一种轨道车辆空气弹簧六自由度低温试验台的制作方法

本发明属于轨道车辆试验领域，具体涉及轨道车辆弹性悬挂系中的空气弹簧性能的试验台设备。

背景技术：

目前，我国高速列车技术发展迅猛，最新的动车组运营时速达到380km/h，最新研制的动车组的时速已经接近600km/h。列车的行驶速度提高和车辆轴重载荷的提升加剧了轮对和轨道之间的冲击振动。轨道车辆的乘坐舒适型以及运行的安全性能和平稳性问题逐渐突出。空气弹簧作为轨道车辆第二系悬挂元件，不仅承载车身质量同时在轨道车辆运过程中起到缓冲减震的作用，其性能的优劣直接影响到轨道车辆的运行舒适性和安全性。空气弹簧对于减震至关重要，同时由于我国国土面积辽阔，具有很大部分区域在高寒区，因此轨道车辆运行反复于低温区域。由于空气弹簧的材质是橡胶的，故在不同温度条件下工作性能不一致，在高寒地区更加容易因为疲劳破裂，因此必须通过试验手段对空气弹簧的性能指标进行可靠性测试。

在空气弹簧的实际运行中不仅承受车身的质量，还受到转向架传递的冲击力。传统的低温试验台，只考虑低温条件下，不考虑轨道车辆的自重和路面冲击等因素，和现实轨道车辆的运行有很大的差异，无法真实判定空气弹簧的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种轨道车辆空气弹簧六自由度低温试验台。本发明所述技术方案可以有效地解决了现有技术中空气弹簧在低温测试中由于没有考虑实际运行工况的性能检测，真实再现轨道车辆中空气弹簧在低温条件下的运行状况。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明提下：

一种轨道车辆空气弹簧六自由度低温试验台，由垂向运动支承立柱1、焊接式双关节轴承连接杆2、配重加载机构3、可调式配重加载机构支承立柱4、制冷循环系统5、六自由度运动平台6、变容量储气筒7和T型槽地基8组成，所述六自由度运动平台6通过螺栓固定在T型槽地基8上，为试验台提供动态模拟，模拟轨道车辆真实路况；所述制冷循环系统5由制冷风机19和低温气室14组成，所述低温气室14置于六自由度运动平台6上，为整个试验系统提供低温的试验环境；所述配重加载机构3置于低温气室14正上方，并由低温气室14或可调式配重加载机构支承立柱4中的支承滑枕27支撑，所述支承滑枕27移开后，配重加载机构3直接放置于低温气室14上，模拟轨道车辆车体质量；所述变容量储气筒7与低温气室14中的空气弹簧15直接连通，模拟轨道车辆的附加气室，保证空气弹簧在不同载荷下，空气弹簧的15的高度是恒定值，符合实际轨道车辆空气弹簧的真实状态；

所述配重加载机构3通过焊接式双关节轴承连接杆2与垂向运动支承立柱1采用球铰连接。

所述六自由度运动平台6由六自由度运动平台承载板9、液压作动器10、六自由度运动平台固定板11和六自由度运动机构作动器球铰支座12组成，所述六自由度运动平台承载板9作为低温气室14中空气弹簧15的放置平台，承受配重加载机构(3)对空气弹簧15的动态和静态载荷，所述六自由度运动平台承载板9中央预留气管孔。

所述制冷循环系统5由进气管13、低温气室14、空气弹簧15、排气管16、气管转接法兰17、气管夹18和制冷风机19组成，所述进气管13和排气管16一端与低温气室14连接，另一端通过气管转接法兰17分别安装在制冷风机19的进风口和出风口上；所述制冷风机19内有循环风机，保证低温气体在整个制冷循环系统中流通；所述低温气室14采用空气弹簧结构，其由上端封板20、连接法兰21、曲囊22和下端封板23组成，所述下端封板23中央预留一个气管孔，用于变容量储气筒7的气管26与空气弹簧15连接。

所述变容量储气筒7主要由储气筒24、油液高度控制器25和气管26组成，所述储气筒24上的气管26直接穿过低温气室(14)的预留孔与空气弹簧15的进气口相连，所述储气筒24内部装有机油和空气，通过控制油液高度控制器25调节储气筒24内部机油数量，实现对空气容量的控制，在试验过程中，模拟轨道车辆附加气室的功能，保证空气弹簧15在不同载荷下空气弹簧的高度是固定不变的。

所述可调式配重加载机构支承立柱4由支承滑枕27、齿轮齿条操纵机构28和配重框架支承立柱29组成，所述支承滑枕27通过齿轮齿条操纵机构28控制在配重框架支承立柱29上平移，用于配重加载机构3与支承滑枕27的之间的支撑或脱离。

所述齿轮齿条操纵机构28由齿条30、平键31、齿轮32、齿轮摇柄33和齿轮轴34组成，所述齿条30通过螺栓固定在支承滑枕27内部，所述齿轮32通过平键31固定在齿轮轴34上，所述齿轮轴34通过轴承安装在配重框架支承立柱29的轴承孔中，通过摇动齿轮摇柄33控制支承滑枕27与配重框架支承立柱29的相对位置。

所述配重加载机构3由SA60ES球关节支座35、配重块支承框架36、配重块37和测力装置38组成，所述配重块37直接放置在配重承载框架36上，所述测力装置38通过螺栓固定在配重承载框架36底部；

所述配重加载机构3通过SA60ES球关节支座35和焊接式双关节轴承连接杆2与垂向运动支承立柱1采用球铰连接，以保证试验过程中，配重加载机构3只有垂向运动，不产生侧倾横摆运动。

所述测力装置38由六分力传感器与配重架连接盘39、六分力传感器40、六分力传感器与低温气室连接盘41组成，并通过螺栓连接组成一体，所述六分力传感器与低温气室连接盘41直接压在低温气室14上，配重加载机构3通过添减配重块37的板数改变空气弹簧试验过程中所需要的静载大小，然后通过六分力传感器40测试试验过程中空气弹簧的动载情况。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、本发明采用六自由度运动平台真实地再现空气弹簧在低温条件下运行的真实工况。

2、本发明配置了可调式配重加载机构支承立柱，减少六自由度运动平台在非工作状态的负载情况，大大增加了六自由度运动平台使用寿命，同时方便工作人员更换试验对象。

3、本发明中采用变容量储气筒7和空气弹簧15直接相连，模拟轨道车辆的附加气室，保证空气弹簧在不同载荷下，空气弹簧15的高度是恒定值，符合实际轨道车辆空气弹簧的真实状态。

4、本发明在空气弹簧和配重加载机构配置了六分力传感器，能够实时采集空气弹簧的动载情况。

5、本发明中的制冷循环系统，采用外循环结构，其优点在于结构紧凑，质量轻，方便放置于六自由度平台上。

综上所述：本发明提供一种可测实时动载的六自由度低温试验台，为探究空气弹簧的低温动态性能提供一种试验平台，对提高列车的安全运行和改善高速动车组的舒适度，具有很好的促进作用。

附图说明

1、图1空气弹簧六自由度低温试验台轴测图。

2、图2六自由度运动平台轴测图。

3、图3制冷循环系统轴测图。

4、图4低温气室主视图。

5、图5变容量储气筒轴测图。

6、图6可调式配重加载机构支承立柱轴测图。

7、图7齿轮齿条结构图。

8、图8配重加载机构。

9、图9六分力传感器。

10、图10配重加载机构连接图。

11、图11结构简图。

图中：1.垂向运动支承立柱 2.焊接式双关节轴承连接杆 3.配重加载机构 4.可调式配重加载机构支承立柱 5.制冷循环系统 6.六自由度运动平台 7.变容量储气筒 8.T型槽地基 9.六自由度运动平台承载板 10.液压作动器 11.六自由度运动平台固定板 12.六自由度运动机构作动器球铰支座 13.进气管 14.低温气室 15.空气弹簧 16.排气管 17.气管转接法兰 18.气管夹 19.制冷风机 20.上端封板 21.连接法兰 22.曲囊 23.下端封板 24.储气筒 25.油液高度控制器 26.气管 27.支承滑枕 28.齿轮齿条操纵机构 29.配重框架支承立柱 30.齿条 31.平键 32.齿轮 33.齿轮摇柄 34.齿轮轴35SA60ES球关节支座 36.配重块支承框架 37.配重块 38.测力装置 39.六分力传感器与配重架连接盘 40.六分力传感器 41.六分力传感器与低温气室连接盘

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明技术方案及其工作过程做进一步的详细说明。

参阅图1，一种轨道车辆空气弹簧的六自由度低温试验台，包括垂向运动支承立柱1焊接式双关节轴承连接杆2、配重加载机构3、可调式配重加载机构支承立柱4、制冷循环系统5、六自由度运动平台6、变容量储气筒7以及T型槽地基8。

其中T型槽地基8作为整个试验台的安装基础；六自由度运动平台6通过螺栓固定在T型槽地基8上，为试验台提供动态模拟，模拟轨道车辆真实路况；

制冷循环系统5中的低温气室14放置于六自由度运动平台6平台上，为整个试验系统提供低温的试验环境；

在非工作的状态下,配重加载机构3由可调式配重加载机构支承立柱4中的支承滑枕27所支撑着。当试验台运行过程，通过齿轮齿条操纵装置28移开支承滑枕27，配重加载机构3直接落于低温气室14正上，从而模拟轨道车辆车体质量对空气弹簧15的垂向作用力；其中配重加载机构3由I、II、III、IV、V、VI号焊接式双关节轴承连接杆2和垂向运动支承立柱1连接，保证试验台过程中，配重加载机构3只有垂向运动，不产生侧倾横摆等运动。

变容量储气筒7与低温气室14中空气弹簧15直接连通，模拟轨道车辆的附加气室，保证空气弹簧在不同载荷下，空气弹簧的15的高度是恒定值，符合实际轨道车辆空气弹簧的真实状态。

参阅图2，六自由度运动平台6由六自由度运动平台承载板9、液压作动器10、六自由度运动平台固定板11和六自由度运动机构作动器球铰支座12等组成。六自由度运动平台承载板9作为低温气室14中空气弹簧15的放置平台，承受配重加载机构3对空气弹簧15的动态和静态载荷。六自由度运动平台承载板9由于需要考虑变容量储气筒7的气管走向，故需要在六自由度运动平台承载板9中央预留一个气管孔。

由于本平台属于选配件，故在本发明中不详细陈诉其结构。

参阅图3和图4，制冷循环系统5由进气管13、低温气室14、空气弹簧15、排气管16、气管转接法兰17、气管夹18和制冷风机19组成。气管转接法兰17通过螺栓分别安装在制冷风机19的进风口和出风口上。用气管夹18将进气管13和进气管14分别同气管转接法兰17连接起来。制冷风机19内有循环风机，保证低温气体在整个制冷循环系统中流通。

在本试验台中，空气弹簧15置于低温气室14内，低温气室14采用空气弹簧结构，其由上端封板20、连接法兰21、曲囊22和下端封板23组成，下端封板23为了保证变容量储气筒7的气管26和空气弹簧15连接，在其正中央预留一个气管孔。

所述进气管13、排气管16、气管26和曲囊22的材质均为隔热的橡胶材质，尤其是曲囊22，其被压缩后，必须保证上端封板39承受的加载质量能够传递至空气弹簧24，故曲囊22的柔性必须足够大。

参阅图5，所示的变容量储气筒7主要由储气筒24、油液高度控制器25和气管26等组成。储气筒24上的气管26直接穿过低温气室14的预留孔和空气弹簧15的进气口相连。

储气筒24内部主要有机油和空气，通过控制油液高度控制器25调节储气筒24内部机油数量，进而实现对空气容量的控制，进而能在试验过程中，模拟轨道车辆附加气室的功能，保证空气弹簧15在不同载荷下，空气弹簧的高度是固定不变的。

参阅图6和图7，所示可调式配重加载机构支承立柱4由支承滑枕27齿轮齿条操纵机构28和配重框架支承立柱29组成。其中齿轮齿条操纵机构28由齿条30平键31齿轮32齿轮摇柄33和齿轮轴34组成。齿条30通过螺栓固定在支承滑枕27内部。齿轮轴38放置于配重框架支承立柱29的轴承孔中，齿轮轴34在配重框架支承立柱29的内部通过平键31安装齿轮32，配重框架支承立柱29的外部则通过螺栓连接，将齿轮摇柄33和齿轮轴34连成一体。通过摇动齿轮摇柄33控制支承滑枕27和和配重框架支承立柱29的相对位置，从而实现的位置可控功能。如果人力不够，可以增加电机来控制齿轮摇柄33。

参阅图8、图9和图10，配重加载机构3由SA60ES球关节支座35、配重块支承框架36、配重块37和测力装置38组成，其中测力装置38则由六分力传感器与配重架连接盘39、六分力传感器40、六分力传感器与低温气室连接盘41构成。配重块37直接放置在配重承载框架36上，测力装置38通过螺栓固定在配重承载框架36底部。

测力装置38则通过螺栓连接将六分力传感器与配重架连接盘39、六分力传感器40、六分力传感器与低温气室连接盘41组成一体，然后通过六分力传感器与配重架连接盘39上的螺纹孔和配重承载框架36连接成一体，六分力传感器与低温气室连接盘41则直接压在低温气室14上。配重加载机构3通过添减配重块37的板数来改变空气弹簧试验过程中所需要的静载大小。然后通过六分力传感器40来测试试验过程中空气弹簧的动载情况。

由于六自由度运动平台6会带动低温气室14进行六自由度运动，故配重加载机构3在运动过程容易跌落试验台，造成人员伤亡，故本发明中用I、II、III、IV、V、VI号焊接式双关节轴承连接杆2将配重加载机构3和垂向运动支承立柱1采用球铰连接起来，从而保证试验台过程中，配重加载机构3只有垂向运动，不产生侧倾横摆等运动。

本发明的具体试验过程说明如下：

1、试验开始时，控制六自由度运动平台6，将六自由度运动平台承载板9下落到一定位置，试验人员打开上端封板23放入试验的空气弹簧15。将空气弹簧15的进气口和变容量储气筒7的气管接通。然后用上端封板23将低温气室14封上。根据想要模拟的车重，通过油液高度控制器25调节储气筒24内部机油数量，进而实现对空气容量的控制。保证在该载荷下的空气弹簧的高度和刚度。

2、控制六自由度运动平台6，升高六自由度运动平台承载板9，直至可调式配重加载机构支承立柱4不再承受配重加载机构3重力时，控制齿轮齿条操纵机构28将两侧支承滑枕27远离六自由度运动平台6。

3、开启制冷循环系统，进行正常试验过程。

4、试验完毕，先控制齿轮齿条操纵机构28，将两侧支承滑枕27向六自由度运动平台6靠近，直至能够承担配重加载机构3重力时停止。然后慢慢落下六自由度运动平台承载板9，直至六分力传感器与低温气室连接盘41和低温气室14脱离为止。