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专利名称：一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置及试验方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路部件的试验装置及试验方法，尤其是指一种独轨车用牵引连杆系统疲劳试验装置及试验方法，该装置及试验方法为独轨车牵引连杆系统及相关系统部件进行疲劳试验提供了一套试验装置及试验方法，属于试验技术方案、实验装备领域。
背景技术：
牵引连杆系统是独轨车转向架中重要的牵引和减振部件，是一种由金属构件与橡胶弹性元件组成的系统部件，主要由牵引杆、扭转轴、安装座、扭力臂、牵引连杆、油压弹簧组成，主要功能是传递独轨车车体相对转向架的牵引力以及缓和车辆通过曲线时所产生的离心力和偏摆位移，具有减振效果好、维护方便等优点，因此，在独轨车转向架系统中得到了广泛应用。为验证牵引连杆系统的可靠性和耐久性，产品在装车前都必须进行模拟实际工况的疲劳试验，由于产品结构特殊、实际承载工况复杂，对其进行系统疲劳试验已成为该技术领域的技术难题。 如何设计一套合理的试验方法及装置对其进行疲劳试验，将对独轨车牵引连杆系统及同类系统部件的研发、试验都有重要意义，本发明的成功实施，解决了独轨车牵引连杆系统无法进行疲劳试验的技术难题，为牵引连杆系统进行竖向、水平、偏摆3向加载疲劳试验提供了一套试验方法及装置，填补了国内外这一技术领域的空白。在专利数据库中检索，没有检索到独轨车牵引连杆系统相关的技术方案和装置，也没有类似的技术方案、装置及论文。

发明内容
本发明的目的在于针对独轨车牵引连杆系统及相关系统部件疲劳试验的要求，提供了一种3向加载疲劳试验装置及试验方法，该试验装置及试验方法可以模拟牵引连杆系统实际工况，对其进行3向加载疲劳试验。根据本发明目的所提出的技术实施方案是一种独轨车用牵引连杆系统疲劳试验装置，包括牵引连杆系统、模拟转向架系统、模拟车体系统和导向支撑系统，牵引连杆系统置于模拟车体系统和模拟转向架系统中，其中牵引连杆系统的下端安装于模拟转向架系统中，通过牵引连杆系统的上下两组连杆上端球铰与模拟车体系统相联接，牵引连杆系统分别从左右两端，同时于水平方向与模拟车体系统联接成一整体，在模拟车体系统上设有一个竖向加载油缸，竖向加载油缸从水平分别对牵引连杆系统上下两组连杆施加竖向牵引力；同时在模拟转向架系统上设有水平加载油缸，水平油缸通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加水平载荷和偏摆位移，从而实现对牵引连杆机构进行三向加载疲劳试验。进一步地，所述的模拟转向架系统包括水平加载装置、反力座装置、曲柄连杆机构3个部分，所述的水平加载装置为曲柄连杆机构提供水平载荷和偏摆位移，在水平油缸的尾部设有铰链装置，前端设有转换连接装置，水平油缸对曲柄连杆机构施加载荷时所产生的弧线位移通过铰链装置进行转换；所述的反力座装置呈“Λ”结构，在反力座上下支撑板和反力座底部均设有加强筋，两侧设计有极限保护反力架，支撑板前端安装有滚子轴承并设有有挡圈和限位筒，防止轴承上下滑移，反力座装置通过轴承与曲柄连杆机构转动轴安装，抵抗竖向牵引力同时保证连杆机构绕轴承为支点做偏摆运动；所述的曲柄连杆机构是水平载荷转换装置，牵引连杆机构的安装座固定在曲柄连杆机构的安装板上，安装板的中心位置通过加强筋分别焊接悬挂臂和摆臂；所述的悬挂臂呈“凸”型结构并通过转动轴安装在转动定位装置中，所述的摆臂两端加工有通孔，上端通孔通过转动轴与悬挂臂一并安装于转动定位装置中，下端通孔通过转动销与连杆连接；从中间上下对称位置穿过安装板以并联的方式通过转动销、连杆与水平加载装置连接，当水平油缸输出水平直线载荷时通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平和偏摆加载。 进一步地，所述的模拟车体系统包括竖向加载装置、转动及导向装置、加载平台装置；所述的竖向加载装置从竖向中心位置对牵引连杆系统施加载荷，加载油缸以水平的方式放置，可减少工装自重产生的载荷而影响试验精度；所述的转动及导向装置安装于竖向加载装置和加载平台装置之间，以并联双导向的方式将油缸输出载荷传递给加载平台装置，同时加载平台装置可绕转动轴转动以消除偏心载荷。所述的加载平台装置是由方钢和平板加工而的框架结构承载平台，加载平台装置的受力点设计在距中心位置，通过偏心加载方式将油缸输出合力以4:1分别施加给上下两组牵引杆，实现对牵引连杆系统的竖向加载。进一步地，所述的水平加载装置由水平油缸反力座、水平油缸尾部铰链、水平油缸、转换连接装置组成，所述的反力座装置由反力座支撑板、反力座底板一、反力座底板二、反力座加强筋一、反力座加强筋二、滚子轴承、内六角螺栓、端盖板组成，所述的曲柄连杆机构由安装板、悬挂臂、摆臂、转动销、连杆、偏摆装置加强筋一、偏摆装置加强筋二、转动轴、限位筒一、限位筒二、转动定位装置组成。进一步地，所述的竖向加载装置由竖向油缸反力座、竖向油缸组成，所述的转动及导向装置由加载横梁、导向座底板、导向座底板、导向座端盖板、导向铜套、铰链转动杆、铰链轴承座、向心关节轴承、铰链转动轴、铰链端盖板、铰链限位筒组成，所述的加载平台装置由加载平台固定板一、方钢一、方钢二、加载平台固定板二、挡块一、支撑块、长螺栓、侧向支撑座组成。进一步地，所述的导向支撑系统由导向横梁、六角螺栓、支撑板、加强筋、垫高块、固定底板组成。其中支撑座分别安装在模拟转向架系统悬挂臂两端，通过导向横梁来支撑牵引连杆系统的上下两组牵引杆，防止牵引杆因自重下沉，同时保证牵引杆沿导向横梁滑动面左右摆动，以满足复合加载试验要求。一种利用上述装置的独轨车牵引连杆系统疲劳试验所述的试验方法，将牵引连杆系统放置于一个模拟车体和转向架系统中，作为整体以水平方式安装在试验平台上，通过加载油缸和试验工装分别从竖向和侧向(水平)对其进行组合式加载，其中牵引连杆系统4根牵引杆的上端球铰通过螺栓固定在模拟车体装置的承载平台上，与其构成一四连杆内力平衡的双扭杆机构，在偏离承载平台中心一定距离位置处安装铰链装置，铰链装置以并联的方式穿过4个导向座并通过加载横梁与竖向加载油缸联接，油缸通过铰链装置以偏心加载方式分别对上下两组牵引杆施加牵引力，因此产生的偏转角度通过铰链装置绕转动轴做偏摆运动，消除偏摆载荷，从而实现对牵弓I连杆系统竖向加载。进一步地，所述的牵引连杆系统安装座通过固定螺栓固定在模拟转向架系统的安装板上，安装板通过悬挂臂、摆臂、转动轴、连杆、转动销构成曲柄连杆机构，水平油缸通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平和偏摆加载。进一步地，所述的油缸通过铰链装置以偏心加载方式分别对上下两组牵引杆施加牵引力的竖向合力是以4 1的方式分别施加给上下两组牵引杆的。本发明的技术特征及创新之一是设计I竖向加载油缸和I水平加载油缸以水平方式组合加载，真实模拟了牵引连杆系统的实际承载工况，同时消除了工装自重产生的载荷从而提高了试验精度；
本发明技术特征及创新之二是竖向加载设计成偏心加载方式，将竖向合力以4 1的方式分别施加给上下两组牵引杆，同时在承载平台两侧安装支撑座，在承载平台加载端设计 转动装置，采用2组并联双导向的方式，保证了偏心加载方式的稳定性，同时满足试验的要求；
本发明技术特征及创新之三是水平油缸通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平的偏摆加载。


图I是本发明一个实施例的结构示意主视 图2是本发明一个实施例的结构示意俯视 图3是本发明一个实施例的结构示意左视 图4是本发明一个实施例的模拟转向架系统主视 图5是本发明一个实施例的模拟转向架系统俯视 图6是本发明一个实施例的模拟转向架系统左视 图7是本发明一个实施例的模板车体系统主视 图8是本发明一个实施例的模板车体系统俯视 图9是本发明一个实施例的模板车体系统左视 图10是本发明一个实施例的导向支撑系统主视 图11是本发明一个实施例的导向支撑系统俯视 图12是本发明一个实施例的导向支撑系统左视图。
具体实施例方式附图给出了本发明一个实施例，下面将接合附图对本发明做进一步的描述。一种独轨车用牵引连杆系统疲劳试验方法，所述的试验方法是
将牵引连杆系统放置于一个模拟车体和转向架系统中，作为整体以水平方式安装在试验平台上，通过加载油缸和试验工装分别从竖向和侧向(水平)对其进行组合式加载，其中牵引连杆系统4根牵引杆的上端球铰通过螺栓固定在模拟车体装置的承载平台上，与其构成一四连杆内力平衡的双扭杆机构，在偏离承载平台中心H位置(150-190mm)处安装铰链装置，铰链装置以并联的方式穿过4个导向座并通过加载横梁与竖向加载油缸联接，油缸通过铰链装置以偏心加载方式分别对上下两组牵引杆施加4 :1的牵引力，因此产生的偏转角度通过铰链装置绕转动轴做偏摆运动，消除偏摆载荷，从而实现对牵引连杆系统竖向加载。其中牵引连杆系统安装座通过固定螺栓固定在模拟转向架系统的安装板上，安装板通过悬挂臂、摆臂、转动轴、连杆、转动销组成曲柄连杆机构，水平油缸通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平和偏摆加载。根据上述方法所提出的一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置如附图1-3所示，包括牵引连杆系统I、模拟转向架系统2、模拟车体系统3和导向支撑系统4，牵引连杆系统I置于模拟车体系统3和模拟转向架系统2中，其中牵引连杆系统I的下端安装于模拟转向架系统2中，通过牵引连杆系统I的上下两组连杆上端球铰7和6与模拟车体系统3相联接，牵引连杆系统I分别从左右两端、同时于水平方向与模拟车体系统3联接成一整体，在模拟车体系统3上设有一个竖向加载油缸11，竖向加载油缸11从水平分别对牵引连杆系统I上下两组连杆8和9施加4 :1的竖向牵引力。同时在模拟转向架系统2上设有水平加载油缸10，水平油缸10通过曲柄连杆机构12对牵引连杆系统I施加载水平载荷和偏摆位移，从而实现对牵引连杆机构进行三向加载疲劳试验。所述的模拟转向架系统2、模拟车体 系统3和导向支撑系统4都安装在一个试验平台5上
所述的模拟转向架系统由水平加载装置、反力座装置、曲柄连杆机构3部分组成，所述的水平加载装置如附图4-6所示，由水平油缸反力座1-1、水平油缸尾部铰链1-2、水平油缸1-3、转换连接装置1-4组成，所述的反座装置由反力座支撑板1-5、反力座底板一 1-6、反力座底板二 1_7、反力座加强筋一 1_8、反力座加强筋二 1-9、滚子轴承1-10、内六角螺栓MlO 1-11、端盖板1-12组成，所述的曲柄连杆机构由安装板1-13、悬挂臂1_14、摆臂1_15、转动销1-16、连杆1-17、偏摆装置加强筋一 1-18、偏摆装置加强筋二 1-19、转动轴1_20、限位筒一 1-21、限位筒二 1-22、转动定位装置1-23组成。所述的水平加载装置主要为曲柄连杆机构提供水平载荷和偏摆位移，其特征是在水平油缸的尾部设计铰链装置，前端设计了转换连接装置，水平油缸对曲柄连杆机构施加载荷时所产生的弧线位移通过铰链装置进行转换。所述的反力座装置呈“Λ”结构，其特征是在反力座上下支撑板和反力座底部均设计有加强筋，两侧设计有极限保护反力架，支撑板前端安装有滚子轴承并设计有挡圈和限位筒，防止轴承上下滑移，反力座装置通过轴承与曲柄连杆机构转动轴安装，抵抗竖向牵引力同时保证连杆机构绕轴承为支点做偏摆运动。所述的曲柄连杆机构是水平载荷转换装置，其特征是牵引连杆机构的安装座固定在曲柄连杆机构的安装板上，安装板的中心位置通过加强筋分别焊接悬挂臂和摆臂，所述的悬挂臂呈“凸”型结构并通过转动轴安装在转动定位装置中，所述的摆臂两端加工有Φ 90通孔，上端通孔通过转动轴与悬挂臂一并安装于转动定位装置中，下端通孔通过转动销与连杆连接。从中间上下对称位置穿过安装板以并联的方式通过转动销、连杆与水平加载装置连接，当水平油缸输出水平直线载荷时通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平和偏摆加载。所述的模拟车体系统由竖向加载装置、转动及导向装置、加载平台装置组成，所述的竖向加载装置如附图7-所示，由竖向油缸反力座2-1、竖向油缸2-2组成,所述的转动及导向装置由加载横梁2-3、导向座底板2-4、导向座底板2-5、导向座端盖板2-6、导向铜套2-7、铰链转动杆2-8、铰链轴承座2-9、向心关节轴承2-10、铰链转动轴2_11、铰链端盖板2-12、铰链限位筒2-13组成，所述的加载平台装置由加载平台固定板一 2-14、方钢一 2-15、方钢二 2-16、加载平台固定板二 2-17、挡块一 2-18、支撑块2_19、M16长螺栓2_20、侧向支撑座2-21组成。所述的竖向加载装置从竖向中心位置对牵引连杆系统施加载荷，其特征在于加载油缸以水平的方式放置，可减少工装自重产生的载荷而影响试验精度。所述的转动及导向装置安装于竖向加载装置和加载平台装置之间，以并联双导向的方式将油缸输出载荷传递给加载平台装置，同时加载平台装置可绕转动轴转动以消除偏心载荷。所述的加载平台装置是由方钢和平板加工而的框架结构承载平台，其特征在于加载平台装置的受力点设计在距中心175位置，通过偏心加载方式将油缸输出合力以4:1分别施加给上下两组牵引杆，实现对牵引连杆系统的竖向加载。所述的导向支撑系统如附图3所示，由导向横梁3-1、内六角螺栓3-2、支撑板3-3、加强筋3-4、垫高块3-5、固定底板3-6组成。其中支撑座分别安装在模拟转向架系统悬挂臂两端，通过导向横梁来支撑牵引连杆系统的上下两组牵引杆，防止牵引杆因自重下沉，同时保证牵引杆沿导向横梁滑动面左右摆动，以满足复合加载试验要求。本发明的技术特征及创新之一是设计I竖向加载油缸和I水平加载油缸以水平方 式组合加载，真实模拟了牵引连杆系统的实际承载工况，同时消除了工装自重产生的载荷从而提高了试验精度；
本发明技术特征及创新之二是竖向加载设计成偏心加载方式，将竖向合力以4 1的方式分别施加给上下两组牵引杆，同时在承载平台两侧安装支撑座，在承载平台加载端设计转动装置，采用2组并联双导向的方式，保证了偏心加载方式的稳定性，同时满足试验的要求；
本发明技术特征及创新之三是水平油缸通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平的偏摆加载。
权利要求
1.一种独轨车用牵引连杆系统疲劳试验装置，其特征在于包括牵引连杆系统、模拟转向架系统、模拟车体系统和导向支撑系统，牵引连杆系统置于模拟车体系统和转向架系统中，其中牵引连杆系统的下端安装于模拟转向架系统中，通过牵引连杆系统的上下两组连杆上端球铰与模拟车体系统相联接，牵引连杆系统分别从左右两端、同时于水平方向与模拟车体系统联接成一整体，在模拟车体系统上设有一个竖向加载油缸，竖向加载油缸从水平分别对牵引连杆系统上下两组连杆施加竖向牵引力；同时在模拟转向架系统上设有水平加载油缸，水平油缸通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加水平载荷和偏摆位移，从而实现对牵弓I连杆机构进行三向加载疲劳试验。
2.如权利要求I所述的一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置，其特征在于所述的模拟转向架系统包括水平加载装置、反力座装置、曲柄连杆机构3个部分，所述的水平加载装置为曲柄连杆机构提供水平载荷和偏摆位移，在水平油缸的尾部设有铰链装置，前端设有转换连接装置，水平油缸对曲柄连杆机构施加载荷时所产生的弧线位移通过铰链装置进行转换；所述的反力座装置呈“Λ”结构，在反力座上下支撑板和反力座底部均设有加强筋，两侧设计有极限保护反力架，支撑板前端安装有滚子轴承并设有有挡圈和限位筒，防止轴承上下滑移，反力座装置通过轴承与曲柄连杆机构转动轴安装，抵抗竖向牵引力同时保证连杆机构绕轴承为支点做偏摆运动；所述的曲柄连杆机构是水平载荷转换装置，牵引连杆机构的安装座固定在曲柄连杆机构的安装板上，安装板的中心位置通过加强筋分别焊接悬挂臂和摆臂，所述的悬挂臂呈“凸”型结构并通过转动轴安装在转动定位装置中，所述的摆臂两端加工有通孔，上端通孔通过转动轴与悬挂臂一并安装于转动定位装置中，下端通孔通过转动销与连杆连接；从中间上下对称位置穿过安装板以并联的方式通过转动销、连杆与水平加载装置连接，当水平油缸输出水平直线载荷时通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平和偏摆加载。
3.如权利要求I所述的一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置，其特征在于所述的模拟车体系统包括竖向加载装置、转动及导向装置、加载平台装置；所述的竖向加载装置从竖向中心位置对牵引连杆系统施加载荷，加载油缸以水平的方式放置，可减少工装自重产生的载荷而影响试验精度； 所述的转动及导向装置安装于竖向加载装置和加载平台装置之间，以并联双导向的方式将油缸输出载荷传递给加载平台装置，同时加载平台装置可绕转动轴转动以消除偏心载荷； 所述的加载平台装置是由方钢和平板加工而的框架结构承载平台，加载平台装置的受力点设计在距中心位置，通过偏心加载方式将油缸输出合力以4:1分别施加给上下两组牵引杆，实现对牵引连杆系统的竖向加载。
4.如权利要求I所述的一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置，其特征在于所述的水平加载装置由水平油缸反力座、水平油缸尾部铰链、水平油缸、转换连接装置组成，所述的反力座装置由反力座支撑板、反力座底板一、反力座底板二、反力座加强筋一、反力座加强筋二、滚子轴承、内六角螺栓、端盖板组成，所述的曲柄连杆机构由安装板、悬挂臂、摆臂、转动销、连杆、偏摆装置加强筋一、偏摆装置加强筋二、转动轴、限位筒一、限位筒二、转动定位装置组成。
5.如权利要求I所述的一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置，其特征在于所述的竖向加载装置由竖向油缸反力座、竖向油缸组成，所述的转动及导向装置由加载横梁、导向座底板、导向座底板、导向座端盖板、导向铜套、铰链转动杆、铰链轴承座、向心关节轴承、铰链转动轴、铰链端盖板、铰链限位筒组成，所述的加载平台装置由加载平台固定板一、方钢一、方钢二、加载平台固定板二、挡块一、支撑块、长螺栓、侧向支撑座组成。
6.如权利要求I所述的一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置，其特征在于所述的导向支撑系统由导向横梁、六角螺栓、支撑板、加强筋、垫高块、固定底板组成； 其中支撑座分别安装在模拟转向架系统悬挂臂两端，通过导向横梁来支撑牵引连杆系统的上下两组牵引杆，防止牵引杆因自重下沉，同时保证牵引杆沿导向横梁滑动面左右摆动，以满足复合加载试验要求。
7.一种利用权利要求I所述的一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置的扭杆系统三向协调加载试验方法，其特征在于将牵引连杆系统放置于一个模拟车体和转向架系统中，作为整体以水平方式安装在试验平台上，通过加载油缸和试验工装分别从竖向和侧向对其进行组合式加载，其中牵引连杆系统4根牵引杆的上端球铰通过螺栓固定在模拟车体装置的承载平台上，与其构成一四连杆内力平衡的双扭杆机构，在偏离承载平台中心一定距离位置处安装铰链装置，铰链装置以并联的方式穿过4个导向座并通过加载横梁与竖向加载油缸联接，油缸通过铰链装置以偏心加载方式分别对上下两组牵引杆施加牵引力，因此产生的偏转角度通过铰链装置绕转动轴做偏摆运动，消除偏摆载荷，从而实现对牵引连杆系统竖向加载。
8.如权利要求7所述的扭杆系统三向协调加载试验方法，其特征在于所述的牵引连杆系统安装座通过固定螺栓固定在模拟转向架系统的安装板上，安装板通过悬挂臂、摆臂、转动轴、连杆、转动销构成曲柄连杆机构，水平油缸通过曲柄连杆机构对牵引连杆系统施加载水平载荷和偏摆位移，实现对牵引连杆机构的水平和偏摆加载。
9.如权利要求7所述的扭杆系统三向协调加载试验方法，其特征在于所述的油缸通过铰链装置以偏心加载方式分别对上下两组牵引杆施加牵引力的竖向合力是以4 1的方式分别施加给上下两组牵引杆的。
全文摘要
一种独轨车牵引连杆系统疲劳试验装置及试验方法，将牵引连杆系统放置于一个模拟车体和转向架系统中，作为整体以水平方式安装在试验平台上，通过加载油缸和试验工装分别从竖向和侧向(水平)对其进行组合式加载，其中牵引连杆系统4根牵引杆的上端球铰通过螺栓固定在模拟车体装置的承载平台上，与其构成一四连杆内力平衡的双扭杆机构，在偏离承载平台中心一定距离位置处安装铰链装置，铰链装置以并联的方式穿过4个导向座并通过加载横梁与竖向加载油缸联接，油缸通过铰链装置以偏心加载方式分别对上下两组牵引杆施加牵引力，因此产生的偏转角度通过铰链装置绕转动轴做偏摆运动，消除偏摆载荷，从而实现对牵引连杆系统竖向加载。
文档编号G01M17/08GK102829985SQ201210300229
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者彭立群, 林达文, 王进, 陈刚 申请人:株洲时代新材料科技股份有限公司