新型货车与地铁转向架参数测量试验台的开发

摘 要：本试验台主要用于新型货车以及地铁车辆转向架的几何尺寸和动力学参数测量的测量与应用。

关键词：转向架 ；动力学；称重；龙门结构；参数测量

中图分类号：U260 文献标识码：A

1 适用范围

本试验台主要用于新型货车转向架及新型地铁车辆转向架的几何尺寸和动力学参数的测量（轨距1435mm，固定轴距最大2420mm）。可在该试验台上进行测试的项目包括：

1.1 转向架几何尺寸测量

（a）心盘高度；（b）旁承高度；（c）转向架四角高度；（d）两轴间距（左右两侧）。

1.2 动力学参数测量

（a）转向架摩擦系数（减震器相对摩擦系数）；（b）抗菱刚度；（c）偏载及轮重。

2 设备主要技术参数

（a）电源：AC380V；50Hz。

（b）总额定功率：55kW。

（c）外形尺寸：6480×5600×2210。

（d）重量：42.6t。

（e）几何尺寸测量精度：0.15mm。

（f）液压伺服加载精度：0.05。

3 试验台的结构组成

试验台主要由龙门框架（包括主、辅动力加载油缸和高度参数测量装置）、称重活动平台（4个）、轮对升降装置、测量系统、控制系统和液压系统组成。

3.1 龙门框架

设备主机采用龙门式框架结构，龙门架上横梁处安装有一个主加载油缸和两个辅助加载油缸，用于模拟转向架的实际工作状况，向被测转向架施加垂向载荷。龙门框架下横梁与设备底座连接，承载加载时的作用力。

主加载油缸采用固定式安装结构，辅助加载油缸的位置可以左右方向（X轴）移动调整，辅助油缸的移动采用伺服电机驱动，滚珠丝杠传动结构，直线导轨承载导向，主、辅加载油缸垂直加载（Z轴），均采用伺服液压系统，载荷的大小和加载的方式可根据工件工况要求通过软件进行任意设定，主加载油缸最大加载力730kN，两个辅助加载油缸最大加载力330kN。

龙门框架的左右立柱结构内侧各固定安装一条与龙门上横梁垂直的水平横梁，两条水平横梁之间安装两条可以在轴距方向行走，并与龙门上横梁平行的移动横梁，移动横梁的走行采用伺服电机驱动（Y轴），每条移动横梁上安装了可左右方向移动（X轴）的高级激光式测头。该测头用于转向架上平面设定点的高度测量，在转向架空载及加载工况下均可以进行测试作业。

3.2 称重活动平台

本设备共配置了4个参数化称重活动平台，每个称重活动平台除了可在水平方向前、后、左、右移动外，还能作水平回转运动，每一个称重活动平台在水平方向的相对位置都有相应的位移传感器进行数据采集；每一个称重活动平台的下方均装有称重传感器，用于转向架轮重和偏载的检测。

参数化称重活动平台同时也是进行抗菱刚度测试时对轮对施加水平方向作用力的关键装置。在相对角的两个参数化称重平台上安装了作用方向相反的水平加载装置，水平加载装置最大加载力：270kN。

3.3 轮对升降装置

轮对升降装置是一套液压驱动的机械举升机构，在正常工作状态下，若没有转向架的时候处于举升状态，当被测转向架进入到预定工位，举升机构下降，直到轮对被车轮定位装置托举，举升导轨与轮对完全脱开，以便进行相关测试作业。

3.4 测量与控制系统

测量与控制系统作为设备的控制核心组成，以工业计算机（IPC）为中心，承担现场数据的采集、控制信号的发送、设备状态的监控以及数据的计算分析和管理。操作人员可以通过计算机人机界面进行各种测量工况的选择和设定，可以对整个检测过程进行实时的监控，系统最后自动生成符合相关规范要求的检测报告。

试验台的测试系统主要由力学传感器、位移传感器、信号调理设备以及带有数据采集卡的工业计算机等组成。通过对采集的原始数据进行相应处理，输出最终所需的结果。

4 试验台的基本原理和工作方式

4.1 心盘高度、旁承高度及转向架四角高的测量方式

测量转向架各点高度，采用激光测距仪从上往下照射到被测工件的测量部位，系统通过计算得出被测部位到激光传感器之间的相对距离。根据不同的转向架型号，可随时移动激光传感器的测量位置。

4.2 轴距、偏载及轮重的测量

在四个称重活动平台的下方分别安装有称重及位移传感器。举升装置缓慢下降，当两条轮对开始脱离举升装置，被定位机构托举时，由于转向架自身的重量原因，定位机构在托举轮对的同时会有一个自身位置的前后修正。当转向架完全落下，此时系统自动读取称重活动平台下方位移传感器的值，根据这几个位移值计算出当前转向架的轴距值。偏载和轮重的测量也是通过读取称重活动平台下方称重传感器的值计算得出。

4.3 转向架摩擦系数的测量

测试减振器相对摩擦系数时，将转向架固定在平台上，在心盘处施加垂向载荷。通过控制作用力的最大值来实现空车和重车工况。在加载过程中，转向架的摇枕、侧架变形及轴箱橡胶垫的变形量相对于枕簧的挠度来说很小，同时这些变形属于弹性变形范围，所以对转向架的相对摩擦系数的影响可以忽略不计。通过作动器对摇枕施加一定的垂向力，系统实时检测作用力的大小及在该作用力下摇枕的垂向位移，绘制出摩擦减振器特性曲线。

4.4 抗菱刚度的测量

所谓抗菱刚度，就是左右侧梁或侧架发生错动时受到的约束刚度，是使两侧架前后错动而施加的剪切力矩与两侧架中心连线相对于原中心连线的转角（转向架的菱形变位角）之比。即K = Fb/θ。

测试抗菱刚度时，先将被测转向架的摇枕对相对于地面固定，前后轮对分别固定在四个称重活动平台上。然后系统发出指令，控制布置在轨道两侧的两个水平加载作动器动作，从对角两个方向推动称重活动平台沿水平方向运动，使固定在平台上的轮对随称重活动平台一起横移，转向架产生菱形变形。在测试时分段缓慢加载，当系统处于平衡时进行数据采集。通过采集一侧侧架的横向位移和两个作动器的作用力，可计算出转向架的菱形变位角θ和抗菱刚度。

系统通过控制主加载油缸的输出压力，可模拟空车、半重车、重车等不同的载荷情况进行抗菱刚度的测试。

作者简介：宋佳伟（1972- ），男，黑龙江省齐齐哈尔，工程师，学士学位。