一种基于车体准静态压缩试验的加载装置的制作方法

本实用新型涉及轨道车辆试验技术领域，尤其涉及一种基于车体准静态压缩试验的加载装置。

背景技术：

随着轨道交通的快速发展，对车辆的各种部件结构有了多样化、快捷化的设计需求，车体作为车辆的主要承载部件，在设计制造过程中面临着轻量化、高强度、结构复杂化的诸多难点。同时，新车型试制后需要对车体的强度、刚度进行大量的试验验证来支撑车辆设计。车体的准静态强度、刚度试验是车体试验验证中的重要理论支撑及强度校核方法。车体准静态加载点处于车辆端部垂向高度很高的位置，纵向加载过程中，因加载载荷、加载力臂均较大，如果使用传统止反力加载方式，需设计超大的反力基础，在试验周期及经济性等方面无法满足，故急需设计一种加载装置来满足车体结构的准静态加载试验要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于车体准静态压缩试验的加载装置，用来进行高速动车组、城际动车组、地铁车辆等轨道车辆的车体准静态压缩试验研究，

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种基于车体准静态压缩试验的加载装置，包括：车体强度试验台、横梁支撑架、横梁托板、加载横梁、止反力横梁、纵向拉杆；其中，

所述加载横梁用于布置于车体的第一端墙的外侧，所述止反力横梁用于布置于所述车体的第二端墙的外侧，所述加载横梁的下方和所述止反力横梁的下方均分别通过所述横梁托板连接有所述横梁支撑架，所述横梁支撑架设置于所述车体强度试验台的丝杠上方；

所述横梁托板设有滑移连接结构，所述加载横梁和所述止反力横梁均能够通过所述滑移连接结构相对所述横梁托板沿所述车体的前后方向滑移；

所述纵向拉杆有多个且在所述车体左右方向上对称布置，每个所述纵向拉杆的两端分别固定连接于所述加载横梁和所述止反力横梁；

所述加载横梁设有用于对所述第一端墙施加压力的伺服液压缸，所述伺服液压缸连接有液压伺服加载系统，所述止反力横梁设有用于支撑所述第二端墙的止反力丝杠，所述伺服液压缸的轴线与所述止反力丝杠的轴线重合。

优选地，在上述加载装置中，所述滑移连接结构包括长圆孔结构和可滑移地贯穿于所述长圆孔结构的连接柱。

优选地，在上述加载装置中，所述长圆孔结构设置于所述加载横梁以及所述止反力横梁上，

和/或

所述长圆孔结构设置于所述横梁托板上。

优选地，在上述加载装置中，所述连接柱包括连接螺柱和连接于所述连接螺柱端部的卡接螺母。

优选地，每个所述纵向拉杆的下方均布置有多个垂向支撑杆，所述垂向支撑杆的下端连接于所述车体强度试验台，所述垂向支撑杆的上端设置有用于承托所述纵向拉杆的纵向拉杆托架，所述纵向拉杆能够沿自身轴向相对所述纵向拉杆托架滑移。

优选地，在上述加载装置中，所述垂向支撑杆的上端设置有用于调节所述纵向拉杆托架的高度的微调结构。

优选地，每个所述纵向拉杆包括多根依次连接固定的分段拉杆，所述分段拉杆的端部设有法兰座和加强板。

优选地，所述伺服液压缸的末端设置有用于抵接所述第一端墙的加载头总成，所述加载头总成与所述伺服液压缸之间设置有力传感器，所述力传感器连接于所述液压伺服加载系统。

优选地，所述纵向拉杆的数量为两个，两个所述纵向拉杆平行布置于所述车体的左右两侧，所述伺服液压缸的数量为两个，两个所述伺服液压缸在所述车体左右方向上对称布置。

优选地，所述横梁支撑架通过底部支撑横梁以及丝杠锁紧座设置于所述车体强度试验台的丝杠上。

本实用新型提供的基于车体准静态压缩试验的加载装置，包括：车体强度试验台、横梁支撑架、横梁托板、加载横梁、止反力横梁、纵向拉杆；其中，加载横梁和止反力横梁分别布置于车体两个端墙的外侧并分别通过横梁托板连接有横梁支撑架，横梁支撑架设置于车体强度试验台的丝杠上；加载横梁和止反力横梁均通过滑移连接结构相对横梁托板可滑移连接；纵向拉杆的两端分别连接加载横梁和止反力横梁，形成封闭式框架结构；加载横梁设有伺服液压缸，止反力横梁设有与伺服液压缸同轴布置的止反力丝杠。

试验时，将车体固定在封闭式框架结构的中心，利用伺服液压缸对车体施加压缩载荷，与另一侧的止反力丝杠共同压紧车体，在反作用力下，纵向拉杆受到与压缩载荷相同大小的拉力作用，从而完成载荷的施加。滑移连接结构用于释放加载横梁与止反力横梁在加载过程中的沿纵向的位移，保证车体的压缩载荷能够均匀施加。

本实用新型采用了力的相对平衡原理和封闭式框架结构，在结构上具有很高的强度以及便捷的现场装配条件，无需庞大的地面反力座结构，能够适配不同的试验车体，提高了试验的效率；加载源采用伺服液压缸可实现车体准静态加载载荷的均匀施加，可精确地控制加载的力及加载速度、加载位移等参数；加载系统采用闭环控制，能够采用力控制或者位移控制模式对车辆进行加载及实现参数的监控与采集。本实用新型可以用于进行高速动车组、城际动车组、地铁车辆等车体的准静态压缩试验研究。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例中的加载装置的主视图；

图2为本实用新型具体实施例中的加载装置的俯视图；

图3为本实用新型具体实施例中的加载装置的侧视图；

图4为本实用新型具体实施例中的加载横梁与伺服液压缸连接的局部示意图；

图5为本实用新型具体实施例中的止反力横梁与止反力丝杠连接的局部示意图；

图6为本实用新型具体实施例中的纵向拉杆的结构示意图。

图1至图6中：

1-液压伺服加载系统、2-四通道液压模块、3-加载横梁、4-伺服液压缸、5-力传感器、6-加载头总成、7-纵向拉杆、8-止反力横梁、9-止反力丝杠、10-丝杠锁紧螺母、11-法兰座、12-加强板、13-垂向支撑杆、14-横梁托板、15-底部支撑横梁、16-丝杠锁紧座、17-车体强度试验台、18-车体、19-纵向拉杆托架、20-横梁支撑架、21-丝杠。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1至图6，图1为本实用新型具体实施例中的加载装置的主视图，图2为本实用新型具体实施例中的加载装置的俯视图，图3为本实用新型具体实施例中的加载装置的侧视图，图4为本实用新型具体实施例中的加载横梁与伺服液压缸连接的局部示意图，图5为本实用新型具体实施例中的止反力横梁与止反力丝杠连接的局部示意图，图6为本实用新型具体实施例中的纵向拉杆的结构示意图。

本实用新型结合车体强度试验台17，设计了一种基于车体准静态压缩试验的加载装置，用于进行高速动车组、城际动车组、地铁车辆等车体的准静态压缩车体强度、刚度试验的研究。该加载装置包括：车体强度试验台17、横梁支撑架20、横梁托板14、加载横梁3、止反力横梁8、纵向拉杆7。各个部件的结构和连接关系如下：

其中，加载横梁3用于布置于车体18的第一端墙的外侧，止反力横梁8用于布置于车体18的第二端墙的外侧，加载横梁3的下方和止反力横梁8的下方均分别通过横梁托板14连接有横梁支撑架20，横梁支撑架20设置于车体强度试验台17的丝杠21上方，起到支撑两个横梁的辅助作用；

横梁托板14设有滑移连接结构，加载横梁3和止反力横梁8均能够通过滑移连接结构相对横梁托板14沿车体18的前后方向滑移；

纵向拉杆7有多个且在车体18左右方向上对称布置，每个纵向拉杆7的两端分别固定连接于加载横梁3和止反力横梁8，从而形成封闭式的框架结构；

加载横梁3设有用于对第一端墙施加压力的伺服液压缸4，伺服液压缸4连接有液压伺服加载系统1，止反力横梁8设有用于支撑第二端墙的止反力丝杠9，伺服液压缸4的轴线与止反力丝杠9的轴线重合。

试验时，将车体18固定在封闭式框架结构的中心，利用伺服液压缸4对车体18施加压缩载荷，与另一侧的止反力丝杠9共同压紧车体18，伺服液压缸4的加载中心线与止反力丝杠9的中心线重合，在反作用力下，纵向拉杆7受到与压缩载荷相同大小的拉力作用，从而完成载荷的施加。滑移连接结构用于释放加载横梁3与止反力横梁8在加载过程中的沿纵向的位移，保证车体18的压缩载荷能够均匀施加。

本实用新型采用了力的相对平衡原理和封闭式框架结构，在结构上具有很高的强度以及便捷的现场装配条件，无需庞大的地面反力座结构，能够适配不同的试验车体，提高了试验的效率；加载源采用伺服液压缸可实现车体准静态加载载荷的均匀施加，可精确地控制加载的力及加载速度、加载位移等参数；加载系统采用闭环控制，能够采用力控制或者位移控制模式对车辆进行加载及实现参数的监控与采集。

需要说明的是，上述滑移连接结构用于释放加载横梁3与止反力横梁8在加载过程中的沿纵向的位移，滑移连接结构具体可以采用多种结构形式，例如滑轨滑槽连接结构、连接柱与长圆孔连接结构、管柱滑移连接结构等等，在一种优选实施例方案中，上述滑移连接结构包括长圆孔结构和可滑移地贯穿于长圆孔结构的连接柱，长圆孔结构的长度方向沿车体的前后方向延伸布置，如此可以使横梁在加载过程中沿车体的前后方向释放加载位移。在装配时，先将连接柱贯穿在长圆孔结构中，然后，将连接柱的两端分别卡接或固定于下方的横梁托板14以及上方的横梁，连接柱的作用是仅限制横梁托板14与上方的横梁之间的在竖直方向上的相对位移，两个横梁均可以在横梁托板14上滑动。

需要说明的是，上述长圆孔结构具体可以设置于加载横梁3以及止反力横梁8上，也可以设置于横梁托板14上，当然，也可以在加载横梁4、止反力横梁8以及横梁托板14上均设置有对应的长圆孔结构，在装配时，将连接柱穿过长圆孔结构，但不可紧固，用以释放横梁在加载过程中的纵向位移，即，两横梁可在横梁托板14上滑移，连接柱只限制横梁在竖直方向的自由度。

需要说明的是，上述连接柱可以设计为多种结构，例如螺柱螺母结构，或两端带卡接头的连接柱结构等，优选地，本具体实施例方案中的连接柱包括连接螺柱和连接于连接螺柱端部的卡接螺母。卡接螺母用于卡接在横梁托板14的长圆孔结构外侧，或卡接在加载横梁3或止反力横梁8的长圆孔结构外侧。

需要说明的是，纵向拉杆7的作用是连接加载横梁3与止反力横梁8，并在伺服液压缸4启动的时候将拉力传递至止反力横梁8，从而使加载横梁3和止反力横梁8共同压缩车体18。为了减少纵向拉杆7的变形，优选地，本方案在每个纵向拉杆7的下方均布置有多个垂向支撑杆13，垂向支撑杆13的下端连接于车体强度试验台17，垂向支撑杆13的上端设置有用于承托纵向拉杆7的纵向拉杆托架19，纵向拉杆7能够沿自身轴向相对纵向拉杆托架19滑移，纵向拉杆托架19与纵向拉杆7之间的接触处无需固定，用于释放纵向拉杆7在加载过程中的纵向位移。

优选地，垂向支撑杆13的上端设置有用于调节纵向拉杆托架19的高度的微调结构。通过调节微调结构可以改变纵向拉杆托架19的高度，从而使纵向拉杆托架19良好地承托纵向拉杆7，同时不会影响纵向拉杆7的纵向滑移。具体的，该微调结构可以设计为螺纹调节结构，或者滑轨调节结构等，均能够实现纵向拉杆托架19相对垂向支撑杆13的位置调整。

优选地，本方案将每个纵向拉杆7设计为多段拉杆连接的形式，即，每个纵向拉杆7包括多根依次连接固定的分段拉杆，分段拉杆的端部设有法兰座11和加强板12。相邻的分段拉杆通过端部的法兰座11和连接螺栓依次相互连接固定，加强板12用于提高纵向拉杆7端部的连接强度。每个分段拉杆连同其法兰座11和加强板12可以通过整体焊接而成或一体铸造成型。本领域技术人员可以根据车体18的具体长度来设计不同数量的分段拉杆，当然，本实用新型还可以将纵向拉杆7设计为一个整体的拉杆结构，本文不再赘述。

优选地，伺服液压缸4的末端设置有用于抵接第一端墙的加载头总成6，加载头总成6与伺服液压缸4之间设置有力传感器5，力传感器5连接于液压伺服加载系统1。力传感器5可以将伺服液压缸4施加的压力实时反馈到液压伺服加载系统1，使液压伺服加载系统1实现闭环控制，从而能够采用力控制模式或者位移控制模式对车辆进行加载以及实现参数的监控与采集。

本实用新型可以根据车体准静态压缩试验的具体需求来选择不同规格的伺服液压缸4以及力传感器5，本具体实施例方案中选用了50T伺服液压缸以及500kN力传感器。

止反力横梁8上设置的止反力丝杠9用于抵接车体18的第二端墙外侧，在安装加载装置时，可以通过止反力丝杠9上的丝杠锁紧螺母10将纵向拉杆7拉紧。

优选地，纵向拉杆7的数量为两个，两个纵向拉杆7平行布置于车体18的左右两侧，伺服液压缸4的数量为两个，两个伺服液压缸4在车体18左右方向上对称布置，并通过四通道液压模块2与液压伺服加载系统1相连。两个纵向拉杆7和加载横梁3以及止反力横梁8共同形成一个矩形的封闭式框架结构，两个伺服液压缸4可以在车体18左右对称施加压缩载荷，对应地，止反力横梁8上设置有两个止反力丝杠9，从而可以对车体18均匀施加载荷，提高车体准静态压缩试验的准确度和精度。

优选地，横梁支撑架20通过底部支撑横梁15以及丝杠锁紧座16设置于车体强度试验台17的丝杠21上，如图2所示。横梁支撑架20设计为框架结构，其作用是将加载横梁3和止反力横梁8承托在一定高度位置，以便于加载横梁3和止反力横梁8对车体施加压缩载荷。当然，本实用新型还可以采用其他固定装置将横梁支撑架20固定在车体强度试验台17上，本文不再赘述。另外，车体18每侧的横梁支撑架20可以设置为一个或多个，本领域技术人员可以根据需求选择横梁支撑架20的具体数量。

下面详细介绍一下本实用新型的加载装置的安装过程。

将两端的底部支撑横梁15和丝杠锁紧座16用螺栓紧固至车体强度试验台17的丝杠21上。将四个横梁支撑架20分别安装至底部支撑横梁15的上平面，车体18的前后两端外侧各安装两个。将横梁托板14安装到横梁支撑架20上。将止反力丝杠9安装到止反力横梁8上。将500kN力传感器、加载头总成6安装至50T伺服液压缸上，然后，整体安装至加载横梁3上。将加载横梁3和止反力横梁8分别吊装至车体18两端墙外侧的横梁支撑架20的横梁托板14上。将垂向支撑杆13按照图纸距离要求均布于车体18左右两侧，垂向支撑杆13的下端用螺栓安装至车体强度试验台17地面的T型槽中。将组装好的纵向拉杆7吊装至车体18两侧并分别与顶部的加载横梁3及止反力横梁8相连接，连接方式可以为螺纹连接或螺栓连接，连接并调整好距离后，用丝杠锁紧螺母10锁紧。调整每根垂向支撑杆13顶部的微调装置，使纵向拉杆托架19良好地承托纵向拉杆7，接触处无需固定，用以释放加载过程中纵向拉杆7的纵向位移。将加载横梁3、止反力横梁8底面的长圆孔与横梁托板14的长圆孔用螺柱穿过，并安装卡接螺母，但不可紧固，用以释放加载过程中两个横梁的纵向位移。完成液压伺服加载系统1、四通道液压模块2、50T伺服液压缸4、500kN力传感器5的管路连接及信号线连接。加载装置整体组装完成后按照试验要求将所有部件紧固，并横向调整伺服液压缸4及止反力丝杠9至车体加载点位置。

开启液压伺服加载系统1，进行几次小力载荷的模拟预加载，确认无误后，进行正式试验程序。

本实用新型提供的加载装置采用悬浮式封闭框架结构设计，结构简单且强度刚度高，能适配不同的试验车体，试验快速高效。采用力的相对平衡原理进行主加载结构设计，在结构上具有很高的强度及便捷的现场装配条件，无需庞大的地面反力座结构。加载源采用液压伺服加载原理，用两条50T伺服液压缸来实现车体准静态加载载荷的同步均匀施加，同步精度高，加载过程可实时监控，可精确地控制加载的力及加载速度、加载位移等参数。加载系统采用闭环控制，能采用力控制或者位移控制模式对车体进行加载以及实现参数的监控与采集。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。