申请/专利权人：常州中车铁马科技实业有限公司;中车戚墅堰机车车辆工艺研究所股份有限公司

申请日：2017-11-30

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN109855889B

主分类号：G01M17/08

分类号：G01M17/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2024.02.27#著录事项变更;2019.07.02#实质审查的生效;2019.06.07#公开

摘要：一种多工况踏面制动单元疲劳试验系统，包括设置在测试平台上的前支撑架、后支撑架和固定座，此外还设有踏面仿形模块、切向力施加气缸、往复振动凸轮机构、横向力施加气缸；本发明由切向力施加气缸提供切向动力，推动踏面仿形模块摆动，模拟车轮转动过程中的制动工况，由横向力施加气缸提供横向动力，推动踏面仿形模块横向往复运动，模拟轮对制动时相对于构架的横向窜动，由往复振动凸轮机构驱动踏面仿形模块进行纵向往复运动，模拟由于车轮不圆在制动过程中踏面对踏面制动单元造成的往复振动载荷。三种不同的工况试验可单独进行，可组合进行，组合工况的试验实施互不干涉，更接近现车使用工况。

主权项：1.一种多工况踏面制动单元疲劳试验系统，包括测试平台（15），其特征在于：测试平台（15）上设有前支撑架（1）和后支撑架（4），在前支撑架（1）的旁侧设有固定座（11），此外还设有踏面仿形模块（3）、切向力施加气缸（6）、往复振动凸轮机构（8）、横向力施加气缸（9）；上述前支撑架（1）能横向移动，在其内部设有能纵向移动的滑动架（2）；后支撑架（4）上设有升降座（5），所述升降座（5）具有底板（5-1）、两侧板（5-2）和后侧板（5-3）；所述踏面仿形模块（3）的前侧通过铰接轴（3-4）铰接在滑动架（2）上，后端插入升降座（5）的两侧板（5-2）之间，踏面仿形模块（3）与升降座（5）为纵向滑动连接；所述切向力施加气缸（6）处于升降座（5）的下方且固定在测试平台（15）上，由切向力施加气缸（6）带动升降座（5）升降；所述往复振动凸轮机构（8）具有电机（8-1）和凸轮（8-2），凸轮（8-2）处于踏面仿形模块（3）的后方，凸轮轴（8-3）由升降座（5）的两侧板（5-2）支承，凸轮（8-2）推动踏面仿形模块（3）前行，由复位弹簧（8-4）带动踏面仿形模块（3）返回；所述横向力施加气缸（9）设置在固定座（11）内，横向力施加气缸（9）与滑动架（2）连接，横向力施加气缸（9）通过滑动架（2）带动前支撑架（1）横向移动；所述踏面仿形模块（3）包括前传动杆（3-2）、后传动杆（3-3）和由螺钉连接在前传动杆（3-2）上的仿形踏面头（3-1），前传动杆（3-2）的后部横向松动地插入后传动杆（3-3）前端的U形槽（3-a）中；所述升降座（5）的两侧板（5-2）上各设有纵向的腰形导向孔（5-2-1），踏面仿形模块（3）的后传动杆（3-3）上设有导向销（3-7），导向销（3-7）的两端分别插入升降座两侧板（5-2）的腰形导向孔（5-2-1）中形成纵向滑动连接；所述前传动杆（3-2）与所述后传动杆（3-3）之间由两个连接销（3-5）连接，所述前传动杆（3-2）与所述连接销（3-5）动连接，所述前传动杆（3-2）能沿所述连接销（3-5）在所述U形槽（3-a）中横向移动。

全文数据：多工况踏面制动单元疲劳试验系统技术领域本发明涉及踏面制动单元模拟现车组合工况的疲劳试验系统。背景技术机车车辆、城市轨道交通车辆以及部分轨道工程车辆广泛采用踏面制动方式。本发明所提踏面制动单元与已授权的专利CN103693069B中所提踏面制动单元类似，是一种轨道交通车辆制动系统的执行装置。其制动方式为：向制动器充入压缩空气，使得制动器的闸瓦托向轮对伸出，带动闸瓦压紧轮对的外弧面，从而产生摩擦力。该摩擦力阻止轮对继续转动，从而实现制动效果。为了验证踏面制动单元制动作用的可靠性和耐久性，需要对踏面制动单元进行疲劳试验。然而，目前的疲劳试验方法中，被试踏面制动单元安装在试验工装上，闸瓦伸出作用在踏面仿形装置上，保持一定时间后，踏面制动单元缓解，闸瓦缩回复位，然后不断重复以上过程。上述现有的试验方法中，踏面仿形装置是完全固定的，即为静态的，这样就无法验证踏面制动单元在现车运用过程中的可靠性和耐久性，即，无法验证由于车轮踏面与闸瓦的摩擦所产生的切向力、由于轮对相对构架存在横向的窜动所产生的横向力、由于车轮不圆所产生的周期性往复振动载荷等对踏面制动单元可靠性和耐久性的影响。即便在专利CN105806611A和专利CN107063662A所发明的试验台中分别单独涉及到了横向力存在的工况模拟和车轮不圆存在的工况模拟，但以上专利所发明的试验台模拟工况单一，亦不能较真实模拟现车组合工况。其使用踏面仿形装置与传动机构为一个整体，类型单一，不能适用于多种产品疲劳试验过程，不能满足现有踏面制动单元疲劳试验需求。发明内容本发明的目的在于提供了一种多工况踏面制动单元疲劳试验系统，该试验系统可模拟踏面制动单元现车运用中存在的各单独工况或组合工况，验证踏面制动单元在现车运用过程中的可靠性和耐久性。为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：本发明包括测试平台，在测试平台上设有前支撑架和后支撑架，在前支撑架的旁侧设有固定座，此外还设有踏面仿形模块、切向力施加气缸、往复振动凸轮机构、横向力施加气缸；上述前支撑架能横向移动，在其内部设有能纵向移动的滑动架；后支撑架上设有升降座，所述升降座具有底板、两侧板和后侧板；所述踏面仿形模块的前侧通过铰接轴铰接在滑动架上，后端插入升降座的两侧板之间，踏面仿形模块与升降座为纵向滑动连接；所述切向力施加气缸处于升降座的下方且固定在测试平台上，由切向力施加气缸带动升降座升降；所述往复振动凸轮机构具有电机和凸轮，凸轮处于踏面仿形模块的后方，凸轮轴由升降座的两侧板支承，凸轮推动踏面仿形模块前行，由复位弹簧带动踏面仿形模块返回；所述横向力施加气缸设置在固定座内，横向力施加气缸与滑动架连接，横向力施加气缸通过滑动架带动前支撑架横向移动。本试验系统还设有纵向调节装置，纵向调节装置处于后支撑架的后方，纵向调节装置的第一传动机构的活动件与后支撑架的竖板相连接，所述后支撑架在纵向调节装置的作用下，作纵向移动。所述踏面仿形模块包括前传动杆、后传动杆和螺钉连接在前传动杆上的仿形踏面头，前传动杆的后部横向松动地插入后传动杆前端的U形槽中。所述升降座的两侧板上各设有纵向的腰形导向孔，踏面仿形模块的后传动杆上设有导向销，导向销的两端分别插入升降座两侧板的腰形导向孔中形成纵向滑动连接。所述往复振动凸轮机构具有两个复位弹簧，两个复位弹簧分别设置在踏面仿形模块的两侧，踏面仿形模块的后传动杆的两侧各设有弹簧连接杆，前支撑架后侧设有固定架或固定柱，每个复位弹簧的一端连接在处于同侧的弹簧连接杆上，另一端连接在固定架的相应位置上或同侧的固定柱上。所述前支撑架内设有两两分布的四根纵向导向柱，所述滑动架穿在四根纵向导向柱上，能在纵向导向柱上移动。所述横向力施加气缸的活塞杆端设有接头，接头与滑动架之间由销轴铰接。所述横向力施加气缸由第三传动机构带动能在固定座内能作纵向移动，第三传动机构包括螺杆和螺纹连接在螺杆上的活动块，活动块的一端与横向动力气缸的缸体之间由销轴铰接，活动块的另一端与固定座的侧板上的导轨动配合。所述测试平台上且处于前支撑架前侧的位置固定有用于安装踏面制动单元的工装。所述纵向调节装置设有第二传动机构，第二传动机构的活动件处于第一传动机构的活动件的正下方，第二传动机构的活动件与后支撑架的竖板相连接。本发明具有如下积极效果：1、本发明可验证现车制动过程中由于踏面与闸瓦的摩擦所产生的切向力对踏面制动单元可靠性和耐久性的影响；可验证由于车轮不圆产生的周期性往复振动载荷对踏面制动单元的可靠性和耐久性影响；可验证现车运用过程中，由于轮对相对于构架存在横向窜动所产生的横向力对踏面制动单元的可靠性和耐久性影响；可验证以上三种工况随机组合所形成的工况对踏面制动单元的可靠性和耐久性影响，且各工况互不干涉，工况模拟更接近现车运用，且疲劳试验时间较短。2、本发明可验证适用于不同踏面类型的踏面制动单元可靠性和耐久性的影响，且可以适用于不同安装方式的踏面制动单元。3、本发明结构紧凑，踏面仿形模块为分体结构，前传动杆能在后传动杆的U型槽内横向运动，可以方便更换踏面仿形头，模拟不同踏面半径，可进行不同踏面类型产品的疲劳试验。附图说明图1是本发明的立体示意图。图2是踏面仿形模块立体图。图3是踏面仿形模块的剖视图。图4是横向力气缸纵向调节装置和横向力气缸连接立体图。图5是踏面仿形模块与纵向调节装置、往复振动凸轮机构连接立体图。图6是踏面仿形模块与横向力气缸的连接平面图。图7是踏面仿形模块与往复振动凸轮机构、切向力施加气缸的连接立体图。图8是踏面仿形模块与往复振动凸轮机构、切向力施加气缸的连接平面图附图标记如下：前支撑架1、纵向导向柱1-1、滑动架2、中隔板2-1、滑行槽2-a、盖板2-2、踏面仿形模块3、仿形踏面头3-1、前传动杆3-2、后传动杆3-3、铰接轴3-4、连接销3-5、弹簧连接杆3-6、导向销3-7、后支撑架4、升降座5、切向力施加气缸6、纵向调节装置7、往复振动凸轮机构8、电机8-1、凸轮8-2、凸轮轴8-3、复位弹簧8-4、横向力施加气缸9、第三传动机构10、螺杆10-1、滑块10-2、固定座11、固定架12、限位架13、工装14、测试平台15、切向力拉压传感器16、横向力拉压传感器17、转数传感器18，位移传感器19。具体实施方式实施例1见图1至图8，本实施例包括测试平台15、设置在测试平台15前、后侧的前支撑架1和后支撑架4以及设置在前支撑架1旁侧的固定座11，此外还设有踏面仿形模块3、切向力施加气缸6、纵向调节装置7、往复振动凸轮机构8、横向力施加气缸9。测试平台15的前侧固定有一对横向导轨15-1，后侧固定有一对纵向导轨15-2。所述前支撑架1利用底面上的滑块动连接在横向导轨15-1上。前支撑架1内设有滑动架2，前支撑架1内安装有两两分布的四根纵向导向柱1-1，所述滑动架2穿在四根纵向导向柱1-1上，滑动架2能在纵向导向柱1-1上移动。所述后支撑架4具有成角形连接的前滑板4-1和竖板4-2，后支撑架4利用前滑板4-1底面上的滑块动连接在纵向导轨15-2上。后支撑架4的竖板4-2的前侧面上设有一对升降导轨4-3。所述升降座5具有底板5-1、两侧板5-2和后侧板5-3。后侧板5-3利用后侧面上的滑块动连接在后支撑架竖板4-2的升降导轨4-3上。升降座5与固定在后支撑架前滑板4-1上的位移传感器19的测量元件连接。所述纵向调节装置7处于后支撑架4的后方，纵向调节装置7的第一传动机构7-1的活动件与后支撑架4的竖板4-2相连接。见图2和图3，所述踏面仿形模块3包括前传动杆3-2、后传动杆3-3和由沉头螺钉斜向连接在前传动杆3-2上的仿形踏面头3-1，后传动杆3-3的后端设有滚轮3-8。前传动杆3-2的后部横向松动地插入后传动杆3-3前端的U形槽3-a中，前传动杆3-2与后传动杆3-3之间由两个连接销3-5连接，前传动杆3-2与连接销3-5动连接，前传动杆3-2能沿连接销3-5在U形槽3-a中横向移动。所述仿形踏面头3-1与前传动杆3-2之间为凹凸插接，且相贴的面为圆弧形，形成机械定位，并靠沉头螺钉连接进行固定。前传动杆与不同圆弧半径的仿形踏面头3-1相连，通过对仿形踏面头3-1的调换，能适用于不同踏面类型和安装方式的踏面制动单元的试验。见图6，所述滑动架2具有两中隔板2-1，两中隔板2-1之间为纵向滑行槽2-a，两中隔板2-1上均设有销轴孔。所述踏面仿形模块3的前传动杆3-2上设有铰接轴孔，前传动杆3-2处于滑动架2的滑行槽2-a中，仿形踏面头3-1伸出前支撑架1，前传动杆3-2与滑动架2的两中隔板2-1之间各设有深沟球轴承20，滑动架2的铰接轴孔中设有一对推力球轴承21，一铰接轴3-4由上述共四个轴承支承，踏面仿形模块3通过铰接轴3-4铰接在滑动架2上，滑动架2近固定座11的一侧壁上连接有盖板2-2。见图6至图8，所述升降座5的两侧板5-2上对称设有纵向的腰形导向孔5-2-1，踏面仿形模块3的后传动杆3-3上设有导向销3-7，导向销3-7的两端分别插入升降座两侧板5-2的腰形导向孔5-2-1中，踏面仿形模块3与升降座5之间成纵向滑动连接。见图1、5至图8，所述往复振动凸轮机构8具有电机8-1、凸轮8-2和分别设置在踏面仿形模块3两侧的两个复位弹簧8-4，凸轮8-2处于踏面仿形模块3的后方，凸轮轴8-3由升降座5的两侧板5-2支承，凸轮轴8-3上连接有转数传感器18。凸轮8-2能与踏面仿形模块3后端的滚轮3-8接触。踏面仿形模块的后传动杆3-3的两侧各设有弹簧连接杆3-6，前支撑架1后侧设有固定架12或固定柱，每个复位弹簧8-4的一端连接在处于同侧的弹簧连接杆3-6上，另一端连接在固定架12的相应位置上或同侧的固定柱上。见图1、5、7和图8，所述切向力施加气缸6处于升降座5的下方且固定在测试平台15上，其活塞杆6-1与升降座5的底板5-1之间连接有切向力拉压传感器16。见图1、4至图6，所述横向力施加气缸9设置在固定座11内，活塞杆端设有接头9-1，活塞杆与接头9-1之间连接有横向力拉压传感器17。接头9-1由销轴9-2与滑动架2的盖板2-2铰接，横向力施加气缸9由第三传动机构10带动能在固定座11内能作纵向移动。所述第三传动机构10包括螺杆10-1和螺纹连接在螺杆10-1上的活动块10-2，螺杆10-1伸出固定座11的一端上连接有手轮10-3，活动块10-2的一端与横向动力气缸9的缸体由销轴9-2铰接，活动块10-2的另一端与固定座11的侧板上的导轨11-1动配合。所述测试平台15上且处于前支撑架1的外部固定有限位架13，用于机械辅助限位。所述测试平台15上且处于前支撑架1前侧的位置固定有用于安装踏面制动单元的工装14。工装具有不同接口尺寸所需螺纹孔，适用于多种不同安装方式的踏面制动单元的安装。本试验系统具有可实现人机交互的可视化系统，能进行开机自检、传感器校准、手动调试、机能试验、试验实施、异常报警等相关功能。实施例2所述纵向调节装置7设有第二传动机构7-2，第二传动机构7-2的活动件处于第一传动机构7-1的活动件的正下方，第二传动机构7-2的活动件与后支撑架4的竖板4-2相连接。两传动机构同步运行。其余与实施例1相同。试验系统使用时，将踏面单元制动器安装在工装14上，手动同步操作纵向调节装置7的第一传动机构7-1和第二传动机构7-2，带动后支撑架4移动，从而由升降座5带动踏面仿形模块3移动，使仿形踏面头3-1与踏面单元制动器接触，由于滑动架2也随踏面仿形模块3移动，横向力施加气缸9与滑动架2为铰接，横向力施加气缸9会发生偏斜，这时需要操作第三传动机构10，通过手轮10-3旋转螺杆10-1，带动滑块10-2在螺杆10-1上移动，使横向力施加气缸9的活塞杆垂直于滑动架2的盖板2-2。由电气控制柜控制切向力施加气缸6、横向力施加气缸9和往复振动凸轮机构8的运行。切向力施加气缸6的伸出回复运动带动升降座5上下移动，进而带动踏面仿形模块3以铰接轴3-4为支点作摆动，利用杠杆原理加长力臂，对踏面制动单元施加切向力。切向力施加气缸6提供切向动力，模拟车轮转动过程中制动工况。往复振动凸轮机构8的运行，由电机8-1带动凸轮8-2旋转，凸轮8-2通过踏面仿形模块3后端的滚轮3-8推动踏面仿形模块3前行，踏面仿形模块3后侧的导向销3-7沿升降座5的两侧板5-2上的腰形导向孔5-2-1移动，踏面仿形模块3的前部由滑动架2支承，滑动架2沿前支撑架1上的四根纵向导向柱1-1移动，由复位弹簧8-4两带动踏面仿形模块3复位。由于凸轮轴8-3由升降座5的两侧板5-2支承，保证整个往复振动凸轮机构8固定于升降座5，随升降座5同升同降，保证切向力施加与往复振动载荷施加互不干涉。往复振动凸轮机构8驱动踏面仿形模块3进行纵向往复运动，模拟由于车轮不圆在制动过程中踏面对踏面制动单元造成的往复振动载荷。横向力施加气缸9的伸出回复运动带动滑动架2横向移动，进而带动踏面仿形模块3横向移动，由于踏面仿形模块3是分体结构，前传动杆3-2能在后传动杆3-3的U形槽3-a中横向移动，所以仅是前传动杆3-2带着仿形踏面头3-1横向移动，保证了横向力施加与切向力施加互不干涉。横向力施加气缸9的两端均采用销轴铰接的方式与各相关构件连接，具有位移补偿功能，保证横向力施加与往复振动载荷施加互不干涉。横向力施加气缸9提供横向动力，模拟轮对制动时相对于构架的横向窜动。三种不同的工况试验可单独进行，可组合进行，组合工况的试验实施互不干涉，更接近现车使用工况。在试验过程中有相关传感器采集该过程中的力信号通过电气控制柜进行数据处理，最终在可视化界面中显示。

权利要求：1.一种多工况踏面制动单元疲劳试验系统，包括测试平台（15），其特征在于：测试平台（15）上设有前支撑架（1）和后支撑架（4），在前支撑架（1）的旁侧设有固定座（11），此外还设有踏面仿形模块（3）、切向力施加气缸（6）、往复振动凸轮机构（8）、横向力施加气缸（9）；上述前支撑架（1）能横向移动，在其内部设有能纵向移动的滑动架（2）；后支撑架（4）上设有升降座（5），所述升降座（5）具有底板（5-1）、两侧板（5-2）和后侧板（5-3）；所述踏面仿形模块（3）的前侧通过铰接轴（3-4）铰接在滑动架（2）上，后端插入升降座（5）的两侧板（5-2）之间，踏面仿形模块（3）与升降座（5）为纵向滑动连接；所述切向力施加气缸（6）处于升降座（5）的下方且固定在测试平台（15）上，由切向力施加气缸（6）带动升降座（5）升降；所述往复振动凸轮机构（8）具有电机（8-1）和凸轮（8-2），凸轮（8-2）处于踏面仿形模块（3）的后方，凸轮轴（8-3）由升降座（5）的两侧板（5-2）支承，凸轮（8-2）推动踏面仿形模块（3）前行，由复位弹簧（8-4）带动踏面仿形模块（3）返回；所述横向力施加气缸（9）设置在固定座（11）内，横向力施加气缸（9）与滑动架（2）连接，横向力施加气缸（9）通过滑动架（2）带动前支撑架（1）横向移动。2.根据权利要求1所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：本试验系统还设有纵向调节装置（7），纵向调节装置（7）处于后支撑架（4）的后方，纵向调节装置（7）的第一传动机构（7-1）的活动件与后支撑架（4）的竖板（4-2）相连接，所述后支撑架（4）在纵向调节装置（7）的作用下，作纵向移动。3.根据权利要求1或2所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述踏面仿形模块（3）包括前传动杆（3-2）、后传动杆（3-3）和由螺钉连接在前传动杆（3-2）上的仿形踏面头（3-1），前传动杆（3-2）的后部横向松动地插入后传动杆（3-3）前端的U形槽（3-a）中。4.根据权利要求3所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述升降座（5）的两侧板（5-2）上各设有纵向的腰形导向孔（5-2-1），踏面仿形模块（3）的后传动杆（3-3）上设有导向销（3-7），导向销（3-7）的两端分别插入升降座两侧板（5-2）的腰形导向孔（5-2-1）中形成纵向滑动连接。5.根据权利要求3所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述往复振动凸轮机构（8）具有两个复位弹簧（8-4），两个复位弹簧（8-4）分别设置在踏面仿形模块（3）的两侧，踏面仿形模块的后传动杆（3-3）的两侧各设有弹簧连接杆（3-6），前支撑架（1）后侧设有固定架（12）或固定柱，每个复位弹簧（8-4）的一端连接在处于同侧的弹簧连接杆（3-6）上，另一端连接在固定架（12）的相应位置上或同侧的固定柱上。6.根据权利要求1所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述前支撑架（1）内设有两两分布的四根纵向导向柱（1-1），所述滑动架（2）穿在四根纵向导向柱（1-1）上，能在纵向导向柱（1-1）上移动。7.根据权利要求1所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述横向力施加气缸（9）的活塞杆端设有接头（9-1），接头（9-1）与滑动架（2）之间由销轴（9-2）铰接。8.根据权利要求1所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述横向力施加气缸（9）由第三传动机构（10）带动能在固定座（11）内能作纵向移动，第三传动机构（10）包括螺杆（10-1）和螺纹连接在螺杆（10-1）上的活动块（10-2），活动块（10-2）的一端与横向动力气缸（9）的缸体之间由销轴（9-2）铰接，活动块（10-2）的另一端与固定座（11）的侧板上的导轨（11-1）动配合。9.根据权利要求1所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述测试平台（15）上且处于前支撑架（1）前侧的位置固定有用于安装踏面制动单元的工装（14）。10.根据权利要求2所述的多工况踏面制动单元疲劳试验系统，其特征在于：所述纵向调节装置（7）设有第二传动机构（7-2），第二传动机构（7-2）的活动件处于第一传动机构（7-1）的活动件的正下方，第二传动机构（7-2）的活动件与后支撑架（4）的竖板（4-2）相连接。

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