一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台

本发明涉及铁路振动试验，尤其是涉及一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台。

背景技术：

1、目前中国的铁路货运列车为提高运输效率，呈现高速化、重载化趋势，但面临着很多安全性的挑战。铁路标准货车由于缺乏电力供应，导致车载监控系统的覆盖率低、智能车载设备无法应用。基于对经济性电源的需求，振动能量收集技术被广泛研究，通过电磁、压电等发电机理，将列车的持续振动转化为电能，以实现车载设备的自供电。

2、由于铁路的现场试验条件比较稀缺，可靠的铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台对振动能量收集器的性能评估是非常有必要的。目前面临两个问题，一是其安装长度范围要能适应铁路振动能量收集器的高度，且具备可调性；二是铁路振动能量收集器输入位移小，作用力大的特点，会导致振动试验台部件形变，使得实际输入到振动能量收集器的位移远低于预期。

3、目前尚没有专门针对铁路货车车体垂向振动能量收集器的性能试验台，若试验台不经过合理设计，容易导致振动能量收集器不易安装；并且在低精度的位移控制下，振动能量收集器性能评估将产生较大偏差。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种通用性高、可调性好以及控制精度高的铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供了一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，所述试验台包括：

4、控制终端，用于对车体垂向振动能量收集器位移进行闭环控制调节并按照预期位移信号输出对应的步进电机控制信号；

5、步进电机驱动模块，用于依据控制终端输出的控制信号控制步进电机旋转；

6、试验台传动与测试机构，其上安装有待进行性能试验的车体垂向振动能量收集器，用于将步进电机的旋转运动转换为施加在车体垂向振动能量收集器的往复直线运动，并采用设有的位移传感器和力传感器测取实际施加在车体垂向振动能量收集器的位移和力数据；

7、数据采集卡，用于将位移传感器和力传感器实测的位移和力数据转换后传输至所述控制终端。

8、优选地，所述控制终端为计算机，用于将设定的预期位移曲线与实测位移曲线相比较，二者误差经pi控制器中输出修正的位移信号，进而转换为修正的步进电机旋转信号；所述控制终端还用于展示数据采集卡所采集的数据。

9、优选地，所述步进电机驱动模块包括依次连接的单片机、步进电机控制器、步进电机和步进电机支架；所述单片机与所示控制终端连接，所述步进电机驱动模块通过所述步进电机支架固定在所述试验台传动与测试机构上；

10、所述控制终端输出步进电机转速控制信号，经过所述单片机pwm脉宽调制后，再经过步进电机控制器转化为对应的强电流信号，驱动所述步进电机旋转。

11、优选地，所述试验台传动与测试机构还包括试验台框架、丝杠和滑动移动模块；

12、所述车体垂向振动能量收集器包括相互连接的振动能量收集器固定端和振动能量收集器活动端，所述振动能量收集器固定端固定在所述试验台框架端部，所述振动能量收集器活动端与所述滑动移动模块连接；

13、所述步进电机驱动模块固定在试验台框架端部，所述步进电机的转轴通过所述丝杠与滑动移动模块连接，驱动所述滑动移动模块作往复直线运动，带动振动能量收集器活动端作往复直线运动；

14、所述力传感器安装在振动能量收集器固定端与试验台框架的连接处；所述位移传感器安装在滑动移动模块上。

15、优选地，所述滑动移动模块包括滑轨、滑台和l型夹具；

16、所述滑轨固定在所述试验台框架上，所述滑台沿滑轨滑动；所述l型夹具固定在所述滑台上表面，与所述滑台运动保持一致；所述l型夹具与所述振动能量收集器活动端连接；

17、所述滑台内部嵌有丝杠螺母，通过与所述丝杠传动，将步进电机的旋转运动转化为所述滑台的往复直线运动。

18、优选地，所述试验台传动与测试机构还包括用于连接所述振动能量收集器活动端与所述l型夹具的第一连接螺丝、以及固定在试验台框架靠步进电机驱动模块侧的l型连接件，所述l型连接件内部安装所述力传感器，所述l型连接件表面还固定有用于固定所述振动能量收集器活动端的第二连接螺丝；

19、所述第一连接螺丝通过设有的连接螺丝固定件固定在所述l型夹具靠所述车体垂向振动能量收集器侧，用于将l型夹具的往复直线运动施加在所述振动能量收集器活动端；

20、所述连接螺丝固定件的上侧还固定有用于固定所述位移传感器的位移传感器固定件。

21、优选地，所述车体垂向振动能量收集器两侧采用设有的吊环螺丝分别与第一连接螺丝、第二连接螺丝连接，具体为：

22、两侧的吊环螺丝的螺纹端分别固定在振动能量收集器固定端和振动能量收集器活动端内部，露出的圆环部分分别穿过所述第一连接螺丝、第二连接螺丝进行连接。

23、优选地，所述滑轨为t型槽合金滑轨，所述滑台卡在t型槽合金滑轨的上侧，沿着t型槽合金往复直线滑动。

24、优选地，所述试验台传动与测试机构还设置有用于连接步进电机转轴与丝杠的联轴器，以及用于固定丝杠位置的轴固定座；所述轴固定座固定在所述试验台框架上，位于步进电机驱动模块和滑动移动模块之间。

25、优选地，所述振动能量收集器固定端上侧固定有测距固定件，作为所述位移传感器的测量点。

26、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

27、1)丝杠与滑台中丝杠螺母的传动可以自由调节第一连接螺丝的位置，可以实现不同高度的振动能量收集器安装，可调节范围设计参考不同铁路车型转向架到车体底部最大高度，可囊括几乎所有铁路振动能量收集器的高度范围；

28、2)考虑到振动能量收集器位移小，作用力大的特点，容易导致试验台框架以及金属部件形变；试验台对输出位移进行闭环控制，以确保实际施加到振动能量收集器的位移与预期相一致，有效提高控制精度；

29、3)本发明所设计试验台具备兼容性，该试验台中计算机兼具实测数据显示与位移闭环控制功能，对应功能已封装为软件形式，在任意电脑上安装该软件即可实现试验台的控制与使用；

30、4)选用步进电机作用驱动电机，具备大输出力矩，高精度等特点。

技术特征：

1.一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述试验台包括：

2.根据权利要求1所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述控制终端(1)为计算机，用于将设定的预期位移曲线与实测位移曲线相比较，二者误差经pi控制器中输出修正的位移信号，进而转换为修正的步进电机旋转信号；所述控制终端(1)还用于展示数据采集卡(4)所采集的数据。

3.根据权利要求1所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述步进电机驱动模块(2)包括依次连接的单片机(21)、步进电机控制器(22)、步进电机(23)和步进电机支架(24)；所述单片机(21)与所示控制终端(1)连接，所述步进电机驱动模块(2)通过所述步进电机支架(24)固定在所述试验台传动与测试机构(3)上；

4.根据权利要求3所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述试验台传动与测试机构(3)还包括试验台框架(31)、丝杠(34)和滑动移动模块(35)；

5.根据权利要求4所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述滑动移动模块(35)包括滑轨(351)、滑台(352)和l型夹具(353)；

6.根据权利要求5所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述试验台传动与测试机构(3)还包括用于连接所述振动能量收集器活动端(52)与所述l型夹具(353)的第一连接螺丝(36)、以及固定在试验台框架(31)靠步进电机驱动模块(2)侧的l型连接件(37)，所述l型连接件(37)内部安装所述力传感器(32)，所述l型连接件(37)表面还固定有用于固定所述振动能量收集器活动端(52)的第二连接螺丝(371)；

7.根据权利要求6所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述车体垂向振动能量收集器(5)两侧采用设有的吊环螺丝(38)分别与第一连接螺丝(36)、第二连接螺丝(371)连接，具体为：

8.根据权利要求5所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述滑轨(351)为t型槽合金滑轨，所述滑台(352)卡在t型槽合金滑轨的上侧，沿着t型槽合金往复直线滑动。

9.根据权利要求5所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述试验台传动与测试机构(3)还设置有用于连接步进电机(5)转轴与丝杠(34)的联轴器(341)，以及用于固定丝杠(34)位置的轴固定座(342)；所述轴固定座(342)固定在所述试验台框架(31)上，位于步进电机驱动模块(2)和滑动移动模块(35)之间。

10.根据权利要求1所述的一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，其特征在于，所述振动能量收集器固定端(51)上侧固定有测距固定件(332)，作为所述位移传感器(33)的测量点。

技术总结
本发明涉及一种铁路货车车体垂向振动能量收集器性能试验台，所述试验台包括：控制终端，用于对车体垂向振动能量收集器位移进行闭环控制调节并按照预期位移信号输出对应的步进电机控制信号；步进电机驱动模块，用于依据控制终端输出的控制信号控制步进电机旋转；试验台传动与测试机构，其上安装有待进行性能试验的车体垂向振动能量收集器，用于将步进电机的旋转运动转换为施加在车体垂向振动能量收集器的往复直线运动，并采用设有的位移传感器和力传感器测取实际施加在车体垂向振动能量收集器的位移和力数据；数据采集卡，用于将位移传感器和力传感器实测的位移和力数据转换后传输至所述控制终端。与现有技术相比，本发明具有通用性高、可调性好以及控制精度高的优点。

技术研发人员：左建勇,董礼玮
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13