測試，從而，進行指導車輛的二系空簧和一系調簧的加墊調整，屬於綜合型的測試系統。

該系統可用於多種車體測試實驗，包括但不限於以下：1)基於正常軌道條件下的輪重調簧測試分析；2)基於軌道單邊超高條件下的輪重減載率測試分析；3)基於軌道扭曲條件下輪重減載率的測試分析；4)基於坡道條件下輪重減載率的測試分析。

附圖說明

圖1為測試系統結構示意圖。

圖2a為動態稱重單元結構示意圖。

圖2b為動態稱重單元結構示意圖。

圖3為承載架結構示意圖。

圖4為升降系統結構示意圖。

圖5為平臺限位機構結構示意圖。

圖6為平臺限位機構結構示意圖。

圖7為縱嚮導向機構結構示意圖。

圖8為車輪到位檢測機構結構示意圖。

圖9為靜態稱重單元結構示意圖。

圖10為靜態稱重單元結構示意圖。

圖11為具體實施方式結構示意圖。

圖12為具體實施方式結構示意圖。

其中：1-動態稱重單元，101-承載底座，102承載架，102a-端板，102b-端板，102c-端角，103-稱重平臺，103a-限位凸起，104-升降系統，104a-螺杆升降機，104b-螺杆升降機，104c-電機，105-傳感器，106-車輪行走軌，107-平臺限位機構，107a-底座，107b-限位塊，108-縱向限位機構，109b-導向套，109c-導向套II，109d-導向軸，109e-復位彈簧，I108a-導向軌，108b-行走塊，108c-重載滾輪，109-車輪到位檢測機構，2-靜態稱重單元，201-承載底座，202-稱重平臺，202a-限位凸起，203-傳感器，205-平臺限位機構，204-車輪行走軌，205-平臺限位機構，3-拉線傳感器，4-軌面基準點，5-地板面

具體實施方式

以下將結合附圖對本發明的具體實施方式進行進一步的描述。

如圖1所示，軌道車輛的稱重調簧及輪重減載率測試系統，包括設置在同側、呈直線排列的至少四個動態稱重單元1，和與動態稱重單元1平行設置的至少四個靜態稱重單元2；一個動態稱重單元與一個靜態稱重單元並排設置。也就是說，四個動態稱重單元1縱向排列在一側，四個靜態稱重單元2縱向排列在另一側，且平行於動態稱重單元1。其中一個動態稱重單元1和一個靜態稱重單元2為一支撐組，並排設置。

由於稱重調簧及輪重減載率的測試均是針對一節車廂而進行的，一節車廂用兩個轉向架組，每個轉向架組對應兩組輪對，即一節車廂對應四組輪對。以一個動態稱重單元1和一個靜態稱重單元2組成的稱重組可支撐一個輪組計算，要對一節車廂進行稱重調簧及輪重減載率的測試至少需要四個動態稱重單元1和四個靜態稱重單元2。

圖1所示的具體實施例中，具有五個動態稱重單元1和五個靜態稱重單元2，是考慮到對城軌車輛A、B型車轉向架的定距和軸距的不同。每種車型，兩組轉向架組間距不同，即定距不同，且同一轉向架組對應的兩組輪組之間的軸距也不同，即軸距不同。以A車和B車為例，以兩種車廂型號均包括第一轉向架組和第二轉向架組來說明，其中兩種車廂型號第一轉向架組的軸距相同，但第二轉向架組的軸距不同，且第一轉向架組和第二轉向架組之間定距也不同。因此為了使同一測試系統適用於城軌車輛A、B車的測試，該實施方式中共涉及五組支撐組。進行B車測試是，使用第一至第四支撐組；進行A車試驗時，使用第一、第二、第四、第五支撐組。

以上結構並非對本測試系統結構的限制，根據具體車型，系統還可設計其他數量的支撐組，並結合車型轉向架定距和軸距，設計支撐組之間的間距。

如圖2a和圖2b所示，動態稱重單元2包括承載底座101、承載架102及稱重平臺103，承載底座101上沿動態稱重單元1排列的方向設置有升降系統104，承載架與升降系統104相連；承載架102上設置有多個傳感器105，稱重平臺103搭接在傳感器105上方；稱重平臺103上方沿動態稱重單元排列的方向設置有車輪行走軌106。車輪行走軌106長度方向所在直線與稱重平臺103長度方向對稱中心線重合，保證對稱、穩定的支撐。

其中，車輪行走軌106採用50kg軌道，稱重平臺103主要用於車輪行走軌106以及為稱重車輪提供剛性平臺。

如圖3所示，承載架102橫向兩端各包括一段端板102a和102b。

升降系統104主要用於稱重平臺的升降，為軌道超高、扭曲條件測試提供模擬測試環境。如圖4所示，升降系統104包括間隔設置的兩個螺杆升降機104a和104b，及設置在兩個螺杆升降機104a、104b之間的電機104c，電機104c雙側輸出軸分別驅動兩個螺杆升降機104a和104b。承載架雙側端板102a和102b分別通過法蘭盤安裝在兩個螺杆升降機104a和104b的上端面，螺杆升降機104a和104b螺杆的升降可帶動承載架102升降。

由於稱重平臺103與傳感器105之間為非剛性連接，也就是說，測試系統組裝後，稱重平臺103是搭接在傳感器105上的，靠多個傳感器105支點支撐，為球面接觸。由於測試工作時，轉向架輪組在車輪行走軌106上運動，車輪剛進入或即將駛出支撐組時，車輪處於動態稱重單元1和靜態稱重單元2的端部，此時，車輪相反端的稱重平臺103會翹起，這種顯現會對傳感器105產生衝擊，影響傳感器的精度和壽命。

為了避免上述情況發生，進一步對測試系統進行設計。承載架102上設置有多個平臺限位機構107，如圖5和圖6所示，包括底座107a及設置在底座107a上的橫截面為「L」形限位塊107b；傳感器105安裝在平臺限位機構107上，例如圖示的實施方式，底座107a上設置有安裝孔107c，創拿起105安裝在安裝孔107c內；且傳感器105的高度高於「L」形限位塊107b的高度，才能保證稱重平臺103與傳感器之間保持非剛性連接；如圖2b所示，稱重平臺103下方設置有多個限位凸起103a，匹配位於每一個限位塊107b的「L」形槽口內。

採用以上結構，靠「L」形槽口內的兩個垂直面對稱重平臺103進行限位。但為了實現更好、更穩定的限位效果，進一步在限位塊107b兩側面均安裝有限位螺釘107d，兩個相互垂直的限位螺釘107d與限位塊107b圍繞形成一個限位區域，安裝後，限位凸起103a位於限位螺釘107d與限位塊107b圍成的區域內。由於限位螺釘107d具有一定的長度，限位螺釘107d與限位塊107b的四側限位區域可實現較限位塊107b兩側的限位更好的稱重平臺103限位效果。

傳感器與平臺限位機構均有四個，縱向以車輪行走軌為對稱軸，橫向以兩個螺杆升降機相連軸線的中心對稱線為對稱軸，呈矩形排列。如圖3所示承載架102結構所示，承載架102上呈矩形排列的四個矩形端角102c所在的位置即為限位結構107的安裝位置。這種結構可以實現更平穩、對稱的對稱重平臺103的承載。

為保證稱重平臺103被舉升或下降的過程中運動的穩定性，防止升降系統104受到橫向力，使升降過程受到橫向衝擊，進一步為動態稱重單元1設計縱嚮導向機構108。動態稱重單元1還包括多組縱嚮導向機構108，如圖7所示，所述縱嚮導向機構108包括縱嚮導向軌108a和行走塊108b，行走塊108b通過重載滾輪108c安裝在縱嚮導向軌108a內，稱重平臺103底部與行走塊108b連接。本實施例中，行走塊108b採用槽鋼，縱嚮導向軌108a底部通過底座108d安裝在承載底座101上。

試驗過程中，轉向架車輪可在車輪行走軌106上運動，為了更均勻平衡的完成試驗，車輪運動的最佳狀態為運動到整個動態稱重平臺1或靜態稱重平臺2的中心位置，也就是四個傳感器15的對稱中心附近。

基於以上需求，進一步為測試系統設計車輪到位檢測機構109。車輪到位檢測機構109包括垂直地面方向朝上安裝的限位開關109a，限位開關109a安裝於車輪行走軌106旁，兩個螺杆升降機104a和104b相連軸線的中心對稱線上，且高於稱重平臺103上端面，保證車輪可接觸到限位開關109a。

車輪到位後，壓下限位開關109a，限位開關109a反饋通斷信號，判斷車輪到位信息，控制車輪停止運動。

為使限位開關109a被壓下後可自動復位，進一步設計以下結構。

如圖8所示，車輪到位檢測機構109還包括復位系統，具體包括導向套I109b、導向套II109c、導向軸109d及套裝在導向軸上的復位彈簧109e，導向軸109d插裝在導向套I109b、導向套II109c上，復位彈簧109e位於導向套I109b、導向套II109c之間，限位開關109a與導向套I109b連接。車輪到位後，復位彈簧109e被壓下；測試或實驗工作結束後，車輪移走後，復位彈簧109e恢復原長，限位開關109a彈起。

以上為一個動態稱重單元1的詳細結構。

靜態稱重單元2的結構與動態稱重單元1的結構相似，所不同的是，靜態稱重單元2為固定結構，不具有升降功能。

具如圖9及圖10所示，具體的說，靜態稱重單元2包括承載底座201及稱重平臺202，承載底座201上設置有至少三個傳感器203，稱重平臺202搭接在傳感器203上方；稱重平臺上方沿靜態稱重單元2排列的方向設置有車輪行走軌204。

同動態稱重單元1的設置類似，本實施例中，靜態稱重單元2同樣具有四個傳感器203，其設置原理也同動態稱重單元1，不再贅述。所不同的是，不再以螺杆升降機作為標的，而是以承載底座201的寬度方向的對稱軸線作為標的。

靜態稱重單元2也包括平臺限位機構205，稱重平臺202下方也設置有限位凸起202a，安裝於承載底座201上，其結構和設置原理與動態稱重單元1相同，不再贅述。

整套測試系統還包括控制系統，用於控制電機104c的工作以及接受限位開關109a的反饋信號。

採用該測試系統，至少可完成以下測試工作。

(1)城軌車輛A、B型車的稱重測試

測試系統需要兼容A、B型車不同車輛定距(12600-15700mm)、軸距的稱重要求(2200-2500mm)，設備總共包含10套稱重單元，包括五個動態稱重單元1和五個靜態稱重單元2。

其中一側布置五個動態稱重單元1，另一側布置五個靜態稱重單元。以圖11所示從左至右對動態稱重單元1和靜態稱重單元2構成的支撐組進行編號，分別為第一支撐組、第二支撐組、第三支撐組、第四支撐組和第五支撐組。

圖中可見，第一支撐組中靜態稱重單元2的中心與第二支撐組中靜態稱重單元2的中心之間的間距為2500mm；第一支撐組中靜態稱重單元2的中心與第二支撐組中靜態稱重單元2的中心前移200mm之間的間距為2300mm；第三支撐組靜態稱重單元2中心與第四支撐組靜態稱重單元2的中心前移200mm之間的間距為2300mm；第四支撐組靜態稱重單元2的中心後移200mm與第三支撐組靜態稱重單元2中心為2500mm；落在第一支撐組和第二支撐組的轉向架中心到落在第三支撐組和第四支撐組的轉向架的中心距離為12600mm；落在第一支撐組和第二支撐組的轉向架中心到落在第四支撐組和第五支撐組的轉向架的中心距離為15700mm；其中，第一支撐組動態稱重單元1、第二支撐組動態稱重單元2、第四支撐組動態稱重單元2和第五支撐組動態稱重單元的支撐中心均與相應靜態稱重單元1的中心重合。

(2)軌道扭曲條件下輪重減載率測試

通過車輪到位機構109檢測到車輛到位後，動態稱重單元1將車體單個輪子或者某幾個輪子(不包含同側的所有輪子)舉升一定高度後，舉升高度可通過控制系統的控制軟體設定，並通過編碼器進行檢測。每個舉升動態稱重單元1舉升高度可以不同設置，舉升高度通過編碼器進行測量控制，可以實現單個轉向架的軌道扭曲及整個車體的軌道扭曲條件下的輪重差、軸重差及減載率的測試。其中輪重差和軸重差可直接讀取，不需要計算。

通過測試的數據，能夠按照下列公式計算每個車輪的減載率。

其中：

dQ/Q--為車輛減載率；

Qi——是每個車輪在不同高度下的負載值；

Qa——是車輛輪負載於水平軌道時的平均值；

註：載荷數值通過數據採集及分析系統具備各工況算法，可以整輛車、每個轉向架或每個輪對的平均值進行計算。

系統能夠自動測量和計算被測車輛的每一個車輪在不同的軌道狀況及不同的負載(由空載至最重負載)情況下的dQ/Q值。

(3)軌道超高條件下輪重減載率測試

通過車輪到位機構109檢測到車輛到位後，動態稱重單元1將車體的同一側所有的車輪舉升同一高度(通過軟體界面可以設定)後，舉升高度通過編碼器進行測量控制，在測試出不同稱重單元1下的載荷，並將數據通過測控系統傳輸到計算機後經過處理計算出輪重差、軸重差、以及輪重減載率。其中輪重差和軸重差可直接讀取，不需要計算。

通過測試的數據，能夠按照下列公式計算每個車輪的減載率。

其中：

dQ/Q--為車輛減載率；

Qi——是每個車輪在不同高度下的負載值；

Qa——是車輛輪負載於水平軌道時的平均值；

註：載荷數值採集系統具備各工況算法，可以整輛車、每個轉向架或每個輪對的平均值進行計算。

系統能夠自動測量和計算被測車輛的每一個車輪在不同的軌道狀況及不同的負載(由空載至最重負載)情況下的dQ/Q值。

(4)車輛在過坡道條件下輪重減載率測試

通過在擴展動態稱重單元1，系統可以進行坡道條件下輪重減載率的測試分析。

通過車輪到位機構109檢測到車輛到位後，動態稱重單元1將車體的同一側所有的車輪舉升不同高度(通過軟體界面可以設定)後，在測試出不同動態稱重單元1下的載荷，並將數據通過測控系統傳輸到控制系統後經過處理計算出輪重差、軸重差、以及輪重減載率。其中輪重差和軸重差可直接讀取，不需要計算。

通過測試的數據，能夠按照下列公式計算每個車輪的減載率。

其中：

dQ/Q--為車輛減載率；

Qi——是每個車輪在不同高度下的負載值；

Qa——是車輛輪負載於水平軌道時的平均值；

註：載荷數值採集系統具備各工況算法，可以整輛車、每個轉向架或每個輪對的平均值進行計算。

系統能夠自動測量和計算被測車輛的每一個車輪在不同的軌道狀況及不同的負載(由空載至最重負載)情況下的dQ/Q值。

(5)地板面高度測量功能

地板面高度測量採用拉線式傳感器採集數據並上傳到數據採集分析系統。如圖12所示，通過在車輛地板面5上放置磁吸杆，磁吸杆從車門處伸出，在稱重區地面的布置拉線傳感器3，將拉線傳感器3的拉線掛至磁吸杆，完成高度測量，從而配合完成調簧加墊的計算。

拉線傳感器3測試出的位移H2，測試系統安裝好後，櫃面基準點4確定，車輪行走軌與地面之間的間距為已知，也就是拉線傳感器3零點到車輪行走軌軌面距離為H3，則地板面5高度H1＝H2-H3。

(6)二系懸掛系統空氣彈簧壓力測量及排氣功能測試

進行該測試工作時，整個測試平臺起到承載支撐車廂的作用。

如前所述，先控制車廂到位。二系懸掛系統空氣彈簧壓力的測量通過壓力傳感器接到二系彈簧測試接口上，通過壓力傳感器的數據變送，可以將測量值上傳到工控機操作界面，並進行顯示。

稱重作業(八點稱重作業)過程中需要頻繁對二系懸掛系統空氣彈簧進行充、排氣操作，同時要求二系懸掛系統空氣彈簧排氣要同步。二系懸掛系統空氣彈簧排氣功能通過工控機操作界面操作按鈕來同時控制四個空氣彈簧排氣，保證二系懸掛系統空氣彈簧排氣同步。在二系懸掛系統空氣彈簧測量模塊上的基礎上通過三通在一個氣路支口上連接電磁閥，同時四個閥口流量相同，依靠操作界面按鈕操作完成四個二系懸掛系統空氣彈簧同步排氣。

以上所述僅為本發明的幾個實施例，本領域的技術人員依據申請文件公開的可以對本發明實施例進行各種改動或變形而不脫離本發明的範圍。