一种振动试验系统

1.本发明涉及振动试验技术领域，尤其涉及一种振动试验系统。


背景技术：

2.图1为现有一种振动试验台的结构示意图。如图1所示，该振动试验台包括垂直振动台31、水平振动台32以及可选择地与所述垂直振动台31和水平振动台32中的任意一者连接而产生相应方向振动的振动装置33。具体而言，在图1所示的状态下，振动装置33位于垂直振动台31下方并与垂直振动台31连接，此时，振动装置33可以使垂直振动台31产生垂直方向的振动，需要进行垂直方向振动测试的被测对象（被测零件、装置、设备等）安装在垂直振动台31上，从而实现对该被测对象的测试。当对振动装置33旋转90
°
后将振动装置33与水平振动台32连接，此时，振动装置33可以使水平振动台32产生水平方向的振动，需要进行水平方向振动测试的被测对象安装在水平振动台32，从而实现对该被测对象的测试。无论是垂直振动台31还是水平振动台32，它们的台面上还分布多很多的孔或槽，以便通过相应的装夹工装对被测对象进行装夹。
3.上述振动试验台的使用局限性在于：被测对象以及被测对象的装夹工装要么只能整体安装在垂直振动台31上要么只能安装在水平振动台32上而实现被测对象相对于被测对象的装夹工装处于静止状态下的振动试验，难以实现在模拟被测对象实际运动状态下的振动试验。另外，相对于水平振动台32，垂直振动台31台面面积较小，进一步限制了振动试验台实现在通过复杂结构模拟被测对象实际运动状态下进行垂直振动试验的可能性。
4.另一方面，轮轨力检测是轨道车辆动力学测试的重要组成部分。现有轨道车辆轮轨力检测方式（例如公开号为cn113155330a的专利文献披露的检测方法）中，通过在车辆转向架的车轮腹板上粘贴电阻应变片组成的测量电桥桥路输出应变信号，然后通过安装在轮轴端部的集流环将信号经由信号传输线传输给车上的信号处理系统，信号处理系统经过信号放大等处理后生成检测结果。
5.上述轨道车辆轮轨力检测方式存在的主要问题有：集流环的安装需要对轮轴进行打孔（参见上述专利文献说明书附图5），从而会影响轮对结构强度和服役寿命；通过集流环和信号传输线进行模拟信号的传输也会引入噪声，影响检测精度。
6.为此，与本发明有关的技术研发项目开发了一种轮轨力无线检测装置，可将车轮应变信号通过安装在轮轴上的信号采集模块以短距离无线传输方式发送给转向架构架（位于轮轴旁侧）上的信号接收模块，从而避免使用集流环。上述信号采集模块可采用专门设计的“旋转轴装传感器”，该旋转轴装传感器可以对轮轴无损的方式安装于该轮轴上，使用时随轮轴高速旋转，同时，由于车辆转向架在轨道上行进时会产生振动（主要是垂直振动），该振动会传递到旋转轴装传感器上，因此，在开发旋转轴装传感器时需要对该旋转轴装传感器进行振动试验。
7.然而，基于现有振动试验台的使用局限性，对该旋转轴装传感器的振动试验难以在振动试验台上实施。面对这样的问题，本领域普通技术人员不得不选择在实际的车辆转
向架上进行振动试验，从而大大提高旋转轴装传感器的试验和开发难度。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种振动试验系统，能够将垂直振动台与水平振动台有机结合起来，从而突破单一振动台的空间局限性，以便使振动试验台实现通过较复杂结构模拟被测对象实际运动状态下的振动试验。
9.根据本发明的一个方面，提供了一种振动试验系统，用于将被测机构安装于振动试验台上进行振动试验；所述振动试验台包括垂直振动台、水平振动台以及可选择地与所述垂直振动台和水平振动台中的任意一者连接而产生相应方向振动的振动装置；其包括：垂直振动台侧工装，所述垂直振动台侧工装包含垂直振动台侧支架，所述垂直振动台侧支架的下端固定安装在所述垂直振动台台面上而上端安装有运行状态第一模拟装置；水平振动台侧工装，所述水平振动台侧工装包含水平振动台侧支架，所述水平振动台侧支架的下端固定安装在所述水平振动台台面上而上端安装有运行状态第二模拟装置；其中，所述运行状态第一模拟装置和所述运行状态第二模拟装置中一者用于根据被测机构的真实运动状态对被测机构进行动支撑而另一者用于根据被测机构的真实运动状态通过柔性连接方式对被测机构进行驱动。
10.可选的，所述被测机构包括旋转部件被测品，所述旋转部件被测品包含旋转部件的全部或部分结构，所述旋转部件用于安装在旋转轴上随旋转轴同步旋转；所述运行状态第一模拟装置包括试验用旋转轴旋转支撑装置，所述运行状态第二模拟装置包括试验用旋转轴旋转驱动装置；所述试验用旋转轴旋转支撑装置上安装有试验用旋转轴，所述试验用旋转轴的端部与所述试验用旋转轴旋转驱动装置柔性连接，所述试验用旋转轴上安装有所述旋转部件被测品。
11.可选的，所述试验用旋转轴旋转驱动装置包括旋转驱动电机。可选的，所述试验用旋转轴旋转支撑装置包含一对轴承座以及分别安装在所述一对轴承座上的一对轴承，所述试验用旋转轴通过所述一对轴承安装在所述一对轴承座上。可选的，所述试验用旋转轴上设有万向节。
12.可选的，所述旋转部件为一种旋转轴装传感器，所述旋转轴装传感器用于安装在旋转轴上随旋转轴同步旋转并将采集信号无线发送给信号接收模块。可选的，所述旋转轴为车轮轮轴；所述信号接收模块用于安装在所述车轮轮轴的旁侧。
13.可选的，所述旋转轴装传感器包括：轴装固定机构，所述轴装固定机构包含轴环，所述轴环由两个半环形基体通过连接件对接而成并形成用于与所述旋转轴紧密配合的轴环孔，所述两个半环形基体中均开设有环向卡槽，所述两个半环形基体对接后它们之间的环向卡槽对接形成环形卡槽，所述轴环中至少一个半环形基体上开设有电路安装槽；无线传输机构，所述无线传输机构包含第一线盘和无线通信感应线圈，所述第一线盘为绝缘材料制成的环形结构且内缘上设有环形卡接结构而外缘上设有环形布线槽，所述第一线盘的环形卡接结构用于与所述轴环的对应环形卡槽卡接适配，所述第一线盘的环形布线槽内用于布设所述无线通信感应线圈；其中，所述电路安装槽用于安装信号收发处理电路，所述信号收发处理电路的信号接收端用于通过第一传输线与安装在与所述旋转轴连接的目标机构上的信号获取模块相连，所述信号收发处理电路的信号发送端用于通过第二传输线与所
述无线通信感应线圈相连。
14.可选的，所述被测机构还包括无线信号传输探头被测品，所述无线信号传输探头被测品通过支撑结构安装在所述水平振动台台面上并与所述旋转部件被测品保持设定距离；并且，所述支撑结构包含悬臂梁，所述悬臂梁的固定端安装在所述水平振动台侧支架上而悬置端安装有用于与所述旋转部件被测品保持设定距离的无线信号传输探头被测品。
15.可选的，所述垂直振动台侧工装包含垂直振动台台面定位安装基座，所述垂直振动台台面定位安装基座利用垂直振动台台面上提供的定位接口固定在垂直振动台上，所述垂直振动台侧支架安装在所述垂直振动台台面定位安装基座上。
16.可选的，所述水平振动台侧工装包含水平振动台台面定位安装基座，所述水平振动台台面定位安装基座利用水平振动台台面上提供的定位接口固定在水平振动台上，所述水平振动台侧支架安装在所述水平振动台台面定位安装基座上。
17.上述振动试验系统同时利用了垂直振动台和水平振动台，将用于根据被测机构的真实运动状态对被测机构进行动支撑的部分安装在垂直振动台和水平振动台中的一者上（如所述试验用旋转轴旋转支撑装置安装在垂直振动台上），而将用于根据被测机构的真实运动状态通过柔性连接方式对被测机构进行驱动的部分拓展在垂直振动台和水平振动台中的另一者上（如所述试验用旋转轴旋转驱动装置安装在水平振动台上），既突破了垂直振动台和水平振动台只能择一使用的使用方式局限，又突破了单一振动台的空间局限，以便使振动试验台实现通过较复杂结构模拟被测对象实际运动状态下的振动试验。
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。
附图说明
19.构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。
20.图1现有一种振动试验台的结构示意图。
21.图2为本发明实施例的一种振动试验系统结构示意图。
22.图3为本发明实施例的一种振动试验系统结构示意图。
23.图4为本发明实施例的一种振动试验系统中旋转轴装传感器结构示意图。
24.图5为本发明实施例的一种振动试验系统的控制系统示意图。
25.图中标记为：控制系统10、振动控制单元11、被测机构驱动控制单元12、旋转轴装传感器21、轴装固定机构211、轴环2111、半环形基体2112、轴环孔2113、盖板2114、无线传输机构212、第一线盘2121、环形布线槽2122、第二线盘2123、垂直振动台31、水平振动台32、振动装置33、转轴部件被测品40、垂直振动台侧工装50、垂直振动台侧支架51、试验用旋转轴旋转支撑装置52、垂直振动台台面定位安装基座53、保护罩54、水平振动台侧工装60、水平振动台侧支架61、试验用旋转轴旋转驱动装置62、水平振动台台面定位安装基座63、试验用旋转轴70、无线信号传输探头被测品81、无线充电探头被测品82、悬臂梁91。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些
说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。
27.下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。
28.关于本说明书中术语和单位：本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“前”、“后”、“左”、“右”表示为基于附图的相对位置关系。此外，其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。
29.图1为现有一种振动试验台的结构示意图。如图1所示，该振动试验台包括垂直振动台31、水平振动台32以及可选择地与所述垂直振动台31和水平振动台32中的任意一者连接而产生相应方向振动的振动装置33。
30.在图1所示的状态下，振动装置33位于垂直振动台31下方并与垂直振动台31连接，此时，振动装置33可以使垂直振动台31产生垂直方向的振动，需要进行垂直方向振动测试的被测对象（被测零件、装置、设备等）安装在垂直振动台31上，从而实现对该被测对象的测试。
31.当对振动装置33旋转90
°
后将振动装置33与水平振动台32连接，此时，振动装置33可以使水平振动台32产生水平方向的振动，需要进行水平方向振动测试的被测对象安装在水平振动台32，从而实现对该被测对象的测试。
32.无论是垂直振动台31还是水平振动台32，它们的台面上还分布多很多的孔或槽，以便通过相应的装夹工装对被测对象进行装夹。
33.上述振动试验台的使用局限性在于：被测对象以及被测对象的装夹工装要么只能整体安装在垂直振动台31上要么只能安装在水平振动台32上而实现被测对象相对于被测对象的装夹工装处于静止状态下的振动试验，难以实现在模拟被测对象实际运动状态下的振动试验。
34.另外，相对于水平振动台32，垂直振动台31台面面积较小，进一步限制了振动试验台实现在通过复杂结构模拟被测对象实际运动状态下进行垂直振动试验的可能性。
35.图2为本发明实施例的一种振动试验系统结构示意图。图3为本发明实施例的一种振动试验系统结构示意图。如图2-图3所示，一种振动试验系统，用于将被测机构安装于振动试验台上进行振动试验。
36.所述振动试验台包括垂直振动台31、水平振动台32及可选择地与所述垂直振动台31和水平振动台32中的任意一者连接产生相应方向振动的振动装置33。上述振动试验系统具体包括垂直振动台侧工装50和水平振动台侧工装60。
37.其中，打开保护罩54后，可见所述垂直振动台侧工装50包含垂直振动台侧支架51，所述垂直振动台侧支架51的下端固定安装在所述垂直振动台31台面上而上端安装有运行状态第一模拟装置。
38.其中，所述水平振动台侧工装60包含水平振动台侧支架61，所述水平振动台侧支
架61的下端固定安装在所述水平振动台32台面上而上端安装有运行状态第二模拟装置。
39.所述运行状态第一模拟装置和所述运行状态第二模拟装置中一者用于根据被测机构的真实运动状态对被测机构进行动支撑而另一者用于根据被测机构的真实运动状态通过柔性连接方式对被测机构进行驱动。
40.一种实施方式中，所述被测机构包括旋转部件被测品40，所述旋转部件被测品40包含旋转部件的全部或部分结构，所述旋转部件用于安装在旋转轴上随旋转轴同步旋转。所述旋转部件被测品40可以是旋转部件的成品或半成品，也可以是旋转部件的整体或局部。
41.当所述被测机构包括旋转部件被测品40时，所述运行状态第一模拟装置包括试验用旋转轴旋转支撑装置52，所述运行状态第二模拟装置包括试验用旋转轴旋转驱动装置62。
42.所述试验用旋转轴旋转支撑装置52上安装有试验用旋转轴70，所述试验用旋转轴70的端部与所述试验用旋转轴旋转驱动装置62柔性连接，所述试验用旋转轴70上安装有所述旋转部件被测品40。
43.试验用旋转轴70用于模拟旋转部件所在的旋转轴，例如当旋转部件为下述的旋转轴装传感器时的车轮轮轴。试验用旋转轴旋转支撑装置52用于提供使试验用旋转轴70能够旋转的动支撑。试验用旋转轴旋转驱动装置62用于带动试验用旋转轴70旋转。
44.所述旋转部件可以为一种旋转轴装传感器，所述旋转轴装传感器用于安装在旋转轴上随旋转轴同步旋转并将采集信号无线发送给信号接收模块。
45.所述旋转轴可以是车轮轮轴，所述信号接收模块可用于安装在所述车轮轮轴的旁侧。
46.与本发明有关的技术研发项目开发了一种轮轨力无线检测装置，可将车轮应变信号通过安装在轮轴上的信号采集模块以短距离无线传输方式发送给转向架构架（位于轮轴旁侧）上的信号接收模块，从而避免使用集流环。上述信号采集模块可采用专门设计的“旋转轴装传感器”，该旋转轴装传感器可以对轮轴无损的方式安装于该轮轴上，使用时随轮轴高速旋转，同时，由于车辆转向架在轨道上行进时会产生振动（主要是垂直振动），该振动会传递到旋转轴装传感器上，因此，在开发旋转轴装传感器时需要对该旋转轴装传感器进行振动试验。
47.通过上述振动试验系统对该旋转轴装传感器进行振动试验时，在振动试验系统工作过程中，垂直振动台31带动垂直振动台侧支架51、试验用旋转轴旋转支撑装置52以及旋转部件被测品40在垂直方向上振动，模拟车辆转向架在轨道上行进时产生的振动；同时，试验用旋转轴旋转驱动装置62驱动试验用旋转轴70及旋转部件被测品40旋转，模拟旋转轴装传感器随车辆转向架中轮轴的旋转。试验用旋转轴70的端部与所述试验用旋转轴旋转驱动装置62柔性连接，这里的“柔性连接”是相对刚性连接而言的，即连接后不妨碍振动试验，因此，上述旋转轴装传感器的振动试验系统能够实现对旋转部件被测品40的测试，评估旋转部件被测品40的使用效果。具体的测试内容可以是旋转部件被测品40与试验用旋转轴70之间的牢固性、旋转部件被测品40整体或局部的强度等等。
48.上述振动试验系统同时利用了垂直振动台31和水平振动台32，将用于根据被测机构的真实运动状态对被测机构进行动支撑的部分安装在垂直振动台31和水平振动台32中
的一者上（如所述试验用旋转轴旋转支撑装置52安装在垂直振动台31上），而将用于根据被测机构的真实运动状态通过柔性连接方式对被测机构进行驱动的部分拓展在垂直振动台31和水平振动台32中的另一者上（如所述试验用旋转轴旋转驱动装置62安装在水平振动台32上），既突破了垂直振动台31和水平振动台32只能择一使用的使用方式局限，又突破了单一振动台的空间局限，以便使振动试验台实现通过较复杂结构模拟被测对象实际运动状态下的振动试验，从而大大节省被测对象的开发周期和成本。
49.所述垂直振动台侧工装50还可以包含垂直振动台台面定位安装基座53，所述垂直振动台台面定位安装基座53利用垂直振动台31台面上提供的定位接口固定在垂直振动台31上，所述垂直振动台侧支架51安装在所述垂直振动台台面定位安装基座53上。
50.同样的，所述水平振动台侧工装60还可以包含水平振动台台面定位安装基座63，所述水平振动台台面定位安装基座63利用水平振动台32台面上提供的定位接口固定在水平振动台32上，所述水平振动台侧支架61安装在所述水平振动台台面定位安装基座63上。
51.所述试验用旋转轴旋转驱动装置62可以包括旋转驱动电机。所述试验用旋转轴旋转支撑装置52可以包含一对轴承座以及分别安装在所述一对轴承座上的一对轴承，所述试验用旋转轴70通过所述一对轴承安装在所述一对轴承座上。所述试验用旋转轴70上可以设置万向节（万向联轴器），以实现所述柔性连接。
52.此外，如图2-图3所示，所述被测机构还可以包括无线信号传输探头被测品81，所述无线信号传输探头被测品81通过支撑结构安装在所述水平振动台32台面上并与所述旋转部件被测品40保持设定距离。可选的，所述支撑结构为安装在水平振动台侧支架61上的悬臂梁91。无线信号传输探头被测品81属于信号接收模块的一部分。
53.所述保护罩54可以采用透明材料制作，以便在试验时能够观察被测机构的运行状态。比如，保护罩54采用透明亚克力板，这样既透明又不会造成电磁屏蔽而妨碍无线信号传输探头被测品81与旋转轴装传感器之间的无线信号传输。
54.下面将结合附图4进一步对旋转轴装传感器以及信号接收模块进行说明。图4为本发明实施例的一种振动试验系统中旋转轴装传感器结构示意图。如图4所示，该旋转轴装传感器21用于安装在轨道车辆的转向架的轮轴上随轮轴同步旋转并将采集信号无线发送给信号接收模块，其包括轴装固定机构211和无线传输机构212。
55.其中，所述轴装固定机构211包含轴环2111，所述轴环2111由两个半环形基体2112通过连接件对接而成并形成用于与所述轮轴112紧密配合的轴环孔2113，所述两个半环形基体2112中均开设有环向卡槽，所述两个半环形基体2112对接后它们之间的环向卡槽对接形成环形卡槽，所述轴环2111中至少一个半环形基体2112上开设有电路安装槽。
56.其中，所述无线传输机构212包含第一线盘2121和无线通信感应线圈（图中未示），所述第一线盘2121为绝缘材料制成的环形结构且内缘上设有环形卡接结构而外缘上设有环形布线槽2122，所述第一线盘2121的环形卡接结构用于与所述轴环2111的对应环形卡槽卡接适配，所述第一线盘2121的环形布线槽2122内用于布设所述无线通信感应线圈。
57.此外，所述电路安装槽用于安装信号收发处理电路，所述信号收发处理电路的信号接收端用于通过第一传输线与安装在与所述轮轴112连接的目标机构（这里的目标机构可以是指轨道车辆的转向架的车轮）上的信号获取模块相连，所述信号收发处理电路的信号发送端用于通过第二传输线与所述无线通信感应线圈相连。“传输线”指任何形式的能够
实现信号有线传输功能的零件。
58.上述旋转轴装传感器可以通过“包夹”的方式安装轮轴上，不损伤轮轴112，不影响轮对结构强度和服役寿命。通过第一线盘2121构形的无线通信感应线圈可与轮轴同轴设置，因此，当旋转轴装传感器随着轮轴旋转时基本不改变无线通信感应线圈与信号接收模块的距离，故可连续地无线输出采集信号。
59.所述轴环2111的两个半环形基体2112可以优选轻质、高刚性和高强度的材料制作。例如，半环形基体2112可以采用硬质铝合金制作。
60.通常而言，所述轴环2111上，所述电路安装槽开设在所述至少一个半环形基体2112的外圆柱面上，所述环向卡槽开设在所述电路安装槽的旁侧。这样，可以避免环向卡槽与电路安装槽之间干涉，也能够更大限度的开发利用半环形基体2112的外圆柱面上的空间来设置电路安装槽。
61.此外，所述无线传输机构212还可包含无线充电感应线圈，所述无线充电感应线圈用于通过第三传输线与所述信号收发处理电路的电源相连。通过无线充电感应线圈可以接收无线充电设备的无线充电，从而向信号收发处理电路提供所需的电源，这样，就可以避免对旋转轴装传感器中的电池进行频繁更换。
62.所述无线充电感应线圈可以通过下列方式设置于所述无线传输机构212中：所述无线传输机构212包含第二线盘2123，所述第二线盘2123为绝缘材料制成的环形结构且内缘上设有环形卡接结构而外缘上设有环形布线槽2122，所述第二线盘2123的环形卡接结构用于与所述轴环2111的对应环形卡槽卡接适配，所述第二线盘2123的环形布线槽2122内用于布设无线充电感应线圈。
63.优选的，所述第一线盘2121与所述第二线盘2123相对地分别设置在所述轴环2111的两端。这样既可以使无线充电感应线圈与无线通信感应线圈离的较远而减小相互干扰，同时也方便电路安装槽的设置，并有利于信号收发处理电路散热。
64.由此，所述被测机构还可以包括无线充电探头被测品82，所述无线充电探头被测品82通过支撑结构安装在所述水平振动台32台面上并与所述旋转部件被测品40保持设定距离。所述支撑结构可以为安装在水平振动台侧支架61上的悬臂梁91。所述无线充电探头被测品82属于信号接收模块的一部分。
65.所述无线充电探头被测品82可以设置磁铁，当无线充电感应线圈转动时，可利用无线充电感应线圈切割该磁铁的磁力线或改变该磁铁的磁场强度从而在无线充电感应线圈上产生感应电流，实现无线充电目的。
66.图5为本发明实施例的一种振动试验系统的控制系统示意图。如图1和图5所示，控制系统10包括振动控制单元11和被测机构驱动控制单元12。其中，振动控制单元11用于控制振动装置33，使振动装置33按照设定的试验条件进行振动。被测机构驱动控制单元12用于控制第一模拟装置和第二模拟装置中用于对被测机构进行驱动的一者，比如试验用旋转轴旋转驱动装置62。
67.在一种实施方式中，所述被测机构包括旋转部件被测品，该旋转部件为上述用于安装在轨道车辆的转向架的轮轴上的旋转轴装传感器，相应的，所述被测机构驱动控制单元12的人机操作界面上还设计了轨道车辆运行速度的输入框，输入轨道车辆运行速度后，被测机构驱动控制单元12可以自动将轨道车辆运行速度换算成轨道车辆的转向架的轮轴
的转速，这样，就方便根据轨道车辆运行速度来控制被测机构驱动控制单元12，从而准确模拟旋转轴装传感器的运行环境。
68.以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本说明书的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。