轨道车辆称重调簧及轮重减载率测试系统的制作方法

本发明属于铁路机车测试技术领域，涉及一种铁路车辆称重调簧及轮重减载率测试系统。

背景技术：

随着轨道交通的快速发展，列车安全运行问题日益成为人们关注的焦点，与此同时针对列车及其部件的安全验证越来越受到各方的重视。

当轨道车辆运行在单侧一个车轮或几个车轮被太高、转弯等条件时，称为轨道车辆运行在超高条件、扭转条件。为保证轨道车辆在超高条件和扭转条件下运行的稳定性，需要对轨道车辆，对新造和检修后车辆的称重调簧测试、轮载测试、减载率测试及分析成为各城轨轨道交通新造及检修单位检验车辆安全运行的主要试验之一，也逐步成为检验车辆出厂前重要的验收试验之一。但是，目前国外现有测试系统的类似测试功能单一，只能进行轨道扭曲条件造成的车辆减载率测试，不具有兼容性不高，且价格昂贵，此类测试设备的普及造成了极大的阻碍；而国内目前基本只进行轮载的测试，减载率的测试一般在进行相关的线路动力学试验时才进行测试，需要进行实际线路的测试，运用具有很大的局限性，部分主机厂在出口项目中尽管应国外要求进行了简单的测试，但由于没有系统化的测试装备，存在着测试精度不高、测试不全面、不能连续测试、测试效率低等实际的问题，影响实际的测试效果。

现有技术公开有仅可以完成称重调簧检测的测试系统，例如公开号为CN102080983A的中国专利申请公开了一种铁路机车转向架的称重调簧检测装置；现有技术公开有轮重减载率测试方法，例如公开号为CN102567576A的中国专利申请公开了一种轮重减载率的预测方法；但如上文所述，轮重减载率的测试需要依靠真是的运行环境进行，因此目前，国内外均不具有一种可进行轨道车辆称重调簧及轮重减载率测试的综合性测试系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种可进行轨道车辆称重调簧及轮重减载率综合测试的测试系统。

本发明的技术方案为：轨道车辆的称重调簧及轮重减载率测试系统，包括设置在同侧、呈直线排列的至少四个动态称重单元，和与动态称重单元平行设置的至少四个静态称重单元；一个动态称重单元与一个静态称重单元并排设置；

所述动态称重单元包括承载底座、承载架及称重平台，承载底座上沿动态称重单元排列的方向设置有升降系统，承载架与升降系统相连；承载架上设置有至少三个传感器，称重平台搭接在传感器上方；称重平台上方沿动态称重单元排列的方向设置有车轮行走轨；

所述静态称重单元包括承载底座及称重平台，承载底座上设置有至少三个传感器，称重平台搭接在传感器上方；称重平台上方沿静态称重单排列的方向设置有车轮行走轨。

优选的是：升降系统包括间隔设置的两个螺杆升降机及设置在两个螺杆升降机之间的电机，电机双侧输出轴分别驱动两个螺杆升降机。

优选的是；称重平台为对称结构，所述车轮行走轨长度方向所在直线与称重平台长度方向对称中心线重合。

优选的是：所述承载架上设置有多个平台限位机构，包括底座及设置在底座上的横截面为“L”形限位块；传感器安装在平台限位机构上，且传感器的高度高于“L”形限位块的高度；称重平台下方设置有多个限位凸起，匹配位于每一个限位块的“L”形槽口内。

优选的是：传感器与平台限位机构均有四个，纵向以车轮行走轨为对称轴，横向以两个螺杆升降机相连轴线的中心对称线为对称轴，呈矩形排列。

优选的是：动态称重单元还包括多组纵向导向机构，所述纵向导向机构包括纵向导向轨和行走块，行走块通过重载滚轮安装在纵向导向轨内，称重平台底部与行走块连接。

优选的是：车轮到位检测机构包括垂直地面方向朝上安装的限位开关，安装于行走轨旁，两个螺杆升降机相连轴线的中心对称线上，且高于称重平台上端面。

优选的是：车轮到位检测机构还包括复位系统，具体包括导向套I、导向套II、导向轴及套装在导向轴上的复位弹簧，导向轴插装在导向套I、导向套II上，复位弹簧位于导向套I、导向套II之间，限位开关与导向套I连接。

优选的是：静态称重单元承载底座上设置有多个平台限位机构，包括底座及设置在底座上的横截面为“L”形限位块；传感器安装在平台限位机构上，且传感器的高度高于“L”形限位块的高度；称重平台下方设置有多个限位凸起，匹配位于每一个限位块的“L”形槽口内；限位块两侧面均安装有限位螺钉，安装后，限位凸起位于限位螺钉与限位块围成的区域内；传感器与平台限位机构均有四个，一个方向上以车轮行走轨为对称轴，另一个方向上以两个螺杆升降机相连轴线的中心对称线为对称轴，呈矩形排列。

本发明的有益效果为：

本发明提出了一种新型的测试系统，既适应现有的新造车辆、检修业务，又能够兼容不同轴距和定距的车型，该测试系统能够基于以下条件进行全面测试，从而，进行指导车辆的二系空簧和一系调簧的加垫调整，属于综合型的测试系统。

该系统可用于多种车体测试实验，包括但不限于以下：1)基于正常轨道条件下的轮重调簧测试分析；2)基于轨道单边超高条件下的轮重减载率测试分析；3)基于轨道扭曲条件下轮重减载率的测试分析；4)基于坡道条件下轮重减载率的测试分析。

附图说明

图1为测试系统结构示意图。

图2a为动态称重单元结构示意图。

图2b为动态称重单元结构示意图。

图3为承载架结构示意图。

图4为升降系统结构示意图。

图5为平台限位机构结构示意图。

图6为平台限位机构结构示意图。

图7为纵向导向机构结构示意图。

图8为车轮到位检测机构结构示意图。

图9为静态称重单元结构示意图。

图10为静态称重单元结构示意图。

图11为具体实施方式结构示意图。

图12为具体实施方式结构示意图。

其中：1-动态称重单元，101-承载底座，102承载架，102a-端板，102b-端板，102c-端角，103-称重平台，103a-限位凸起，104-升降系统，104a-螺杆升降机，104b-螺杆升降机，104c-电机，105-传感器，106-车轮行走轨，107-平台限位机构，107a-底座，107b-限位块，108-纵向限位机构，109b-导向套，109c-导向套II，109d-导向轴，109e-复位弹簧，I108a-导向轨，108b-行走块，108c-重载滚轮，109-车轮到位检测机构，2-静态称重单元，201-承载底座，202-称重平台，202a-限位凸起，203-传感器，205-平台限位机构，204-车轮行走轨，205-平台限位机构，3-拉线传感器，4-轨面基准点，5-地板面

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

如图1所示，轨道车辆的称重调簧及轮重减载率测试系统，包括设置在同侧、呈直线排列的至少四个动态称重单元1，和与动态称重单元1平行设置的至少四个静态称重单元2；一个动态称重单元与一个静态称重单元并排设置。也就是说，四个动态称重单元1纵向排列在一侧，四个静态称重单元2纵向排列在另一侧，且平行于动态称重单元1。其中一个动态称重单元1和一个静态称重单元2为一支撑组，并排设置。

由于称重调簧及轮重减载率的测试均是针对一节车厢而进行的，一节车厢用两个转向架组，每个转向架组对应两组轮对，即一节车厢对应四组轮对。以一个动态称重单元1和一个静态称重单元2组成的称重组可支撑一个轮组计算，要对一节车厢进行称重调簧及轮重减载率的测试至少需要四个动态称重单元1和四个静态称重单元2。

图1所示的具体实施例中，具有五个动态称重单元1和五个静态称重单元2，是考虑到对城轨车辆A、B型车转向架的定距和轴距的不同。每种车型，两组转向架组间距不同，即定距不同，且同一转向架组对应的两组轮组之间的轴距也不同，即轴距不同。以A车和B车为例，以两种车厢型号均包括第一转向架组和第二转向架组来说明，其中两种车厢型号第一转向架组的轴距相同，但第二转向架组的轴距不同，且第一转向架组和第二转向架组之间定距也不同。因此为了使同一测试系统适用于城轨车辆A、B车的测试，该实施方式中共涉及五组支撑组。进行B车测试是，使用第一至第四支撑组；进行A车试验时，使用第一、第二、第四、第五支撑组。

以上结构并非对本测试系统结构的限制，根据具体车型，系统还可设计其他数量的支撑组，并结合车型转向架定距和轴距，设计支撑组之间的间距。

如图2a和图2b所示，动态称重单元2包括承载底座101、承载架102及称重平台103，承载底座101上沿动态称重单元1排列的方向设置有升降系统104，承载架与升降系统104相连；承载架102上设置有多个传感器105，称重平台103搭接在传感器105上方；称重平台103上方沿动态称重单元排列的方向设置有车轮行走轨106。车轮行走轨106长度方向所在直线与称重平台103长度方向对称中心线重合，保证对称、稳定的支撑。

其中，车轮行走轨106采用50kg轨道，称重平台103主要用于车轮行走轨106以及为称重车轮提供刚性平台。

如图3所示，承载架102横向两端各包括一段端板102a和102b。

升降系统104主要用于称重平台的升降，为轨道超高、扭曲条件测试提供模拟测试环境。如图4所示，升降系统104包括间隔设置的两个螺杆升降机104a和104b，及设置在两个螺杆升降机104a、104b之间的电机104c，电机104c双侧输出轴分别驱动两个螺杆升降机104a和104b。承载架双侧端板102a和102b分别通过法兰盘安装在两个螺杆升降机104a和104b的上端面，螺杆升降机104a和104b螺杆的升降可带动承载架102升降。

由于称重平台103与传感器105之间为非刚性连接，也就是说，测试系统组装后，称重平台103是搭接在传感器105上的，靠多个传感器105支点支撑，为球面接触。由于测试工作时，转向架轮组在车轮行走轨106上运动，车轮刚进入或即将驶出支撑组时，车轮处于动态称重单元1和静态称重单元2的端部，此时，车轮相反端的称重平台103会翘起，这种显现会对传感器105产生冲击，影响传感器的精度和寿命。

为了避免上述情况发生，进一步对测试系统进行设计。承载架102上设置有多个平台限位机构107，如图5和图6所示，包括底座107a及设置在底座107a上的横截面为“L”形限位块107b；传感器105安装在平台限位机构107上，例如图示的实施方式，底座107a上设置有安装孔107c，创拿起105安装在安装孔107c内；且传感器105的高度高于“L”形限位块107b的高度，才能保证称重平台103与传感器之间保持非刚性连接；如图2b所示，称重平台103下方设置有多个限位凸起103a，匹配位于每一个限位块107b的“L”形槽口内。

采用以上结构，靠“L”形槽口内的两个垂直面对称重平台103进行限位。但为了实现更好、更稳定的限位效果，进一步在限位块107b两侧面均安装有限位螺钉107d，两个相互垂直的限位螺钉107d与限位块107b围绕形成一个限位区域，安装后，限位凸起103a位于限位螺钉107d与限位块107b围成的区域内。由于限位螺钉107d具有一定的长度，限位螺钉107d与限位块107b的四侧限位区域可实现较限位块107b两侧的限位更好的称重平台103限位效果。

传感器与平台限位机构均有四个，纵向以车轮行走轨为对称轴，横向以两个螺杆升降机相连轴线的中心对称线为对称轴，呈矩形排列。如图3所示承载架102结构所示，承载架102上呈矩形排列的四个矩形端角102c所在的位置即为限位结构107的安装位置。这种结构可以实现更平稳、对称的对称重平台103的承载。

为保证称重平台103被举升或下降的过程中运动的稳定性，防止升降系统104受到横向力，使升降过程受到横向冲击，进一步为动态称重单元1设计纵向导向机构108。动态称重单元1还包括多组纵向导向机构108，如图7所示，所述纵向导向机构108包括纵向导向轨108a和行走块108b，行走块108b通过重载滚轮108c安装在纵向导向轨108a内，称重平台103底部与行走块108b连接。本实施例中，行走块108b采用槽钢，纵向导向轨108a底部通过底座108d安装在承载底座101上。

试验过程中，转向架车轮可在车轮行走轨106上运动，为了更均匀平衡的完成试验，车轮运动的最佳状态为运动到整个动态称重平台1或静态称重平台2的中心位置，也就是四个传感器15的对称中心附近。

基于以上需求，进一步为测试系统设计车轮到位检测机构109。车轮到位检测机构109包括垂直地面方向朝上安装的限位开关109a，限位开关109a安装于车轮行走轨106旁，两个螺杆升降机104a和104b相连轴线的中心对称线上，且高于称重平台103上端面，保证车轮可接触到限位开关109a。

车轮到位后，压下限位开关109a，限位开关109a反馈通断信号，判断车轮到位信息，控制车轮停止运动。

为使限位开关109a被压下后可自动复位，进一步设计以下结构。

如图8所示，车轮到位检测机构109还包括复位系统，具体包括导向套I109b、导向套II109c、导向轴109d及套装在导向轴上的复位弹簧109e，导向轴109d插装在导向套I109b、导向套II109c上，复位弹簧109e位于导向套I109b、导向套II109c之间，限位开关109a与导向套I109b连接。车轮到位后，复位弹簧109e被压下；测试或实验工作结束后，车轮移走后，复位弹簧109e恢复原长，限位开关109a弹起。

以上为一个动态称重单元1的详细结构。

静态称重单元2的结构与动态称重单元1的结构相似，所不同的是，静态称重单元2为固定结构，不具有升降功能。

具如图9及图10所示，具体的说，静态称重单元2包括承载底座201及称重平台202，承载底座201上设置有至少三个传感器203，称重平台202搭接在传感器203上方；称重平台上方沿静态称重单元2排列的方向设置有车轮行走轨204。

同动态称重单元1的设置类似，本实施例中，静态称重单元2同样具有四个传感器203，其设置原理也同动态称重单元1，不再赘述。所不同的是，不再以螺杆升降机作为标的，而是以承载底座201的宽度方向的对称轴线作为标的。

静态称重单元2也包括平台限位机构205，称重平台202下方也设置有限位凸起202a，安装于承载底座201上，其结构和设置原理与动态称重单元1相同，不再赘述。

整套测试系统还包括控制系统，用于控制电机104c的工作以及接受限位开关109a的反馈信号。

采用该测试系统，至少可完成以下测试工作。

(1)城轨车辆A、B型车的称重测试

测试系统需要兼容A、B型车不同车辆定距(12600-15700mm)、轴距的称重要求(2200-2500mm)，设备总共包含10套称重单元，包括五个动态称重单元1和五个静态称重单元2。

其中一侧布置五个动态称重单元1，另一侧布置五个静态称重单元。以图11所示从左至右对动态称重单元1和静态称重单元2构成的支撑组进行编号，分别为第一支撑组、第二支撑组、第三支撑组、第四支撑组和第五支撑组。

图中可见，第一支撑组中静态称重单元2的中心与第二支撑组中静态称重单元2的中心之间的间距为2500mm；第一支撑组中静态称重单元2的中心与第二支撑组中静态称重单元2的中心前移200mm之间的间距为2300mm；第三支撑组静态称重单元2中心与第四支撑组静态称重单元2的中心前移200mm之间的间距为2300mm；第四支撑组静态称重单元2的中心后移200mm与第三支撑组静态称重单元2中心为2500mm；落在第一支撑组和第二支撑组的转向架中心到落在第三支撑组和第四支撑组的转向架的中心距离为12600mm；落在第一支撑组和第二支撑组的转向架中心到落在第四支撑组和第五支撑组的转向架的中心距离为15700mm；其中，第一支撑组动态称重单元1、第二支撑组动态称重单元2、第四支撑组动态称重单元2和第五支撑组动态称重单元的支撑中心均与相应静态称重单元1的中心重合。

(2)轨道扭曲条件下轮重减载率测试

通过车轮到位机构109检测到车辆到位后，动态称重单元1将车体单个轮子或者某几个轮子(不包含同侧的所有轮子)举升一定高度后，举升高度可通过控制系统的控制软件设定，并通过编码器进行检测。每个举升动态称重单元1举升高度可以不同设置，举升高度通过编码器进行测量控制，可以实现单个转向架的轨道扭曲及整个车体的轨道扭曲条件下的轮重差、轴重差及减载率的测试。其中轮重差和轴重差可直接读取，不需要计算。

通过测试的数据，能够按照下列公式计算每个车轮的减载率。

其中：

dQ/Q--为车辆减载率；

Q_i——是每个车轮在不同高度下的负载值；

Q_a——是车辆轮负载于水平轨道时的平均值；

注：载荷数值通过数据采集及分析系统具备各工况算法，可以整辆车、每个转向架或每个轮对的平均值进行计算。

系统能够自动测量和计算被测车辆的每一个车轮在不同的轨道状况及不同的负载(由空载至最重负载)情况下的dQ/Q值。

(3)轨道超高条件下轮重减载率测试

通过车轮到位机构109检测到车辆到位后，动态称重单元1将车体的同一侧所有的车轮举升同一高度(通过软件界面可以设定)后，举升高度通过编码器进行测量控制，在测试出不同称重单元1下的载荷，并将数据通过测控系统传输到计算机后经过处理计算出轮重差、轴重差、以及轮重减载率。其中轮重差和轴重差可直接读取，不需要计算。

通过测试的数据，能够按照下列公式计算每个车轮的减载率。

其中：

dQ/Q--为车辆减载率；

Q_i——是每个车轮在不同高度下的负载值；

Q_a——是车辆轮负载于水平轨道时的平均值；

注：载荷数值采集系统具备各工况算法，可以整辆车、每个转向架或每个轮对的平均值进行计算。

系统能够自动测量和计算被测车辆的每一个车轮在不同的轨道状况及不同的负载(由空载至最重负载)情况下的dQ/Q值。

(4)车辆在过坡道条件下轮重减载率测试

通过在扩展动态称重单元1，系统可以进行坡道条件下轮重减载率的测试分析。

通过车轮到位机构109检测到车辆到位后，动态称重单元1将车体的同一侧所有的车轮举升不同高度(通过软件界面可以设定)后，在测试出不同动态称重单元1下的载荷，并将数据通过测控系统传输到控制系统后经过处理计算出轮重差、轴重差、以及轮重减载率。其中轮重差和轴重差可直接读取，不需要计算。

通过测试的数据，能够按照下列公式计算每个车轮的减载率。

其中：

dQ/Q--为车辆减载率；

Q_i——是每个车轮在不同高度下的负载值；

Q_a——是车辆轮负载于水平轨道时的平均值；

注：载荷数值采集系统具备各工况算法，可以整辆车、每个转向架或每个轮对的平均值进行计算。

系统能够自动测量和计算被测车辆的每一个车轮在不同的轨道状况及不同的负载(由空载至最重负载)情况下的dQ/Q值。

(5)地板面高度测量功能

地板面高度测量采用拉线式传感器采集数据并上传到数据采集分析系统。如图12所示，通过在车辆地板面5上放置磁吸杆，磁吸杆从车门处伸出，在称重区地面的布置拉线传感器3，将拉线传感器3的拉线挂至磁吸杆，完成高度测量，从而配合完成调簧加垫的计算。

拉线传感器3测试出的位移H2，测试系统安装好后，柜面基准点4确定，车轮行走轨与地面之间的间距为已知，也就是拉线传感器3零点到车轮行走轨轨面距离为H3，则地板面5高度H1＝H2-H3。

(6)二系悬挂系统空气弹簧压力测量及排气功能测试

进行该测试工作时，整个测试平台起到承载支撑车厢的作用。

如前所述，先控制车厢到位。二系悬挂系统空气弹簧压力的测量通过压力传感器接到二系弹簧测试接口上，通过压力传感器的数据变送，可以将测量值上传到工控机操作界面，并进行显示。

称重作业(八点称重作业)过程中需要频繁对二系悬挂系统空气弹簧进行充、排气操作，同时要求二系悬挂系统空气弹簧排气要同步。二系悬挂系统空气弹簧排气功能通过工控机操作界面操作按钮来同时控制四个空气弹簧排气，保证二系悬挂系统空气弹簧排气同步。在二系悬挂系统空气弹簧测量模块上的基础上通过三通在一个气路支口上连接电磁阀，同时四个阀口流量相同，依靠操作界面按钮操作完成四个二系悬挂系统空气弹簧同步排气。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变形而不脱离本发明的范围。