基于轉向架懸掛參數測試臺測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于轉向架懸掛參數測試臺測量系統，尤其是涉及一種包括轉向 架懸掛系統靜態參數和動態參數測試的試驗裝置。
【背景技術】
[0002] 近幾年，我國鐵路行業急速發展，軌道列車速度不斷提高，相應地對軌道車輛動力 學性能的要求也越來越高。同時為了能夠研究并優化轉向架的動力學參數、降低研發生產 成本，國內的各機車車輛廠迫切希望能夠對試制出來的轉向架進行參數測試，以保證裝車 后轉向架各項性能參數達到設計要求，車輛的動力學性能也達到最優。檢測軌道車輛轉向 架懸掛特性參數的測定有如下重要性：1.檢驗機車車輛的實測參數是否達到設計值的要 求，并可以據此找出車輛在設計、制造、生產過程中的不當之處；2.確定實際生產的機車車 輛所能達到的動力學性能，以此準確的判斷機車可以適應的運行條件；3.可以作為機車車 輛性能分析優化的依據。轉向架懸掛特性試驗臺的開發對軌道車輛轉向架產品的研發設 計、生產制造、運營維護、動力學性能的研究具有重大意義，并且能對運行環境的指定以及 質量控制產生積極效果，有利于縮短產品開發周期。
[0003] 但是目前的檢測設備價格昂貴、使用維護成本偏高、設備關鍵部件故障后的維修 周期長；并且多為單一項目檢測設備，檢測效率高，適用于批量產品出廠檢測，而對于具有 科研和開發性質的工程實驗室來說，往往需要功能多樣，并能夠對產品相關參數進行全面 檢測的設備。
【發明內容】
[0004] 為了克服以上現有技術的不足，本發明提出一種基于轉向架懸掛參數測試臺測量 系統，通過測量轉向架各部件之間的三維作用力和三維位移，來計算轉向架懸掛系統靜態 參數和動態參數，用以分析機車的力學性能。
[0005] 本發明的技術方案是：一種基于轉向架懸掛參數測試臺測量系統，該系統包括三 維力測量模塊、三維位移測量模塊、數據處理模塊，所述三維力測量模塊包括分別安裝于下 部運動平臺和轉向架輪對之間以及上部運動平臺和轉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架之間、構架搖枕之間、輪對搖枕之間產生的相 對位移變化進行測量的位移傳感器、所述數據處理模塊用于對三維力壓力傳感器和位移傳 感器采集的數據進行實時通訊、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架垂直測量單 元和構架搖枕垂直測量單元，所述輪對構架垂直測量單元和構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構，每個 條狀電容單元包括上極板的驅動電極和下極板的感應電極，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動電極和感應 電極寬度相同，驅動電極的長度大于感應電極長度，驅動電極長度兩端分別預留左差位S 左和右差位δ右，b0驅=b0感+ δ右+ δ左，其中，b0驅為條狀電容單元的驅動電極長度，b0感為條 狀電容單元的感應電極長度，所述差位Ss= δ φ，且2如·^，其中d。為條狀電容單 元介質厚度，G為彈性介質的抗剪模量，τ_為最大應力值。所述梳齒狀結構包括20個以 上條狀電容單元、與條狀電容單元一一對應連接的引線，相鄰兩條狀電容單元之間設有電 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。 為介質厚度，E為彈性介質的楊氏模量，G為彈性介質的抗剪模量。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有中間變換器，中間 變換器用于設置電壓對電容或頻率對電容的傳輸系數。
[0007] 本發明的有益效果是：本發明的測量系統通過測量轉向架各部件之間的三維作用 力和三維位移，來計算轉向架懸掛系統靜態參數和動態參數，分析機車的力學性能，實現機 車實測參數是否達到設計值的功能，為車輛性能優化提供參數依據。另外，本發明傳感器不 僅可以測量三維作用力，而且可以測量三維位移，并且通過設置預留差位、設置兩組寬度為 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，使法向與切向轉換都達到較 高的線性、精度與靈敏度。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明的【具體實施方式】的條狀電容單元及其坐標系。
[0009] 圖2是本發明的【具體實施方式】的條狀電容單元示意圖。
[0010] 圖3是本發明的【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是本發明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器結構圖。
[0014] 圖7是本發明的【具體實施方式】的單元電容對的信號示意圖。
[0015] 圖8為本發明【具體實施方式】的測量系統的結構圖；
[0016] 圖9為本發明【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，本發明的【具體實施方式】如所涉及的各構件 的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本發明的發明構思、技術 方案有更完整、準確和深入的理解。
[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雜，車輛有六個獨立 的振動形式，即伸縮、橫擺、浮沉、側滾、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；側滾為繞X軸的回轉運動；點頭為繞y 軸的回轉運動；搖頭為繞z軸的回轉運動。
[0020] 轉向架懸掛特性的測試方法具體為將待測轉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向架的其他部件，強制轉向架的非固定部件相對于固定 部件發生位置變化，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向架實際運行中的運動狀態和各部件 之間相互作用的機理。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向架的各個部件，實現六自由度運動，搖枕設置在構架上側，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對輪對構架之間、構架搖枕之間、輪對搖枕之間產生的相 對位移變化進行精確測量。測量一系三向相對位移量是以轉向架構架為測量基準，測量二 系三向相對位移量也是以轉向架構架為測量基準，三個方向的位移傳感器采集到的數據即 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，二系懸掛分別連接至架構和搖枕，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，本發明的測量系統包括三維力測量模塊、三維位移測量模塊、數據處理模 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向架輪對之間以及上部運動平 臺和轉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架之 間、構架搖枕之間、輪對搖枕之間產生的相對位移變化進行測量的位移傳感器、所述數據處 理模塊用于對三維力壓力傳感器和位移傳感器采集的數據進行實時通訊、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架垂直測量單元和構架搖枕垂直測量 單元，所述輪對構架垂直測量單元和構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，分別設置在輪的 兩邊，通過構架水平測量單元左右兩邊