專利名稱：車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電技術(shù)，具體說就是一種車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
隨著高鐵時(shí)代的到來，列車時(shí)速不斷提升，對(duì)列車部件的設(shè)計(jì)提出更高的要求。車 端組件是高速列車的關(guān)鍵部件，對(duì)保證列車整體性能至關(guān)重要。貫通道作為車端組件的核 心部件，其性能的優(yōu)劣亦是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。這就要求能夠有一套高性能的綜合試驗(yàn)設(shè)備，不僅 能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)模擬功能，而且要具備高精度的力加載功能，以滿足車端關(guān)系組件 的運(yùn)動(dòng)干涉試驗(yàn)、功能性試驗(yàn)和研究性試驗(yàn)的要求，為列車部件的設(shè)計(jì)提供參考。但目前并 沒有一種專用設(shè)備能夠同時(shí)滿足上述的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種滿足車端關(guān)系組件干涉性試驗(yàn)、功能性試驗(yàn)和研究性 試驗(yàn)的基于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由前反力基礎(chǔ)、下鉸支座、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)、上鉸支座、連接架、空氣彈簧、前端過渡板、托架、六維力/力矩傳感器、貫通道、后端 過渡板、模擬車廂端、后反力基礎(chǔ)組成的。前反力基礎(chǔ)與地基固定，通過三組下鉸支座與六 套液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的前端通過三組上鉸支座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連，運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 通過托架連接空氣彈簧，空氣彈簧的另一端通過連接架與前端過渡板連接，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上還 安裝有六維力/力矩傳感器，六維力/力矩傳感器的另一端與前端過渡板連接，前端過渡板 的右端連接貫通道，通過后端過渡板其右側(cè)連接模擬車廂端或后反力基礎(chǔ)，后反力基礎(chǔ)連 接地基，可調(diào)整在地基上的位置以適應(yīng)不同的車端部件類型。本發(fā)明一種車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)，采用模塊化柔性設(shè)計(jì)，通過調(diào)整車端不同部件 的組合或單個(gè)部件，可以滿足地鐵車輛、動(dòng)車組、鐵路客車車輛車端上的所有部件進(jìn)行試 驗(yàn)，模擬列車通過直線、曲線時(shí)的狀態(tài)，檢驗(yàn)安裝在車端各部件的相互干涉關(guān)系；同時(shí)可以 對(duì)安裝在車端的部件進(jìn)行單獨(dú)試驗(yàn)，進(jìn)行功能性試驗(yàn)和研究性試驗(yàn)。試驗(yàn)臺(tái)采用液壓驅(qū)動(dòng) 的六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器完成兩車端相對(duì)運(yùn)動(dòng)的模擬，車端試驗(yàn)主要包括三向平移、三軸擺 動(dòng)等運(yùn)動(dòng)模擬試驗(yàn)，以及疲勞和拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。同時(shí)，通過采用隨機(jī)波譜復(fù)現(xiàn)技術(shù)，試驗(yàn)臺(tái) 能夠再現(xiàn)車輛在軌道上行駛時(shí)的顛簸和彎道通過等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本發(fā)明提供一種基于六自由 度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)，滿足車端關(guān)系組件的干涉性試驗(yàn)、功能性試驗(yàn)和研究 性試驗(yàn)的要求，為車端關(guān)系組件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也適合于其他大型構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)模擬試驗(yàn) 和力加載試驗(yàn)，為其他大型結(jié)構(gòu)件的綜合試驗(yàn)提供一種解決方案。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為基于六自由度力傳感器的貫通道加載力測量原理圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 結(jié)合圖1，本發(fā)明一種車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)，它是由前反力基礎(chǔ)(1)、下 鉸支座O)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)G)、上鉸支座(5)、連接架(6)、空氣彈簧(7)、前 端過渡板(8)、托架(9)、六維力/力矩傳感器(10)、貫通道(11)、后端過渡板(1 、模擬車 廂端(13)、后反力基礎(chǔ)(14)組成的。前反力基礎(chǔ)(1)與地基固定，通過三組下鉸支座(2) 與六套液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)( 相連，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)的前端通過三組上鉸支座( 與運(yùn)動(dòng)平 臺(tái)(4)相連，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(4)通過托架(9)連接空氣彈簧(7)，空氣彈簧(7)的另一端通過連 接架(6)與前端過渡板(8)連接，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(4)上還安裝有六維力/力矩傳感器(10)，六維 力/力矩傳感器(10)的另一端與前端過渡板( 連接，前端過渡板( 的右端連接貫通道 (11)，貫通道(11)右側(cè)通過后端過渡板(1 連接模擬車廂端(1 或后反力基礎(chǔ)(14)，后 反力基礎(chǔ)(14)連接地基，可調(diào)整在地基上的位置以適應(yīng)不同的車端部件類型。實(shí)施例2 :結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)1.基于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度位姿測量；六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)是描述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系的。 已知運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)稱之為運(yùn)動(dòng)學(xué)反解(逆解)；反之，已知驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的運(yùn)動(dòng)，求運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)正解。由于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與貫通道固連，因此 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與貫通道的運(yùn)動(dòng)是一致的。目前國內(nèi)外還沒有專用儀器能實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位姿輸出的精確測量，在要 求不高的情況下，可采用三維慣導(dǎo)裝置進(jìn)行測量。三維慣導(dǎo)裝置是由三個(gè)正交安裝的陀螺 和三個(gè)正交安裝的加速度計(jì)組成，該裝置用于船舶、飛機(jī)和航天器的慣性導(dǎo)航。該裝置能夠 實(shí)現(xiàn)載體姿態(tài)角的精確測量，而位移的測量是根據(jù)加速度的測量通過積分或?yàn)V波獲得。就 目前國內(nèi)外三維慣導(dǎo)裝置來看，姿態(tài)角的測量精度一般能高于0.01度，但位置的測量精度 一般只有20mm左右。用于貫通道位置的測量顯然精度太低，不能滿足要求。此外，由于加 速度傳感器不僅敏感線加速度，而且也敏感載體的橫搖角和俯仰角，因此當(dāng)載體產(chǎn)生多自 由度耦合運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度傳感器輸出值是不可信的。從這一點(diǎn)來說，三維慣導(dǎo)裝置不能實(shí)現(xiàn) 貫通道位姿的測量。車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)在液壓缸(驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))內(nèi)裝有磁滯伸縮位移傳感器，通過精 確測量液壓缸的位移輸出，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)正解計(jì)算貫通道的位姿輸出。磁滯伸縮位移傳感器 的主要性能參數(shù)為測量范圍0 465mm分辨率5μπι輸出形式數(shù)字信號(hào)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用CAN總線數(shù)字傳感器，精度能夠達(dá)到ΙΟμπι，因此運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的 位姿即可由運(yùn)動(dòng)學(xué)正解計(jì)算出來，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的計(jì)算精度高于10_5的量級(jí)，因此該方法是 測量貫通道位姿輸出的有效方法。運(yùn)動(dòng)學(xué)正解計(jì)算需要運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)計(jì)、加工和安裝過 程均可能產(chǎn)生誤差，雖然液壓缸的位移測量和運(yùn)動(dòng)學(xué)正解計(jì)算都很準(zhǔn)確，但由于結(jié)構(gòu)誤差的影響，使得計(jì)算的貫通道位姿輸出與實(shí)際位姿輸出有一定的誤差。所以必須對(duì)系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)誤差進(jìn)行嚴(yán)格的控制。車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)計(jì)、加工和安裝過程中進(jìn)行嚴(yán)格的控制， 通過激光干涉儀進(jìn)行準(zhǔn)確測量，使得運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差控制在液壓缸的初始長度誤差 0. 2mm ；上、下鉸點(diǎn)的位置誤差小于0. 25mm ；運(yùn)動(dòng)平臺(tái)定義的動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)誤差，也就是運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)中心位置誤差小于0. 15mm;運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差控制在上述范圍內(nèi)時(shí)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的輸 出誤差小于0. 45mm,即小于0. 3%。但做到這點(diǎn)還不夠，最重要的是對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解進(jìn)行標(biāo) 定，即在貫通道整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)測量貫通道的實(shí)際輸出與運(yùn)動(dòng)學(xué)正解間的誤差。車端關(guān)系 綜合試驗(yàn)臺(tái)采用激光干涉儀完成了貫通道三個(gè)平動(dòng)自由度的測量，采用角位移傳感器完成 了貫通道三個(gè)角度的測量，通過對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行分析，比照運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)精度分析的結(jié)果，測量 誤差均與精度分析的結(jié)果相一致，表明，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的精度達(dá)到了 0. 3 %的設(shè)計(jì)要求，運(yùn)動(dòng)學(xué) 正解輸出可信，即完成了運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的標(biāo)定。2.基于六維力/力矩傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車端部件加載力/力矩的精確測量；對(duì)于液壓控制系統(tǒng)，通常的力測量方法是將力傳感器布置到單缸上，通過測量每 個(gè)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力來計(jì)算貫通道的加載力，這種測量方式布置簡單，容易理解，在其他領(lǐng)域 中也有成功的應(yīng)用，但對(duì)于車端關(guān)系試驗(yàn)卻是不可行的，主要有以下幾方面原因，首先液壓 缸的驅(qū)動(dòng)力與貫通道上的加載力有很大的不同，如果將力傳感器布置到單缸上，勢必引入 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的重力和慣性力。通常貫通道的質(zhì)量約為600kg，而一般運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的質(zhì)量也將大于600kg，即便采用重力平衡裝置平衡掉重力的影響，但運(yùn)動(dòng)平 臺(tái)慣性力的影響也會(huì)超過50 %，這對(duì)貫通道的加載力的測量將引入很大的誤差。此外，采用 這種測力方法，六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)成為力測量裝置，這種裝置需要標(biāo)定，但目前國內(nèi)外 還沒有合適的儀器或方法能夠標(biāo)定這樣大的六自由度測力裝置。綜上所述，雖然基于液壓 缸驅(qū)動(dòng)力測量的方案在其他領(lǐng)域有過成功應(yīng)用，但在貫通道加載測量中不僅誤差很大，而 且無法標(biāo)定，所以是無法應(yīng)用的。本發(fā)明提出的解決方案是基于六自由度力傳感器的貫通道加載力測量。在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與貫通道間安裝六維力/力矩傳感器，直接測量運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)加載到貫通 道上的力和力矩。這種測量方法的原理如下Fg = mgag+Bgvg+kgxg(1)
權(quán)利要求
1. 一種車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)，它是由前反力基礎(chǔ)(1)、下鉸支座O)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) (3)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(4)、上鉸支座(5)、連接架(6)、空氣彈簧(7)、前端過渡板(8)、托架(9)、六 維力/力矩傳感器(10)、貫通道(11)、后端過渡板(12)、模擬車廂端(13)、后反力基礎(chǔ)(14) 組成的，其特征在于前反力基礎(chǔ)(1)與地基固定，通過三組下鉸支座( 與六套液壓執(zhí)行 機(jī)構(gòu)( 相連，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)( 的前端通過三組上鉸支座( 與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(4)相連，運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)(4)通過托架(9)連接空氣彈簧(7)，空氣彈簧(7)的另一端通過連接架(6)與前端 過渡板(8)連接，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(4)上還安裝有六維力/力矩傳感器(10)，六維力/力矩傳感 器(10)的另一端與前端過渡板( 連接，前端過渡板(8)的右端連接貫通道(11)，貫通道 (11)右側(cè)通過后端過渡板(1 連接模擬車廂端(1 或后反力基礎(chǔ)(14)，后反力基礎(chǔ)(14) 連接地基，可調(diào)整在地基上的位置以適應(yīng)不同的車端部件類型。
全文摘要
本發(fā)明提供一種滿足車端關(guān)系組件干涉性試驗(yàn)、功能性試驗(yàn)和研究性試驗(yàn)的基于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的車端關(guān)系綜合試驗(yàn)臺(tái)。前反力基礎(chǔ)與地基固定，通過三組下鉸支座與六套液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的前端通過三組上鉸支座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過托架連接空氣彈簧，另一端通過連接架與前端過渡板連接，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上安裝六維力/力矩傳感器。本發(fā)明采用模塊化柔性設(shè)計(jì)，通過調(diào)整車端不同部件的組合或單個(gè)部件，滿足鐵路客車車輛車端上的所有部件進(jìn)行試驗(yàn)，模擬列車通過直線、曲線時(shí)的狀態(tài)，檢驗(yàn)安裝在車端各部件的相互干涉關(guān)系；進(jìn)行功能性試驗(yàn)和研究性試驗(yàn)。也適合于其他大型構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)模擬試驗(yàn)和力加載試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01M13/00GK102128723SQ20101059537
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者叢大成, 張輝, 王英波, 韓俊偉, 黃其濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)