振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)，它包括拉壓力傳感器、位移傳感器均安裝在伺服液壓缸上，加速度傳感器安裝在六自由度激振試驗臺上，分別檢測伺服液壓缸缸桿行程、所受拉力或壓力大小和六自由度激振試驗臺加速度，通過AD板卡PCI 1716反饋給伺服控制器；X、Y、Z方向的激振液壓缸作用于六自由度激振試驗臺，模擬六個自由度的運動；X、Y、Z方向的力加載液壓缸作用于車體模擬裝置，模擬四自由度靜態(tài)、動態(tài)力加載，與六自由度振動模擬結(jié)合，形成耦合模擬。該耦合模擬系統(tǒng)降低多余力和動載荷干擾因素，為高速列車轉(zhuǎn)向架提供了更加真實的耦合力學(xué)模擬環(huán)境，在耦合環(huán)境下的狀態(tài)得到更加真實、準(zhǔn)確的檢測。
【專利說明】振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高速列車轉(zhuǎn)向架模擬系統(tǒng)及方法，具體地說涉及一種振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]自鐵路的第六次大提速后，“提速”和“增運”給鐵路部門帶來了一定的經(jīng)濟效益和社會效益，同時也給我們帶來一系列新的技術(shù)難題。其中，由于列車運行速度的提高，作用于車輛與軌道結(jié)構(gòu)之間的動載荷隨之增大，使得車輛系統(tǒng)中各部件間的振動逐漸加劇，這些載荷作用在轉(zhuǎn)向架上，會嚴(yán)重影響著轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)強度和使用壽命，因此，對轉(zhuǎn)向架參數(shù)進行精確測定并對參數(shù)進行優(yōu)化具有重要意義。然而，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向架試驗臺具有一定的局限性，特別是隨著系統(tǒng)耦合作用、線路激擾和氣動作用的顯著增強，現(xiàn)有試驗臺無法模擬轉(zhuǎn)向架在耦合環(huán)境下的整體性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的目的是要提供一種振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)，是一種可以對高速列車轉(zhuǎn)向架運行平穩(wěn)性、穩(wěn)定性、安全性進行綜合考核的耦合模擬系統(tǒng)及方法。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:該高速列車轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)和控制方法；
[0005]所述控制系統(tǒng)包括六自由度激振試驗臺、AD板卡PCI1716、DA板卡PCL6126和多組伺服液壓缸控制系統(tǒng)，每一組伺服液壓缸控制系統(tǒng)均包括激振器控制系統(tǒng)和力加載控制系統(tǒng)；
[0006]所述的激振器控制系統(tǒng)包括激振伺服液壓缸、激振電液伺服閥、激振拉壓力傳感器、激振位移傳感器、激振加速度傳感器和激振伺服控制器；激振器系統(tǒng)中的激振電液伺服閥安裝在激振伺服液壓缸上，激振拉壓力傳感器一端與液壓缸缸桿連接，另一端與鉸接支座連接，激振加速度傳感器安裝在六自由度激振試驗臺上，激振位移傳感器通過螺栓一端與激振伺服液壓缸缸筒連接，另一端與缸桿連接；
[0007]所述的力加載控制系統(tǒng)包括力加載伺服液壓缸、加載電液伺服閥、加載拉壓力傳感器、加載位移傳感器和加載伺服控制器；力加載系統(tǒng)中的力加載電液伺服閥安裝在力加載伺服液壓缸上，力加載拉壓力傳感器一端與液壓缸缸桿連接，另一端與鉸接支座連接，力加載位移傳感器通過螺栓一端與力加載伺服液壓缸缸筒連接，另一端與缸桿連接；力加載控制系統(tǒng)中的力加載伺服液壓缸、加載電液伺服閥、加載拉壓力傳感器、加載位移傳感器和加載伺服控制器與激振器控制系統(tǒng)中的激振伺服液壓缸、激振電液伺服閥、激振拉壓力傳感器、激振位移傳感器、激振加速度傳感器和激振伺服控制器分別相同；伺服控制器的輸出端和輸入端分別和PCL6126板卡和PCI1716板卡連接。
[0008]所述的激振伺服液壓缸通過鉸支座一端與反力墻連接，另一端與六自由度的激振試驗臺連接；水平力加載伺服液壓缸通過鉸支座一端與反力墻連接，另一端與車體模擬裝置連接；垂直力加載伺服液壓缸通過鉸支座一端與龍門架連接，另一端與車體模擬裝置連接；六自由度激振試驗臺與8只激振伺服液壓缸連接，并通過8只激振伺服液壓缸加載，車體模擬裝置與6只力加載液壓缸連接，并通過6只力加載液壓缸加載；車體模擬裝置和六自由度激振試驗臺之間有高速列車轉(zhuǎn)向架，高速列車轉(zhuǎn)向架與車體模擬裝置和六自由度激振試驗臺通過螺栓連接。
[0009]所述的8只激振伺服液壓缸分別為:Z單方向有4只激振伺服液壓缸，X和Y單方向各兩只激振伺服液壓缸；所述的6只力加載液壓缸分別為:Z方向為兩只力加載液壓缸，X和Y方向各對頂布置兩只力加載液壓缸。
[0010]所述的AD板卡PCI1716與DA板卡PCL6126進行數(shù)據(jù)通訊；拉壓力傳感器、位移傳感器固定于8只激振伺服液壓缸和6只力加載伺服液壓缸上,加速度傳感器固定于8只激振伺服液壓缸，進行信號采集；位移傳感器、拉壓力傳感器和加速度傳感器與AD板卡PCI1716的輸入端連接，AD板卡PCI1716的輸出端與伺服控制器16連接，伺服控制器16的輸出端與DA板卡PCL6126的輸入端連接，DA板卡PCL6126的輸出端與電液伺服閥17連接；傳感器信號通過電纜傳送至各板卡，板卡安裝在伺服控制系統(tǒng)的工控機中；所述的伺服控制器16為激振伺服控制器和加載伺服控制器。
[0011]有益效果:由于采用上述方案，拉壓力傳感器、位移傳感器均安裝在伺服液壓缸上，加速度傳感器安裝在六自由度激振試驗臺上，分別檢測伺服液壓缸缸桿行程、所受拉力或壓力大小和六自由度激振試驗臺加速度，通過AD板卡PCI 1716反饋給伺服控制器。X、Y、Z方向的激振液壓缸作用于六自由度激振試驗臺，模擬六個自由度的運動；X、Y、Z方向的力加載液壓缸作用于車體模擬裝置，模擬四自由度靜態(tài)、動態(tài)力加載，與六自由度振動模擬結(jié)合，形成耦合模擬；該耦合模擬系統(tǒng)了降低多余力和動載荷干擾因素，消除強干擾耦合現(xiàn)象，解決具有耦合特性的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境模擬及評價問題，為高速列車轉(zhuǎn)向架提供了更加真實的耦合力學(xué)模擬環(huán)境，使其在耦合環(huán)境下的狀態(tài)得到更加真實、準(zhǔn)確的檢測。
[0012]由于軌道車輛屬于復(fù)雜的多剛體、多自由度、多耦合的動力學(xué)系統(tǒng)，各個部件之間的存在一定的相互作用和相對運動關(guān)系，現(xiàn)有試驗設(shè)備無法實現(xiàn)整車落成狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向架各系懸掛剛度、回轉(zhuǎn)剛度及徑向剛度參數(shù)。本實用新型可以實現(xiàn)六自由度振動模擬、四自由度靜態(tài)和動態(tài)力加載模擬及三者之間的耦合模擬，可以對高速列車轉(zhuǎn)向架進行全面評測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是本實用新型的液壓伺服控制系統(tǒng)原理圖；
[0015]圖3是本實用新型控制系統(tǒng)原理方框圖。
[0016]圖中:1、龍門架；2、反力墻；3、地基；4、X方向力加載伺服液壓缸；5、拉壓力傳感器；6、加速度傳感器；7、位移傳感器；8、Z方向激振伺服液壓缸；9、Y方向力加載伺服液壓缸；10、六自由度激振試驗臺；11、高速列車轉(zhuǎn)向架；12、車體模擬裝置；13、X方向激振伺服液壓缸；14、Z方向力加載伺服液壓缸；15、Y方向激振伺服液壓缸；16、伺服控制器；17、電液伺服閥。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述:
[0018]該高速列車轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括六自由度激振試驗臺、AD板卡PCI1716、DA板卡PCL6126和多組伺服液壓缸控制系統(tǒng)，每一組伺服液壓缸控制系統(tǒng)均包括激振器控制系統(tǒng)和力加載控制系統(tǒng)；
[0019]所述的激振器控制系統(tǒng)包括激振伺服液壓缸、激振電液伺服閥、激振拉壓力傳感器、激振位移傳感器、激振加速度傳感器和激振伺服控制器；激振器系統(tǒng)中的激振電液伺服閥安裝在激振伺服液壓缸上，激振拉壓力傳感器一端與液壓缸缸桿連接，另一端與鉸接支座連接，激振加速度傳感器安裝在六自由度激振試驗臺上，激振位移傳感器通過螺栓一端與激振伺服液壓缸缸筒連接，另一端與缸桿連接；
[0020]所述的力加載控制系統(tǒng)包括力加載伺服液壓缸、加載電液伺服閥、加載拉壓力傳感器、加載位移傳感器和加載伺服控制器；力加載系統(tǒng)中的力加載電液伺服閥安裝在力加載伺服液壓缸上，力加載拉壓力傳感器一端與液壓缸缸桿連接，另一端與鉸接支座連接，力加載位移傳感器通過螺栓一端與力加載伺服液壓缸缸筒連接，另一端與缸桿連接；力加載控制系統(tǒng)中的力加載伺服液壓缸、加載電液伺服閥、加載拉壓力傳感器、加載位移傳感器和加載伺服控制器與激振器控制系統(tǒng)中的激振伺服液壓缸、激振電液伺服閥、激振拉壓力傳感器、激振位移傳感器、激振加速度傳感器和激振伺服控制器分別相同；伺服控制器的輸出端和輸入端分別和PCL6126板卡和PCI1716板卡連接，實現(xiàn)對激振電液伺服閥和力加載電液伺服閥的的控制和各傳感器信號的采集，實現(xiàn)對激振控制系統(tǒng)和力加載控制系統(tǒng)的控制。
[0021]所述的激振伺服液壓缸通過鉸支座一端與反力墻連接，另一端與六自由度的激振試驗臺連接；水平力加載伺服液壓缸通過鉸支座一端與反力墻連接，另一端與車體模擬裝置連接；垂直力加載伺服液壓缸通過鉸支座一端與龍門架連接，另一端與車體模擬裝置連接；六自由度激振試驗臺與8只激振伺服液壓缸連接，并通過8只激振伺服液壓缸加載，車體模擬裝置與6只力加載液壓缸連接，并通過6只力加載液壓缸加載；車體模擬裝置和六自由度激振試驗臺之間有高速列車轉(zhuǎn)向架，高速列車轉(zhuǎn)向架與車體模擬裝置和六自由度激振試驗臺通過螺栓連接。
[0022]所述的8只激振伺服液壓缸分別為:Z單方向有4只激振伺服液壓缸，X和Y單方向各兩只激振伺服液壓缸；所述的6只力加載液壓缸分別為:Z方向為兩只力加載液壓缸，X和Y方向各對頂布置兩只力加載液壓缸。
[0023]所述的AD板卡PCI1716與DA板卡PCL6126進行數(shù)據(jù)通訊；拉壓力傳感器、位移傳感器固定于8只激振伺服液壓缸和6只力加載伺服液壓缸上,加速度傳感器固定于8只激振伺服液壓缸，進行信號采集；位移傳感器、拉壓力傳感器和加速度傳感器與AD板卡PCI1716的輸入端連接，AD板卡PCI1716的輸出端與伺服控制器16連接，伺服控制器16的輸出端與DA板卡PCL6126的輸入端連接，DA板卡PCL6126的輸出端與電液伺服閥17連接；傳感器信號通過電纜傳送至各板卡，板卡安裝在伺服控制系統(tǒng)的工控機中；所述的伺服控制器16為激振伺服控制器和加載伺服控制器。
[0024]所述控制系統(tǒng)包括多組伺服液壓缸控制系統(tǒng)，分為激振器控制系統(tǒng)和力加載控制系統(tǒng)。每組激振器控制系統(tǒng)包括激振伺服液壓缸、電液伺服閥17、拉壓力傳感器5、位移傳感器7、加速度傳感器6和伺服控制器16 ;所述的激振伺服液壓缸為Z方向激振伺服液壓缸8、X方向激振伺服液壓缸13和Y方向激振伺服液壓缸15。
[0025]每組力加載控制系統(tǒng)包括力加載伺服液壓缸、電液伺服閥17、拉壓力傳感器5、位移傳感器7和伺服控制器16 ;所述的加載伺服液壓缸為X方向力加載伺服液壓缸4、Y方向力加載伺服液壓缸9和Z方向力加載伺服液壓缸14。
[0026]如圖1所示，本實用新型的基于六自由度振動模擬與多通道協(xié)調(diào)加載的高速列車轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)主要由龍門架1、反力墻2、地基3、Χ方向力加載伺服液壓缸4、拉壓力傳感器5、加速度傳感器6、位移傳感器7、Z方向激振伺服液壓缸8、Y方向力加載伺服液壓缸9、六自由度激振試驗臺10、高速列車轉(zhuǎn)向架11、車體模擬裝置12、X方向激振伺服液壓缸13、Z方向力加載伺服液壓缸14、Y方向激振伺服液壓缸15、伺服控制器16、電液伺服閥構(gòu)成17。拉壓力傳感器5、加速度傳感器6、位移傳感器7均安裝在伺服液壓缸上，分別檢測伺服液壓缸缸桿行程、所受拉力或壓力大小和加速度，通過AD板卡PCI 1716反饋給伺服控制器16。Χ、Υ、Ζ方向的激振液壓缸作用于六自由度激振試驗臺10，模擬六個自由度的運動；Χ、Υ、Ζ方向的力加載液壓缸作用于車體模擬裝置12，模擬四自由度靜態(tài)、動態(tài)力加載，與六自由度振動模擬結(jié)合，形成耦合模擬。高速列車轉(zhuǎn)向架11位于六自由度激振試驗臺10和車體模擬裝置12之間。
【權(quán)利要求】
1.一種振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)，其特征是:它包括六自由度激振試驗臺、仙板卡？011716、0八板卡？16126和多組伺服液壓缸控制系統(tǒng)，每一組伺服液壓缸控制系統(tǒng)均包括激振器控制系統(tǒng)和力加載控制系統(tǒng)； 所述的激振器控制系統(tǒng)包括激振伺服液壓缸、激振電液伺服閥、激振拉壓力傳感器、激振位移傳感器、激振加速度傳感器和激振伺服控制器；激振器系統(tǒng)中的激振電液伺服閥安裝在激振伺服液壓缸上，激振拉壓力傳感器一端與液壓缸缸桿連接，另一端與鉸接支座連接，激振加速度傳感器安裝在六自由度激振試驗臺上，激振位移傳感器通過螺栓一端與激振伺服液壓缸缸筒連接，另一端與缸桿連接； 所述的力加載控制系統(tǒng)包括力加載伺服液壓缸、加載電液伺服閥、加載拉壓力傳感器、加載位移傳感器和加載伺服控制器；力加載系統(tǒng)中的力加載電液伺服閥安裝在力加載伺服液壓缸上，力加載拉壓力傳感器一端與液壓缸缸桿連接，另一端與鉸接支座連接，力加載位移傳感器通過螺栓一端與力加載伺服液壓缸缸筒連接，另一端與缸桿連接；力加載控制系統(tǒng)中的力加載伺服液壓缸、加載電液伺服閥、加載拉壓力傳感器、加載位移傳感器和加載伺服控制器與激振器控制系統(tǒng)中的激振伺服液壓缸、激振電液伺服閥、激振拉壓力傳感器、激振位移傳感器、激振加速度傳感器和激振伺服控制器分別相同；伺服控制器的輸出端和輸入端分別和？16126板卡和？011716板卡連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)，其特征是:所述的激振伺服液壓缸通過鉸支座一端與反力墻連接，另一端與六自由度的激振試驗臺連接；水平力加載伺服液壓缸通過鉸支座一端與反力墻連接，另一端與車體模擬裝置連接；垂直力加載伺服液壓缸通過鉸支座一端與龍門架連接，另一端與車體模擬裝置連接；六自由度激振試驗臺與8只激振伺服液壓缸連接，并通過8只激振伺服液壓缸加載，車體模擬裝置與6只力加載液壓缸連接，并通過6只力加載液壓缸加載；車體模擬裝置和六自由度激振試驗臺之間有高速列車轉(zhuǎn)向架，高速列車轉(zhuǎn)向架與車體模擬裝置和六自由度激振試驗臺通過螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)，其特征是:所述的8只激振伺服液壓缸分別為:2單方向有4只激振伺服液壓缸，X和V單方向各兩只激振伺服液壓缸；所述的6只力加載液壓缸分別為:2方向為兩只力加載液壓缸，X和V方向各對頂布置兩只力加載液壓缸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種振動與加載多自由度轉(zhuǎn)向架集成耦合模擬系統(tǒng)，其特征是:所述的仙板卡？011716與0八板卡？16126進行數(shù)據(jù)通訊；拉壓力傳感器、位移傳感器固定于8只激振伺服液壓缸和6只力加載伺服液壓缸上，加速度傳感器固定于8只激振伺服液壓缸，進行信號采集；位移傳感器、拉壓力傳感器和加速度傳感器與仙板卡？011716的輸入端連接，仙板卡？011716的輸出端與伺服控制器(16)連接，伺服控制器(16)的輸出端與0八板卡？16126的輸入端連接，0八板卡？16126的輸出端與電液伺服閥(17)連接；傳感器信號通過電纜傳送至各板卡，板卡安裝在伺服控制系統(tǒng)的工控機中；所述的伺服控制器(16)為激振伺服控制器和加載伺服控制器。
【文檔編號】G01M7/02GK204177585SQ201420445848
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】沈剛, 朱真才, 李翔, 曹國華, 周公博, 李偉, 湯裕, 張磊, 彭玉興, 盧昊 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)