动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法与流程

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法，具体涉及一种结构简单、装拆简便且有效提高砂箱防脱座振动冲击测试的可靠性及准确性的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法。

背景技术：

砂箱防脱座是高速动车组车下砂箱防脱落的重要部件，在砂箱脱落状态下可以安全行驶，是保证车辆安全性能的重要部件。某动车组砂箱安装在车体底架下面，为确保安全，砂箱下部增加防脱座，当砂箱与过渡吊梁安装螺栓松脱时，砂箱向下落在防脱座上，下方防脱座托起砂箱，上方砂箱吊座卡在骨架上防止倾覆，可有效防止砂箱脱落。因砂箱防脱座固定在车下砂箱下方，其结构的合理性、频率响应特性对车辆安全性、噪声性能有较大的影响，因此需要对砂箱防脱座进行模拟振动冲击试验，以验证及优化砂箱防脱座的结构参数及设计参数，同时以验证各焊接区域质量，进而以保证结构的合理性及整体振动响应特性。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的第一目的是：提供一种结构简单、装拆简便且有效满足动车组砂箱防脱座冲击试验方法的试验装置，进而获得可靠、有效且准确的试验数据的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，以解决当前未有合适的试验装置，进而无法获得可靠、有效且准确的试验数据的问题。

本发明的第二目的是：提供一种结构简单、装拆简便且有效提高砂箱防脱座冲击试验的可靠性及准确性的动车组砂箱防脱座振动冲击试验方法，以解决当前未有合适的试验方法，进而无法获得可靠、有效且准确的试验数据的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，包括两个第一支撑单元和一个第二支撑单元；每个所述第一支撑单元均包括用于支撑砂箱的第一横向支撑梁，且所述第一横向支撑梁与所述砂箱的连接处设有高度可调节的调节垫片；所述第二支撑单元上设有骨架安装梁、用于安装所述砂箱的砂箱安装梁及与所述骨架安装梁连接且用于放置防脱座的防脱座安装骨架，所述防脱座安装骨架位于所述砂箱安装梁的下方。

其中，每个所述第一支撑单元均还包括两根第一支撑立柱，所述两根第一支撑立柱分别与所述第一横向支撑梁的两端连接以构成类π字型结构。

其中，所述砂箱的端部对应于所述第一横向支撑梁设有加砂耳道，且所述加砂耳道与所述调节垫片之间还设有u型垫片。

其中，每个所述第一支撑单元均还包括连接在所述第一支撑立柱底部的第一底座。

其中，所述第二支撑单元为由第二底座、设于所述第二底座上的四根第二支撑立柱及四根第二横向支撑梁构成的箱型桁架，所述砂箱位于所述箱型桁架内。

其中，所述第二支撑单元的其中两个侧面均设有两根交叉设置的斜向支撑梁，所述斜向支撑梁的一端设于所述第二支撑立柱与第二横向支撑梁的连接处，所述斜向支撑梁的另一端设于所述第二支撑立柱与第二底座的连接处；所述第二支撑单元的其中一个侧面设有三根加强梁，所述加强梁设于所述第二支撑立柱与第二横向支撑梁的接角处及所述第二支撑立柱与第二底座的接角处；所述第二支撑单元的剩余一个侧面设有一根所述加强梁及两块加强筋，所述加强梁设于所述第二支撑立柱与第二底座的接角处，所述加强筋设于所述第二支撑立柱与第二横向支撑梁的接角处。

本发明还提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验方法，包括所述的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，具体操作步骤如下：

拆除所述砂箱与所述砂箱安装梁的固定连接，并使得所述砂箱呈自由状态置于所述第一横向支撑梁上；

调整所述调节垫片的高度，以使得所述砂箱与所述防脱座的结合面的间隙调整为要求预设的间距；

通过振动冲击试验设备编制输入特定的冲击信号并带动所述第二支撑单元向上运动，以使得所述第二支撑单元中的防脱座撞击所述砂箱，并通过粘贴在所述防脱座上的应变计测量撞击后所述防脱座的应力应变数据。

其中，在所述拆除所述砂箱与所述砂箱安装梁的固定连接之前，还包括：

对所述防脱座进行砂箱脱落瞬间冲击时的仿真分析，根据仿真分析结果获得所述防脱座的应力最大位置，并在所述应力最大位置附近布置粘贴所述应变计。

本发明还提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验方法，包括所述的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，具体操作步骤如下：

通过振动冲击试验设备编制输入路谱激励信息，移除所述第一横向支撑梁，拆除所述砂箱与所述砂箱安装梁的固定连接，所述砂箱呈自由状态下落至所述防脱座上，以使得所述砂箱撞击所述防脱座；

通过粘贴在所述防脱座上的应变计测量撞击后的所述防脱座的应力应变数据。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，包括两个第一支撑单元和一个第二支撑单元；每个第一支撑单元均包括用于支撑砂箱的第一横向支撑梁，且第一横向支撑梁与砂箱的连接处设有高度可调节的调节垫片；第二支撑单元上设有骨架安装梁、用于安装砂箱的砂箱安装梁及与骨架安装梁连接且用于放置防脱座的防脱座安装骨架，防脱座安装骨架位于砂箱安装梁的下方。本申请提供的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，结构简单、安装便捷、且能通过调节垫片来灵活调节砂箱与防脱座结合面的距离，很好满足了动车组砂箱防脱座冲击试验方法，填补了当前未有合适的试验方法，解决了砂箱防脱座在振动冲击试验时垂向、横向、纵向安装困难及刚度差所带来的试验控制难度增加、数据采集准确性低的问题，以实现砂箱防脱座振动冲击试验时快速高效的装夹定位、可靠的试验控制与试验数据的准确性。

附图说明

图1是本发明动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法实施例的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置中第二支撑单元的正视图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中的b向视图；

图4是本发明动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法实施例的第二底座的结构示意图；

图5为图4中的a向旋转视图(即图1中的后视图)；

图6是本发明动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法实施例的第一支撑单元与砂箱的连接结构示意图；

图7是本发明动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法实施例的波形图。

图中：1：第二底座；2：第二支撑立柱；3：第二横向支撑梁；4：砂箱安装梁；5：骨架安装梁；6：加强梁；7：加强筋；8：斜向支撑梁；9：砂箱；10：防脱座安装骨架；11：防脱座；12：u型垫片；13：调节垫片；14：第一横向支撑梁；15：第一支撑立柱；16：第一底座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，包括两个第一支撑单元和一个第二支撑单元，具体地，以图1中图示方向为例，设于砂箱9的左右两侧的即为两个第一支撑单元，设于两个第一支撑单元之间的部分即为第二支撑单元，在本实施例中，第二支撑单元为用于构成容纳砂箱的箱型结构；第二支撑单元上设有骨架安装梁5、用于安装砂箱9的砂箱安装梁4及与骨架安装梁5连接且用于放置防脱座11的防脱座安装骨架10，其中，防脱座安装骨架10位于砂箱安装梁4的下方。本申请提供的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，结构简单、安装便捷且结构刚性好，便于振动冲击试验前期安装及试验过程中的观察测试。

进一步地，每个第一支撑单元均包括用于支撑砂箱9的第一横向支撑梁14，且第一横向支撑梁14与砂箱9的连接处设有高度可调节的调节垫片13，可通过调节垫片13来灵活调整砂箱9与防脱座11结合面的间距，解决了砂箱9防脱座11在冲击试验时安装困难及同步时间控制不准确所带来的试验控制难度增加、数据采集准确性低的问题，以实现砂箱防脱座振动冲击试验时快速高效的装夹定位、可靠的试验控制与试验数据的准确性，也能很好满足了动车组砂箱防脱座冲击试验方法，填补了当前未有合适的试验方法。

进一步地，每个第一支撑单元均还包括两根第一支撑立柱15，两根第一支撑立柱15分别与第一横向支撑梁14的两端连接以构成类π字型结构。在本实施例中，采用两根第一支撑立柱15及一根第一横向支撑梁14构成的类π字型的支撑结构，结构简单，且能有效支撑砂箱9进行冲击的试验装置，利于提高试验安全性，同时，结构简单，制作、装配、调整简便，经济性好。特别的，在本实施例中，在第一横向支撑梁14与第一支撑立柱15通过螺栓进行快速连接，以达到快速调节砂箱9的高度，以便更好的调整砂箱9和防脱座11的相对位置，满足试验对其位置要求的准确性。

具体地，砂箱9的端部对应于第一横向支撑梁14设有加砂耳道，且加砂耳道与调节垫片13之间还设有u型垫片12，其中，调节垫片13用于调节砂箱与防脱座之间的间距，u型垫片12用于防止加沙耳道及第一横向支撑梁14在振动冲击试验时受损，以提高试验安全性。

进一步地，每个第一支撑单元均还包括连接在第一支撑立柱15的底部的第一底座16。在本实施例中，第一支撑立柱15和第一底座16之间的连接方式为焊接，结构简单、施工简便且固定效果好，第一底座16通过螺栓固定在基础上，以提高整个第一支撑单元的结构稳定性，进而以保证整个振动冲击试验过程中的测得数据的精确性。

具体地，第二支撑单元为由第二底座1、设于第二底座1上的四根第二支撑立柱2及四根第二横向支撑梁3构成的箱型桁架，结构稳定性好，能有效支撑整个振动冲击试验装置，利于提高试验安全性，同时，结构简单，制作、装配简便，经济性好；砂箱9位于箱型桁架内。在本实施例中，第二底座1为四边形结构，以提高整个第二支撑单元的结构稳定性，进而以保证整个振动冲击试验过程中的测得数据的精确性；四根第二支撑立柱2分别设于第二底座1的四个角处，四根第二横向支撑梁3平行于第二底座1所在的平面设置，第二支撑立柱2的两端分别与第二横向支撑梁3及第二底座1固定连接，以构成箱型桁架；砂箱设于该箱型桁架内，且砂箱与设于第二支撑单元上的防脱座对应设置，以便于进行振动冲击试验。

进一步地，为提高第二支撑单元的结构强度及结构稳定性及为保证砂箱9安装结构的可靠性，第二支撑单元的其中两个侧面均设有两根交叉设置的斜向支撑梁8，斜向支撑梁8的一端设于第二支撑立柱2与第二横向支撑梁3的连接处，斜向支撑梁8的另一端设于第二支撑立柱2与第二底座1的连接处；第二支撑单元的其中一个侧面设有三根加强梁6，加强梁6设于第二支撑立柱2与第二横向支撑梁3的接角处及第二支撑立柱2与第二底座1的接角处，在本实施例中，其中两根加强梁6分别设于第二支撑立柱2与第二横向支撑梁3的两个接角处，剩余一根加强梁6设于第二支撑立柱2与第二底座1的接角处；

第二支撑单元的剩余一个侧面设有一根加强梁6及两块加强筋7，加强梁设于第二支撑立柱2与第二底座1的接角处，两块加强筋7分别设于第二支撑立柱2与第二横向支撑梁3的两个接角处，且加强筋7与第二支撑立柱2及第二横向支撑梁3位于同一平面上；通过设有加强筋7，可以在不加大第二支撑单元中各构件壁厚的条件下，能有效增强第二支撑单元的强度和刚性，以节约材料用量，减轻重量，降低成本；同时也可以克服第二支撑单元因壁厚差别带来的应力不均所造成的歪扭变形。

其中，第二底座1、第二支撑立柱2、第二横向支撑梁3、加强梁6、加强筋7及斜向支撑梁8之间的连接方式均为焊接，连接效果好，结构稳定性强，且工艺简便，加工成本低，经济性好。

特别的，第一支撑立柱15、第一横向支撑梁14、第二底座1、第二支撑立柱2、第二横向支撑梁3、加强梁6及斜向支撑梁8均为方管构件。采用方管框架式承载结构，在结构强化的同时能有效解决砂箱9及防脱座11高度相对较高在进行振动冲击试验时各控制点控制均匀性较差的问题。

另一方面，本发明还提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验方法，以模拟砂箱9与砂箱安装梁4的固定连接失效，砂箱9以自由落体状态下落撞击防脱座11上的实际故障工况，并对防脱座11承受冲击的能力进行测试。此试验方法包括上述动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，具体操作步骤如下：

在进行振动冲击试验之前，将砂箱9、砂箱安装梁4及防脱座安装骨架10、防脱座11按照现车安装方法安装在第二支撑单元上，并通过螺栓将第二支撑单元固定在电动振动冲击试验台上。其中，砂箱9可按照整备的重量装填石英砂。砂箱9重量约为80kg，除砂箱9组成采用不锈钢材料外，防脱座安装骨架10及防脱座11均采用铝合金材料。

步骤s1、拆除砂箱9与砂箱安装梁4的固定连接，并使得砂箱9呈自由状态置于第一横向支撑梁14上；其中，第一横向支撑梁14对砂箱9仅起到支撑作用，而不能起到固定作用。

步骤s2、调整调节垫片13的高度，以使得砂箱9与防脱座11的结合面的间隙调整为要求预设的间距。在本实施例中，预设间距的取值范围为4mm-5mm。

步骤s3、通过振动冲击试验设备编制输入特定的冲击信号并带动第二支撑单元向上运动，以使得第二支撑单元中的防脱座11撞击砂箱9，并通过粘贴在防脱座11上的应变计测量撞击后防脱座11的应力应变数据。具体地，在本实施例中，使用正向方波(具体可参见附图7中的波形图)进行垂向冲击试验，峰值加速度为40m/s²，持续时间为16ms，以模拟砂箱9下落过程中，同时遇到防脱座11向上30m/s²加速度的冲击。

进一步地，在拆除砂箱9与砂箱安装梁4的固定连接之前，即步骤s1之前还包括：

步骤s0、对防脱座11进行砂箱9脱落瞬间冲击时的仿真分析，根据仿真分析结果获得防脱座11的应力最大位置，并在应力最大位置附近布置粘贴应变计，以提高试验数据的准确性。

特别的，为进一步提高测得数据的精确性，可重复步骤s1至步骤s3三次，并取三次的平均值，以期得到并评判防脱座11在受到真实冲击时的抗冲击能力。

本发明还提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验方法，以模拟砂箱9与砂箱安装梁4的固定连接失效，砂箱9落至所脱座11上，列车继续运行的实际故障。此试验方法包括上述动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，具体操作步骤如下：

在进行振动冲击试验之前，将砂箱9、砂箱安装梁4及防脱座安装骨架10、防脱座11按照现车安装方法安装在第二支撑单元上，通过螺栓将第二支撑单元固定在电动振动冲击试验台上。其中，砂箱9可按照整备的重量装填石英砂。砂箱9重量约为80kg，除砂箱9组成采用不锈钢材料外，防脱座安装骨架10及防脱座11均采用铝合金材料。

步骤s1、通过振动冲击试验设备编制输入路谱激励信息，移除所述第一横向支撑梁14，拆除砂箱9与砂箱安装梁4的固定连接，砂箱9呈自由状态下落至防脱座11上，以使得砂箱9撞击防脱座11；

步骤s2、通过粘贴在防脱座11上的应变计测量撞击后的防脱座11的应力应变数据，以通过试验验证，为防脱座11类部件的仿真设计、结构优化、可靠性提供真实可靠的试验数据支撑。

具体地，在本实施例中，先将采集车体的加速度时域信号转变成频域信号，并根据iec61373标准处理成试验用的路谱激励信息；使用激励信息依次对防脱座11进行垂向、横向和纵向的模拟长寿命振动试验；试验方向分别为横向、纵向、垂向，频率为5hz-1000hz，每项试验时间为10min。

除上述之外，本申请提供的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，也可对处于正常安装状态下的砂箱9及防脱座11按照相关标准进行振动冲击试验。

特别的，本申请提供的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置及方法均可实现对动车组砂箱防脱座进行振动冲击试验。特别是进行动车组砂箱防脱座冲击试验时，只需拆除砂箱9与砂箱安装梁4的固定连接，并使得砂箱9呈自由状态置于第一横向支撑梁14上；调整调节垫片13的高度，以使得砂箱9与防脱座11的结合面的间隙为要求预设的间距。因此本发明提供的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置结构简单、安装便捷且操作简便。

同时，本发明提供的动车组砂箱防脱座冲击试验方法除了适用于砂箱防脱座，还可适用于轨道车辆防脱类结构件的冲击试验。

综上所述，本发明提供了一种动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，包括两个第一支撑单元和一个第二支撑单元；每个第一支撑单元均包括用于支撑砂箱的第一横向支撑梁，且第一横向支撑梁与砂箱的连接处设有高度可调节的调节垫片；第二支撑单元上设有骨架安装梁、用于安装砂箱的砂箱安装梁及与骨架安装梁连接且用于放置防脱座的防脱座安装骨架，防脱座安装骨架位于砂箱安装梁的下方。本申请提供的动车组砂箱防脱座振动冲击试验装置，结构简单、安装便捷、且能通过调节垫片来灵活调节砂箱与防脱座结合面的距离，很好满足了动车组砂箱防脱座冲击试验方法，填补了当前未有合适的试验方法，解决了砂箱防脱座在振动冲击试验时垂向、横向、纵向安装困难及刚度差所带来的试验控制难度增加、数据采集准确性低的问题，以实现砂箱防脱座振动冲击试验时快速高效的装夹定位、可靠的试验控制与试验数据的准确性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。