铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置及方法
【专利摘要】本发明所设计的一种铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置和方法，包括工业控制计算机、数据处理器、设置在货车转向架顶部用于对货车转向架施加垂向测试压力的垂直加载作动器、设置在货车转向架底端用于放置货车转向架的移动平台、设置在移动平台上用于夹紧货车转向架轮对的轮对夹紧作动器、设置在移动平台一侧用于对移动平台施加水平横向推力的水平加载作动器、设置在货车转向架的侧架下摆点位置上的第一位移传感器、设置在货车转向架的侧架中央方框三角孔侧上的第四位移传感器。本发明能实现对摆式货车转向架摆动刚度进行在线实时检测，利于保证每个铁路货车转向架运行时的安全性。
【专利说明】铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路货车参数检测【技术领域】，具体地指一种铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置及方法。
技术背景
[0002]铁路货车转向架的性能参数(包括摆动刚度)是确保提速重载货车动力学性能符合规范要求的重要指标。目前，对铁路货车转向架的摆动刚度参数的检测是通过在试验室内进行的。
[0003]现有方法均是在专门的实验室内对铁路货车转向架样品进行检测，然而由于零部件加工尺寸、材质和铁路货车转向架结构组装等的离散性造成性能参数的离散性，对货车的动力学性能有较大影响。对铁路货车转向架样品进行检测并不能完全准确的表征出各个铁路货车转向架的摆动刚度，使得铁路货车转向架在运行中存在一定的安全隐患。目前没有简便而可靠的检测手段对批量生产的货车转向架性能参数进行在线检测和综合质量控制，这是当前货车生产中的不足，急待改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是要提供一种铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置及方法，该装置和方法能实现对摆式货车转向架摆动刚度进行在线实时检测，利于保证每个铁路货车转向架运行时的安全性。
[0005]为实现此目的，本发明所设计的铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置，其特征在于，它包括工业控制计算机、数据通信端与工业控制计算机连接的数据处理器、设置在货车转向架顶部用于对货车转向架施加垂向测试压力的垂直加载作动器、设置在货车转向架底端用于放置货车转向架的移动平台、设置在移动平台上用于夹紧货车转向架轮对的轮对夹紧作动器、设置在移动平台一侧用于对移动平台施加水平横向推力的水平加载作动器、设置在货车转向架的侧架下摆点位置上的第一位移传感器、设置在货车转向架的侧架中央方框三角孔侧上的第四位移传感器，其中，所述垂直加载作动器、水平加载作动器和轮对夹紧作动器的控制信号输入端连接数据处理器对应的控制信号输出端，第一位移传感器和第四位移传感器的信号输出端连接数据处理器对应的信号输入端。
[0006]进一步地，它还包括设置在货车转向架的摇枕端部上的第二位移传感器、设置在货车转向架的侧架上弦杆上的第三位移传感器，所述第二位移传感器和第三位移传感器的信号输出端连接数据处理器对应的信号输入端。
[0007]进一步地，所述第四位移传感器位于第一位移传感器上方250~300mm距离处。
[0008]进一步地，所述移动平台包括台板和设置在台板底部的滚轮，所述货车转向架通过轮对夹紧作动器固定在台板的顶部。
[0009]更进一步地，它还包括设置在移动平台与水平加载作动器之间的压力传感器，所述压力传感器的信号输出端连接数据处理器对应的信号输入端。[0010]一种利用上述铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置的铁路货车转向架摆动刚度在线检测方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0011]步骤1:工业控制计算机通过数据处理器控制垂直加载作动器向货车转向架施加压力A，压力A为货车空载时对货车转向架的压力；工业控制计算机通过数据处理器控制轮对夹紧作动器夹紧货车转向架的轮对；
[0012]步骤2:工业控制计算机通过数据处理器控制水平加载作动器向移动平台的一侧施加推力B ；
[0013]步骤3:第一位移传感器通过数据处理器向工业控制计算机传送位移值D ;第四位移传感器通过数据处理器向工业控制计算机传送位移值G ;上述位移值D为货车转向架的侧架下摆点位置的空载摆动位移量，上述位移值G为货车转向架的侧架中央方框三角孔侧的空载摆动位移量；
[0014]步骤4:在工业控制计算机内根据压力A、推力B、位移值D和位移值G，依据如下公式得到货车空载状态下，货车转向架的摆动刚度:
AS,?.[0015]tma = ^ 则 f, = arctel兰
H，H
[0016]其中:H为第四位移传感器与第一位移传感器之间的垂向距离；AS为第一位移传感器的位移值D与第四位移传感器的位移值G之差；则可得到侧架摆动角α ；
[0017]最终得到货车空载状态下转向架横向摆动刚度Kb，货车空载状态下转向架横向摆动刚度Kb=F/α，其中，F为横向推力B，α为侧架摆动角。
[0018]进一步地，所述步骤4 后还包括如下步骤:
[0019]步骤5:工业控制计算机通过数据处理器控制垂直加载作动器和水平加载作动器回到初始位置；
[0020]步骤6:工业控制计算机通过数据处理器控制垂直加载作动器向货车转向架施加压力Al，压力Al为货车满载时对货车转向架的压力；
[0021]步骤7:工业控制计算机通过数据处理器控制水平加载作动器向移动平台的一侧施加推力C ；
[0022]步骤8:第一位移传感器通过数据处理器向工业控制计算机传送位移值Dl ;第四位移传感器通过数据处理器向工业控制计算机传送位移值Gl ;上述位移值Dl为货车转向架的侧架下摆点位置的满载摆动位移量，上述位移值Gl为货车转向架的侧架中央方框三角孔侧的满载摆动位移量；
[0023]步骤9:在工业控制计算机内根据压力Al、推力C、位移值Dl和位移值G1，依据如下公式得到货车满载状态下，货车转向架的摆动刚度:
AS"λ c
[0024]tan Qf = -则 α = J3rctan._
H ’H
[0025]其中:H为第四位移传感器与第一位移传感器之间的垂向距离；AS为第一位移传感器的位移值Dl与第四位移传感器的位移值Gl之差；则可得到侧架摆动角α ；
[0026]最终得到货车满载状态下转向架横向摆动刚度Kbl，货车满载状态下转向架横向摆动刚度Kbl=F/α，其中，F为横向推力C，α为侧架摆动角。[0027]进一步地，所述步骤2中的推力B等于步骤7中的推力C ;所述压力A为60?80KN，所述压力Al为350KN?550KN，所述推力B为30?60KN，所述推力C为30?60KN。
[0028]更进一步地，所述步骤3中，压力传感器通过数据处理器向工业控制计算机反馈压力值BI，所述压力值BI等于推力B ;所述步骤8中，压力传感器通过数据处理器向工业控制计算机反馈压力值Cl，所述压力值Cl等于推力C。
[0029]本发明通过工业控制计算机控制作动器进行加载，各路位移传感器进行测距，压力传感器进行测压，实现快速检测，提高了测量的精度。工业控制计算机在完成数据采集处理的同时，还具有控制硬件完成整个检测的功能。具有数据处理能力强大，实时性好，数据稳定，检测速度快等优点。本发明与现有铁路货车转向架摆动刚度的检测方法相比，具有检测更加全面特点，本发明可对批量生产的货车转向架横向摆动刚度进行在线检测，利于保证每个铁路货车转向架运行时的安全性。
[0030]说明书附图
[0031]图1为本发明装置的电路原理框图；
[0032]图2为本发明装置的结构示意图；
[0033]图3为本发明摆动刚度检测的原理图；
[0034]其中，I一工业控制计算机、2—数据处理器、3—货车转向架、3.1—轮对、3.2—侧架下摆点位置、3.3—摇枕端部、3.4—侧架上弦杆、3.5—侧架中央方框三角孔侧、4一垂直加载作动器、5—移动平台、5.1一台板、5.2一滚轮、6—水平加载作动器、7—第一位移传感器、8—第二位移传感器、9 一第三位移传感器、10—轮对夹紧作动器、11 一第四位移传感器、12一压力传感器。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0036]如图1和2所示的铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置，它包括工业控制计算机1、数据通信端与工业控制计算机I连接的数据处理器2、设置在货车转向架3顶部用于对货车转向架3施加垂向测试压力的垂直加载作动器4、设置在货车转向架3底端用于放置货车转向架3的移动平台5、设置在移动平台5上用于夹紧货车转向架3轮对3.1的轮对夹紧作动器10、设置在移动平台5 —侧用于对移动平台5施加水平横向推力的水平加载作动器6、设置在货车转向架3的侧架下摆点位置3.2上的第一位移传感器7、设置在货车转向架3的侧架中央方框三角孔侧3.5上的第四位移传感器11，其中，所述垂直加载作动器4、水平加载作动器6和轮对夹紧作动器10的控制信号输入端连接数据处理器2对应的控制信号输出端，第一位移传感器7和第四位移传感器11的信号输出端连接数据处理器2对应的信号输入端。
[0037]上述技术方案中，它还包括设置在货车转向架3的摇枕端部3.3上的第二位移传感器8、设置在货车转向架3的侧架上弦杆3.4上的第三位移传感器9，所述第二位移传感器8和第三位移传感器9的信号输出端连接数据处理器2对应的信号输入端。所示第二位移传感器8测得位移值E，第三位移传感器9测得位移值F，上述位移值E反应货车转向架3的摇枕端部3.3在横向摆动时的位移量，上述位移值F反应货车转向架3的侧架上弦杆3.4在横向摆动时的位移量，上述摇枕端部3.3和侧架上弦杆3.4在横向摆动时的位移量为铁路货车转向架摆动刚度的测试研究提供参考。
[0038]上述技术方案中，所述第四位移传感器11位于第一位移传感器7上方250~300mm距离处。
[0039]上述技术方案中，所述移动平台5包括台板5.1和设置在台板5.1底部的滚轮
5.2，所述货车转向架3通过轮对夹紧作动器10固定在台板5.1的顶部。该结构保证货车转向架3在水平加载作动器6的作用下，能相对地面横移。
[0040]上述技术方案中，它还包括设置在移动平台5与水平加载作动器6之间的压力传感器12，所述压力传感器12的信号输出端连接数据处理器2对应的信号输入端。压力传感器12用于校验水平加载作动器6的推力值。
[0041]一种利用上述铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置的铁路货车转向架摆动刚度在线检测方法，它包括如下步骤:
[0042]步骤1:工业控制计算机I通过数据处理器2控制垂直加载作动器4向货车转向架3施加压力A，压力A为货车空载时对货车转向架3的压力；工业控制计算机I通过数据处理器2控制轮对夹紧作动器10夹紧货车转向架3的轮对3.1，使货车转向架3与移动平台5形成一体；
[0043]步骤2:工业控制计算机I通过数据处理器2控制水平加载作动器6向移动平台5的一侧施加推力B ；
[0044]步骤3:第一位移传感器7通过数据处理器2向工业控制计算机I传送位移值D ；第四位移传感器11通过数据处理器2向工业控制计算机I传送位移值G ;上述位移值D为货车转向架3的侧架下摆点位置3.2的空载摆动位移量，上述位移值G为货车转向架3的侧架中央方框三角孔侧3.5的空载摆动位移量；
[0045]步骤4:在工业控制计算机I内根据压力A、推力B、位移值D和位移值G，依据如下公式得到货车空载状态下，货车转向架的摆动刚度:
[0046]tan α =苦贝丨』α =縱tm竺(如图3所示)
H，H
[0047]其中:H为第四位移传感器11与第一位移传感器7之间的垂向距离(取值区间为250~300mm)；Δ S为第一位移传感器7的位移值D与第四位移传感器11的位移值G之差；则可得到侧架摆动角α ;
[0048]最终得到货车空载状态下转向架横向摆动刚度Kb，货车空载状态下转向架横向摆动刚度Kb=F/α，其中，F为横向推力B，α为侧架摆动角。
[0049]步骤5:工业控制计算机I通过数据处理器2控制垂直加载作动器4和水平加载作动器6回到初始位置；
[0050]步骤6:工业控制计算机I通过数据处理器2控制垂直加载作动器4向货车转向架3施加压力Al，压力Al为货车满载时对货车转向架3的压力；
[0051]步骤7:工业控制计算机I通过数据处理器2控制水平加载作动器6向移动平台5的一侧施加推力C ；
[0052]步骤8:第一位移传感器7通过数据处理器2向工业控制计算机I传送位移值Dl ；第四位移传感器11通过数据处理器2向工业控制计算机I传送位移值Gl ;上述位移值Dl为货车转向架3的侧架下摆点位置3.2的满载摆动位移量，上述位移值Gl为货车转向架3的侧架中央方框三角孔侧3.5的满载摆动位移量；
[0053]步骤9:在工业控制计算机I内根据压力Al、推力C、位移值Dl和位移值Gl，依据如下公式得到货车满载状态下，货车转向架的摆动刚度:
[0055]其中:H为第四位移传感器11与第一位移传感器7之间的垂向距离(取值区间为250~300mm);A S为第一位移传感器7的位移值Dl与第四位移传感器11的位移值Gl之差；则可得到侧架摆动角a ;
[0056]最终得到货车满载状态下转向架横向摆动刚度Kbl，货车满载状态下转向架横向摆动刚度Kbl=F/a，其中，F为横向推力C，a为侧架摆动角。
[0057]上述技术方案中，步骤2中的推力B等于步骤7中的推力C ;所述压力A为60~80KN,所述压力Al为350KN~550KN，所述推力B为30~60KN，所述推力C为30~60KN。
[0058]上述技术方案中，所述步骤3中，压力传感器12通过数据处理器2向工业控制计算机I反馈压力值BI，所述压力值BI等于推力B ;所述步骤8中，压力传感器12通过数据处理器2向工业控制计算机I反馈压力值Cl，所述压力值Cl等于推力C。
[0059]上述技术方案中，第一位移传感器7、第二位移传感器8、第三位移传感器9和第四位移传感器11均为激光位移传感器。
[0060]上述货车转向架制造在线检测摆动刚度的方法，是一种经过精心设计而能够实现转向架生产组装在线检测的高技术先进方法，采用了高精度的微机控制的伺服电机机械作动器加载技术和激光测试技术，操作自动化，测试精确，结构可靠。可方便实现对摆式货车转向架摆动刚度的检测，检验其是否符合设计制造技术条件的要求，确保转向架精益制造质量。
[0061]说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置，其特征在于:它包括工业控制计算机(I)、数据通信端与工业控制计算机(I)连接的数据处理器(2)、设置在货车转向架(3)顶部用于对货车转向架(3)施加垂向测试压力的垂直加载作动器(4)、设置在货车转向架(3)底端用于放置货车转向架(3)的移动平台(5)、设置在移动平台(5)上用于夹紧货车转向架(3)轮对(3.1)的轮对夹紧作动器(10)、设置在移动平台(5)—侧用于对移动平台(5)施加水平横向推力的水平加载作动器(6)、设置在货车转向架(3)的侧架下摆点位置(3.2)上的第一位移传感器(7)、设置在货车转向架(3)的侧架中央方框三角孔侧(3.5)上的第四位移传感器(11)，其中，所述垂直加载作动器(4)、水平加载作动器(6)和轮对夹紧作动器(10)的控制信号输入端连接数据处理器(2)对应的控制信号输出端，第一位移传感器(7)和第四位移传感器(11)的信号输出端连接数据处理器(2 )对应的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置，其特征在于:它还包括设置在货车转向架(3)的摇枕端部(3.3)上的第二位移传感器(8)、设置在货车转向架(3)的侧架上弦杆(3.4)上的第三位移传感器(9)，所述第二位移传感器(8)和第三位移传感器(9)的信号输出端连接数据处理器(2)对应的信号输入端。
3.根据权利要求1所述的铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置，其特征在于:所述第四位移传感器(11)位于第一位移传感器(7)上方250~300mm距离处。
4.根据权利要求1所述的铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置，其特征在于:所述移动平台(5)包括台板(5.1)和设置在台板(5.1)底部的滚轮(5.2)，所述货车转向架(3)通过轮对夹紧作动器(10)固定在台板(5.1)的顶部。
5.根据权利要求1所述的铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置，其特征在于:它还包括设置在移动平台(5)与水平加载 作动器(6)之间的压力传感器(12)，所述压力传感器(12)的信号输出端连接数据处理器(2)对应的信号输入端。
6.一种利用权利要求1~5中任意一项所述铁路货车转向架摆动刚度在线检测装置的铁路货车转向架摆动刚度在线检测方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤1:工业控制计算机(I)通过数据处理器(2)控制垂直加载作动器(4)向货车转向架(3)施加压力A，压力A为货车空载时对货车转向架(3)的压力；工业控制计算机(I)通过数据处理器(2)控制轮对夹紧作动器(10)夹紧货车转向架(3)的轮对(3.1)；步骤2:工业控制计算机(I)通过数据处理器(2 )控制水平加载作动器(6 )向移动平台(5)的一侧施加推力B ； 步骤3:第一位移传感器(7 )通过数据处理器(2 )向工业控制计算机(I)传送位移值D ；第四位移传感器(11)通过数据处理器(2)向工业控制计算机(I)传送位移值G ;上述位移值D为货车转向架(3 )的侧架下摆点位置(3.2 )的空载摆动位移量，上述位移值G为货车转向架(3)的侧架中央方框三角孔侧(3.5)的空载摆动位移量； 步骤4:在工业控制计算机(I)内根据压力A、推力B、位移值D和位移值G，依据如下公式得到货车空载状态下，货车转向架的摆动刚度: ΔΛ\ C t麗β= 则泛=縦迦:^ H ，H 其中:H为第四位移传感器(11)与第一位移传感器(7)之间的垂向距离;Δ S为第一位移传感器(7)的位移值D与第四位移传感器(11)的位移值G之差；则可得到侧架摆动角α ; 最终得到货车空载状态下转向架横向摆动刚度Kb，货车空载状态下转向架横向摆动刚度Kb=F/α，其中，F为横向推力B，α为侧架摆动角。
7.根据权利要求6所述的铁路货车转向架摆动刚度在线检测方法，其特征在于:所述步骤4后还包括如下步骤: 步骤5:工业控制计算机(I)通过数据处理器(2 )控制垂直加载作动器(4 )和水平加载作动器(6)回到初始位置； 步骤6:工业控制计算机(I)通过数据处理器(2 )控制垂直加载作动器(4 )向货车转向架(3)施加压力Al，压力Al为货车满载时对货车转向架(3)的压力； 步骤7:工业控制计算机(I)通过数据处理器(2 )控制水平加载作动器(6 )向移动平台(5)的一侧施加推力C ; 步骤8:第一位移传感器(7 )通过数据处理器(2 )向工业控制计算机(I)传送位移值Dl ;第四位移传感器(11)通过数据处理器(2)向工业控制计算机(I)传送位移值Gl ;上述位移值Dl为货车转向架(3)的侧架下摆点位置(3.2)的满载摆动位移量，上述位移值Gl为货车转向架(3)的侧架中央方框三角孔侧(3.5)的满载摆动位移量； 步骤9:在工业控制计算机(I)内根据压力Al、推力C、位移值Dl和位移值G1，依据如下公式得到货车满载状态下，货车转向架的摆动刚度:
8.根据权利要求7所述的铁路货车转向架摆动刚度在线检测方法，其特征在于:所述步骤2中的推力B等于步骤7中的推力C ;所述压力A为60~80ΚΝ，所述压力Al为350ΚΝ~550ΚΝ,所述推力B为30~60ΚΝ，所述推力C为30~60ΚΝ。
9.根据权利要求6所述的铁路货车转向架摆动刚度在线检测方法，其特征在于:所述步骤3中，压力传感器(12)通过数据处理器(2)向工业控制计算机(I)反馈压力值BI，所述压力值BI等于推力B ;所述步骤8中，压力传感器(12)通过数据处理器(2)向工业控制计算机(I)反馈压力值Cl，所述压力值Cl等于推力C。
【文档编号】G01M17/08GK103471864SQ201310450365
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】吴建强, 胡宏伟, 唐亮亮, 付秀军, 秦荣斌, 苗培实, 李伟华, 于成 申请人:南车长江车辆有限公司