新型貨車與地鐵轉向架參數測量試驗臺的開發

摘 要：本試驗臺主要用于新型貨車以及地鐵車輛轉向架的幾何尺寸和動力學參數測量的測量與應用。

關鍵詞：轉向架 ；動力學；稱重；龍門結構；參數測量

中圖分類號：U260 文獻標識碼：A

1 適用范圍

本試驗臺主要用于新型貨車轉向架及新型地鐵車輛轉向架的幾何尺寸和動力學參數的測量（軌距1435mm，固定軸距最大2420mm）。可在該試驗臺上進行測試的項目包括：

1.1 轉向架幾何尺寸測量

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

1.2 動力學參數測量

（a）轉向架摩擦系數（減震器相對摩擦系數）；（b）抗菱剛度；（c）偏載及輪重。

2 設備主要技術參數

（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）幾何尺寸測量精度：0.15mm。

（f）液壓伺服加載精度：0.05。

3 試驗臺的結構組成

試驗臺主要由龍門框架（包括主、輔動力加載油缸和高度參數測量裝置）、稱重活動平臺（4個）、輪對升降裝置、測量系統、控制系統和液壓系統組成。

3.1 龍門框架

設備主機采用龍門式框架結構，龍門架上橫梁處安裝有一個主加載油缸和兩個輔助加載油缸，用于模擬轉向架的實際工作狀況，向被測轉向架施加垂向載荷。龍門框架下橫梁與設備底座連接，承載加載時的作用力。

主加載油缸采用固定式安裝結構，輔助加載油缸的位置可以左右方向（X軸）移動調整，輔助油缸的移動采用伺服電機驅動，滾珠絲杠傳動結構，直線導軌承載導向，主、輔加載油缸垂直加載（Z軸），均采用伺服液壓系統，載荷的大小和加載的方式可根據工件工況要求通過軟件進行任意設定，主加載油缸最大加載力730kN，兩個輔助加載油缸最大加載力330kN。

龍門框架的左右立柱結構內側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橫梁，移動橫梁的走行采用伺服電機驅動（Y軸），每條移動橫梁上安裝了可左右方向移動（X軸）的高級激光式測頭。該測頭用于轉向架上平面設定點的高度測量，在轉向架空載及加載工況下均可以進行測試作業。

3.2 稱重活動平臺

本設備共配置了4個參數化稱重活動平臺，每個稱重活動平臺除了可在水平方向前、后、左、右移動外，還能作水平回轉運動，每一個稱重活動平臺在水平方向的相對位置都有相應的位移傳感器進行數據采集；每一個稱重活動平臺的下方均裝有稱重傳感器，用于轉向架輪重和偏載的檢測。

參數化稱重活動平臺同時也是進行抗菱剛度測試時對輪對施加水平方向作用力的關鍵裝置。在相對角的兩個參數化稱重平臺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 輪對升降裝置

輪對升降裝置是一套液壓驅動的機械舉升機構，在正常工作狀態下，若沒有轉向架的時候處于舉升狀態，當被測轉向架進入到預定工位，舉升機構下降，直到輪對被車輪定位裝置托舉，舉升導軌與輪對完全脫開，以便進行相關測試作業。

3.4 測量與控制系統

測量與控制系統作為設備的控制核心組成，以工業計算機（IPC）為中心，承擔現場數據的采集、控制信號的發送、設備狀態的監控以及數據的計算分析和管理。操作人員可以通過計算機人機界面進行各種測量工況的選擇和設定，可以對整個檢測過程進行實時的監控，系統最后自動生成符合相關規范要求的檢測報告。

試驗臺的測試系統主要由力學傳感器、位移傳感器、信號調理設備以及帶有數據采集卡的工業計算機等組成。通過對采集的原始數據進行相應處理，輸出最終所需的結果。

4 試驗臺的基本原理和工作方式

4.1 心盤高度、旁承高度及轉向架四角高的測量方式

測量轉向架各點高度，采用激光測距儀從上往下照射到被測工件的測量部位，系統通過計算得出被測部位到激光傳感器之間的相對距離。根據不同的轉向架型號，可隨時移動激光傳感器的測量位置。

4.2 軸距、偏載及輪重的測量

在四個稱重活動平臺的下方分別安裝有稱重及位移傳感器。舉升裝置緩慢下降，當兩條輪對開始脫離舉升裝置，被定位機構托舉時，由于轉向架自身的重量原因，定位機構在托舉輪對的同時會有一個自身位置的前后修正。當轉向架完全落下，此時系統自動讀取稱重活動平臺下方位移傳感器的值，根據這幾個位移值計算出當前轉向架的軸距值。偏載和輪重的測量也是通過讀取稱重活動平臺下方稱重傳感器的值計算得出。

4.3 轉向架摩擦系數的測量

測試減振器相對摩擦系數時，將轉向架固定在平臺上，在心盤處施加垂向載荷。通過控制作用力的最大值來實現空車和重車工況。在加載過程中，轉向架的搖枕、側架變形及軸箱橡膠墊的變形量相對于枕簧的撓度來說很小，同時這些變形屬于彈性變形范圍，所以對轉向架的相對摩擦系數的影響可以忽略不計。通過作動器對搖枕施加一定的垂向力，系統實時檢測作用力的大小及在該作用力下搖枕的垂向位移，繪制出摩擦減振器特性曲線。

4.4 抗菱剛度的測量

所謂抗菱剛度，就是左右側梁或側架發生錯動時受到的約束剛度，是使兩側架前后錯動而施加的剪切力矩與兩側架中心連線相對于原中心連線的轉角（轉向架的菱形變位角）之比。即K = Fb/θ。

測試抗菱剛度時，先將被測轉向架的搖枕對相對于地面固定，前后輪對分別固定在四個稱重活動平臺上。然后系統發出指令，控制布置在軌道兩側的兩個水平加載作動器動作，從對角兩個方向推動稱重活動平臺沿水平方向運動，使固定在平臺上的輪對隨稱重活動平臺一起橫移，轉向架產生菱形變形。在測試時分段緩慢加載，當系統處于平衡時進行數據采集。通過采集一側側架的橫向位移和兩個作動器的作用力，可計算出轉向架的菱形變位角θ和抗菱剛度。

系統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行抗菱剛度的測試。

作者簡介：宋佳偉（1972- ），男，黑龍江省齊齊哈爾，工程師，學士學位。