專利名稱：組合式三維力、力矩測試臺一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及軌道車輛轉(zhuǎn)向架參數(shù)檢測設(shè)備，特別是涉及一種組合式三維力、力矩測 試一體化裝置。
背景技術(shù)：
國外學(xué)者對三維力、力矩傳感器做了許多研究，如Kerr、 Nguyen及Ferraresi等人提 出并研究了斯帝瓦特(Stewart)結(jié)構(gòu)的三維力傳感器，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線性度不好。國內(nèi) 也有一些學(xué)者研究三維力傳感器，并有多項有關(guān)專利技術(shù)，例如六自由度力與力矩傳感器 (中國專利CNZ165435Y)，整體預(yù)緊平臺式三維力傳感器(中國專利CN1263259A)，機(jī)器 人用三維力與力矩傳感器(中國專利CN2066134U)， 一種具有彈性鉸鏈的三維力與力矩傳 感器(專利申請?zhí)?9102421.4)，但是這些技術(shù)存在的主要問題是有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、 剛度低、標(biāo)定困難、靈敏度低、制造成本高等缺陷。而國內(nèi)研究的力傳感器大都采用國外已 有的結(jié)構(gòu)，針對軌道車輛轉(zhuǎn)向架力學(xué)參數(shù)測試所作的三維力、力矩傳感器未見記載，目前在 測試軌道車輛轉(zhuǎn)向架參數(shù)及能方面主要有三維力傳感器，其性能很受局限性，在軌道車輛轉(zhuǎn) 向架參數(shù)測試中不便于采用。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對目前軌道車輛轉(zhuǎn)向架參數(shù)檢測中無法全面、準(zhǔn)確評價動力學(xué)性能的技術(shù) 現(xiàn)狀，提供一種組合式三維力、力矩測試臺一體化裝置。
一種組合式三維力、力矩測試一體化裝置，主要由橫向測力傳感器機(jī)構(gòu)C、垂向測力傳 感器機(jī)構(gòu)D、縱向測力傳感器機(jī)構(gòu)E、限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F、翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)G及支撐部件 組成，所述的橫向測力傳感器機(jī)構(gòu)C和縱向測力傳感器機(jī)構(gòu)E分別由兩支剪切梁式傳感器 16和支撐部件I組成，每兩支剪切梁式傳感器16通過支撐部件I分別沿X向和Y向?qū)ΨQ安 裝在承載板上；所述的垂向測力傳感器機(jī)構(gòu)D由四支剪切梁傳感器16和支撐部件II組成， 四支剪切梁傳感器16分別通過支撐部件II沿Z向安裝在承載板的四個角上，所述的翻傾力 矩測量機(jī)構(gòu)G和限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F也安裝在承載板；承載板包括承載蓋板A和承載底板B， 通過限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F連接為一整體，承載蓋板A通過調(diào)節(jié)限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F保持水平。
所述的支撐部件I主要由傳感器直角支撐座17和兩個側(cè)向力U形夾14組成，剪切梁傳 感器16 —端通過剪切梁傳感器螺栓15與傳感器直角支撐座17固定連接，另一端與側(cè)向力U形夾14浮動連接，傳感器直角支撐座17通過直角支撐座螺栓18與承載底板B固定連接， 側(cè)向力U形夾14通過U形夾螺釘13與承載蓋板A的蓋板連接螺孔9固定連接。
所述的支撐部件II主要由稱重吊架軸20、吊掛19、稱重吊架21、四個吊架頂絲23，四 個球頭頂絲24及四個球碗25所組成，其中每支剪切梁傳感器16的一端通過剪切梁傳感器 螺栓15直接與承載底板B的垂向傳感器連接螺孔3固定相連，另一端通過球頭頂絲24、球 碗25與吊掛19相連，吊掛19通過稱重吊架軸20及吊架頂絲23與稱重吊架21轉(zhuǎn)動連接， 稱重吊架21通過其上的吊架螺釘22與承載蓋板A的蓋板連接螺孔9固定連接。
所述的限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F主要由中間螺母26、銷27、鎖緊螺母28、下球面墊圈29、上 球面墊圈30、球碗螺母31及限翻螺桿32組成，其中的中間螺母26、上球面墊圈30及鎖緊 螺母28均通過螺紋連接方式與限翻螺桿32固定連接，銷27與鎖緊螺母28固定連接，球碗 螺母31及下球面墊圈29均與限翻螺桿32組成同軸連接，球碗螺母31又與承載蓋板A上的 限翻螺栓上通孔10連接，下球面墊圈29與承載底板B的限翻螺栓下通孔2連接。
所述的翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)G主要由剪切梁傳感器螺栓15、剪切梁傳感器16及限翻傾螺 栓機(jī)構(gòu)F所組成，其中剪切梁傳感器16 —側(cè)的螺栓連接通孔與限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F的限翻螺 桿32同軸連接，下球面墊圈29與剪切梁傳感器16的外表面緊定連接，球碗螺母31與承載 蓋板A的翻傾力矩機(jī)構(gòu)上通孔11固定連接，剪切梁傳感器16的另一端通過剪切梁傳感器螺 栓15直接與承載底板B的翻傾力矩傳感器連接螺孔6固定連接。
本實用新型的技術(shù)效果該裝置不僅可以同歩測量空間三維力及力矩，同時可測量三維 力及力矩的分量。該裝置具有結(jié)構(gòu)靈巧、剛度好、誤差小、制造成本和維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)， 能夠滿足軌道車輛轉(zhuǎn)向架力學(xué)參數(shù)測試的需要，保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。組合式三維力、力 矩測試臺一體化裝置為軌道車輛轉(zhuǎn)向架動參數(shù)測試過程中力學(xué)參數(shù)的測量提供了技術(shù)手段， 同時大幅度減小了轉(zhuǎn)向架力學(xué)參數(shù)測試時因局部應(yīng)力及間隙而引起的誤差，保障測試結(jié)果的 準(zhǔn)確性，對其它工業(yè)力學(xué)測試也有豐富的技術(shù)支持，具有廣闊的技術(shù)前景和可觀的應(yīng)用價值。


圖l組合式三維力、力矩測試一體化裝置外觀示意圖2組合式三維力、力矩測試一體化裝置透視圖3承載下板示意圖4承載蓋板示意圖5承載蓋板內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖6橫向(X向)及縱向(Y向)傳感器機(jī)構(gòu)示意圖7垂向(Z向)傳感器組示意圖8垂向(Z向)傳感器組I-I向剖視圖9球頭頂絲和球碗的局部放大圖；圖10稱重吊架軸與稱重吊架裝配示意圖11直角傳感器支撐座裝配示意圖12側(cè)向力U形夾裝配示意圖13翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)示意圖14限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)示意圖15 —維剪切梁傳感器組數(shù)據(jù)采集示意圖中A-承載蓋板；B-承載底板；O橫向(X向)測力傳感器機(jī)構(gòu)；D-垂向(Z向)測
力傳感器機(jī)構(gòu)；E—縱向(Y向)測力傳感器機(jī)構(gòu)；F-限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)；G-翻傾力矩測量機(jī)
構(gòu)；
l-承接底板；2-限翻螺栓下通孔；3-垂向(Z向)傳感器連接螺孔；4-緊定螺栓；5-縱
向(Y向)三角座連接螺孔；6-翻傾力矩傳感器連接螺孔；7-翻傾力矩機(jī)構(gòu)下通孔；8-橫向 (X向)傳感器連接螺孔；9-蓋板連接螺孔；10-限翻螺栓上通孔；11-翻傾力矩機(jī)構(gòu)上通孔；
12-承接蓋板；13-U形夾螺釘；14-側(cè)向力U形夾；15-剪切梁傳感器螺栓；16-剪切梁傳感 器；17-傳感器直角支撐座；18-直角支撐座螺栓；19-吊掛；20-稱重吊架軸；21-稱重吊架； 22-吊架螺釘；23-吊架頂絲；24-球頭頂絲；25-球碗；26-中間螺母；27-銷；28-鎖緊螺母
29-下球面墊圈；30-上球面墊圈；31-球碗螺母；32-限翻螺桿。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所述實施例對本實用新型結(jié)構(gòu)作進(jìn)一歩詳細(xì)說明。
所述的三維力、力矩的測量是由八支不同安裝方式的剪切梁傳感器機(jī)構(gòu)組合測量而獲
得，可以減小因受力方向不同而引起的位移間隙和局部應(yīng)力，消除轉(zhuǎn)向架橫向(x向)或縱
向(Y向)受力對Z軸方向力的影響。
參照圖l、 2， 一種組合式三維力、力矩測試一體化裝置，主要是由橫向(X向)測力傳 感器機(jī)構(gòu)C、垂向(Z向)測力傳感器機(jī)構(gòu)D、縱向(Y向)測力傳感器機(jī)構(gòu)E、限翻傾螺栓 機(jī)構(gòu)F、翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)G及其它支撐部件所組成。三維力、力矩的測量是通過不同安裝 方式的八支剪切梁傳感器16的組合測量而實現(xiàn)的。
參照圖3，所述的承載底板B上設(shè)計有限翻螺栓下通孔2、垂向(Z向)傳感器連接螺 孔3、縱向(Y向)三角座連接螺孔5、翻傾力矩傳感器連接螺孔6、翻傾力矩機(jī)構(gòu)下通孔7 及橫向(X向)傳感器連接螺孔8，用以橫向(X向)測力傳感器機(jī)構(gòu)C、垂向(Z向)測力 傳感器機(jī)構(gòu)D、縱向(Y向)測力傳感器機(jī)構(gòu)E—端的固定連接以及限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F—端 的連接，其中緊定螺栓4與其它設(shè)備或土建基礎(chǔ)固定連接，從而對該裝置進(jìn)行總體定位。
參照圖4、 5，所述的承載蓋板A上設(shè)計有蓋板連接螺孔9、限翻螺栓上通孔10及翻傾 力矩機(jī)構(gòu)上通孔ll，用以實現(xiàn)橫向(X向)測力傳感器機(jī)構(gòu)C、垂向(Z向)測力傳感器機(jī) 構(gòu)D、縱向(Y向)測力傳感器機(jī)構(gòu)E另一端與承載蓋板A的固定連接及限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F另一端的固定連接。
參照圖6、 7、 8、 9、 10、 11、 12，所述的橫向(X向)測力傳感器機(jī)構(gòu)C及縱向(Y向) 測力傳感器機(jī)構(gòu)E分別由兩支剪切梁式傳感器16、兩個傳感器直角支撐座17及兩個側(cè)向力 U形夾14所組成，其中剪切梁傳感器16 —端通過剪切梁傳感器螺栓15與傳感器直角支撐 座17固定連接，另一端與側(cè)向力U形夾14浮動連接，傳感器直角支撐座17通過直角支撐 座螺栓18與承接底板B上的縱向(Y向)直角座連接螺孔5及橫向(X向)直角座連接螺孔 8固定連接，側(cè)向力U形夾14通過U形夾螺釘13與承載蓋板A的蓋板連接螺孔9固定連接。 垂向(Z向)測力傳感器機(jī)構(gòu)D是由四支剪切梁傳感器16、四個稱重吊架軸20、四個吊掛 19、四個稱重吊架21、四個吊架頂絲23，四個球頭頂絲24及四個球碗25所組成，其中每 支剪切梁傳感器16的一端通過剪切梁傳感器螺栓15直接與承載底板B的垂向(Z向)傳感 器連接螺孔3固定相連，另一端通過球頭頂絲24、球碗25與吊掛19相連，吊掛19通過稱 重吊架軸20及吊架頂絲23與稱重吊架21轉(zhuǎn)動連接，稱重吊架21通過其上的吊架螺釘22 與承載蓋板A的蓋板連接螺孔9固定連接。測試時，轉(zhuǎn)向架輪對的力直接作用于承載蓋板A 上，而承載底板B固定于地面，由于剪切梁傳感器16具有單向采集電壓信號變化的特性， 因此不受其它方向力的干擾。橫向(X向)與縱向(Y向)傳感器機(jī)構(gòu)主要實現(xiàn)測試臺水平 方向所受的力及力矩，通過每個側(cè)向力U形夾14的兩內(nèi)側(cè)面可將力垂直作用于每個剪切梁 傳感器16的受力面。當(dāng)橫向(X向)測力傳感器機(jī)構(gòu)(C)中的兩支傳感器有測量值時，而其 它六支傳感器均未測到數(shù)值變化時，表明測試臺只受橫向(X向)作用力；同理，當(dāng)縱向(Y 向)測力傳感器機(jī)構(gòu)E兩支傳感器有測量值時，而其它六支傳感器均未測到數(shù)值變化時，表 明測試臺只受縱向(Y向)作用力；當(dāng)橫向(X向)測力傳感器機(jī)構(gòu)C及縱向(Y向)測力 傳感器機(jī)構(gòu)E均有測量值時，表明測試臺受XOY平面的回轉(zhuǎn)力矩。當(dāng)垂向(Z向)測力傳感 器機(jī)構(gòu)D的四支剪切梁傳感器16有測量值而其它四支傳感器無測量值變化時，表明測試臺 只受垂向(Z向)作用力；當(dāng)垂向(Z向)測力傳感器機(jī)構(gòu)D中某一側(cè)的兩支剪切梁傳感器 16有±測量值，而另一側(cè)的兩支傳感器有^測量值，并且橫向(X向)與縱向(Y向)傳感 器機(jī)構(gòu)的四支傳感器均無測量值時。表明測試臺只受X0Z面或Y0Z面的回轉(zhuǎn)力矩。
參閱圖13，所述的翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)G包括剪切梁傳感器螺栓15、剪切梁傳感器16及 限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F，其中剪切梁傳感器16通過剪切梁傳感器螺栓15與承載底板B固定連接， 限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F的下球面墊圈29與剪切梁傳感器16的外表面緊定連接，球碗螺母31與 承載蓋板A的翻傾力矩機(jī)構(gòu)上通孔ll固定連接，當(dāng)承載蓋板A自身產(chǎn)生翻傾力矩時，對其 它四個限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F進(jìn)行調(diào)節(jié)以保證翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)G中的剪切梁傳感器16的輸出 值為零，從而保證承載蓋板A水平。
參閱圖14，限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F由中間螺母26、銷27、鎖緊螺母28、下球面墊圈29、 上球面墊圈30、球碗螺母31及限翻螺桿32組成，其中調(diào)節(jié)中間螺母26、上球面墊圈30及 鎖緊螺母28可使限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F固定于承載蓋板A上，通過下球面墊圈29可使限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)F固定承載底板B上，從而使承載蓋板A與承載底板B連接成一個整體。
參照圖15，剪切梁傳感器16應(yīng)變片的連接方式可抵消扭轉(zhuǎn)、橫向或縱向應(yīng)力的影響。 彈性體中，應(yīng)變片發(fā)生主要形變會引起電阻應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，由電橋?qū)?yīng)變計阻值的變 化轉(zhuǎn)換成變化的電壓輸出，由放大電路進(jìn)行信號調(diào)理，經(jīng)計算機(jī)接口電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送至 計算機(jī)。通過計算機(jī)對八支剪切梁傳感器16的處理，該組合式三維力、力矩測試一體化裝 置可測試三維力、力矩數(shù)值，且測試結(jié)果可靠性高，穩(wěn)定性好。測試臺一體化程度高，維護(hù) 成本低，全密封焊接，具有較強(qiáng)的抗偏載能力和防翻傾能力，能滿足軌道車輛轉(zhuǎn)向架力學(xué)參 數(shù)測試的要求。
權(quán)利要求1、一種組合式三維力、力矩測試一體化裝置，主要由橫向測力傳感器機(jī)構(gòu)(C)、垂向測力傳感器機(jī)構(gòu)(D)、縱向測力傳感器機(jī)構(gòu)(E)、限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)、翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)(G)及支撐部件組成，其特征在于，所述的橫向測力傳感器機(jī)構(gòu)(C)和縱向測力傳感器機(jī)構(gòu)(E)分別由兩支剪切梁式傳感器(16)和支撐部件I組成，每兩支剪切梁式傳感器(16)通過支撐部件I分別沿X向和Y向?qū)ΨQ安裝在承載板上；所述的垂向測力傳感器機(jī)構(gòu)(D)由四支剪切梁傳感器(16)和支撐部件II組成，四支剪切梁傳感器(16)分別通過支撐部件II沿Z向安裝在承載板的四個角上，所述的翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)(G)和限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)也安裝在承載板；承載板包括承載蓋板(A)和承載底板(B)，通過限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)連接為一整體，承載蓋板(A)通過調(diào)節(jié)限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)保持水平。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種組合式三維力、力矩測試一體化裝置，其特征在于，所述 的支撐部件I主要由傳感器直角支撐座(17)和兩個側(cè)向力U形夾(14)組成，剪切梁傳感 器(16) —端通過剪切梁傳感器螺栓(15)與傳感器直角支撐座(17)固定連接，另一端與 側(cè)向力U形夾(14)浮動連接，傳感器直角支撐座(17)通過直角支撐座螺栓(18)與承載 底板〔B)固定連接，側(cè)向力U形夾(14)通過U形夾螺釘(13)與承載蓋板(A)的蓋板連 接螺孔(9)固定連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種組合式三維力、力矩測試一體化裝置，其特征在于，所述 的支撐部件U主要由稱重吊架軸(20)、吊掛(19)、稱重吊架(21)、四個吊架頂絲(23)， 四個球頭頂絲(24)及四個球碗(25)所組成，其中每支剪切梁傳感器(16)的一端通過剪 切梁傳感器螺栓(15)直接與承載底板(B)的垂向傳感器連接螺孔(3)固定相連，另一端 通過球頭頂絲(24)、球碗(25)與吊掛(19)相連，吊掛(19)通過稱重吊架軸(20)及 吊架頂絲(23)與稱重吊架(21)轉(zhuǎn)動連接，稱重吊架(21)通過其上的吊架螺釘(22)與 承載蓋板(A)的蓋板連接螺孔(9)固定連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種組合式三維力、力矩測試一體化裝置，其特征在于，所述 的限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)主要由中間螺母(26)、銷(27)、鎖緊螺母(28)、下球面墊圈(29)、 上球面墊圈(30)、球碗螺母(31)及限翻螺桿(32)組成，其中的中間螺母(26)、上球面 墊圈(30)及鎖緊螺母(28)均通過螺紋連接方式與限翻螺桿(32)固定連接，銷(27)與 鎖緊螺母(28)固定連接，球碗螺母(31)及下球面墊圈(29)均與限翻螺桿(32)組成同 軸連接，球碗螺母(31)又與承載蓋板(A)上的限翻螺栓上通孔(10)連接，下球面墊圈(29)與承載底板(B)的限翻螺栓下通孔(2)連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式三維力、力矩測試一體化裝置，其特征在于所述的翻 傾力矩測量機(jī)構(gòu)(G)主要由剪切梁傳感器螺栓(15)、剪切梁傳感器(16)及限翻傾螺栓機(jī) 構(gòu)(F)所組成，其中剪切梁傳感器(16) —側(cè)的螺栓連接通孔與限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)的限 翻螺桿(32)同軸連接，下球面墊圈(29)與剪切梁傳感器(16)的外表面緊定連接，球碗螺母(31)與承載蓋板(A)的翻傾力矩機(jī)構(gòu)上通孔(11)固定連接，剪切梁傳感器(16) 的另一端通過剪切梁傳感器螺栓(15)直接與承載底板(B)的翻傾力矩傳感器連接螺孔(6) 固定連接。
專利摘要本實用新型涉及軌道車輛轉(zhuǎn)向架參數(shù)檢測設(shè)備。本實用新型針對目前軌道車輛轉(zhuǎn)向架參數(shù)檢測中無法全面、準(zhǔn)確評價動力學(xué)性能的技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種組合式三維力、力矩測試臺一體化裝置，該裝置包括橫向測力傳感器機(jī)構(gòu)(C)和縱向測力傳感器機(jī)構(gòu)(E)分別由兩支剪切梁式傳感器(16)和支撐部件I組成，每兩支剪切梁式傳感器(16)通過支撐部件I分別沿X向和Y向?qū)ΨQ安裝在承載板上；垂向測力傳感器機(jī)構(gòu)(D)四支剪切梁傳感器(16)分別通過支撐部件II沿Z向安裝在承載板的四個角上，翻傾力矩測量機(jī)構(gòu)(G)和限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)也安裝在承載板；承載板包括承載蓋板(A)和承載底板(B)，通過限翻傾螺栓機(jī)構(gòu)(F)連接為一整體。
文檔編號G01M13/00GK201397210SQ20092009353
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日
發(fā)明者蘭志坤, 劉玉梅, 周殿買, 張立斌, 觀 徐, 林慧英, 梁樹林, 潘洪達(dá), 偉 熊, 王興宇, 建 蘇, 熔 陳 申請人:吉林大學(xué)