宋佳偉（齊齊哈爾中鐵泰格自動(dòng)化有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

新型貨車與地鐵轉(zhuǎn)向架參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)

宋佳偉
（齊齊哈爾中鐵泰格自動(dòng)化有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

摘要：本試驗(yàn)臺(tái)主要用于新型貨車以及地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的幾何尺寸和動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)量的測(cè)量與應(yīng)用。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架 ；動(dòng)力學(xué)；稱重；龍門結(jié)構(gòu)；參數(shù)測(cè)量

1　適用范圍

本試驗(yàn)臺(tái)主要用于新型貨車轉(zhuǎn)向架及新型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的幾何尺寸和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)量（軌距1435mm，固定軸距最大2420mm）。可在該試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試的項(xiàng)目包括：

1.1轉(zhuǎn)向架幾何尺寸測(cè)量

（a）心盤高度；（b）旁承高度；（c）轉(zhuǎn)向架四角高度；（d）兩軸間距（左右兩側(cè)）。

1.2動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)量

（a）轉(zhuǎn)向架摩擦系數(shù)（減震器相對(duì)摩擦系數(shù)）；（b）抗菱剛度；（c）偏載及輪重。

2　設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

（a）電源：AC380V；50Hz。

（b）總額定功率：55kW。

（c）外形尺寸：6480×5600×2210。

（d）重量：42.6t。

（e）幾何尺寸測(cè)量精度：0.15mm。

（f）液壓伺服加載精度：0.05。

3　試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成

試驗(yàn)臺(tái)主要由龍門框架（包括主、輔動(dòng)力加載油缸和高度參數(shù)測(cè)量裝置）、稱重活動(dòng)平臺(tái)（4個(gè)）、輪對(duì)升降裝置、測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成。

3.1龍門框架

設(shè)備主機(jī)采用龍門式框架結(jié)構(gòu)，龍門架上橫梁處安裝有一個(gè)主加載油缸和兩個(gè)輔助加載油缸，用于模擬轉(zhuǎn)向架的實(shí)際工作狀況，向被測(cè)轉(zhuǎn)向架施加垂向載荷。龍門框架下橫梁與設(shè)備底座連接，承載加載時(shí)的作用力。

主加載油缸采用固定式安裝結(jié)構(gòu)，輔助加載油缸的位置可以左右方向（X軸）移動(dòng)調(diào)整，輔助油缸的移動(dòng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，直線導(dǎo)軌承載導(dǎo)向，主、輔加載油缸垂直加載（Z軸），均采用伺服液壓系統(tǒng)，載荷的大小和加載的方式可根據(jù)工件工況要求通過軟件進(jìn)行任意設(shè)定，主加載油缸最大加載力730kN，兩個(gè)輔助加載油缸最大加載力330kN。

龍門框架的左右立柱結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)各固定安裝一條與龍門上橫梁垂直的水平橫梁，兩條水平橫梁之間安裝兩條可以在軸距方向行走，并與龍門上橫梁平行的移動(dòng)橫梁，移動(dòng)橫梁的走行采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)（Y軸），每條移動(dòng)橫梁上安裝了可左右方向移動(dòng)（X軸）的高級(jí)激光式測(cè)頭。該測(cè)頭用于轉(zhuǎn)向架上平面設(shè)定點(diǎn)的高度測(cè)量，在轉(zhuǎn)向架空載及加載工況下均可以進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。

3.2稱重活動(dòng)平臺(tái)

本設(shè)備共配置了4個(gè)參數(shù)化稱重活動(dòng)平臺(tái)，每個(gè)稱重活動(dòng)平臺(tái)除了可在水平方向前、后、左、右移動(dòng)外，還能作水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)稱重活動(dòng)平臺(tái)在水平方向的相對(duì)位置都有相應(yīng)的位移傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；每一個(gè)稱重活動(dòng)平臺(tái)的下方均裝有稱重傳感器，用于轉(zhuǎn)向架輪重和偏載的檢測(cè)。

參數(shù)化稱重活動(dòng)平臺(tái)同時(shí)也是進(jìn)行抗菱剛度測(cè)試時(shí)對(duì)輪對(duì)施加水平方向作用力的關(guān)鍵裝置。在相對(duì)角的兩個(gè)參數(shù)化稱重平臺(tái)上安裝了作用方向相反的水平加載裝置，水平加載裝置最大加載力：270kN。

3.3輪對(duì)升降裝置

輪對(duì)升降裝置是一套液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械舉升機(jī)構(gòu)，在正常工作狀態(tài)下，若沒有轉(zhuǎn)向架的時(shí)候處于舉升狀態(tài)，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)向架進(jìn)入到預(yù)定工位，舉升機(jī)構(gòu)下降，直到輪對(duì)被車輪定位裝置托舉，舉升導(dǎo)軌與輪對(duì)完全脫開，以便進(jìn)行相關(guān)測(cè)試作業(yè)。

3.4測(cè)量與控制系統(tǒng)

測(cè)量與控制系統(tǒng)作為設(shè)備的控制核心組成，以工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）為中心，承擔(dān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、控制信號(hào)的發(fā)送、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的計(jì)算分析和管理。操作人員可以通過計(jì)算機(jī)人機(jī)界面進(jìn)行各種測(cè)量工況的選擇和設(shè)定，可以對(duì)整個(gè)檢測(cè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，系統(tǒng)最后自動(dòng)生成符合相關(guān)規(guī)范要求的檢測(cè)報(bào)告。

試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)主要由力學(xué)傳感器、位移傳感器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備以及帶有數(shù)據(jù)采集卡的工業(yè)計(jì)算機(jī)等組成。通過對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，輸出最終所需的結(jié)果。

4試驗(yàn)臺(tái)的基本原理和工作方式

4.1心盤高度、旁承高度及轉(zhuǎn)向架四角高的測(cè)量方式

測(cè)量轉(zhuǎn)向架各點(diǎn)高度，采用激光測(cè)距儀從上往下照射到被測(cè)工件的測(cè)量部位，系統(tǒng)通過計(jì)算得出被測(cè)部位到激光傳感器之間的相對(duì)距離。根據(jù)不同的轉(zhuǎn)向架型號(hào)，可隨時(shí)移動(dòng)激光傳感器的測(cè)量位置。

4.2軸距、偏載及輪重的測(cè)量

在四個(gè)稱重活動(dòng)平臺(tái)的下方分別安裝有稱重及位移傳感器。舉升裝置緩慢下降，當(dāng)兩條輪對(duì)開始脫離舉升裝置，被定位機(jī)構(gòu)托舉時(shí)，由于轉(zhuǎn)向架自身的重量原因，定位機(jī)構(gòu)在托舉輪對(duì)的同時(shí)會(huì)有一個(gè)自身位置的前后修正。當(dāng)轉(zhuǎn)向架完全落下，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)讀取稱重活動(dòng)平臺(tái)下方位移傳感器的值，根據(jù)這幾個(gè)位移值計(jì)算出當(dāng)前轉(zhuǎn)向架的軸距值。偏載和輪重的測(cè)量也是通過讀取稱重活動(dòng)平臺(tái)下方稱重傳感器的值計(jì)算得出。

4.3轉(zhuǎn)向架摩擦系數(shù)的測(cè)量

測(cè)試減振器相對(duì)摩擦系數(shù)時(shí)，將轉(zhuǎn)向架固定在平臺(tái)上，在心盤處施加垂向載荷。通過控制作用力的最大值來實(shí)現(xiàn)空車和重車工況。在加載過程中，轉(zhuǎn)向架的搖枕、側(cè)架變形及軸箱橡膠墊的變形量相對(duì)于枕簧的撓度來說很小，同時(shí)這些變形屬于彈性變形范圍，所以對(duì)轉(zhuǎn)向架的相對(duì)摩擦系數(shù)的影響可以忽略不計(jì)。通過作動(dòng)器對(duì)搖枕施加一定的垂向力，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)作用力的大小及在該作用力下?lián)u枕的垂向位移，繪制出摩擦減振器特性曲線。

4.4抗菱剛度的測(cè)量

所謂抗菱剛度，就是左右側(cè)梁或側(cè)架發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)受到的約束剛度，是使兩側(cè)架前后錯(cuò)動(dòng)而施加的剪切力矩與兩側(cè)架中心連線相對(duì)于原中心連線的轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)向架的菱形變位角）之比。即K=Fb/θ。

測(cè)試抗菱剛度時(shí)，先將被測(cè)轉(zhuǎn)向架的搖枕對(duì)相對(duì)于地面固定，前后輪對(duì)分別固定在四個(gè)稱重活動(dòng)平臺(tái)上。然后系統(tǒng)發(fā)出指令，控制布置在軌道兩側(cè)的兩個(gè)水平加載作動(dòng)器動(dòng)作，從對(duì)角兩個(gè)方向推動(dòng)稱重活動(dòng)平臺(tái)沿水平方向運(yùn)動(dòng)，使固定在平臺(tái)上的輪對(duì)隨稱重活動(dòng)平臺(tái)一起橫移，轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生菱形變形。在測(cè)試時(shí)分段緩慢加載，當(dāng)系統(tǒng)處于平衡時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過采集一側(cè)側(cè)架的橫向位移和兩個(gè)作動(dòng)器的作用力，可計(jì)算出轉(zhuǎn)向架的菱形變位角θ和抗菱剛度。

系統(tǒng)通過控制主加載油缸的輸出壓力，可模擬空車、半重車、重車等不同的載荷情況進(jìn)行抗菱剛度的測(cè)試。

中圖分類號(hào)：U260

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：宋佳偉（1972－），男，黑龍江省齊齊哈爾，工程師，學(xué)士學(xué)位。