專利名稱：搖枕載荷測試結構及其測試方法
技術領域：
本發明涉及列車的搖枕結構。
背景技術：
從我國貨車裝備技術近十余年來的發展情況看，貨車結構的疲勞可靠性問 題是制約貨車裝備技術提升的關鍵因素。如果貨車結構在顯著低于設計壽命時 過早地發生疲勞裂損，將使貨車的維修費用居高不下，并嚴重危及行車安全。 由于貨車現行結構強度設計規范和試驗標準尚不完善，特別是缺少符合我國實 際運用條件的疲勞強度設計規范和試驗標準。因此，進行貨車載荷譜測試，更 新我國貨車結構的強度設計規范和試驗標準，已成為 一項非常緊迫的工作。
在貨車載荷譜測試工作中， 一般以轉向架搖枕為傳感器，通過測力搖枕來
測試車體上的垂向、側滾和扭轉載荷，其具體測試方法包括以下步驟
1、 貼應變片；如圖1所示，搖枕10包括心盤11和設置在心盤11兩側的 旁承12,現有的測試方法是在旁承盒處粘貼應變片13,在搖枕10的中央對稱 面14處粘貼應變片15,并在中央對稱面14附近且應力較大、應力梯度較小的 部位粘貼應變片16;
2、 進行標定試驗；其又包括以下步驟
1) 在實-驗室中，分別在心盤11和兩個旁承12處依次加載荷Pp P2、 P3， 并同時測量各應變片處的應力大小；其中，載荷Pi與搖枕10的中央對稱面15 之間存在偏心距L;
2) 在車輛運行中實測，全程連續采集，得到各應變片13、 15、 16的粘貼 位置的應變-時間歷程，計算得到各應變片13、 15、 16的粘貼位置的實測應力值；
3 )以實室測試數據和實測數據為已知條件，根據疊加原理建立方程組， 然后解方程組，得到心盤11和兩個旁承12處的實際載荷以及實際偏心距，完 成搖枕心盤和旁承載荷的標定，并分解計算出三種載荷P!、 P2、 Ps的標定系數；
3、 通過標定試驗所得出的標定系數，將各個應變片13、 15、 16的粘貼位
4置的應變-時間歷程轉變為載荷-時間歷程。
雖然上述現有的搖枕載荷測試方法為我國貨車結構的疲勞可靠性分析所大 量采用，然而，測試工作者也在工作過程中發現其存在測試結構不夠準確的問 題，原因在于
1、 由于搖枕的心盤處難以直接粘貼應變片，因此只能通過標定試驗來間接 得到心盤處的載荷值，這中間的過程復雜，必然存在誤差。
2、 使用應變片測量應力值，通過解方程求得載荷值，其測量精度遠低于測 力傳感器的測量精度。
3、 使用應變片測量得到的是應變值，需要繁雜的后期工作才能轉化為我們
需要的載荷值。
因為上述因素的存在，使得通過現有的搖枕載荷測試方法得到的貨車載荷 譜不夠精準，甚至影響貨車結構的疲勞可靠性研究工作的進行，成為本領域技 術人員所急需解決的問題。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種搖枕載荷測試結構及 其測試方法，提高搖枕載荷測試工作的測試精度。 為實現上述目的，本發明采用的技術方案包括
一種搖枕載荷觀'H式結構，所述的搖枕包括心盤和設置在心盤兩側的兩個旁 承，其特征在于
在心盤處加工有一個心盤測力座，所述的心盤測力座為圓形盲孔， 一個心 盤測力傳感器組件放置其中，車體的上心盤放置在所述的心盤測力座中，并壓 在所述的心盤測力傳感器組件上方，一#^銷軸穿過下心盤和所述的心盤測力傳 感器組件，將搖枕與車體樞接在一起；
還包括信號釆集裝置，用來收集所述的心盤測力傳感器組件所測得的信號。
較佳的技術方案中所述的心盤測力座朝心盤的上表面延伸有 一 圈凸起的 邊緣，用來卡住所述的上心盤的邊緣。
較佳的技術方案中在每個旁承處加工有一個旁承測力座，所述的旁承測 力座為一個盲孔，在所述的旁承測力座內設置有一個旁承測力傳感器，所述的 旁承測力傳感器上放置彈性旁承，所述的彈性旁承與車體的上旁承抵接；所述 的旁承測力傳感器與所述的信號采集裝置連接。較佳的技術方案中在所述的旁承測力座的底部放置傳感器和彈性旁承后， 彈性旁承的上平面的高度與原設計值一致。
較佳的技術方案中所述的心盤測力傳感器組件包括的底座與蓋板，所述
的底座放置在所述的心盤測力座內，所述的蓋板與所述的上心盤接觸，所述的
底座和蓋板的中心均開設有一個通孔，以供所述的銷軸通過；至少三個心盤力 傳感器設置在所述的底座與蓋板之間，且每個所述的心盤力傳感器的一端與底 座抵接，另一端與蓋板抵接，以測量底座與蓋板之間的壓力分布。
較佳的技術方案中所述的底座上設有至少三個柱孔，每個柱孔下端封閉， 上端開放，每個柱孔內放置一個所述的心盤力傳感器，所述的心盤力傳感器的 高度大于所述的柱孔的深度， 一端突出于底座的上表面，所述的蓋板的下表面 與每個所述的心盤力傳感器的突出端接觸，蓋板的上表面與所述的下心盤接觸。 較佳的技術方案中所述的底座上左右對稱地開設有四對柱孔。 較佳的技術方案中在所述的底座上還設有至少兩個定位孔，所述的定位 孔與心盤測力座中設置的兩個定位銷孔的位置對應，兩個定位銷穿設在所述的 定位孔與定位銷孔中，將所述的心盤測力傳感器組件呈左右對稱地安裝在心盤 測力座中。
為實現上述目的，本發明釆用的技術方案還包括 一種搖枕載荷測試方法，其特征在于，包括以下步驟
1) 在所述的搖枕的心盤處加工有一個心盤測力座，在所述的搖枕的旁承處 加工有一個旁承測力座，在所述的心盤測力座與旁承測力座中分別安裝心盤測 力傳感器組件與旁承測力傳感器，然后將所述的搖枕安裝到轉向架上；
2) 在車輛運行中進行實測，以信號采集裝置收集所述的心盤測力傳感器組 件與旁承測力傳感器所測得的信號；
3) 以信號采集裝置收集到的信號為依據，計算得到心盤和旁承處的載荷-時間歷程。
較佳的技術方案中所述的心盤測力傳感器組件中左右對稱地設置有至少 一對心盤力傳感器，而步驟3)中，心盤力包括心盤中心力和心盤力偏移量，所 述的心盤中心力等于心盤測力傳感器組件中所有心盤力傳感器的受力總和，所 述的心盤力偏移量通過心盤測力傳感器組件中左右對稱布置的心盤力傳感器的 輸出量和各心盤力傳感器的相對位置計算得到。
與現有技術相比較，采用上述技術方案的本發明具有的優點在于1、 通過直接測量的方式得到心盤力，可以顯著提高心盤力的測試精度；
2、 減少了實驗室中進行載荷標定的步驟，縮短了測試工作的周期，節約了 人力和物力；
3、 由于采用力傳感器來替代由應變片測試結構進行載荷識別所得到的載荷 值，可以極大地提高測試結果的精度；
4、 由力傳感器可以直接得到載荷值，減少后期工作量，并加快貨車載荷諳 的編制速度。
圖1是現有的測力搖枕進行載荷標定時載荷與測點位置示意圖2是本發明采用的搖枕的半剖示意圖3是圖2的A-A剖視圖4是圖2的B-B剖視圖5是圖2的俯視圖6是心盤測力傳感器組件的平面結構示意圖(不帶蓋板)；
圖7是圖6的C-C剖視圖(帶蓋板和心盤力傳感器)。
附圖標記說明搖枕10;搖枕10，；心盤11;旁承12;應變片13;中央對 稱面14;應變片15;應變片16;載荷P2、 P3;偏心距L;心盤測力座20; 凸起的邊緣201;定位銷孔21;中心銷孔22;心盤測力傳感器組件30;底座31; 通孔311;柱孔312;定位孔313;蓋才反32;心盤力傳感器33;通孔321;旁岸義 測力座40;彈性旁承42;旁承測力傳感器43。
具體實施例方式
如圖2所示，是本發明采用的搖枕載荷測試結構，所述的搖枕10，包括心盤 11和設置在心盤11兩側的旁承12，其改進之處包括
在心盤11處加工有一個心盤測力座20，所述的心盤測力座20為圓形盲孔， 可供一個心盤測力傳感器組件30放置其中，心盤測力座20邊上有一圈凸起的 邊緣201，以代替搖枕10，上的下心盤；所述的搖枕IO，的心盤11安裝在轉向 架上的時候，首先將所述的心盤測力傳感器組件30放置在所述的心盤測力座20 的底部，然后使車體的下心盤落入凸起的邊緣201中，并壓在所述的心盤測力 傳感器組件30上方，然后使用一根銷軸穿過下心盤、所述的心盤測力傳感器件30以及心盤測力座20底部所設置的中心銷孔22,以將搖枕IO，與車體樞接在
一起(由于所述的下心盤和銷軸均是采用現有結構，在此圖中并沒有繪制出來)。
而本實施例與現有結構之間的差別是去除了現有搖枕上的下心盤，使得車體 的上心盤的垂向作用力可以完全作用在所述的心盤測力傳感器組件3 0上；而且， 所述的心盤測力座20朝心盤11的上表面延伸的一圈凸起的邊緣201,能夠卡住 下心盤的邊緣，使得下心盤放置在心盤測力座20中的時候不會發生水平方向的 位移。
另外，在每個旁承12處加工有一個旁承測力座40,所述的旁承測力座40 為一個近似長方形的盲孔，所述的盲孔有約一半的深度處于搖枕IO，上表面之 下，另一半的深度凸出于搖枕IO，上表面，在所述的旁承測力座40的底部放置 旁承測力傳感器43,在所述的旁承測力座40的上部放置原有的彈性旁岸義42, 并確保彈性旁承42的上平面與原設計高度一致。所述的搖枕10'的旁承12安裝 在轉向架上的時候，所述的車體的上旁承與所述的彈性旁承42的上平面抵接。
至于所述的心盤測力傳感器組件30的結構，如圖6、圖7所示，其包括底 座31與蓋板32,所述的底座31呈圓柱狀，在其中心開設有一個通孔311,以 供所述的銷軸通過，所述的底座31上左右對稱地開設有四對柱孔312,每個所 述的柱孔312下端封閉，上端開放，可用來容置一個心盤力傳感器33,在所述 的底座31上還設有至少兩個定位孔313,所述的定位孔313與心盤測力座20中 設置的兩個定位銷孔21的位置相對應，并通過兩個定位銷(圖中未示)穿接定 位，以保i正測心盤測力傳感器組件30呈左右對稱地安裝在心盤測力座20中。
從圖7中可以看到，所述的心盤力傳感器33的高度大于所述的柱孔312的 深度，因此其一端突出于底座31的上表面。所述的蓋板32呈平板狀，其中心 開設有一個通孔321,以供所述的銷軸通過，所述的蓋板32的下表面能夠與每 個所述的心盤力傳感器33的突出端接觸，蓋板32的上表面則能夠與所述的上 心盤接觸，以將上心盤的作用力準確地傳遞到所述的心盤力傳感器33上。
使用上述搖枕IO，來進行貨車載荷譜測試工作，無需標定試驗就可以直接在 車輛運行中進行實測，以得到心盤11和旁承12處的載荷-時間歷程，其過程如 下
1 )在所述的搖枕IO，上安裝所述的心盤測力傳感器組件30與旁承測力傳感 器43,并將所述的搖枕IO，安裝到轉向架上；
2)在車輛運行中進行實測，以信號采集裝置收集所述的心盤測力傳感器組件30與旁承測力傳感器43所測得的信號；
3)以信號采集裝置收集到的信號為依據，計算得到心盤11和旁承12處的 載荷-時間歷程；其中旁承力可由旁承測力傳感器43測得的壓力信號直接得到， 而心盤力包括心盤中心力和心盤力偏移量，所述的心盤中心力等于心盤測力傳 感器組件30中所有心盤力傳感器33的受力總和，所述的心盤力偏移量通過心 盤測力傳感器組件30中左右對稱布置的心盤力傳感器33的輸出量和各心盤力 傳感器33的相對位置計算得到。
以上僅是本發明的一個較佳的實施例，而實際上，還可以在上述實施例的 基礎上作出一些修改，例如，所述的底座31上左右對稱地設置的柱孔312的數 目可以是一對、兩對、三對、五對或者更多對；甚至，還可以將柱孔312設置 成位置不對稱的，例如三個柱孔312呈三角形分布，只是這樣一來，計算心盤 力偏移量的計算公式較為復雜而已。
通過以上描述，可知本發明所具有的優點有
1、 通過直接測量的方式得到心盤力，可以顯著提高心盤力的測試精度；
2、 減少了實驗室中進行載荷標定的步驟，縮短了測試工作的周期，節約了 人力和物力；
3、 由于采用力傳感器來替代由應變片測試結構進行載荷識別所得到的載荷 值，可以極大地提高測試結果的精度；
4、 由力傳感器可以直接得到載荷值，減少后期工作量，并加快貨車載荷譜 的編制速度。
以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人 員理解，在不脫離權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、 變化或等效，但都將落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種搖枕載荷測試結構，所述的搖枕包括心盤和設置在心盤兩側的兩個旁承，其特征在于在心盤處加工有一個心盤測力座，所述的心盤測力座為圓形盲孔，一個心盤測力傳感器組件放置其中，車體的上心盤放置在所述的心盤測力座中，并壓在所述的心盤測力傳感器組件上方，一根銷軸穿過下心盤和所述的心盤測力傳感器組件，將搖枕與車體樞接在一起；還包括信號采集裝置，用來收集所述的心盤測力傳感器組件所測得的信號。
2、 根據權利要求1所述的搖枕載荷測試結構，其特征在于所述的心盤測 力座朝心盤的上表面延伸有一圏凸起的邊緣，用來卡住所述的上心盤的邊緣。
3、 根據權利要求1所述的搖枕載荷測試結構，其特征在于在每個旁承處 加工有一個旁承測力座，所述的旁承測力座為一個盲孔，在所述的旁承測力座 內設置有一個旁承測力傳感器，所述的旁承測力傳感器上放置彈性旁承，所述 的彈性旁承與車體的上旁承抵接；所述的旁承測力傳感器與所述的信號采集裝 置連接。
4、 根據權利要求3所述的搖枕載荷測試結構，其特征在于在所述的旁承 測力座的底部放置傳感器和彈性旁承后，彈性旁承上平面的高度與原設計值一 致。
5、 根據權利要求1所述的搖枕載荷測試結構，其特征在于所述的心盤測 力傳感器組件包括的底座與蓋板，所述的底座放置在所述的心盤測力座內，所 述的蓋板與所述的上心盤接觸，所述的底座和蓋板的中心均開設有 一 個通孔， 以供所述的銷軸通過；至少三個心盤力傳感器設置在所述的底座與蓋板之間， 且每個所述的心盤力傳感器的一端與底座抵接，另一端與蓋板抵接，以測量底 座與蓋4反之間的壓力分布。
6、 根據權利要求5所述的搖枕載荷測試結構，其特征在于所述的底座上 設有至少三個柱孔，每個柱孔下端封閉，上端開放，每個柱孔內放置一個所述 的心盤力傳感器，所述的心盤力傳感器的高度大于所述的柱孔的深度， 一端突 出于底座的上表面，所述的蓋板的下表面與每個所述的心盤力傳感器的突出端 接觸，蓋板的上表面與所述的下心盤接觸。
7、 根據權利要求6所述的搖枕載荷測試結構，其特征在于所述的底座上左右對稱地開設有四對柱孔。
8、 根據權利要求6或7所述的搖枕載荷測試結構，其特征在于在所述的 底座上還設有至少兩個定位孔，所述的定位孔與心盤測力座中設置的兩個定位 銷孔的位置對應，兩個定位銷穿設在所述的定位孔與定位銷孔中，將所述的心 盤測力傳感器組件呈左右對稱地安裝在心盤測力座中。
9、 一種搖枕載荷測試方法，其特征在于，包括以下步驟1) 在所述的搖枕的心盤處加工有一個心盤測力座，在所述的搖枕的旁承處 加工有一個旁承測力座，在所述的心盤測力座與旁承測力座中分別安裝心盤測 力傳感器組件與旁承測力傳感器，然后將所述的搖枕安裝到轉向架上；2) 在車輛運行中進行實測，以信號采集裝置收集所述的心盤測力傳感器組 件與旁承測力傳感器所觀'j得的信號；3) 以信號采集裝置收集到的信號為依據，計算得到心盤和旁承處的載荷-時間歷程。
10、 根據權利要求9所述的搖枕載荷測試方法，其特征在于所述的心盤 測力傳感器組件中左右對稱地設置有至少一對心盤力傳感器，而步驟3)中，心 盤力包括心盤中心力和心盤力偏移量，所述的心盤中心力等于心盤測力傳感器 組件中所有心盤力傳感器的受力總和，所述的心盤力偏移量通過心盤測力傳感 器組件中左右對稱布置的心盤力傳感器的輸出量和各心盤力傳感器的相對位置 計算得到。
全文摘要
本發明是一種搖枕載荷測試結構及其測試方法，其結構是在心盤處加工有一個心盤測力座，其為圓形盲孔，可供一個心盤測力傳感器組件放置其中，車體的上心盤放置在心盤測力座中，并壓在心盤測力傳感器組件上方，一根銷軸穿過下心盤和所述的心盤測力傳感器組件，將搖枕與車體樞接在一起；在每個旁承處加工有一個旁承測力座，所述的旁承測力座內放置有一個旁承測力傳感器，然后以信號采集裝置來收集所述的心盤測力傳感器組件和旁承測力傳感器所測得的信號。由于本發明通過直接測量的方式得到心盤力以及心盤力的偏移量和旁承力，可以顯著提高心盤力的測試精度；并能夠減少實驗室中進行載荷標定的步驟，縮短了測試工作的周期，節約了人力和物力。
文檔編號G01L1/00GK101476951SQ20091007744
公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月11日 優先權日2009年2月11日
發明者劉志明, 孫守光, 強 李, 謝基龍 申請人:北京交通大學