专利名称：基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及轨道车辆转向架悬挂自振特性检测设备，特别涉及一种基于半车质量 模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台。
背景技术：
轨道车辆是一个多自由度系统，根据多自由度振动系统的特性，作为质量体的车 体、构架应具有振动振型和自振频率，一般称之为车辆悬挂自振特性。根据悬挂刚体的悬挂 自由度，轨道车辆车体和转向架构架的运动有垂向(沉浮)、横向(横移)、摇头、点头和侧 滚。在试验时，根据需要测定的振型对相应自由度进行强迫激振，通过响应来处理出自振频率。转向架作为轨道车辆的走行部位，是保证轨道车辆运行高速、安全、平稳的关键部 件。随着轨道车辆特别是高速动车组运行速度的不断提高，对转向架动力学性能提出了更 高的要求。转向架悬挂自振特性直接关系到轨道车辆整车的悬挂自振特性，考虑到轨道车 辆自振频率一般控制在10Hz，为了避免车体共振，转向架点头和沉浮的自振频率应控制在 一定范围。这就要求在进行轨道车辆特别是高速动车组转向架研发过程中，根据路线谱对 转向架的悬挂参数进行计算和优化，但这仅仅是理论计算，转向架组装完成后，转向架悬挂 自振特性是否达到设计要求，必须通过轨道车辆试验台获取，并进行适当的修正。目前国内外轨道车辆试验台多为整车试验台，主要分为三种模式滚动台，滚动振 动台和激振台，其中滚动振动台和激振台具有激振系统，可以对轨道车辆整车进行激振从 而进行机车车辆自振特性试验。国外滚动振动台以德国慕尼黑滚振试验台为代表，该试验 台是一个在实验室条件下模拟轨道车辆运行的线路模拟器，主要用于测定机车车辆的走行 性能，试验转向架以及各部件对走行性能的影响；国外激振台以美国轮轨动力学试验室为 代表，其自振性能试验台用来研究悬挂系统的特性，机车车辆和部件的固有频率、疲劳强度 等问题。国内由西南交通大学牵引动力国家重点实验室研制的机车车辆整车6轴滚动振动 试验台是当今世界规模最大、功能最多的轨道车辆整车试验台；由青岛四方车辆研究所研 制的车辆整车振动试验台可实现转向架悬挂参数的测定和车辆系统振动模态的测定。轨道 车辆试验台虽然可以进行车辆的自振特性试验，但其一般属于综合性试验台，测试项目广 泛，试验台研发、制造、使用及维护成本高；同时轨道车辆试验台通常只能对整车进行试验， 无法单独对转向架进行自振特性测试，这就造成转向架研发过程中对转向架自振特性进行 测试时必须将车体与转向架组装在一起，导致转向架自振特性试验周期长且试验成本高， 从而增加转向架的研发周期。用于转向架各项参数检测的设备在测试时多不考虑车体，而是在转向架上部安装 平台模拟车体，这类设备多集中于测试组装后转向架的一系、二系、扭转以及整体悬挂参 数。近几年来，德国Wind-Hoff公司、美国标准车辆转向架公司(SCT)以及加拿大庞巴迪公 司都对转向架检测技术进行了研究，提出了相应的技术方案并研制了转向架参数测定试验 台。国内随着轨道车辆的发展，各铁路车辆制造公司及科研院校不断加大对转向架参数检测设备的研发力度，日前长春轨道客车股份有限公司、株洲电力机车厂、青岛四方车辆研究 所都在组建转向架整体参数检测设备。但目前开发的转向架参数测定试验台只能进行转向 架悬挂参数(刚度和阻尼)的测量，无法进行转向架自振特性(振型和频率)的研究。因此，研制开发结构合理、测试结果准确、操作方法简单、试验周期短，使用维护成 本低的轨道车辆转向架悬挂自振特性试验台，并以此来检验半车质量模拟状态下转向架悬 挂自振特性是否符合设计要求，确保车辆运行的安全性、平稳性以及缩短转向架研发周期 已是一项亟待解决的任务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试 验台，该试验台能够利用质量块对转向架进行加载，以达到模拟半车质量的目的；通过电液 伺服系统协调控制各向作动器对被试转向架轮对进行激振，以满足转向架构架垂向沉浮、 横向横移、摇头、点头和侧滚等振型自振频率测试的要求。本发明的目的通过以下技术方案实现，结合
如下本发明提供的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台，主要由试 验台定位及辅助支撑装置A、试验台激振加载装置B和半车质量模拟加载装置C组成，其特 征在于试验台定位及辅助支撑装置A固连在试验台混凝土基础III上，为试验台定位、加 载及辅助装置提供安装固定位置并为各向作动器提供反力支撑作用；试验台激振加载装置 B与试验台定位及辅助支撑装置A上的构件固连，用于固定约束被试转向架II并根据转向 架悬挂自振特性试验振型检测对被试转向架II轮对进行一定形式的激振；半车质量模拟 加载装置C与被试转向架II的摇枕或空气弹簧联接并通过连杆与试验台定位及辅助支撑 装置A上的构件固连，对被试转向架II进行垂向加载以模拟半车质量。所述的试验台定位及辅助支撑装置A包括两套试验台定位立柱总成a、一套试验 台辅助支撑总成b、两块垂向作动器安装铸铁平台C、一块横向作动器安装铸铁平台d、八条 纵向作动器反力座安装地轨e和一个横向缓冲器式连杆固定支撑座f，两套试验台定位立 柱总成a对称布置于试验台纵向中心线两侧，其中的立柱及斜撑柱底部通过螺栓固定在试 验台混凝土基础III上；试验台辅助支撑总成b包括辅助横梁固定支撑座6和辅助支撑横 梁5，辅助横梁固定支撑座6通过T型螺栓固定在试验台混凝土基础III中的地轨上，辅助 支撑横梁5两端由试验台立柱与辅助支撑横梁联接夹板8通过螺杆和螺母与试验台定位立 柱总成a中的试验台主立柱1固定连接；垂向作动器安装铸铁平台c和横向作动器安装铸 铁平台d均通过螺栓固定在试验台混凝土基础III上，其上均制有T型槽分别用安装固定 垂向作动器i和横向作动器j并为垂向作动器i和横向作动器j提供反力；纵向作动器反 力座安装地轨e中每两条为一个单元，预埋于试验台混凝土基础III的四个角，每个单元用 来安装固定纵向作动器反力座总成g ；横向缓冲器式连杆固定支撑座f通过螺栓固定在预 埋于试验台混凝土基础III中的预埋钢板上，其上制有T型槽用来安装固定半车质量模拟 加载装置横向缓冲器式连杆总成O。所述的试验台定位立柱总成a包括两根试验台主立柱1、一根试验台侧立柱2、四 根试验台斜撑支柱3和一块试验台立柱联接柱4，两根试验台主立柱1和一根试验台侧立 柱2底部通过螺栓固定在浇筑于试验台混凝土基础III中的预埋钢板上，上部通过螺栓分
6别固定在试验台立柱联接柱4的三个面上，试验台斜撑支柱3—端通过螺栓和铰接支座固 定在浇筑于试验台混凝土基础III中的预埋钢板上，另一端通过螺栓和铰接支座固定于试 验台主立柱1上，试验台斜撑支柱3用来提高试验台定位立柱总成a的刚度和固有频率，试 验台定位立柱总成a作为试验台辅助支撑总成b安装固定基础，并为试验台后续功能扩展 提供空间。所述的试验台辅助支撑总成b包括两根辅助支撑横梁5、一个辅助支撑横梁固定 支撑座6、八块纵向固定式连杆联接夹板7、八块试验台立柱与辅助支撑横梁联接夹板8和 一块辅助支撑横梁与固定支承座联接夹板9，辅助支撑横梁固定支撑座6底部通过T型螺 栓固定在浇注于试验台混凝土基础III中的地轨上，辅助支撑横梁固定支撑座6上制有用 来支撑固定辅助支撑横梁5的T型槽，并通过固定支撑座联接夹板9、螺杆和螺母与固定辅 助支撑横梁5加紧固定，两根辅助支撑横梁5通过试验台立柱与辅助支撑横梁联接夹板8、 螺杆和螺母与试验台主立柱1夹紧固定，辅助支撑横梁固定支撑座6在试验台混凝土基础 III地轨上的安装位置可调，每两块纵向固定式连杆联接夹板7为一个单元，通过螺杆和螺 母固定在辅助支撑横梁5上，其上制有用于安装固定半车质量模拟加载装置纵向固定式连 杆P的螺纹孔。所述的试验台激振加载装置B由两套对称布置于试验台横向中心线的试验台激 振加载单元组成，每套激振加载单元包括两个纵向作动器反力座总成g、一根试验台激振横 梁h、四个垂向作动器i、两个纵向作动器j、一个横向作动器k、两个活动轨U型挡车轮夹具 1和若干作动器调整平台m，激振横梁h通过四个垂向作动器i、两个纵向作动器j和一个横 向作动器k与试验台混凝土基础III连接，激振横梁h上平面安装有活动轨U型挡车轮卡 具1，激振横梁h在电液伺服系统的控制下根据转向架悬挂自振特性试验不同振型检测的 要求将各向作动器的激振力传递给被试转向架II轮对。所述的四个垂向作动器i 一端通过T型螺栓和铰接支座与垂向作动器安装铸铁平 台c或作动器调整平台m固定连接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁h底面固定连 接，垂向作动器i为激振横梁h提供垂向支撑并在试验时提供垂向激振作用力；所述的纵向作动器j 一端通过螺栓和铰接支座与纵向作动器反力座总成g固定连 接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁h侧面固定连接，纵向作动器j为激振横梁提供 纵向支撑并在试验时进行垂向或横向激振时提供纵向辅助支撑保证激振横梁h受力平衡， 同时为试验台后续功能扩展提供纵向激振作用力；所述的横向作动器k 一端通过T型螺栓和铰接支座与横向作动器安装铸铁平台d 或作动器调整平台m固定连接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁h端面固定连接，横 向作动器k为激振横梁h提供横向支撑并在试验时提供横向激振作用力；所述的活动轨U型挡车轮卡具1通过螺栓固定在激振横梁h上平面，其用来夹紧 和锁止被试转向架II的车轮防止试验时车轮离开激振横梁h，通过调整活动轨U型挡车轮 卡具1在激振横梁h上平面的安装位置来满足不同轨距转向架试验的要求；所述的作动器调整平台m采用铸造工艺制作，其上制有T型槽，使用时通过T型螺 栓固定在垂向作动器安装铸铁平台c和横向作动器安装铸铁平台d上，将垂向作动器i和 横向作动器k 一端通过T型螺栓和铰接支座固定在作动器调整平台m上从而缩短作动器两 端铰接支座的距离，提高试验台整体固有频率。
6、根据权利要求1或4所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试 验台，其特征在于，所述的纵向作动器反力座总成g包括一个纵向作动器反力支座14、一根 纵向作动器反力杆13、一个涨紧套12、一个涨紧套固定环11和一个纵向作动器反力座预埋 管10，纵向作动器反力座预埋管10预埋于试验台混凝土基础III中，用来安装固定涨紧套 固定环11并为纵向作动器反力杆13伸缩提供空间，涨紧套固定环11通过螺栓固定连接在 纵向作动器反力座预埋管10上，涨紧套12外壁与涨紧套固定环11内壁摩擦配合，纵向作 动器反力杆13外壁与涨紧套12内壁摩擦配合，并能在纵向作动器反力座预埋管10中伸 缩，涨紧套12外环的外壁与涨紧套固定环11的内壁之间，以及涨紧套12内环的内壁与反 力杆13外壁之间通过涨紧套12中的螺栓旋紧固定，纵向作动器反力支座14底面通过T型 螺栓固定在纵向作动器反力座安装地轨e上，立面制有螺纹孔与纵向作动器反力杆13和纵 向作动器j固定连接，且安装位置可调，通过调整纵向作动器反力支座14的安装位置以及 纵向作动器反力杆13在纵向作动器预埋管10中的伸缩量来改变激振横梁h之间的安装距 罔。所述的半车质量模拟加载装置C由两个半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连 杆总成O、四根半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P、一个质量块托架总成q和质量块 总成r组成，所述的质量块托架总成q由钢板和型钢焊接而成，其侧面通过两个半车质量模 拟加载装置横向缓冲器式连杆总成ο与试验台定位及辅助支撑装置A中的横向缓冲器式连 杆固定支撑座f相连；其端面通过四根半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P与试验台 定位及辅助支撑装置A中的试验台辅助支撑总成b相连；其底面安装固定在被试转向架II 的摇枕或空气弹簧上，质量块总成r放置在质量块托架总成q的质量块托架底座15上，通 过质量块托架总成q中的质量块固定螺杆20和螺母定位和固定，当半车质量模拟加载装置 C随着被试转向架做垂向或横向运动时，半车质量模拟加载装横向缓冲器式连杆总成ο和 半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P对质量块托架总成q起到限位和约束的作用，保 证在试验过程中半车质量模拟加载装置C的平衡和稳定。所述的半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成ο两端分别通过螺栓和横 向缓冲器式连杆联接夹板η固连在质量块托架总成q的质量块托架主横梁16上和横向缓 冲器式连杆固定支撑座f上；所述的半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P两端分别通 过螺栓和铰接支座固连在质量块托架总成q的质量块托架主立柱17上和试验台辅助支撑 总成b的纵向连杆联接夹板7上。所述的质量块托架总成q包括一个质量块托架底座15、两根质量块托架主横梁 16、三根质量块托架主立柱17、三块质量块托架挡板18、六个质量块固定螺杆安装座19、 六根质量块固定连杆20、六个质量块固定螺杆大垫圈21和质量块总成r，质量块托架底座 15由型材焊接而成，在底座的三根横梁上焊有六个质量块固定螺杆安装座19，其上制有螺 纹孔与质量块固定螺杆20 —端通过螺纹连接并通过螺母锁紧，质量块托架主立柱17固定 在质量块托架底座15的三个角上，质量块托架主横梁16固定在两根质量块托架主立柱17 上，每根质量块托架主横梁16上通过螺栓及螺母固定着两块横向缓冲器式连杆联接夹板η 用于安装半车质量模拟加载装横向缓冲器式连杆总成O。所述的质量块总成r由多个质量块组成，每个质量块22由铸铁铸造而成，在质量 块绕中心轴线四周加工有用于安装质量块定位销23和质量块固定螺杆20的孔，质量块两个侧面装有便于拆卸和搬运的吊耳。本发明的技术效果该转向架悬挂自振特性试验台采用正弦自动扫频信号激振及 随机信号激振，并根据振型检测需要在车体和转向架构架上布置垂向和横向位移传感器。 正弦自动扫频信号激振时，根据响应的共振峰值来识别自振频率；随机激振时，对响应与激 振信号求传递函数，再识别系统的自振频率。试验步骤的程序化、自动化使转向架构架不同 振型下的自振特性的检测更加准确、高效。该转向架悬挂自振特性试验台解决了由于制造工艺等因素使转向架在制造后达 不到设计性能要求的问题。通过参数测试调整后的转向架在整车动力学试验过程中的动力 学性能一次就达到要求，大大缩短了产品研制开发周期，节省了大量的试验时间及经费，该 试验台的研制成功，将在加速我国铁路货车产品的升级换代过程中起到重要作用，应用前 景十分广阔。具有一定的社会效益和经济效益，有利于社会的发展。
图1基于半车模拟状态下的轨道车辆独立转向架自振特性试验台整体效果图一。图2基于半车模拟状态下的轨道车辆独立转向架自振特性试验台整体效果图二。图3基于半车模拟状态下的轨道车辆独立转向架自振特性试验台俯视图。图4基于半车模拟状态下的轨道车辆独立转向架自振特性试验台主体图。图5基于半车模拟状态下的轨道车辆独立转向架自振特性试验台整体正视图。图6试验台定位及辅助支撑装置示意图。图7试验台立柱总成示意图。图8试验台辅助支撑总成示意图，其中(a)试验台辅助支撑总成轴测图；(b)试验台辅助支撑总成正视图。图9试验台激振加载装置及半车质量模拟加载装置示意图。图10试验台激振加载装置示意图。图11纵向作动器反力座总成示意图，其中(a)纵向作动器反力座总成轴测图；(b)纵向作动器反力座总成剖视图；(c)纵向作动器反力座总成局部放大图。图12半车质量模拟加载装置示意图。图13半车质量模拟加载装置试验过程运动趋势分析，其中(a)右视图；(b)前视图；(C)轴测图；(d)俯视图。图14质量块托架总成示意图。图15质量块总成示意图，其中(a)质量块总成轴测图；(b)质量块总成剖视图。图中I-基于半车质量模拟状态下的转向架自振特性试验台；II-被试转向架； III-试验台混凝土基础；A-试验台定位及辅助支撑装置；B-试验台激振加载装置；C-半车质量模拟加载装置；a_试验台定位立柱总成；b_试验台辅助支撑总成；C-垂向作动器安装铸铁平台； d-横向作动器安装铸铁平台；e_纵向作动器反力座安装地轨；f_横向缓冲器式连杆固定 支撑座；g_纵向作动器反力座总成；h-试验台激振横梁；垂向作动器；纵向作动器； k-横向作动器；1-活动轨U型挡车轮卡具；m-作动器调整平台；η-横向缓冲器式连杆联接 夹板；ο-半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成；P-半车质量模拟加载装置纵向固 定式连杆；q_质量块托架总成；r-质量块总成；1-试验台主立柱；2-试验台侧立柱；3-试验台斜撑支柱；4-试验台立柱联接柱； 5_辅助支撑横梁；6-辅助支撑横梁固定支撑座；7-纵向连杆联接夹板；8-试验台立柱与 辅助支撑横梁联接夹板；9-辅助支撑横梁与固定支撑座联接夹板；14-纵向作动器反力支 座；13-纵向作动器反力杆；12-涨紧套；11-涨紧套固定环；10-纵向作动器反力座预埋管； 15-质量块托架底座；16-质量块托架主横梁；17-质量块托架主立柱；18-质量块托架挡 板；19-质量块固定螺杆安装座；20-质量块固定螺杆；21-质量块固定螺杆大垫圈；22-1吨 质量块；23-质量块定位销。
具体实施例方式本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，结合
如下。参阅图1、2、3、4、5，一种基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台， 该试验台包括试验台定位及辅助支撑装置A、试验台激振加载装置B和半车质量模拟加载 装置C。试验台定位及辅助支撑装置A与试验台混凝土基础III固连，为试验台定位、加载 及辅助装置提供安装固定位置并为各向作动器提供反力支撑作用；试验台激振加载装置B 与试验台定位及辅助支撑装置A上的构件固连，固定约束被试转向架II并根据转向架悬挂 自振特性试验振型检测对被试转向架II轮对进行一定形式的激振；半车质量模拟加载装 置C与被试转向架II的摇枕或空气弹簧联接并通过连杆与试验台定位及辅助支撑装置A 上的构件固连，对被试转向架II进行垂向加载以模拟半车质量。参阅图4、5、6、7、8，其中试验台定位及辅助支撑装置A包括两套试验台定位立柱 总成a、一套试验台辅助支撑总成b、两块垂向作动器安装铸铁平台C、一块横向作动器安装 铸铁平台d、八条纵向作动器反力座安装地轨e及一个横向缓冲器式连杆固定支撑座f。两 套试验台定位立柱总成a对称布置于试验台纵向中心线两侧，各立柱及斜撑柱底部通过螺 栓固定在浇注于试验台混凝土基础III中的预埋钢板上，其用于固定和支撑试验台辅助支 撑总成b并为试验台后续功能扩展提供空间。一套试验台辅助支撑总成b中的辅助横梁固 定支撑座6通过T型螺栓固定在浇注于试验台混凝土基础III中的地轨上，辅助支撑横梁 5两端由试验台立柱与辅助支撑横梁联接夹板8通过螺杆和螺母与试验台定位立柱总成a 中的试验台主立柱1固定连接，试验台辅助支撑总成b用来固定支撑半车质量模拟加载装 置C的半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P。两块垂向作动器安装铸铁平台c通过螺 栓固定在浇注于试验台混凝土基础III内的地锚器网上，其上制有T型槽用来安装固定垂 向作动器i并为垂向作动器i提供反力。一块横向作动器安装铸铁平台d通过螺栓固定在 浇注于试验台混凝土基础III内的预埋钢板上，其上制有T型槽用来安装固定横向作动器j 并为横向作动器j提供反力。八条纵向作动器反力座安装地轨e每两条为一个单元，预埋
10于试验台混凝土基础III的四个角，每个单元用来安装固定纵向作动器反力座总成g。一个 横向缓冲器式连杆固定支撑座f通过螺栓固定在预埋于试验台混凝土基础III中的预埋钢 板上，其上制有T型槽用来安装固定半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成O。参阅图7，其中试验台定位立柱总成a包括两根试验台主立柱1、一根试验台侧立 柱2、四根试验台斜撑支柱3及一块试验台立柱联接柱4。两根试验台主立柱1和一根试验 台侧立柱2底部通过螺栓固定在浇筑于试验台混凝土基础III中的预埋钢板上，上部通过 螺栓分别固定在试验台立柱联接柱4的三个面上。试验台斜撑支柱3—端通过螺栓和铰接 支座固定在浇筑于试验台混凝土基础III中的预埋钢板上，另一端通过螺栓和铰接支座固 定于试验台主立柱1上，试验台斜撑支柱3用来提高试验台定位立柱总成a的刚度和固有 频率。试验台定位立柱总成a作为试验台辅助支撑总成b安装固定基础，并为试验台后续 功能扩展提供空间。参阅图8，其中试验台辅助支撑总成b包括两根辅助支撑横梁5、一个辅助支撑横 梁固定支撑座6、八块纵向固定式连杆联接夹板7、八块试验台立柱与辅助支撑横梁联接夹 板8及一块辅助支撑横梁与固定支承座联接夹板9。辅助支撑横梁固定支撑座6通过T型 螺栓固定在浇注于试验台混凝土基础III中的地轨上，其上制有T型槽，用来支撑固定辅助 支撑横梁5。两根辅助支撑横梁5由钢板焊接而成。两块试验台立柱与辅助支撑横梁联接 夹板8通过螺杆和螺母将辅助支撑横梁5 —端与试验台主立柱1夹紧使两者之间靠摩擦副 约束。为了提高辅助支撑横梁5的刚度，调整辅助支撑横梁固定支撑座6在试验台混凝土 基础III地轨上的安装位置，并利用辅助支撑横梁与固定支撑座联接夹板9、螺杆和螺母将 辅助支撑横梁5与固定支撑座6固定在一起。每两块纵向固定式连杆联接夹板7为一个单 元，通过螺杆和螺母固定在辅助支撑横梁5上，其上制有螺纹孔用于安装固定半车质量模 拟加载装置纵向固定式连杆P。参阅图4、5、9、10，其中试验台激振加载装置B由两套对称布置于试验台横向中心 线的试验台激振加载单元组成，每套激振加载单元包括两个纵向作动器反力座总成g、一根 试验台激振横梁h、四个垂向作动器i、两个纵向作动器j、一个横向作动器k、两个活动轨U 型挡车轮夹具1及若干作动器调整平台m。激振横梁h通过四个垂向作动器i、两个纵向作 动器j和一个横向作动器k与试验台混凝土基础III连接，横梁上平面安装有活动轨U型 挡车轮卡具1，激振横梁h在电液伺服系统的控制下根据转向架悬挂自振特性试验不同振 型检测的要求将各向作动器的激振力传递给被试转向架II轮对。四个垂向作动器i 一端 通过T型螺栓和铰接支座与垂向作动器安装铸铁平台c或作动器调整平台m固定连接，另 一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁h底面固定连接，垂向作动器i为激振横梁h提供垂 向支撑并在试验时提供垂向激振作用力。两个纵向作动器j 一端通过螺栓和铰接支座与纵 向作动器反力座总成g固定连接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁h侧面固定连接， 纵向作动器j为激振横梁提供纵向支撑并在试验时进行垂向或横向激振时提供纵向辅助 支撑保证激振横梁h受力平衡，同时为试验台后续功能扩展提供纵向激振作用力。一个横 向作动器k 一端通过T型螺栓和铰接支座与横向作动器安装铸铁平台d或作动器调整平台 m固定连接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁h端面固定连接，横向作动器k为激振 横梁h提供横向支撑并在试验时提供横向激振作用力。通过分别调整垂向作动器i和横向 作动器k在垂向作动器安装铸铁平台c和横向作动器安装铸铁平台d上的安装位置以及纵向作动器反力座总成g的安装位置来改变两根试验台激振横梁h的距离从而满足不同轴距 转向架试验的要求。两个活动轨U型挡车轮卡具1通过螺栓固定在激振横梁h上平面，其 用来夹紧和锁止被试转向架II的车轮防止试验时车轮离开激振横梁h，通过调整活动轨U 型挡车轮卡具1在激振横梁h上平面的安装位置来满足不同轨距转向架试验的要求。作动 器调整平台m采用铸造工艺制作，其上制有T型槽，使用时通过T型螺栓固定在垂向作动器 安装铸铁平台c和横向作动器安装铸铁平台d上，将垂向作动器i和横向作动器k 一端通 过T型螺栓和铰接支座固定在作动器调整平台m上从而缩短作动器两端铰接支座的距离， 提高试验台整体固有频率。参阅图11，其中纵向作动器反力座总成g包括一个纵向作动器反力支座14、一根 纵向作动器反力杆13、一个涨紧套12、一个涨紧套固定环11以及一个纵向作动器反力座预 埋管10。纵向作动器反力座预埋管10预埋于试验台混凝土基础III中，其用来安装固定涨 紧套固定环11并为纵向作动器反力杆13伸缩提供空间。涨紧套固定环11通过螺栓固定 连接在纵向作动器反力座预埋管10上。涨紧套12外壁与涨紧套固定环11内壁靠摩擦副 配合。纵向作动器反力杆13外壁与涨紧套12内壁靠摩擦副配合，其可以在纵向作动器反 力座预埋管10中伸缩，反力杆一端制有法兰盘并通过螺栓与纵向作动器反力支座14固定 连接。纵向作动器反力支座14底面通过T型螺栓固定在纵向作动器反力座安装地轨e，立 面制有螺纹孔用于安装固定纵向作动器反力杆13和纵向作动器j。通过调整纵向作动器 反力支座14的安装位置以及纵向作动器反力杆13在纵向作动器预埋管10中的伸缩量来 改变激振横梁h之间的安装距离以满足不同轨距转向架试验的要求，反力支座14及反力杆 13位置确定后拧紧涨紧套12中的螺栓使得涨紧套12外环的外壁与涨紧套固定环11的内 壁以及涨紧套12内环的内壁与反力杆13外壁之间涨紧通过摩擦副配合。参阅图4、5、12、13，其中半车质量模拟加载装置C由两个半车质量模拟加载装置 横向缓冲器式连杆总成O、四根半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆ρ、一个质量块托架 总成q及质量块总成r。质量块托架总成q由钢板和型钢焊接而成，其侧面通过两个半车质 量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成ο与试验台定位及辅助支撑装置A中的横向缓冲器 式连杆固定支撑座f相连；其端面通过四根半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P与试 验台定位及辅助支撑装置A中的试验台辅助支撑总成b相连；其底面安装固定在被试转向 架II的摇枕或空气弹簧上。半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成ο —端通过螺 栓和两块横向缓冲器式连杆联接夹板η固连在质量块托架总成q的质量块托架主横梁16 上，另一端通过T型螺栓和一块横向缓冲器式连杆联接夹板η固连在横向缓冲器式连杆固 定支撑座f上。半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P —端通过螺栓和铰接支座固连在 质量块托架总成q的质量块托架主立柱17上，另一端通过螺纹和铰接支座固连在试验台辅 助支撑总成b的纵向连杆联接夹板7上。质量块总成r放置在质量块托架总成q的质量块 托架底座15上，通过质量块托架总成q中的质量块固定螺杆20和螺母定位和固定。当半 车质量模拟加载装置C随着被试转向架做垂向或横向运动时，半车质量模拟加载装置横向 缓冲器式连杆ο和半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆ρ对质量块托架q起到限位和约 束的作用，保证在试验过程中半车质量模拟加载装置C的平衡和稳定。运动趋势分析当试 验进行垂向沿ζ轴激振时，半车质量模拟加载装置C做沿ζ轴的垂向运动，此时半车质量模 拟加载装置纵向固定式连杆P在垂平面YZ摆动，其活动端铰接支座销轴沿以固定在基础端的铰接支座销轴为圆心的圆弧运动，则质量块托架总成q沿垂向运动时除了沿ζ轴运动外 还存在沿y轴的分量运动，但由于半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P比较长1米左 右而垂向激振的位移较小IOmm左右，则产生的沿y轴的分量运动的位移更小，可以近似认 为质量块托架总成q做的是沿ζ轴的垂向运动；同理，半车质量模拟加载装置横向缓冲器式 连杆ο也存在上述半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P的运动趋势，但由于半车质量 模拟加载装置横向缓冲器式连杆ο比较短，若采用固定长度式结构则质量块托架总成q做 垂向运动的同时沿χ轴的分量运动的位移相对较大，这就要求半车质量模拟加载装置横向 缓冲器式连杆ο在一定范围内可以自由伸缩来补偿沿χ轴分量运动的位移，同时为防止达 到极限位置是自由伸缩部件产生冲击，其内部设置有缓冲装置。当试验进行横向沿χ轴激 振时，半车质量模拟加载装置C做沿χ轴的横向运动，此时半车质量模拟加载装置纵向固定 式连杆P在水平面XY摆动，其活动端铰接支座关节轴承沿以固定在基础端的铰接支座关节 轴承为圆心的圆弧运动，则质量块托架总成q沿横向运动时除了沿χ轴运动外还存在沿y 轴的分量运动，但由于半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆P比较长1米左右而横向激 振的位移较小IOmm左右，则产生的沿y轴的分量运动的位移更小，可以近似认为质量块托 架总成q做的是沿χ轴的横向运动；由于半车质量模拟加载装置C的质量较大，导致其惯性 较大，在试验过程中为了防止半车质量模拟加载装置C在横向沿χ轴出现超出正常位移而 导致质量块托架总成q倾覆的事故发生必须对质量块托架总成q的横向沿Χ轴可移动位移 进行限制，利用横向缓冲器式连杆ο可以实现上述要求，其在一定位移范围内可自由伸缩， 当达到自由伸缩位移的极限位置时，内置的缓冲器会起到限位作用，同时对自由伸缩部件 产生的冲击起到缓冲作用。所述的半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成ο和半车 质量模拟加载装置纵向固定式连杆P主要由芯轴7和连杆支座1组成，其轴向可自由伸缩 和锁止固定的带缓冲器式连杆，该连杆能够在一定轴向范围上自由伸缩，在其它方向上有 一定运动余量；当轴向运动超过连杆极限位置时缓冲器可以对连杆及运动部件起到缓冲作 用；利用连杆上的芯轴锁紧机构可以对轴向伸缩进行锁止实现传统连杆的功能。参阅图14，其中质量块托架总成q包括一个质量块托架底座15、两根质量块托架 主横梁16、三根质量块托架主立柱17、三块质量块托架挡板18、六个质量块固定螺杆安装 座19、六根质量块固定连杆20、六个质量块固定螺杆大垫圈21和若干质量块总成r。质量 块托架底座15由型材焊接而成，在底座的三根横梁上焊有六个质量块固定螺杆安装座19， 其上制有螺纹孔与质量块固定螺杆20 —端通过螺纹连接并通过螺母锁紧。质量块托架主 立柱17焊接在质量块托架底座15的三个角上，质量块托架主横梁16焊接在两根质量块托 架主立柱17上，每根质量块托架主横梁16上通过螺栓及螺母固定着两块横向缓冲器式连 杆联接夹板η用于安装半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成ο。参阅图15，其中质量块总成r包括1吨质量块22及质量块定位销23。1吨质量 块22由铸铁铸造而成，在质量块绕中心轴线四周加工有4个孔，其中2个孔用来安装质量 块定位销23来保证摆放质量块时上层质量块与下层质量块对齐；质量块固定螺杆20可以 穿过另外2个孔，对质量块起到固定和约束的作用。在1吨质量块22的两个侧面焊有吊耳 便于质量块的拆卸和搬运。
权利要求
1.一种基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台，主要由试验台定位及 辅助支撑装置(A)、试验台激振加载装置(B)和半车质量模拟加载装置(C)组成，其特征在 于，所述的试验台定位及辅助支撑装置(A)固连在试验台混凝土基础(III)上，为试验台定 位、加载及辅助装置提供安装固定位置并为各向作动器提供反力支撑作用，其包括两套试 验台定位立柱总成(a)、一套试验台辅助支撑总成(b)、两块垂向作动器安装铸铁平台(C)、 一块横向作动器安装铸铁平台(d)、八条纵向作动器反力座安装地轨(e)和一个横向缓冲 器式连杆固定支撑座(f)，两套试验台定位立柱总成(a)对称布置于试验台纵向中心线两 侧，其中的立柱及斜撑柱底部通过螺栓固定在试验台混凝土基础(III)上；试验台辅助支 撑总成(b)包括辅助横梁固定支撑座(6)和辅助支撑横梁(5)，辅助横梁固定支撑座(6)通 过T型螺栓固定在试验台混凝土基础(III)中的地轨上，辅助支撑横梁(5)两端由试验台 立柱与辅助支撑横梁联接夹板(8)通过螺杆和螺母与试验台定位立柱总成(a)中的试验台 主立柱(1)固定连接；垂向作动器安装铸铁平台(c)和横向作动器安装铸铁平台(d)均通 过螺栓固定在试验台混凝土基础(III)上，其上均制有T型槽分别用安装固定垂向作动器(1)和横向作动器(j)并为垂向作动器(i)和横向作动器(j)提供反力；纵向作动器反力 座安装地轨(e)中每两条为一个单元，预埋于试验台混凝土基础(III)的四个角，每个单元 用来安装固定纵向作动器反力座总成(g)；横向缓冲器式连杆固定支撑座(f)通过螺栓固 定在预埋于试验台混凝土基础(III)中的预埋钢板上，其上制有T型槽用来安装固定半车 质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成(O)。
2.根据权利要求1所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台，其 特征在于所述的试验台定位立柱总成(a)包括两根试验台主立柱(1)、一根试验台侧立柱(2)、四根试验台斜撑支柱(3)和一块试验台立柱联接柱(4)，两根试验台主立柱(1)和一根 试验台侧立柱(2)底部通过螺栓固定在浇筑于试验台混凝土基础(III)中的预埋钢板上， 上部通过螺栓分别固定在试验台立柱联接柱(4)的三个面上，试验台斜撑支柱(3) —端通 过螺栓和铰接支座固定在浇筑于试验台混凝土基础(III)中的预埋钢板上，另一端通过螺 栓和铰接支座固定于试验台主立柱(1)上，试验台斜撑支柱(3)用来提高试验台定位立柱 总成(a)的刚度和固有频率，试验台定位立柱总成(a)作为试验台辅助支撑总成(b)安装 固定基础，并为试验台后续功能扩展提供空间。
3.根据权利要求1所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台，其 特征在于，所述的试验台辅助支撑总成(b)包括两根辅助支撑横梁(5)、一个辅助支撑横梁 固定支撑座(6)、八块纵向固定式连杆联接夹板(7)、八块试验台立柱与辅助支撑横梁联接 夹板(8)和一块辅助支撑横梁与固定支承座联接夹板(9)，辅助支撑横梁固定支撑座(6) 底部通过T型螺栓固定在浇注于试验台混凝土基础(III)中的地轨上，辅助支撑横梁固定 支撑座(6)上制有用来支撑固定辅助支撑横梁(5)的T型槽，并通过固定支撑座联接夹板 (9)、螺杆和螺母与固定辅助支撑横梁(5)加紧固定，两根辅助支撑横梁(5)通过试验台立 柱与辅助支撑横梁联接夹板(8)、螺杆和螺母与试验台主立柱(1)夹紧固定，辅助支撑横梁 固定支撑座(6)在试验台混凝土基础(III)地轨上的安装位置可调，每两块纵向固定式连 杆联接夹板(7)为一个单元，通过螺杆和螺母固定在辅助支撑横梁(5)上，其上制有用于安 装固定半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆(P)的螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台，其特征在于，所述的试验台激振加载装置(B)与试验台定位及辅助支撑装置(A)上的构件固 连，用于固定约束被试转向架(II)并根据转向架悬挂自振特性试验振型检测对被试转向 架(II)轮对进行一定形式的激振，其由两套对称布置于试验台横向中心线的试验台激振 加载单元组成，每套激振加载单元包括两个纵向作动器反力座总成(g)、一根试验台激振横 梁(h)、四个垂向作动器(i)、两个纵向作动器(j)、一个横向作动器(k)、两个活动轨U型挡 车轮夹具(1)和若干作动器调整平台(m)，激振横梁(h)通过四个垂向作动器(i)、两个纵 向作动器(j)和一个横向作动器(k)与试验台混凝土基础(III)连接，激振横梁(h)上平 面安装有活动轨U型挡车轮卡具(1)，激振横梁(h)在电液伺服系统的控制下根据转向架 悬挂自振特性试验不同振型检测的要求将各向作动器的激振力传递给被试转向架(II)轮 对。
5.根据权利要求4所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台，其 特征在于，所述的四个垂向作动器(i) 一端通过T型螺栓和铰接支座与垂向作动器安装铸 铁平台(c)或作动器调整平台(m)固定连接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁(h) 底面固定连接，垂向作动器(i)为激振横梁(h)提供垂向支撑并在试验时提供垂向激振作 用力；所述的纵向作动器(j) 一端通过螺栓和铰接支座与纵向作动器反力座总成(g)固定连 接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁(h)侧面固定连接，纵向作动器(j)为激振横梁 提供纵向支撑并在试验时进行垂向或横向激振时提供纵向辅助支撑保证激振横梁(h)受 力平衡，同时为试验台后续功能扩展提供纵向激振作用力；所述的横向作动器(k) 一端通过T型螺栓和铰接支座与横向作动器安装铸铁平台(d) 或作动器调整平台(m)固定连接，另一端通过螺栓和铰接支座与激振横梁(h)端面固定连 接，横向作动器(k)为激振横梁(h)提供横向支撑并在试验时提供横向激振作用力；所述的活动轨U型挡车轮卡具(1)通过螺栓固定在激振横梁(h)上平面，其用来夹紧 和锁止被试转向架(II)的车轮防止试验时车轮离开激振横梁(h)，通过调整活动轨U型挡 车轮卡具(1)在激振横梁(h)上平面的安装位置来满足不同轨距转向架试验的要求；所述的作动器调整平台(m)采用铸造工艺制作，其上制有T型槽，使用时通过T型螺栓 固定在垂向作动器安装铸铁平台(c)和横向作动器安装铸铁平台(d)上，将垂向作动器(i) 和横向作动器(k) 一端通过T型螺栓和铰接支座固定在作动器调整平台(m)上从而缩短作 动器两端铰接支座的距离，提高试验台整体固有频率。
6.根据权利要求1或4所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验 台，其特征在于，所述的纵向作动器反力座总成(g)包括一个纵向作动器反力支座(14)、一 根纵向作动器反力杆(13)、一个涨紧套(12)、一个涨紧套固定环(11)和一个纵向作动器 反力座预埋管(10)，纵向作动器反力座预埋管(10)预埋于试验台混凝土基础(III)中，用 来安装固定涨紧套固定环(11)并为纵向作动器反力杆(13)伸缩提供空间，涨紧套固定环 (11)通过螺栓固定连接在纵向作动器反力座预埋管(10)上，涨紧套(12)外壁与涨紧套固 定环(11)内壁摩擦配合，纵向作动器反力杆(13)外壁与涨紧套(12)内壁摩擦配合，并能 在纵向作动器反力座预埋管(10)中伸缩，涨紧套(12)外环的外壁与涨紧套固定环(11)的 内壁之间，以及涨紧套(12)内环的内壁与反力杆(13)外壁之间通过涨紧套(12)中的螺栓 旋紧固定，纵向作动器反力支座(14)底面通过T型螺栓固定在纵向作动器反力座安装地轨(e)上，立面制有螺纹孔与纵向作动器反力杆(13)和纵向作动器(j)固定连接，且安装位置 可调，通过调整纵向作动器反力支座(14)的安装位置以及纵向作动器反力杆(13)在纵向 作动器预埋管(10)中的伸缩量来改变激振横梁(h)之间的安装距离。
7.根据权利要求1所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台，其 特征在于，所述的半车质量模拟加载装置(C)与被试转向架(II)的摇枕或空气弹簧联接并 通过连杆与试验台定位及辅助支撑装置(A)上的构件固连，对被试转向架(II)进行垂向加 载以模拟半车质量，其由两个半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成(ο)、四根半车 质量模拟加载装置纵向固定式连杆(P)、一个质量块托架总成(q)和质量块总成(r)组成， 所述的质量块托架总成(q)由钢板和型钢焊接而成，其侧面通过两个半车质量模拟加载装 置横向缓冲器式连杆总成(ο)与试验台定位及辅助支撑装置(A)中的横向缓冲器式连杆固 定支撑座(f)相连；其端面通过四根半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆(P)与试验台 定位及辅助支撑装置(A)中的试验台辅助支撑总成(b)相连；其底面安装固定在被试转向 架(II)的摇枕或空气弹簧上，质量块总成(r)放置在质量块托架总成(q)的质量块托架底 座(15)上，通过质量块托架总成(q)中的质量块固定螺杆(20)和螺母定位和固定，当半车 质量模拟加载装置(C)随着被试转向架做垂向或横向运动时，半车质量模拟加载装横向缓 冲器式连杆总成(ο)和半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆(P)对质量块托架总成(q) 起到限位和约束的作用，保证在试验过程中半车质量模拟加载装置(C)的平衡和稳定。
8.根据权利要求7所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台， 其特征在于，所述的半车质量模拟加载装置横向缓冲器式连杆总成(ο)两端分别通过螺栓 和横向缓冲器式连杆联接夹板(η)固连在质量块托架总成(q)的质量块托架主横梁(16) 上和横向缓冲器式连杆固定支撑座(f)上；所述的半车质量模拟加载装置纵向固定式连杆 (P)两端分别通过螺栓和铰接支座固连在质量块托架总成(q)的质量块托架主立柱(17)上 和试验台辅助支撑总成(b)的纵向连杆联接夹板(7)上。
9.根据权利要求7或8所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验 台，其特征在于所述的质量块托架总成(q)包括一个质量块托架底座(15)、两根质量块托 架主横梁(16)、三根质量块托架主立柱(17)、三块质量块托架挡板(18)、六个质量块固定 螺杆安装座(19)、六根质量块固定连杆(20)、六个质量块固定螺杆大垫圈(21)和质量块总 成(r)，质量块托架底座(15)由型材焊接而成，在底座的三根横梁上焊有六个质量块固定 螺杆安装座(19)，其上制有螺纹孔与质量块固定螺杆(20) —端通过螺纹连接并通过螺母 锁紧，质量块托架主立柱(17)固定在质量块托架底座(15)的三个角上，质量块托架主横梁 (16)固定在两根质量块托架主立柱(17)上，每根质量块托架主横梁(16)上通过螺栓及螺 母固定着两块横向缓冲器式连杆联接夹板(η)用于安装半车质量模拟加载装横向缓冲器 式连杆总成(ο)。
10.根据权利要求7所述的基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台， 其特征在于，所述的质量块总成(r)由多个质量块组成，每个质量块(22)由铸铁铸造而成， 在质量块绕中心轴线四周加工有用于安装质量块定位销(23)和质量块固定螺杆(20)的 孔，质量块两个侧面装有便于拆卸和搬运的吊耳。
全文摘要
本发明涉及轨道车辆转向架悬挂自振特性检测设备，特别涉及一种基于半车质量模拟状态下的转向架悬挂自振特性试验台。它主要由试验台定位及辅助支撑装置、试验台激振加载装置和半车质量模拟加载装置组成，试验台定位及辅助支撑装置固连在试验台混凝土基础上，试验台激振加载装置与试验台定位及辅助支撑装置上的构件固连，半车质量模拟加载装置与被试转向架的摇枕或空气弹簧联接并通过连杆与试验台定位及辅助支撑装置上的构件固连，该试验台能够利用质量块对转向架进行加载，以达到模拟半车质量的目的；通过电液伺服系统协调控制各向作动器对被试转向架轮对进行激振，以满足转向架构架垂横向及摇头、点头和侧滚等振型自振频率测试的要求。
文档编号G01M17/10GK102004041SQ20101053443
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者刘玉梅, 宫海彬, 张栋林, 张立斌, 徐观, 戴建国, 林慧英, 潘洪达, 王金田, 田广东, 苏建, 谭富星, 贾永幸, 陈熔 申请人:吉林大学