轴箱弹簧垂向载荷测试结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种轴箱弹簧垂向载荷测试结构，包括一套由圆柱螺旋弹簧(21,22)、弹簧座(23,24)、对称两组或多组专业测力传感器，每组测力传感器由规格相同的第一、三、二和四应变片(1,3,2,4)组成的垂向载荷全桥电路，所述每组全桥电路的第一、三、二和四应变片(1,3,2,4)均粘贴于轴箱外卷弹簧外侧中段，四个应变片贴片方向与弹簧螺旋线右旋方向分别呈±135°夹角和45°夹角的十字型方向位置,另一组全桥电路应变片位于该外卷弹簧对侧对称位置。采用本实用新型提供的测试结构，标定测力弹簧，可以得到施加于轴箱弹簧垂向载荷与输出电压的关系，根据标定结果，可以得到弹簧承受力的大小，实现连续测试任意时刻作用力输出的目的。
【专利说明】轴箱弹簧垂向载荷测试结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测试转向架轴箱弹簧垂向载荷的结构，特别涉及一种直接并且连续测试高速列车转向架轴箱弹簧动应力垂向载荷的结构。
【背景技术】
[0002]目前，运营中动车组转向架构架主要受到轴箱垂向载荷、横向载荷、纵向牵引载荷、电动机载荷、齿轮箱载荷和制动载荷的共同作用，理论上应对它们分别测试或识别。事实上，轴箱垂向载荷在这所有的载荷中起着非常重要的作用。因此如果能够准确获得轴箱的垂向载荷，那么就可以较为准确地确定出作用于构架上的载荷及其特性。同时，当前转向架载荷线路测试中只有轮轨力实现了线路测试，且轮轨力测试也仅限于车轮每转动一周只有有限次作用力输出方式，还没有达到车轮转动任意位置和时刻均能够输出力的连续测试方式。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本实用新型提供一种新的轴箱弹簧垂向载荷特性测试结构，该结构能够直接测试轴箱弹簧所受的垂向载荷特性，并且克服现有轮轨力测试车轮每转动一周只有有限次作用力输出方式的不足，实现连续测试任意时刻作用力输出的目的。
[0004]为解决上述问题，本实用新型提出如下解决方案:
[0005]—种轴箱弹簧垂向载荷测试结构，其特征在于，包括一套由圆柱螺旋弹簧、弹簧座、对称两组或多组专业测力传感器组成，测力传感器其特征在于:每组所述测力传感器由四个规格相同的第一、第三、第二、第四应变片组成的全桥电路。
[0006]在一个较佳的技术方案中:第一、三、二和四应变片贴在外卷弹簧外侧中段以及中段对侧，弹簧螺旋线右旋方向分别呈±135°夹角和T 45°夹角的十字型方向位置，另一组全桥电路应变片位于该外卷弹簧中段对侧对称位置。
[0007]在一个较佳的技术方案中，其特征在于:第一应变片和第二应变片组成对臂，第三应变片和第四应变片组成对臂。第一应变片和第三应变片组成邻臂，第一应变片和第四应变片组成邻臂。
[0008]在一个较佳的技术方案中:第一应变片和第三应变片连接后输出信号,第
[0009]二应变片和第四应变片连接后输出信号；第三应变片和第二应变片连接后接电源，第一应变片和第四应变片连接后接电源。
[0010]在一个较佳的技术方案中:两组测力传感器测试作用力结果求平均值得到弹簧垂向载荷的输出电压信号，同时也可以进行多组测力测力传感器测试结果求平均值得弹簧垂向载荷的输出电压信号。
[0011]在一个较佳的技术方案中:在连接信号采集装置前，连接一个信号放大器。与现有技术相比较，本实用新型具有的有益效果是:本实用新型依据转向架的运动特性，直接针对弹簧的垂向力系测试需要，设计了转向架轴箱弹簧以及弹簧结构上的应变组桥结构，在细致的基础上设计的组桥结构使得测试垂向力系具有足够的响应，同时使其它力系产生的干扰响应比测试响应大约低两个数量级，以确定各力系的解耦精度。转向架测力轴箱弹簧的提出既保证了测试精度，又使得测得的载荷与结构应变之间大致呈准静态关系。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1、图2分别为本实用新型提供的测力轴箱弹簧结构的正面视图与侧视图(屏蔽内卷弹簧(21)和芯轴(25))；
[0013]图3为本实用新型提供的测力轴箱弹簧结构的侧视图；
[0014]图3A为本实用新型提供的测力轴箱弹簧结构的测力传感器结构示意图，四个应变片(1，3，2，4)贴在贴片点26上的全桥电路，其中UO表示接电源输入信号，Ul表示接采集设备输出信号；
[0015]图4为本使用新型提供的测力轴箱弹簧结构的两侧视图(屏蔽内卷弹簧(21)和芯轴(25))；
[0016]图4A是本实用新型提供的测力轴箱弹簧结构的测力传感器结构示意图，四个应变片(5，7，6，8)贴在贴片点27上的全桥电路，其中UO表示接电源输入信号，Ul表示接采集设备输出信号。
【具体实施方式】
[0017]首先介绍测力轴箱弹簧制作过程如下:
[0018](I)采用有限元方法建立弹簧结构动力学有限元模型，对弹簧结构施加拟载荷；
[0019](2)设计应变组桥方式，确定测力弹簧高分离度载荷识别点；
[0020](3)制作外/内卷圆柱螺旋弹簧，并有弹簧座，且尺寸与转向架轴箱之间装配良好;
[0021](4)制作测力轴箱弹簧，制作工序如布置应变片，连接全桥电路、连接信号放大器和信号采集装置，最后进行封装；
[0022](5)将所述有测力传感器的轴箱弹簧安装到专用标定试验台上进行静态标定；
[0023](6)将所述测试弹簧安装到工作现场，进行实况测试；
[0024](7)依据标定结果，对实况测试结果进行还原，得到轴箱弹簧在工作现场所承受的载荷值。
[0025]至于寻找弹簧上高分离度载荷识别点的具体过程与步骤，并不属于本实用新型所要求保护的范围之内，也不会影响公众使用本实用新型来进行载荷测试，因此，本实用新型不予赘述。
[0026]然后，结合图示，介绍本实用新型的具体机构如下:
[0027]如图1、图2所示，本实用新型提供的轴箱弹簧测试结构，其包括圆柱螺旋弹簧、弹簧座以及测力传感器，所述圆柱螺旋弹簧分内卷弹簧21和测试外卷弹簧22，所述弹簧座由上座23、下座24和芯轴25组成，芯轴25连接上座和下座，所述弹簧上下座承受由构架施加的载荷和轮对的约束。本实用新型与现有技术的主要改进在于:
[0028]如图1所示，所述测试外卷弹簧22左右两侧的外侧中段设有应变片贴片贴片点26和贴片点27。如图3所示所述贴片点26有四个贴片方向31、方向34、方向33和方向32，四个贴片方向与弹簧螺旋线右旋呈±135°夹角和=F 45°夹角的十字型方向位置依次排列。如图4所示所述贴片点27有四个贴片方向35、方向38、方向37和方向36，四个贴片方向与弹簧螺旋线右旋呈±135°夹角和=F 45°夹角的十字型方向位置依次排列。
[0029]如图3A、所述第一应变片1、第三应变片3、第二应变片2和第四应变片4分别粘贴在贴片点26贴片方向31、方向32、方向33和方向34的位置。
[0030]其中，两个应变片夹角为180°组成对臂，即，第一应变片I和第二应变片2组成对臂，第三应变片3和第四应变片4组成对臂；两应变片夹角为90°方向组成邻臂，即，第一应变片I和第三应变片3组成邻臂，第二应变片2和第四应变片4组成邻臂；四个应变片组成全桥电路。弹簧螺旋线平行邻臂夹角平分线的邻臂两应变片连接后接电源，即，第一应变片I和第四应变片4连接后接电源，第二应变片2和第三应变片3连接后接电源；弹簧螺旋线垂直邻臂夹角平分线的邻臂两应变片连接后输出信号，即，第一应变片I和第三应变片3连接后输出信号，第二应变片2和第四应变片4连接后输出信号。
[0031]如图4A，所述第五应变片5、第七应变片7、第六应变片6和第四应变片8分别粘贴在贴片点27贴片方向35、方向36、方向37和方向38的位置。该全桥电路的组桥方式、连接电源以及输出信号的方式与前述粘贴贴片点26所述类似，在此不再赘述。
[0032]使用的时候，先将上述两组全桥电路8个应变片粘贴在弹簧的相应位置，然后对弹簧在实验室中进行加载并作标定，得到轴向弹簧垂向载荷与输出电压的关系。接着将该弹簧安装到列车上，并在实际运行状态下测量，两组桥路所得的结果比较相近，求平均值，输出电压信号，最后计算得到动车实际载荷。
[0033]采用本实用新型提供的轴箱弹簧垂向载荷测试结构，在多通道加载测力弹簧专用标定试验台进行标定，可以得到施加于弹簧结构的垂向载荷与垂向载荷测试结构输出电压的关系。
[0034]当然，以上所述仅仅是本发明的一个较佳实施例，在该实施例的基础上，还可以进行如下简单变换而不影响本发明的实质特点:
[0035]例如，所述测试弹簧外卷22的外侧中段可对称的贴四组甚至更多组应变片，每两组应变片组成如上述测试方法测力弹簧。
[0036]以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种轴箱弹簧垂向载荷测试结构，包括圆柱螺旋弹簧、弹簧座和对称两组或多组测力传感器，其特征在于，外/内卷弹簧(22，21)安装在弹簧座上(23，24)，每组测力传感器应变片对称贴在弹簧上，所述每组测力传感器特征在于:由四个规格相同的第一、第三、第二、第四应变片(1，3，2，4)组成的，四个应变片两两相连组成全桥电路。
2.根据权利要求1所述的轴箱弹簧垂向载荷测试结构，其特征在于:所述弹簧座受轴箱垂向载荷，弹簧座分上座(23)和下座(24)，弹簧座中间有芯轴(25)，用于连接上座和下座。
3.根据权利要求1所述的轴箱弹簧垂向载荷测试结构，其特征在于:所述圆柱螺旋弹簧为外/内卷螺压缩弹簧，其包括外卷弹簧(22)和内卷弹簧(21)，外卷弹簧(22)为右旋，内卷弹簧(21)为左旋。
4.根据权利要求1所述的轴箱弹簧垂向载荷测试结构，其特征在于:所述测力传感器应变片贴在外卷弹簧外侧中段(26)，第一、三、二和四应变片(1，3，2，4)贴在与弹簧螺旋线右旋方向分别呈±135°夹角和T 45°夹角的十字型方向位置，另一组全桥电路应变片位于该外卷弹簧对侧对称位置(27)，每组四个应变片组成全桥电路。
5.根据权利要求1所述的轴箱弹簧垂向载荷测试结构，其特征在于:第一应变片(I)和第二应变片(2)组成对臂，第三应变片(3)和第四应变片(4)组成对臂，第一应变片(I)和第三应变片(3)组成邻臂，第一应变片(I)和第四应变片(4)组成邻臂。
6.根据权利要求1所述的轴箱弹簧垂向载荷测试结构，其特征在于:第一应变片(I)和第三应变片(3)连接后输出信号,第二应变片(2)和第四应变片(4)连接后输出信号；第三应变片(3)和第二应变片(2)连接后接电源，第一应变片(I)和第四应变片(4)连接后接电源。
7.根据权利要求1所述的轴箱弹簧垂向载荷测试结构，其特征在于:包含两组或多组上述测力传感器应变片，多组测力传感器应变片均布贴在外卷弹簧外侧中段。
【文档编号】G01L1/16GK203745112SQ201420009073
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】胡伟钢, 刘志明, 孙守光, 李强, 邹骅 申请人:北京交通大学