专利名称：车辆部件实物碰撞试验方法及试验装置的制作方法
技术领域：
木发明属于车辆零部件的结构耐撞性研究技术领域，具体的涉及一种对于
车辆部件实物特别是对车辆吸能零部件进行实物碰撞试验的碰撞试验方法及其 试验装置。
背景技术：
目前研究车辆大变形碰撞的方法有理论研究、实物试验和数值仿真三种。 理论研究能抓住问题的本质性的东西，为实物试验和数值仿真建模提供一些方 向性的建议，但相对来说，理论研究需作大量简化，结果比较粗造。实物试验 验证是整个研究中不可缺少的，但是实物试验需要大量的人力、物力和财力， 而且危险性特大。如汽车等尚可进行实车碰撞试验，但是铁道车辆的重量是汽 车的好几十倍，发生撞击时的反作用力也将是汽车的数十倍。进行整车的碰撞
试验不具有现实操作性。
随着我国列车运行速度的快速提高，列车行车安全已经成为现代高速铁路
技术发展的重要标志。列车碰撞事故严重危及乘客和乘务人员的生命、财产安
全，应从根本上杜绝此类事故的发生，但目前尚难以办到。为减轻列车碰撞事
故造成的损失，开展列车多体耦合撞击动力学研究，研制耐冲击吸能车体，是
减轻列车撞击事故灾害损失的重要途径，也是世界铁路客车车体结构(包括城
市轨道交通车辆)发展的必然趋势。
在列车结构耐撞性研究中，试验研究是一种有效并能反映真实情况的手段。
但由于整车试验规模大，费用高，作为破坏性试验不可重复进行，而且需有实
际产品， 一般采用后验性试验；对车辆吸能零部件(包括承载吸能结构和专用
吸能件)进行实物碰撞试验，是设计耐冲击吸能车体的主要基础。目前对车辆
部件的撞击试验多限于对一定条件下撞击后的结果进行分析和研究，由于碰撞
过程为一短暂的猛烈冲击，并且车辆部件变形的发展具有不可预见性，因此目
前的撞击试验缺乏科学性和客观性。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够实时的实现对车辆部件实物在撞击过 程中的变形、加速度等各项测量参数数据进行综合采集的车辆部件实物碰撞试 验方法，其能够实现对车辆部件实物进行预设定条件的冲撞，并获得详实科学 的数据，保证列碰撞试验分析的准确性和客观性。
本发明的另一目的在于提供一种车辆部件实物碰撞试验装置，该试验装置 设计合理，能够实现对碰撞试验过程的合理控制和零部件在碰撞过程的变形、 加速度、撞击力随时间变化曲线和撞击接触瞬间的速度等的采集。
本发明采用的技术方案如下
一种车辆部件实物碰撞试验方法，其特征在于该碰撞试验方法包括 将车辆部件固定于一可沿轨道运行的载运台车上，通过一驱动系统牵引该
载运台车的速度增加至一测试值后准备撞击一冲撞墙；
当载运台车运行至冲撞墙前一设定位置时启动触发装置，使驱动系统与载 运台车脱离，使待测试件和载运台车无驱动动力下撞击冲撞墙；
所述载运台车上设置车载加速度测试系统实时完成包括瞬态加速度的测试 和数据采集；
所述触发装置同时触发速度测试系统、撞击力测试系统和高速摄像系统， 进行撞击力、撞击速度和碰撞序列图像的数据采集；
所述采集的数据通过计算机进行碰撞试验结果分析。 具体的讲，所述碰撞试验方法还包括
采用一制动系统控制载运台车，当运载台车的运行速度出现不符合设定速 度模式的情况下对驱动系统进行紧急制动，使载运台车停止运行。 进一步的讲，所述碰撞试验方法还包括
采用PID (比例、积分和微分)控制器、速度控制器、驱动系统运动控制箱 对所述驱动系统的牵引速度进行设定和控制。
一种车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于该碰撞试验装置包括
试验平台，该试验平台包括试验线路和冲撞墙，所述冲撞墙的一侧设置轨 道，载运台车活动放置于所述轨道上；
驱动系统，包括一牵引绳和牵引电机，所述牵引绳连接载运台车并由牵引 电机驱动；
5测试系统，包括速度测试系统和撞击力测试系统，所述撞击力测试系统包
括实时测定撞击力的冲击力传感器；
高速摄影系统，包括设置在所述冲撞墙端的髙速摄像仪，用于采集和记录 撞击过程中车辆部件的变形序列图像。
具体的讲，该碰撞试验装置中所述载运台车的前端固定放置车辆部件，所 述靠近冲撞墙的轨道上设置有脱绳机构，用于使牵引绳与载运台车间脱离，所 述牵引电机设置在轨道的侧部，牵引绳连接运载台车后经转向机构连接牵引电 机。
所述驱动系统还包括一回拉装置，该回拉装置包括一回拉绳和回拉电机， 所述回拉电机通过回拉绳驱动连接载运台车；该回拉电机设置在轨道的另一端 用于载运台车的复位，所述牵引电机与回拉电机间设置有回锁装置，用于在一 电机运行时锁定另一电机。
所述试验装置还包括一制动系统，该制动系统包括设置在所述牵引电机端 的第一制动装置，所述第一制动装置控制牵引电机的启动、加速和运载台车运 行速度，启动测试系统，所述第一制动装置在异常情况下对牵引电机启动紧急 制动。
所述速度测试系统包括速度控制箱和设置在冲撞墙前端的速度传感器，所 述轨道上设置有触发装置，速度控制箱检测获得载运台车运动至速度传感器和 触发装置处的速度值。
所述测试系统还包括一车载加速度测试系统，包括车载计算机、加速度传 感器和加速度采集仪，所述车载计算机、加速度传感器和加速度采集仪均固定 设置于所述载运台车上。
所述试验装置还包括一控制系统，所述控制系统包括PID控制器、速度控 制器和驱动控制箱，用于控制运载台车的速度和试验装置的运行。
本发明的有益效果在于，该车辆部件实物碰撞试验方法及试验装置能够实
时地测定车辆部件实物在碰撞全过程的撞击力、瞬态加速度、部件变形以及碰
撞瞬间的速度输出等客观数据，还可记录整个撞击过程中部件的变形序列图像， 以获得科学准确的分析结果。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的阐述，以便于更进一步 的理解本发明的效果和实施方式。
图1是本发明具体实施方式
中试验装置的部分硬件组成结构示意图2是图1中试验平台的侧面结构示意图3是本发明具体实施方式
中控制系统的原理方框图4是本发明具体实施方式
中测试系统的组成方框示意图。
具体实施例方式
该车辆部件实物碰撞试验方法是对车辆的1:1零部件实物进行碰撞试验，获 得零部件在碰撞过程的变形、加速度、撞击力随时间变化曲线和撞击接触瞬间 的速度。进行撞击的车辆部件实物固定在载运台车前端，该载运台车可沿一轨 道由一驱动系统驱动，该驱动系统可采用电磁调速电机作为动力，通过加速控 制可使载运台车的运行速度不断提高。在此过程中，可采用PID控制器不断加 大电磁调速电机的功率，使电机输入转速持续增加，使载运台车的运行速度持 续增加，该载运台车的运行速度会通过速度控制器或其他测控装置进行显示和 控制，当其运行速度出现异常时，制动系统自动切断电磁调速电机的电源，使 载运台车停止运行。
当载运台车运行至冲撞墙前一设定位置时，启动诸如脱绳碰块以及行程开 关等触发装置，使载运台车与电磁调速电机间的驱动连接分离，驱动系统停止 对载运台车的驱动，载运台车在无动力驱动运行>'使车辆部件实物撞击冲撞墙， 与此同时，触发装置如行程开关还触发车载加速度测试系统、速度测试系统、 撞击力测试系统和高速摄像系统，进行撞击加速度、撞击力和碰撞序列图像进 行数据采集和存储，在撞击完成后，所有的采集数据均可通过串口通讯传输至 上为计算机，经处理、分析输出加速度和撞击力的实践历程。
如图1和图2所示，该车辆部件实物碰撞试验装置主要由试验平台10、驱 动系统、测试系统、高速摄影系统、监视系统组成。
该试验平台10由冲撞墙11、试验线路、载运台车16组成，试验线路为高 架式单线轨道14，全部采用混凝土整体路基，轨道采用标准钢轨，长度约为 170m，在距冲撞墙约6m处设置有脱绳碰块13。载运台车16由槽钢焊接而成， 自重约750Kg，可以搭载车辆端部底架以一定的速度撞击冲撞墙11，载运台车 上还安装有钢丝绳夹紧装置、加速度传感器安装座和加速度传感器等。冲撞墙11为钢筋混凝土结构，撞击面安装有测力墙。
驱动系统由牵引装置20和回拉装置30组成，牵引装置20安装在冲撞墙侧， 其主要由排线机构24、电磁调速电机21、绞绳盘25和牵引钢丝绳23组成，牵 引装置20的作用是使载运台车16在撞击冲撞墙11之前加速，达到试验要求的 速度，在轨道与冲撞墙邻接处还设置有速度传感器12，用于冲撞前速度的测定。 回拉装置30主要由电磁调速电机31、绞绳盘、回拉钢丝绳17组成，其功能是 在完成撞击试验后，使载运台车16和牵引钢丝绳23回到原位置，以便于进行 下一次试验。在两个电磁调速电机21和31间设置有互锁装置，使牵引装置20 和回拉装置30不能同时工作。
在驱动系统中还设置有制动系统，例如设置在牵引装置20端的第一制动装 置22，和设置在回拉装置30端的第二制动装置32，当牵引装置20输出速度超. 出设定速度值或其他异常情况时，第一制动装置22切断电磁调速电机21上的 电磁转差离合器及配置的液压推杆制动器电源，第二制动装置32可促使电磁调 速电机31拉紧回拉绳17，实施紧急制动，终止撞击试验。
在试验平台10的一侧设置有配置控制系统的控制室40，该控制系统包括， PID控制器、速度控制器、牵引和回拉运动控制箱等。PID控制器的作用是持续 比较设定转速和输出转速，不断调整电磁转差离合器中的电流强度来控制电磁 调速电机的输出转速。如图3所示的工作原理方框图，该控制系统可对牵引电 机，即电磁调速电机的加速进行控制，通过速度控制器实现对载运台车的运动 加速度和运动速度进行控制，通过牵引控制箱和回拉控制箱内一系列继电器的 动作实现对载运台车回拉的控制，并通过触发装置的控制对制动系统或测试系 统进行启动，以及通过启动制动系统实现对事故终止的控制。
如图1和图2，在冲撞墙端还设置有两组高速摄像仪51、 52,用于采集和 记录撞击过程中车辆部件的变形序列图像。为针对可能发生的各类事故和运行 时的不确定因素，在该试验装置中还安装有监视系统，包括用于监视牵引装置 20的闭路摄像头61，用于监视回拉装置30的闭路摄像头62，以及用于监视载
运台车运行的摄像头63。
如图4为本试验装置所采用的测试系统的组成方框示意图。其是由加速度
测试系统200、撞击力测试系统300和速度测试系统100组成。其中加速度测试
系统200为车载加速度测试系统，包括高速瞬态测试、采集、处理、存储系统。'
由固化在一起的软硬件工控机组成，包括实时采集、预处理、联机通讯与调试软件，硬件包括四通道数据采集主板、加速度传感器、和信号调理气、串行通
讯接口、电源。该车载加速度测试系统最高采样频率10kHz，采用16位A/D转 换，满量程误差0.2%,转换与存储时间100ixs,数据存储容量每通道32K (字 节)。
撞击力测试系统300由多个液压推杆制动器通电启动的电晶体冲击力传感 器、电荷放大器及数据采集分析模块组成。可对撞击参数进行实时测定。
速度测试系统100采用光电测速装置，可在速度控制箱上全程显示台车的 速度，每2秒刷新一次输出显示。在撞击刚性墙前6米处，速度控制箱接受到 触发装置发出触发信号，记录下这一时刻的载运台车速度。在撞击结束后，速 度控制箱根据速度传感器12的测定值直接显示撞击前载运台车的速度。同时还 可将该速度值反馈给制动系统，以确认是否需要启动制动系统。
权利要求
1. 一种车辆部件实物碰撞试验方法，其特征在于该碰撞试验方法包括将车辆部件固定于一可沿轨道运行的载运台车上，通过一驱动系统牵引该载运台车的速度增加至一测试值后准备撞击一冲撞墙；当载运台车运行至冲撞墙前一设定位置时启动触发装置，使驱动系统与载运台车脱离，使待测试件和载运台车无驱动动力下撞击冲撞墙；所述载运台车上设置车载加速度测试系统实时完成包括瞬态加速度的测试和数据采集；所述触发装置同时触发速度测试系统、撞击力测试系统和高速摄像系统，进行撞击力、撞击速度和碰撞序列图像的数据采集；所述采集的数据通过计算机进行碰撞试验结果分析。
2. 根据权利要求1所述的车辆部件实物碰撞试验方法，其特征在于所述碰 撞试验方法还包括采用 一制动系统控制载运台车，当运载台车的运行速度出现不符合设定速 度模式的情况下对驱动系统进行紧急制动，使载运台车停止运行。
3. 根据权利要求1所述的车辆部件实物碰撞试验方法，其特征在于所述碰 撞试验方法还包括釆用PID控制器、速度控制器、驱动系统运动控制箱对所述驱动系统的牵 引速度进行设定和控制。
4. 一种车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于该碰撞试验装置包括 试验平台，该试验平台包括试验线路和冲撞墙，所述冲撞墙的一侧设置轨道，载运台车活动放置于所述轨道上；驱动系统，包括一牵引绳和牵引电机，所述牵引绳连接载运台车并由牵引 电机驱动；测试系统，包括速度测试系统和撞击力测试系统，所述撞击力测试系统包 括实时测定撞击力的冲击力传感器；高速摄影系统，包括设置在所述冲撞墙端的高速摄像仪，用于采集和记录 撞击过程中车辆部件的变形序列图像。
5. 根据权利要求4所述的车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于所述载 运台车的前端固定放置车辆部件，所述靠近冲撞墙的轨道上设置有脱绳机构， 用于使牵引绳与载运台车间脱离，所述牵引电机设置在轨道的侧部，牵引绳连 接运载台车后经转向机构连接牵引电机。
6. 根据权利要求4所述的车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于所述驱 动系统还包括一回拉装置，该回拉装置包括一冋拉绳和回拉电机，所述回拉电' 机通过回拉绳驱动连接载运台车；该回拉电机设置在轨道的另一端用于载运台 车的复位，所述牵引电机与回拉电机间设置有回锁装置，用于在一电机运行时 锁定另一电机。
7. 根据权利要求6所述的车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于所述试 验装置还包括一制动系统，该制动系统包括设置在所述牵引电机端的第一制动 装置，所述第一制动装置控制牵引电机的启动、加速和运载台车运行速度，启 动测试系统，所述第一制动装置在异常情况F对牵引电机启动紧急制动。
8. 根据权利要求4所述的车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于所述速 度测试系统包括速度控制箱和设置在冲撞墙前端的速度传感器，所述轨道上设 置有触发装置，速度控制箱检测获得载运台车运动至速度传感器和触发装置处 的速度值。
9. 根据权利要求4所述的车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于所述测 试系统还包括一车载加速度测试系统，包括车载计算机、加速度传感器和加速 度采集仪，所述车载计算机、加速度传感器和加速度采集仪均固定设置于所述 载运台车上。
10. 根据权利要求4所述的车辆部件实物碰撞试验装置，其特征在于所述 试验装置还包括一控制系统，所述控制系统包括PID控制器、速度控制器和驱 动控制箱，用于控制运载台车的速度和试验装置的运行。
全文摘要
车辆部件实物碰撞试验方法及试验装置，该方法包括将车辆部件固定于可沿轨道运行的载运台车上，通过驱动系统牵引该载运台车的速度增加至一测试值后准备撞击冲撞墙；当载运台车运行至冲撞墙前一设定位置时启动触发装置，使驱动系统与载运台车脱离，使待测试件和载运台车无驱动动力下撞击冲撞墙；所述载运台车上设置车载加速度测试系统实时完成数据采集；所述触发装置同时触发速度测试系统、撞击力测试系统和高速摄像系统。该车辆部件实物碰撞试验方法及试验装置能够实时地测定车辆部件实物在碰撞全过程的撞击力、瞬态加速度、部件变形以及碰撞瞬间的速度输出等客观数据，还可记录整个撞击过程中部件的变形序列图像，以获得科学准确的分析结果。
文档编号G01M17/08GK101430251SQ20081018833
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者刘堂红, 松 姚, 健 张, 田红旗, 高广军, 鲁寨军 申请人:中南大学