基于转向架悬挂参数测试台测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于转向架悬挂参数测试台测量系统，尤其是涉及一种包括转向 架悬挂系统静态参数和动态参数测试的试验装置。
【背景技术】
[0002] 近几年，我国铁路行业急速发展，轨道列车速度不断提高，相应地对轨道车辆动力 学性能的要求也越来越高。同时为了能够研究并优化转向架的动力学参数、降低研发生产 成本，国内的各机车车辆厂迫切希望能够对试制出来的转向架进行参数测试，以保证装车 后转向架各项性能参数达到设计要求，车辆的动力学性能也达到最优。检测轨道车辆转向 架悬挂特性参数的测定有如下重要性：1.检验机车车辆的实测参数是否达到设计值的要 求，并可以据此找出车辆在设计、制造、生产过程中的不当之处；2.确定实际生产的机车车 辆所能达到的动力学性能，以此准确的判断机车可以适应的运行条件；3.可以作为机车车 辆性能分析优化的依据。转向架悬挂特性试验台的开发对轨道车辆转向架产品的研发设 计、生产制造、运营维护、动力学性能的研究具有重大意义，并且能对运行环境的指定以及 质量控制产生积极效果，有利于缩短产品开发周期。
[0003] 但是目前的检测设备价格昂贵、使用维护成本偏高、设备关键部件故障后的维修 周期长；并且多为单一项目检测设备，检测效率高，适用于批量产品出厂检测，而对于具有 科研和开发性质的工程实验室来说，往往需要功能多样，并能够对产品相关参数进行全面 检测的设备。
【发明内容】
[0004] 为了克服以上现有技术的不足，本发明提出一种基于转向架悬挂参数测试台测量 系统，通过测量转向架各部件之间的三维作用力和三维位移，来计算转向架悬挂系统静态 参数和动态参数，用以分析机车的力学性能。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于转向架悬挂参数测试台测量系统，该系统包括三 维力测量模块、三维位移测量模块、数据处理模块，所述三维力测量模块包括分别安装于下 部运动平台和转向架轮对之间以及上部运动平台和转向架摇枕之间的三维力压力传感器， 所述三维位移测量模块包括用于对轮对构架之间、构架摇枕之间、轮对摇枕之间产生的相 对位移变化进行测量的位移传感器、所述数据处理模块用于对三维力压力传感器和位移传 感器采集的数据进行实时通讯、记录、处理分析和存储。所述的三维位移测量模块包括垂直 相对位移测量单元和水平相对位移测量单元，水平相对位移测量单元包括轮对构架水平测 量单元和轮对摇枕水平测量单元。所述垂直相对位移测量单元包括对轮对构架垂直测量单 元和构架摇枕垂直测量单元，所述轮对构架垂直测量单元和构架摇枕垂直测量单元分别 测量的垂直位移为垂直相对位移测量。所述轮对构架水平测量单元和轮对摇枕水平测量单 元均有两个，分别设置在轮的两边。
[0006] 上述三维力压力传感器或位移传感器包括控制单元、与控制单元分别连接的X方 向电容单元组和Y方向电容单元组，所述X方向电容单元组和Y方向电容单元组均包括电 容单元模块，所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个 条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极，所述电容单元模块包括由两 个以上宽度a。长度b。的条状电容单元组成的第一条状电容单元组和两个以上宽度ka。长度 b。的条状电容单元组成的第二条状电容单元组。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应 电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位S 左和右差位δ右，b0驱=b0感+ δ右+ δ左，其中，b0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b0感为条 状电容单元的感应电极长度，所述差位Ss= δ φ，且2如·^，其中d。为条状电容单 元介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_为最大应力值。所述梳齿状结构包括20个以 上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电 极间距a δ。所述平行板面积S = M (aQ+2a δ+ka。) bQ/2，其中，M为条状电容单元数量，b。为条 状电容单元的长度，a。条状电容单元的宽度，所述条状电容单元的宽度=_$，其中，d。 为介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述第一条状电容单元 组和第二条状电容单元组的条状电容单元引线通过并联或者独立方式连接到控制单元。所 述第一条状电容单元组和第二条状电容单元组与控制单元之间分别设有中间变换器，中间 变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。
[0007] 本发明的有益效果是：本发明的测量系统通过测量转向架各部件之间的三维作用 力和三维位移，来计算转向架悬挂系统静态参数和动态参数，分析机车的力学性能，实现机 车实测参数是否达到设计值的功能，为车辆性能优化提供参数依据。另外，本发明传感器不 仅可以测量三维作用力，而且可以测量三维位移，并且通过设置预留差位、设置两组宽度为 a。和Ka。的条状电容单元等方法有效解决三维力间相互影响，使法向与切向转换都达到较 高的线性、精度与灵敏度。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元及其坐标系。
[0009] 图2是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元示意图。
[0010] 图3是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元右向偏移示意图。
[0011] 图4是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元左向偏移示意图。
[0012] 图5是本发明的【具体实施方式】的宽度为a。和ka。的电容对受力偏移图。
[0013] 图6是本发明的【具体实施方式】的平行板三维力压力传感器结构图。
[0014] 图7是本发明的【具体实施方式】的单元电容对的信号示意图。
[0015] 图8为本发明【具体实施方式】的测量系统的结构图；
[0016] 图9为本发明【具体实施方式】垂向相对位移量测量示意图。
[0017] 其中，1摇枕，2下部六自由度平台，3纵向动作器，4垂向动作器，5横向动作器，6 构架，7三维测力平台，8轮对，9 一系悬挂，10二系悬挂。
【具体实施方式】
[0018] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0019] 由于弹性悬挂装置的影响，轨道车辆运行中振动形式变得复杂，车辆有六个独立 的振动形式，即伸缩、横摆、浮沉、侧滚、点头和摇头。其中伸缩为沿X轴方向的直线运动；横 摆为沿y轴的直线运动；浮沉为沿Z轴的直线运动；侧滚为绕X轴的回转运动；点头为绕y 轴的回转运动；摇头为绕z轴的回转运动。
[0020] 转向架悬挂特性的测试方法具体为将待测转向架的几个部件固定在试验台上， 通过液压激励源施加作用力于转向架的其他部件，强制转向架的非固定部件相对于固定 部件发生位置变化，测量试验过程中施加的作用力及在该作用力下部件之间产生的相对位 移变化量。
[0021] 具体的测试方法为：使用锁紧装置将构架固定，在下部六自由度运动平台上对轮 对施加作用力，并通过每个车轮下方的三维位移测量模块和三维力测量模块，测取每个车 轮受到的三向作用力及其相对于构架的位移。这种测试方法考虑到了车辆实际运行中的各 种受力状况，而且可以在测试过程中直观地观察到转向架实际运行中的运动状态和各部件 之间相互作用的机理。下部六自由度运动平台包括横向作动器、纵向作动器和垂向作动器， 三向作动器施加作用力于转向架的各个部件，实现六自由度运动，摇枕设置在构架上侧，三 维测力平台下端固定在下部六自由度运动平台上。
[0022] 三维位移测量模块能够对轮对构架之间、构架摇枕之间、轮对摇枕之间产生的相 对位移变化进行精确测量。测量一系三向相对位移量是以转向架构架为测量基准，测量二 系三向相对位移量也是以转向架构架为测量基准，三个方向的位移传感器采集到的数据即 三向相对位移量。如图2,为垂向相对位移量测量示意图，一系悬挂两端分别连接至轮对和 架构，二系悬挂分别连接至架构和摇枕，垂向的位移量是一系悬挂的位移量和二系悬挂的 位移量之和。
[0023] 具体的，本发明的测量系统包括三维力测量模块、三维位移测量模块、数据处理模 块，所述三维力测量模块包括分别安装于下部运动平台和转向架轮对之间以及上部运动平 台和转向架摇枕之间的三维力压力传感器，所述三维位移测量模块包括用于对轮对构架之 间、构架摇枕之间、轮对摇枕之间产生的相对位移变化进行测量的位移传感器、所述数据处 理模块用于对三维力压力传感器和位移传感器采集的数据进行实时通讯、记录、处理分析 和存储。
[0024] 所述的三维位移测量模块包括垂直相对位移测量单元和水平相对位移测量单元， 水平相对位移测量单元包括轮对构架水平测量单元和轮对摇枕水平测量单元。
[0025] 所述垂直相对位移测量单元包括对轮对构架垂直测量单元和构架摇枕垂直测量 单元，所述轮对构架垂直测量单元和构架摇枕垂直测量单元分别测量的垂直位移为垂直 相对位移测量。
[0026] 所述轮对构架水平测量单元和轮对摇枕水平测量单元均有两个，分别设置在轮的 两边，通过构架水平测量单元左右两边