高速动车组车端风挡综合性能试验台的制作方法

本实用新型涉及一种轨道车辆车端零部件检测试验装置，更具体地说，本实用新型涉及一种高速动车组车端风挡综合性能试验台。

背景技术：

随着动车组时速的不断提高，对动车组部件的设计提出了更高的要求。高速动车组风挡设计技术是列车编组中车端钩缓、制动、电气和风挡四大连接技术之一，风挡安装于相邻两车厢的连接处，是列车车厢与车厢之间的重要软连接部分；风挡应该具有良好的纵向伸缩性和横向、垂向柔性，以满足车辆运行过程中振动和安全通过曲线、道岔的要求，使乘客可以安全舒适地在车辆之间自由走动，风挡起到了连接、密封、隔热、隔声和安全保护作用，营造一个安全、舒适的乘车环境。

我国传统客车端之间采用内风挡连接，造成风挡连接处截面突变，列车运行时影响车体端墙流场的压力分布，将增加列车空气阻力与其他气动载荷，从而导致运行能耗增加等。因此现有高速动车组一般采用内外风挡共同承担车辆之间的挤压和相对运动，其中内风挡为一体压制成型的双层折棚式结构，主要作为旅客安全通道，以及保证车内气密性；外风挡为橡胶囊风挡，有半封闭式外风挡和全封闭式外风挡两种结构，主要起隔音和降噪的作用，并且使车体间的车辆连接部位尽量平滑化，以降低运行过程中受到的空气阻力。

目前橡胶材料在动车组外风挡中得到了广泛的应用，在相同的使用环境下橡胶材料的疲劳性能要比金属材料普遍要低，由于载荷影响等原因，我国现运行的一种高速动车组橡胶外风挡上出现了裂纹现象，而橡胶风挡的使用要求表面不允许出现裂纹、穿孔，否则将影响列车运行的安全性及稳定性。因此，亟待分析并确定这种现象出现的主要原因，为今后如何采取措施解决具体问题提供技术指导。但是，目前还没有行之有效的试验装置能够有效地对高速动车组车端风挡进行试验。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高速动车组车端风挡试验装置，模拟列车实际运行过程中车端风挡运动与变形情况，能够有效地试验车端风挡的性能。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种高速动车组车端风挡综合性能试验台，由运动端风挡及六自由度运动装置总成A、固定端风挡及支撑装置总成B、动态轮廓测量装置总成C和控制系统D组成，所述固定端风挡及支撑装置总成B由固定端支撑框架23、固定端风挡及安装座装配体24和固定端模拟端墙25组成，所述固定端支撑框架23由方管焊接而成的门框型框架结构，通过固定端支撑框架地轨10安装在试验台地基E上，所述固定端模拟端墙25通过三维力传感器及其连接板装置安装在固定端支撑框架23上；

所述动态轮廓测量装置总成C安装在运动端风挡及六自由度运动装置总成A与固定端风挡及支撑装置总成B之间，用来监测运动端风挡16与固定端风挡28的运动及变形情况，所述动态轮廓测量装置总成C由动态轮廓测量摄像机安装框架26和多个动态轮廓测量摄像机27组成，所述动态轮廓测量摄像机27安装在龙门型的动态轮廓测量摄像机安装框架26上，其中每两个动态轮廓测量摄像机27对称安装在龙门型的动态轮廓测量摄像机安装框架26的两侧面上，所述动态轮廓测量摄像机27个数和安装位置可调。

所述运动端风挡及六自由度运动装置总成A由运动端支撑框架1、运动端风挡与模拟端墙装配体13、伺服电动缸、垂向缸支撑架和三维力传感器组成，所述运动端风挡与模拟端墙装配体13通过三维力传感器安装在运动端支撑框架1上，所述运动端支撑框架1上表面通过伺服电动缸与固定端风挡及支撑装置总成B连接，所述运动端支撑框架1下表面通过螺栓安装有正三角铰点电动缸下联结管8，所述正三角铰点电动缸下联结管8分别通过伺服电动缸与试验台地基E和垂向缸支撑架连接，所述垂向缸支撑架通过垂向支撑架地轨安装在试验台地基E上，通过垂向、横向和纵向伺服电动缸协调控制运动端支撑框架1的六自由度的运动，使得运动端支撑框架1能够模拟列出车端在行进过程中的俯仰、侧滚、转向、错动、沉浮以及伸缩运动，进而实现模拟运动端风挡16实际运行过程中的运动及变形。

所述伺服电动缸为垂向伺服电动缸2个，纵向伺服电动缸3个，横向伺服电动缸1个，所述三维力传感器4个，所述1、2号垂向伺服电动缸2、3一端分别通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在1、2号垂向缸支撑架3、6上，另一端分别通过球关节支座47安装在正三角铰点电动缸下联结管8的两端面上，所述横向伺服电动缸7一端通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在试验台地基E的坑槽内，另一端通过球关节支座47安装在正三角铰点电动缸下联结管8的内侧面上；所述1、2号纵向伺服电动缸11、12一端分别通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在试验台地基E上，另一端分别通过球关节支座47安装在正三角铰点电动缸下联结管8横梁下表面上；所述3号纵向伺服电动缸14一端通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在固定端支撑框架23上表面，另一端通过球关节支座47安装在正三角铰点纵向缸上联结管15上表面，所述正三角铰点纵向缸上联结管15通过螺栓安装在运动端支撑框架1的上表面；所述1、2号垂向缸支撑架3、6分别通过1、2号垂向支撑架地轨4、5对称安装在试验台地基的左右两侧。

所述正三角铰点电动缸下联结管8为两边长度不相等的U形结构，由矩形方管焊接而成；所述横向伺服电动缸7的另一端通过球关节支座47安装在正三角铰点电动缸下联结管8的U形长边内侧面上。

所述运动端风挡与模拟端墙装配体13通过1、2、3、4号三维力传感器17、18、20、21及各传感器连接板安装在运动端支撑框架1上，所述1、2、3、4号三维力传感器17、18、20、21的安装位置可调，用来测量运动端风挡16整体的三维力，以便于计算风挡的整体刚度或者阻尼，运动端模拟端墙19和固定端模拟端墙25均为铝型材框架结构，每根铝型材上有螺栓安装槽用于安装风挡部件。

所述运动端风挡16通过若干个均匀分布的风挡夹具及三维力传感器装置22安装在运动端模拟端墙19上，所述运动端风挡16截面形状为U字形的橡胶结构件，在风挡的内外侧根部分别均布若干个风挡夹具及三维力传感器装置22，用来测量分段风挡的受力。

所述风挡夹具及三维力传感器装置22由扇形夹具上夹具体31、拧紧长螺杆32、扇形夹具三维力传感器33、扇形夹具传感器连接座34和扇形夹具下夹具体35组成，所述扇形夹具上、下夹具体31、35呈L状结构，扇形夹具上、下夹具体夹板38、36的加紧面设置有锯齿状凸牙，扇形夹具上夹具体导轨39与扇形夹具下夹具体导向座37采用燕尾槽配合，并通过拧紧长螺杆32安装在一起；在扇形夹具下夹具体导向座37的背面安装有扇形夹具三维力传感器33，用来测量所夹风挡分段的三维力。

在扇形夹具下夹具体导向座37的背面安装有扇形夹具三维力传感器33，用来测量所夹风挡分段的三维力，所述扇形夹具三维力传感器33是由上连接板、下连接板以及十字型贴片结构组成，其下连接板安装在扇形夹具传感器连接座34上；所述扇形夹具传感器连接座34由夹具传感器连接座上连接板40、夹具传感器连接座下连接板41以及中间连接柱焊接而成，所述扇形夹具传感器连接座34与扇形夹具三维力传感器33通过螺栓连接，且安装位置可调，用于调整扇形夹具三维力传感器33的旋转角度。

所述固定端风挡及安装座装配体24由固定端风挡28、固定端风挡安装紧固件29和固定端风挡安装连接座30组成，所述固定端风挡安装连接座30与扇形夹具传感器连接座34的结构相同，通过螺栓安装在固定端风挡安装紧固件29上，且安装位置可调，所述固定端风挡28通过固定端风挡安装紧固件29与其他结构连接，采用的是动车组风挡的实际安装形式，用于与运动端风挡16形成对比试验，以便全面有效的检测风挡的使用性能。

所述1号垂向缸支撑架3和2号垂向缸支撑架6结构相同，呈三角形结构，垂向缸支撑架立柱43上端侧表面焊接有垂向缸虎克铰支承轴承座安装板42用来安装电动缸虎克铰支承轴承座装配体46，垂向缸支撑架立柱43底端焊接有垂向缸支撑架安装底板44，后侧面焊接有垂向缸支撑架斜撑柱45，在立柱与斜撑柱之间焊接有加强横梁。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的高速动车组风挡综合性能试验台采用风挡夹具及三维力传感器装置分段测量风挡的受力情况，能够更为真实有效地检测风挡在实际运行工况下的使用性能，快速地找出风挡损坏的原因。

2.本实用新型所述的高速动车组风挡综合性能试验台利用摄像机实时拍摄风挡变形轮廓，采用双目视觉测量的原理得到风挡上每一段的变形位移，再根据夹具三维力传感器所测得的分段风挡收到的力的大小，进而测得分段风挡的刚度特性和阻尼特性，为风挡制造商提供技术依据。

3.本实用新型所述的高速动车组风挡综合性能试验台不仅可以对动车组橡胶外风挡单独进行试验，也可以对动车组内风挡或者二者的组合进行试验，可进行刚度、阻尼试验，包括线性刚度、阻尼和非线性刚度、阻尼以及随位移和速度变化的动刚度、动阻尼。还能够对内外风挡进行模拟试验以及疲劳性试验。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型所述的高速动车组风挡综合性能试验台轴测图；

图2是本实用新型所述的运动端风挡及六自由度运动装置总成轴测图；

图3是本实用新型所述的运动端风挡及支撑框架装配体轴测图；

图4是本实用新型所述的运动端风挡及夹具总成装配体轴测图；

图5是本实用新型所述的固定端风挡及安装座装配体轴测图；

图6是本实用新型所述的扇形夹具与三维力传感器装配体轴测图；

图7是本实用新型所述的扇形夹具下夹具体轴测图；

图8是本实用新型所述的扇形夹具上夹具体轴测图；

图9是本实用新型所述的夹具传感器连接座轴测图；

图10是本实用新型所述的垂向缸支撑架轴测图。

图中：A.运动端风挡及六自由度运动装置总成，B.固定端风挡及支撑装置总成，C.动态轮廓测量装置总成，D.控制系统，E.试验台地基，1.运动端支撑框架，2.1号垂向伺服电动缸，3.1号垂向缸支撑架，4.1号垂向支撑架地轨，5.2号垂向支撑架地轨，6.2号垂向缸支撑架，7.横向伺服电动缸，8.正三角铰点电动缸下联结管，9.2号垂向伺服电动缸，10.固定端支撑框架地轨，11.1号纵向伺服电动缸，12.2号纵向伺服电动缸，13.运动端风挡与模拟端墙装配体，14.3号纵向伺服电动缸，15.正三角铰点纵向缸上联结管；16.运动端风挡，17.1号三维力传感器，18.2号三维力传感器，19.运动端模拟端墙，20.3号三维力传感器，21.4号三维力传感器，22.风挡夹具及三维力传感器装置，23.固定端支撑框架，24.固定端风挡及安装座装配体，25.固定端模拟端墙，26.动态轮廓测量摄像机安装框架，27.动态轮廓测量摄像机，28.固定端风挡，29.固定端风挡安装紧固件，30.固定端风挡安装连接座，31.扇形夹具上夹具体，32.拧紧长螺杆，33.扇形夹具三维力传感器，34.扇形夹具传感器连接座，35.扇形夹具下夹具体，36.扇形夹具下夹具体夹板，37.扇形夹具下夹具体导向座，38.扇形夹具上夹具体夹板，39.扇形夹具上夹具体导轨，40.夹具传感器连接座上连接板，41.夹具传感器连接座下连接板，42.垂向缸虎克铰支承轴承座安装板，43.垂向缸支撑架立柱，44.垂向缸支撑架安装底板，45.垂向缸支撑架斜撑柱，46.电动缸虎克铰支承轴承座装配体，47.球关节支座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述，但本实用新型技术方案的保护范围不仅仅局限于已下实施方式：

参阅图1，本实用新型所述的高速动车组风挡综合性能试验台是由运动端风挡及六自由度运动装置总成A、固定端风挡及支撑装置总成B、动态轮廓测量装置总成C和控制系统D组成。高速动车组风挡综合性能试验台安装在试验台地基E上。其中固定端风挡及支撑装置总成B是由固定端支撑框架23，固定端风挡及安装座装配体24，固定端模拟端墙25组成。固定端支撑框架23是由方管焊接而成的门框型框架结构，通过固定端支撑框架地轨10安装在试验台地基E上，固定端支撑框架地轨10的长度长于固定端支撑框架23的安装底板长度，方便调整固定端支撑框架23的安装位置。固定端模拟端墙25通过4个三维力传感器及其连接板装置安装在固定端支撑框架23上。动态轮廓测量装置总成C安装在运动端风挡及六自由度运动装置总成A与固定端风挡及支撑装置总成B之间，用来监测运动端风挡16与固定端风挡28的运动及变形情况。动态轮廓测量装置总成C是由动态轮廓测量摄像机安装框架26与多个动态轮廓测量摄像机27组成，动态轮廓测量摄像机27安装在龙门型的动态轮廓测量摄像机安装框架26上，其中每两个动态轮廓测量摄像机27对称安装在龙门型的动态轮廓测量摄像机安装框架26的两侧面上。根据被试风挡的形状及安装位置，动态轮廓测量摄像机27的个数及安装位置均可调。

参阅图2至图4，本实用新型所述的运动端风挡及六自由度运动装置总成A是由运动端支撑框架1、1号垂向伺服电动缸2、1号垂向缸支撑架3、1号垂向支撑架地轨4、2号垂向支撑架地轨5、2号垂向缸支撑架6、横向伺服电动缸7、正三角铰点电动缸下联结管8、2号垂向伺服电动缸9、固定端支撑框架地轨10、1号纵向伺服电动缸11、2号纵向伺服电动缸12、运动端风挡与模拟端墙装配体13、3号纵向伺服电动缸14、正三角铰点纵向缸上联结管15、1号三维力传感器17、2号三维力传感器18、3号三维力传感器20和4号三维力传感器21组成。1号垂向伺服电动缸2和2号垂向伺服电动缸9的一端分别通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在1号垂向缸支撑架3和2号垂向缸支撑架6上，1号垂向伺服电动缸2和2号垂向伺服电动缸9的另一端分别通过球关节支座47安装在正三角铰点电动缸下联结管8的两端面上，其中正三角铰点电动缸下联结管8为两边长度不相等的U形结构，是由矩形方管焊接而成；横向伺服电动缸7的一端通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在试验台地基E上的坑槽内，另一端通过球关节支座47安装在正三角铰点电动缸下联结管8的U形长边内侧面上；1号纵向伺服电动缸11和2号纵向伺服电动缸12的一端分别通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在试验台地基上，1号纵向伺服电动缸11和2号纵向伺服电动缸12的另一端分别通过球关节支座47安装在正三角铰点电动缸下联结管8横梁下表面上；3号纵向伺服电动缸14的一端通过电动缸虎克铰支承轴承座装配体46安装在固定端支撑框架23的上表面上，另一端通过球关节支座47安装在正三角铰点纵向缸上联结管15的上表面上。正三角铰点电动缸下联结管8通过螺栓安装在运动端支撑框架1的下表面，正三角铰点纵向缸上联结管15通过螺栓安装在运动端支撑框架1的上表面。1号垂向伺服电动缸2、2号垂向伺服电动缸9、横向伺服电动缸7、1号纵向伺服电动缸11、2号纵向伺服电动缸12和3号纵向伺服电动缸14协调控制运动端支撑框架1的六自由度的运动，使得运动端支撑框架1能够模拟列出车端在行进过程中的俯仰、侧滚、转向、错动、沉浮以及伸缩运动，进而实现模拟运动端风挡16实际运行过程中的运动及变形情况。1号垂向缸支撑架3和2号垂向缸支撑架6分别通过1号垂向支撑架地轨4和2号垂向支撑架地轨5对称安装在试验台地基的左右两侧。

运动端风挡与模拟端墙装配体13通过1号三维力传感器17、2号三维力传感器18、3号三维力传感器20和4号三维力传感器21及各传感器连接板安装在运动端支撑框架1上，1号三维力传感器17、2号三维力传感器18、3号三维力传感器20和4号三维力传感器21的安装位置可调，用来测量运动端风挡16整体的三维力，以便于计算风挡的整体刚度或者阻尼。运动端模拟端墙19和固定端模拟端墙25均为铝型材框架结构，每根铝型材上有螺栓安装槽方便安装风挡部件。

参阅图4，图6至图9，运动端风挡16通过若干个均匀分布的风挡夹具及三维力传感器装置22安装在运动端模拟端墙19上。运动端风挡16是截面形状为U字形的橡胶结构件，在风挡的内外侧根部分别均布若干个风挡夹具及三维力传感器装置22，用来测量分段风挡的受力情况，更为有效地确定风挡在实际运行过程中出现损坏的原因。风挡夹具及三维力传感器装置22是由扇形夹具上夹具体31、拧紧长螺杆32、扇形夹具三维力传感器33、扇形夹具传感器连接座34和扇形夹具下夹具体35组成。扇形夹具上夹具体31呈L状结构，由扇形夹具上夹具体夹板38和扇形夹具上夹具体导轨39焊接而成。扇形夹具下夹具体35是由扇形夹具下夹具体夹板36和扇形夹具下夹具体导向座37焊接而成。为了增大摩擦力，使得夹紧牢固，扇形夹具下夹具体夹板36和扇形夹具上夹具体夹板38下表面设置有锯齿状凸牙；扇形夹具上夹具体导轨39为燕尾型导轨结构。扇形夹具上夹具体31通过拧紧长螺杆32与扇形夹具下夹具体35安装在一起，转动拧紧长螺杆32，扇形夹具上夹具体31将沿着扇形夹具下夹具体导向座37上下运动，待夹紧风挡时，锁死拧紧长螺杆32。在扇形夹具下夹具体导向座的背面安装有扇形夹具三维力传感器33，用来测量所夹风挡分段的三维力。扇形夹具三维力传感器33是由上连接板、下连接板以及十字型贴片结构组成，其下连接板安装在扇形夹具传感器连接座34上。扇形夹具传感器连接座34是由夹具传感器连接座上连接板40、夹具传感器连接座下连接板41以及中间连接柱焊接而成，夹具传感器连接座上连接板40上对称设置有4个圆弧形长槽孔，用于通过螺栓与扇形夹具三维力传感器33连接，螺栓可以在长槽孔中转动以调整安装位置，这样可以调整扇形夹具传感器连接座34相对于扇形夹具三维力传感器33的旋转角度，以便于扇形夹具传感器连接座34通过夹具传感器连接座下连接板41直接安装在运动端模拟端墙19上。夹具传感器连接座上连接板40上的圆弧形长槽孔的具体形状与加工位置视具体情况而定。

参阅图5，固定端风挡及安装座装配体24是由固定端风挡28、固定端风挡安装紧固件29和固定端风挡安装连接座30组成。在动车组上，橡胶外风挡通过风挡安装紧固件直接安装在车端面上。固定端风挡安装连接座30与扇形夹具传感器连接座34的结构相同，固定端风挡安装连接座30通过螺栓安装在固定端风挡安装紧固件29上，且螺栓可以在长槽孔内转动以调整安装位置。固定端风挡安装连接座30通过下连接板安装在固定端模拟端墙25上。固定端风挡28是通过固定端风挡安装紧固件29与其他结构连接，采用的是动车组风挡的实际安装形式，可用于与运动端风挡16形成对比试验，来更为全面有效的检测风挡的使用性能。

参阅图10，1号垂向缸支撑架3和2号垂向缸支撑架6结构相同，呈三角形结构。垂向缸支撑架立柱43上端侧表面焊接有垂向缸虎克铰支承轴承座安装板42用来安装电动缸虎克铰支承轴承座装配体46，垂向缸支撑架立柱43底端焊接有垂向缸支撑架安装底板44，后侧面焊接有垂向缸支撑架斜撑柱45，在立柱与斜撑柱之间焊接有加强横梁。

本实用新型的提供的高速动车组车端风挡综合性能试验台的工作原理：

由于动车组的实际运行工况复杂多变，每段风挡的受力情况也不尽相同，故其每段的变形情况也比较复杂。为了更为真实有效地测量风挡的使用性能，采用分段测量的方式来进行试验。试验前，运动端风挡和固定端风挡外表面分别涂有不同的颜色，用于拍照时区分。运动端风挡在6个伺服电动缸的协调控制下根据工况设置进行运动，模拟风挡在动车组实际运行工况下的运动形式，运动端风挡上均布设置的风挡夹具及三维力传感器装置通过夹具三维力传感器测量风挡各段所受的作用力。

在运动端风挡运动过程中，其与固定端风挡均发生变形，且变形形式不断变化。此时利用若干个摄像机实时拍摄运动端风挡与固定端风挡的动态接触轮廓，利用双目视觉测量的原理得到风挡上某点的实时位置，进而计算出风挡的变形位移量。再根据夹具三维力传感器所测得的风挡分段的受力大小，即可计算出风挡分段的刚度。

本实用新型的提供的高速动车组车端风挡综合性能试验台不仅可以对动车组橡胶外风挡单独进行试验，也可以对动车组内风挡或者二者的组合进行试验，可进行刚度、阻尼试验，包括线性刚度、阻尼和非线性刚度、阻尼以及随位移和速度变化的动刚度、动阻尼。还能够对内外风挡进行模拟试验以及疲劳性试验。