CN112729880A - 一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台 - Google Patents

一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台 Download PDF

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Abstract

一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，包括试验台结构连接件、双向激振器、单向激振器、配重部件、计数装置和监控装置；试验台结构连接件包括支撑座、连接梁和激振器安装板；支撑座的顶部与城轨车辆悬挂梁的端部固定连接；连接梁的两端连接在城轨车辆悬挂梁的吊耳上，且连接梁之间均平行设置；激振器安装板固定设置在连接梁上；双向激振器和单向激振器均设置在激振器安装板上；所述计数装置分别设置在双向激振器和单向激振器上。本发明能为城轨车辆悬挂梁的疲劳试验提供三个方向的可调频率的正弦式交变载荷，且水平振动方向能进行变动，灵活方便，振动力大小能进行精确调节，能准确记录载荷循环次数，适用性强。

Description

一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台
技术领域
本发明属于城轨车辆结构强度技术领域，具体涉及一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台。
背景技术
随着城市规模的不断扩大、交通流量大幅增加，城市轨道交通是如今城市发展的必然趋势，并且因其输送量大、全天候、安全可靠、经济节能等优势，逐渐成为城市公共交通的支柱。铝合金悬挂座(梁)作为城轨车辆组成结构中一个关键部件，负责着车体悬挂式牵引电机及电气部件的承载任务，因实际工作中将同时承受来自车体的周期性振动、电机转矩和制动模块的多源载荷，再加上铝合金锻件结构复杂、材料疲劳特性离散的特点，所以极易发生疲劳破坏。
为了更有效地进行铝合金悬挂座(梁)结构的应力状态和疲劳强度研究、严格按照相关标准中的疲劳试验规范进行可靠性试验、利于列车运营安全和检测维修，需要设计开发一种可适用于铝合金悬挂座(梁)的疲劳试验台，目前相关疲劳试验台大多为单自由度的正弦或方波振动，存在承重能力较弱、振动源无法动态调节、振动信号不稳定及加速试验效果较差等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，以解决背景技术中提出的目前相关疲劳试验台大多为单自由度的正弦或方波振动，存在承重能力较弱、振动源无法动态调节、振动信号不稳定及加速试验效果较差等缺点的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，用于城轨车辆悬挂梁的疲劳试验，包括试验台结构连接件、双向激振器、单向激振器、配重部件、计数装置和监控装置；
所述试验台结构连接件包括四个用于支撑的支撑座、四根以上连接梁和激振器安装板，所述四个支撑座间呈矩形分布；所述支撑座的顶部与用于疲劳试验的城轨车辆悬挂梁的端部固定连接，两根城轨车辆悬挂梁平行设置在四个支撑座上；所述连接梁的两端连接在城轨车辆悬挂梁的吊耳上，且连接梁之间均平行设置；所述激振器安装板固定设置在所述连接梁上；
所述双向激振器和单向激振器均直接或间接设置在激振器安装板上，所述双向激振器用于城轨车辆悬挂梁疲劳试验台的第一水平方向和竖直方向的激振；所述单向激振器用于城轨车辆悬挂梁疲劳试验台的第二水平方向的激振；
所述配重部件包括配重块和配重块承载板，所述配重块承载板固定设置在所述连接梁上，所述配重块可拆卸设置在配重块承载板上；
所述计数装置分别设置在双向激振器和单向激振器上，用于记录激振器轴转动圈数；
所述监控装置为摄像头，用于监控激振器电机转速和计数装置记录情况，以及观察和记录整个城轨车辆悬挂梁疲劳试验台的运行状态。
在一种具体的实施方式中，所述双向激振器包括双向激振器电机、偏心块、双向激振器偏心块转轴、双向激振器连接底板、双向激振器电机支架、双向激振器联轴器、轴承、双向激振器轴承支座、双向激振器防护罩；所述双向激振器电机支架和双向激振器轴承支座直接或间接设置在双向激振器连接底板上；所述双向激振器电机固定设置在双向激振器电机支架上；所述偏心块设置在双向激振器偏心块转轴上；所述双向激振器偏心块转轴通过轴承设置在双向激振器轴承支座上，双向激振器电机通过双向激振器联轴器与双向激振器偏心块转轴相连带动偏心块进行转动；所述双向激振器连接底板用于直接或间接与激振器安装板连接；所述双向激振器防护罩设置在双向激振器连接底板上，用于对双向激振器偏心块转动区域进行安全防护。
在一种具体的实施方式中，所述双向激振器电机为卧式可调速齿轮减速电机；所述偏心块可拆卸设置在双向激振器偏心块转轴上；所述双向激振器还包括电机垫块，电机垫块设置在双向激振器电机支架和双向激振器连接底板之间，用于方便双向激振器电机安装；在双向激振器上的所述计数装置设置在双向激振器防护罩上。
在一种具体的实施方式中，所述单向激振器包括单向激振器电机、偏心块、两根单向激振器偏心块转轴、单向激振器转接底板、单向激振器安装板、单向激振器电机支架、单向激振器联轴器、齿轮副、轴承、单向激振器轴承支座、单向激振器防护罩；所述单向激振器转接底板包括板面互相垂直的的底板和竖直板，竖直板的一端与底板的上板面固定连接；所述单向激振器安装板固定设置在单向激振器转接底板的竖直板的一侧板面上；所述单向激振器电机支架和单向激振器轴承支座固定设置在单向激振器安装板上；所述单向激振器电机固定设置在单向激振器电机支架上；所述偏心块固定设置在单向激振器偏心块转轴上；两根单向激振器偏心块转轴通过轴承平行设置在单向激振器轴承支座上，两根单向激振器偏心块转轴上设置的偏心块重量相同且对称交错分布；两根单向激振器偏心块转轴通过齿轮副连接且齿轮副的传动比为-1；单向激振器电机通过单向激振器联轴器与一根单向激振器偏心块转轴相连带动偏心块进行转动；所述单向激振器转接底板用于直接或间接与激振器安装板连接；所述单向激振器防护罩设置在单向激振器安装板上，用于对偏心块转动区域进行安全防护。
在一种具体的实施方式中，所述单向激振器电机为卧式可调速齿轮减速电机；所述偏心块可拆卸设置在单向激振器偏心块转轴上；所述单向激振器安装板上设置有用于方便提拉的提手；在单向激振器上的所述计数装置设置在单向激振器防护罩上；所述齿轮副中的齿轮为硬齿面直齿圆柱齿轮。
在一种具体的实施方式中，所述城轨车辆悬挂梁疲劳试验台还包括换向装置，所述换向装置包括两台中空旋转减速机，分别设置在双向激振器与激振器安装板之间和单向激振器与激振器安装板之间；两台中空旋转减速机分别用于双向激振器和单向激振器的转动换向。
在一种具体的实施方式中，所述配重部件包括配重块和四块配重块承载板；四块配重块承载板呈矩形分布在所述连接梁上。所述配重部件用于提供试验所需的准确负载条件，同时对整个试验台起到平衡增重的作用，让激振器产生的振动更加平稳。
在一种具体的实施方式中，所述双向激振器和单向激振器的电机轴在水平面上互相垂直。
在一种具体的实施方式中，所述激振器安装板与所有所述连接梁均固定连接。
在一种具体的实施方式中，所述支撑座的底部固定设置在地面上，支撑座底部之间设置有用于加固的支撑座加固件。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明能为城轨车辆悬挂梁的疲劳试验提供三个方向的可调频率的正弦式交变载荷，且水平振动方向能进行变动，灵活方便，振动力大小能进行精确调节，能准确记录载荷循环次数，适用性强。
本发明能通过任意单向、任意双向或者三向的组合对振动方向进行特定调节，灵活性显著优于普通疲劳试验台。
本发明能通过增减偏心块的负重来调节振动力的大小；在一次连续开机情况下载荷循环次数可以达到100万次，能承受0.7t-1t载荷的铝合金悬挂座(梁)振动试验台，并且静载荷的大小通过增减矩形配重块能够较为精确地调整；底座对地基无特殊要求，适用性较强。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的单向激振器的结构示意图；
图3是本发明一种实施例的单向激振器的侧面示意图；
图4是本发明一种实施例的双向激振器的结构示意图；
图5是本发明一种实施例的双向激振器的侧面示意图；
图6是本发明一种实施例的偏心块的结构示意图；
图7是本发明一种实施例的换向装置的示意图。
其中，01、城轨车辆悬挂梁；1、试验台结构连接件；2、双向激振器；3、单向激振器；4、配重部件；5、计数装置；6、换向装置；10、偏心块；11、支撑座；12、连接梁；13、激振器安装板；21、双向激振器电机；22、双向激振器防护罩；23、双向激振器偏心块转轴；24、双向激振器连接底板；25、双向激振器电机支架；26、双向激振器联轴器；27、双向激振器轴承支座；29、电机垫块；31、单向激振器电机；32、单向激振器防护罩；33、单向激振器偏心块转轴；34、单向激振器转接底板；35、单向激振器安装板；36、单向激振器电机支架；37、单向激振器联轴器；38、齿轮副；39、单向激振器轴承支座；310、提手；41、配重块；42、配重块承载板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本发明提供一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，用于城轨车辆悬挂梁的疲劳试验，包括：试验台结构连接件1、双向激振器2、单向激振器3、配重部件4、计数装置5及监控装置。本发明的加速测试性能、交变载荷的稳定性能及循环测试记录的准确性将直接影响试验的效果，其动力源均由低噪音卧式齿轮减速电机提供，带动装有特定形状大小重量的偏心块转动来满足特定的动载荷。
一种实施例中的城轨车辆悬挂梁01为铝合金悬挂梁，该悬挂梁长度为2m，宽度0.2m，安装间距为2m，每件梁均有4个吊耳作为负载工作区域，吊耳中心有个通孔φ19mm。
试验台结构连接件1：设计采用了工字钢、槽钢以及钢板为基础的型材对城轨车辆悬挂梁01进行连接，模拟实际安装和受载环境，并连接配重部件4和激振器，型材厚度为10-15mm，同时让城轨车辆悬挂梁01安装后离地面有0.5-1m的距离。并能承受包括城轨车辆悬挂梁01和激振器等部件在内的总共1t的载重量，试验台底架结构稳定性高，对实验场地无特殊要求。
双向激振器2：为了产生一定频率下的交变载荷，采用的方案是通过一台400W卧式可调速齿轮减速电机带动单个轴上总共20kg的扇形钢制偏心块转动，利用偏心块10转动的离心力产生的一定频率的正弦变化的激振力充当疲劳试验中的动载荷，为便于安装拆卸，偏心块10总共有4片，每片形状材料重量相同，而且在侧面均钻有螺纹孔，可以对偏心块重量进行调节，实现动载荷可变的功能。双向激振器负责产生第一水平方向和竖直方向的激振力，底部为一块双向激振器连接底板24，用于和试验台结构连接件1的激振器安装板13相连接，偏心块10***装有双向激振器防护罩22增加安全性。
单向激振器3：采用一台与双向激振器相同型号的卧式可调速齿轮减速电机，带动两根装有相同重量、对称交错分布的总计20kg的偏心块转动，两根单向激振器偏心块转轴33由一对传动比为-1的齿轮副38连接，采用的是硬齿面直齿圆柱齿轮，模数为2.5，齿数为53。从而使双轴以相同转速反方向运转，偏心块10在竖直方向的离心力分量互相抵消，达到只产生水平方向的激振力要求。单向激振器3整体通过单向激振器安装板35和单向激振器转接底板34固定于激振器安装板13上，偏心块10转动区域装有单向激振器防护罩32起到安全防护作用。
偏心块转轴为锻压阶梯轴；电机与偏心块转轴间通过梅花型联轴器连接。偏心块转轴通过深沟球轴承设置在轴承支座上。
配重部件：包括4块区域设置的配重块承载板42和设置在配重块承载板上的可拆卸式配重块41，使用的材料为铸铁，各区域可调节最大范围为1t，配重块单元为5kg至25kg，以提供试验所需的准确负载条件，同时对整个试验台起到平衡增重的作用，让激振器产生的振动更加平稳。
换向装置：包括2台YT200中空旋转减速机，安装在试验台两处位置，用于分别连接单向激振器和双向激振器，使用高精度齿轮结构和径向轴承，提高了扭矩和刚性，承载更稳重，搭配伺服马达可做任意角度旋转，2台组合搭配可实现疲劳试验台第一水平方向、第二水平方向、竖直方向的单方向振动或者任意双方向振动或者三方向同时振动，借助伺服马达的电磁制动保证了振动方向的准确与工作可靠性。
计数装置包括两台DA6-7A-1A型CIBIS光电计数器，实施方式是分别在单向激振器和双向激振器的防护罩上安装光电计数器，记录激振器轴转动圈数。一次连续试验的有效记录圈数为999999圈，每满999999自动清零重新计数。
监控装置包括一个霸天安摄像头和一个360摄像头，监控***为基于英特网的远程监控***，同时具有本地记录功能，对试验状况进行实时监测并记录故障等问题。实施方式是360摄像头负责监控电机转速和光电计数器记录情况，霸天安摄像头安装于试验场地高处，用于观察和记录整个试验台的运行状态。
本试验中的交变载荷由单向激振器和双向激振器共同产生。激振器采用旋转偏心块结构，通过齿轮减速电机7IK400RGU-CF 7GU3K带动一定尺寸的偏心块以300r/min的转速旋转产生的离心力作为振动力来源。根据离心力计算公式：
F＝mrω2＝1029N
偏心块采用扇形设计，以单元的形式安装，使用的材料为45钢密度7850kg/m3，偏心块单元一片重量为5kg，偏心距取0.05213m，双向激振器安装了4片偏心块单元，总计20kg的重量，刚好满足试验所需的偏心力大小，偏心块单元的侧面开有螺纹孔，可以调整偏心块的重量实现激振力的变化。同样的，单向激振器也使用了4片偏心块单元，其安装位置为分别在两个轴上对称交错分布。因此两个轴上的偏心块转速相同转向相反，再增加单向激振器转接底板34调整安装时的方向即可实现单向振动的目的。单向激振器和双向激振器的电机轴互相垂直放置于激振器安装板13上。
试验台结构连接件1包括4个支撑座11、4块连接梁12和1块钢板状的激振器安装板13。支撑座11固定于地面，通过螺栓连接支撑起城轨车辆悬挂梁01，保持离地面0.5m的距离，4块连接梁12分别在两端用螺栓连接2个城轨车辆悬挂梁01的吊耳部分，并且对称安装上一定重量的配置部件；4块连接梁12平行安装，再使用激振器安装板13通过螺栓连接垂直安装于4块连接梁12之上，之后通过螺栓连接将激振器固定于激振器安装板上面。之后在激振器防护罩处布置DA6-7A-1A型CIBIS光电计数器用以记录载荷循环次数。在计数器屏幕和试验台前安置摄像头以远程监控载荷循环情况及试验台工作状况。
疲劳试验中，当载荷循环次数达到100万次时，停机检查悬挂梁的装夹情况，并对悬挂梁进行全部位的无损检测，记录检测结果，进行后续的试验流程。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，用于城轨车辆悬挂梁的疲劳试验，其特征在于，包括试验台结构连接件(1)、双向激振器(2)、单向激振器(3)、配重部件(4)、计数装置(5)和监控装置；
所述试验台结构连接件(1)包括四个用于支撑的支撑座(11)、四根以上连接梁(12)和激振器安装板(13)，所述四个支撑座(11)间呈矩形分布；所述支撑座(11)的顶部与用于疲劳试验的城轨车辆悬挂梁(01)的端部固定连接，两根城轨车辆悬挂梁(01)平行设置在四个支撑座(11)上；所述连接梁(12)的两端连接在城轨车辆悬挂梁(01)的吊耳上，且连接梁(12)之间均平行设置；所述激振器安装板(13)固定设置在所述连接梁(12)上；
所述双向激振器(2)和单向激振器(3)均直接或间接设置在激振器安装板(13)上，所述双向激振器(2)用于城轨车辆悬挂梁疲劳试验台的第一水平方向和竖直方向的激振；所述单向激振器(3)用于城轨车辆悬挂梁疲劳试验台的第二水平方向的激振；
所述配重部件(4)包括配重块(41)和配重块承载板(42)，所述配重块承载板(42)固定设置在所述连接梁(12)上，所述配重块(41)可拆卸设置在配重块承载板(42)上；
所述计数装置(5)分别设置在双向激振器(2)和单向激振器(3)上，用于记录激振器轴转动圈数；
所述监控装置为摄像头，用于监控激振器电机转速和计数装置记录情况，以及观察和记录整个城轨车辆悬挂梁疲劳试验台的运行状态。
2.根据权利要求1所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述双向激振器(2)包括双向激振器电机(21)、偏心块(10)、双向激振器偏心块转轴(23)、双向激振器连接底板(24)、双向激振器电机支架(25)、双向激振器联轴器(26)、轴承、双向激振器轴承支座(27)、双向激振器防护罩(22)；所述双向激振器电机支架(25)和双向激振器轴承支座(27)直接或间接设置在双向激振器连接底板(24)上；所述双向激振器电机(21)固定设置在双向激振器电机支架(25)上；所述偏心块(10)设置在双向激振器偏心块转轴(23)上；所述双向激振器偏心块转轴(23)通过轴承设置在双向激振器轴承支座(27)上，双向激振器电机(21)通过双向激振器联轴器(26)与双向激振器偏心块转轴(23)相连带动偏心块(10)进行转动；所述双向激振器连接底板(24)用于直接或间接与激振器安装板(13)连接；所述双向激振器防护罩(22)设置在双向激振器连接底板(24)上，用于对双向激振器偏心块转动区域进行安全防护。
3.根据权利要求2所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述双向激振器电机(21)为卧式可调速齿轮减速电机；所述偏心块(10)可拆卸设置在双向激振器偏心块转轴(23)上；所述双向激振器(2)还包括电机垫块(29)，电机垫块(29)设置在双向激振器电机支架(25)和双向激振器连接底板(24)之间，用于方便双向激振器电机(21)安装；在双向激振器上的所述计数装置设置在双向激振器防护罩(22)上。
4.根据权利要求1所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述单向激振器(3)包括单向激振器电机(31)、偏心块(10)、两根单向激振器偏心块转轴(33)、单向激振器转接底板(34)、单向激振器安装板(35)、单向激振器电机支架(36)、单向激振器联轴器(37)、齿轮副(38)、轴承、单向激振器轴承支座(39)、单向激振器防护罩(32)；所述单向激振器转接底板(34)包括板面互相垂直的的底板和竖直板，竖直板的一端与底板的上板面固定连接；所述单向激振器安装板(35)固定设置在单向激振器转接底板(34)的竖直板的一侧板面上；所述单向激振器电机支架(36)和单向激振器轴承支座(39)固定设置在单向激振器安装板(35)上；所述单向激振器电机(31)固定设置在单向激振器电机支架(36)上；所述偏心块(10)固定设置在单向激振器偏心块转轴(33)上；两根单向激振器偏心块转轴(33)通过轴承平行设置在单向激振器轴承支座(39)上，两根单向激振器偏心块转轴(33)上设置的偏心块(10)重量相同且对称交错分布；两根单向激振器偏心块转轴(33)通过齿轮副(38)连接且齿轮副(38)的传动比为-1；单向激振器电机(31)通过单向激振器联轴器(37)与一根单向激振器偏心块转轴(33)相连带动偏心块(10)进行转动；所述单向激振器转接底板(34)用于直接或间接与激振器安装板(13)连接；所述单向激振器防护罩(32)设置在单向激振器安装板(35)上，用于对偏心块转动区域进行安全防护。
5.根据权利要求4所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述单向激振器电机(31)为卧式可调速齿轮减速电机；所述偏心块(10)可拆卸设置在单向激振器偏心块转轴(33)上；所述单向激振器安装板(35)上设置有用于方便提拉的提手(310)；在单向激振器上的所述计数装置设置在单向激振器防护罩(32)上；所述齿轮副(38)中的齿轮为硬齿面直齿圆柱齿轮。
6.根据权利要求1所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述城轨车辆悬挂梁疲劳试验台还包括换向装置(6)，所述换向装置(6)包括两台中空旋转减速机，分别设置在双向激振器(2)与激振器安装板(13)之间和单向激振器(3)与激振器安装板(13)之间；两台中空旋转减速机分别用于双向激振器和单向激振器的转动换向。
7.根据权利要求1所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述配重部件(4)包括配重块(41)和四块配重块承载板(42)；四块配重块承载板呈矩形分布在所述连接梁上。所述配重部件用于提供试验所需的准确负载条件，同时对整个试验台起到平衡增重的作用，让激振器产生的振动更加平稳。
8.根据权利要求1所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述双向激振器和单向激振器的电机轴在水平面上互相垂直。
9.根据权利要求1所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述激振器安装板(13)与所有所述连接梁(12)均固定连接。
10.根据权利要求1所述的城轨车辆悬挂梁疲劳试验台，其特征在于，所述支撑座(11)的底部固定设置在地面上，支撑座(11)底部之间设置有用于加固的支撑座加固件。
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