专利名称：车端关系综合试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电技术，具体说就是一种车端关系综合试验台。
背景技术：
随着高铁时代的到来，列车时速不断提升，对列车部件的设计提出更高的要求。车 端组件是高速列车的关键部件，对保证列车整体性能至关重要。贯通道作为车端组件的核 心部件，其性能的优劣亦是设计的重点。这就要求能够有一套高性能的综合试验设备，不仅 能够实现高精度的运动模拟功能，而且要具备高精度的力加载功能，以满足车端关系组件 的运动干涉试验、功能性试验和研究性试验的要求，为列车部件的设计提供参考。但目前并 没有一种专用设备能够同时满足上述的要求。

发明内容
本发明的目的在于提供一种满足车端关系组件干涉性试验、功能性试验和研究性 试验的基于六自由度并联机构的车端关系综合试验台。本发明的目的是这样实现的它是由前反力基础、下铰支座、液压执行机构、运动 平台、上铰支座、连接架、空气弹簧、前端过渡板、托架、六维力/力矩传感器、贯通道、后端 过渡板、模拟车厢端、后反力基础组成的。前反力基础与地基固定，通过三组下铰支座与六 套液压执行机构相连，液压执行机构的前端通过三组上铰支座与运动平台相连，运动平台 通过托架连接空气弹簧，空气弹簧的另一端通过连接架与前端过渡板连接，运动平台上还 安装有六维力/力矩传感器，六维力/力矩传感器的另一端与前端过渡板连接，前端过渡板 的右端连接贯通道，通过后端过渡板其右侧连接模拟车厢端或后反力基础，后反力基础连 接地基，可调整在地基上的位置以适应不同的车端部件类型。本发明一种车端关系综合试验台，采用模块化柔性设计，通过调整车端不同部件 的组合或单个部件，可以满足地铁车辆、动车组、铁路客车车辆车端上的所有部件进行试 验，模拟列车通过直线、曲线时的状态，检验安装在车端各部件的相互干涉关系；同时可以 对安装在车端的部件进行单独试验，进行功能性试验和研究性试验。试验台采用液压驱动 的六自由度运动模拟器完成两车端相对运动的模拟，车端试验主要包括三向平移、三轴摆 动等运动模拟试验，以及疲劳和拉伸强度试验。同时，通过采用随机波谱复现技术，试验台 能够再现车辆在轨道上行驶时的颠簸和弯道通过等运动状态。本发明提供一种基于六自由 度并联机构的车端关系综合试验台，满足车端关系组件的干涉性试验、功能性试验和研究 性试验的要求，为车端关系组件的设计提供依据，也适合于其他大型构件的运动模拟试验 和力加载试验，为其他大型结构件的综合试验提供一种解决方案。


图1为本发明的结构示意图；图2为基于六自由度力传感器的贯通道加载力测量原理图。具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做进一步说明。实施例1 结合图1，本发明一种车端关系综合试验台，它是由前反力基础(1)、下 铰支座O)、液压执行机构(3)、运动平台G)、上铰支座(5)、连接架(6)、空气弹簧(7)、前 端过渡板(8)、托架(9)、六维力/力矩传感器(10)、贯通道(11)、后端过渡板(1 、模拟车 厢端(13)、后反力基础(14)组成的。前反力基础(1)与地基固定，通过三组下铰支座(2) 与六套液压执行机构( 相连，液压执行机构(3)的前端通过三组上铰支座( 与运动平 台(4)相连，运动平台(4)通过托架(9)连接空气弹簧(7)，空气弹簧(7)的另一端通过连 接架(6)与前端过渡板(8)连接，运动平台(4)上还安装有六维力/力矩传感器(10)，六维 力/力矩传感器(10)的另一端与前端过渡板( 连接，前端过渡板( 的右端连接贯通道 (11)，贯通道(11)右侧通过后端过渡板(1 连接模拟车厢端(1 或后反力基础(14)，后 反力基础(14)连接地基，可调整在地基上的位置以适应不同的车端部件类型。实施例2 :结合图1、图2，本发明具有以下技术特点1.基于六自由度并联机构运动学正解，能够实现高精度位姿测量；六自由度运动系统的运动学是描述驱动系统的运动和运动平台运动间的关系的。 已知运动平台的运动，求驱动系统的运动称之为运动学反解(逆解)；反之，已知驱动系统 的运动，求运动平台的运动称为运动学正解。由于运动系统的运动平台与贯通道固连，因此 运动平台的运动与贯通道的运动是一致的。目前国内外还没有专用仪器能实现六自由度运动系统位姿输出的精确测量，在要 求不高的情况下，可采用三维惯导装置进行测量。三维惯导装置是由三个正交安装的陀螺 和三个正交安装的加速度计组成，该装置用于船舶、飞机和航天器的惯性导航。该装置能够 实现载体姿态角的精确测量，而位移的测量是根据加速度的测量通过积分或滤波获得。就 目前国内外三维惯导装置来看，姿态角的测量精度一般能高于0.01度，但位置的测量精度 一般只有20mm左右。用于贯通道位置的测量显然精度太低，不能满足要求。此外，由于加 速度传感器不仅敏感线加速度，而且也敏感载体的横摇角和俯仰角，因此当载体产生多自 由度耦合运动时，加速度传感器输出值是不可信的。从这一点来说，三维惯导装置不能实现 贯通道位姿的测量。车端关系综合试验台在液压缸(驱动系统)内装有磁滞伸缩位移传感器，通过精 确测量液压缸的位移输出，应用运动学正解计算贯通道的位姿输出。磁滞伸缩位移传感器 的主要性能参数为测量范围0 465mm分辨率5μπι输出形式数字信号设计的运动系统采用CAN总线数字传感器，精度能够达到ΙΟμπι，因此运动平台的 位姿即可由运动学正解计算出来，运动学正解的计算精度高于10_5的量级，因此该方法是 测量贯通道位姿输出的有效方法。运动学正解计算需要运动系统的结构参数，由于结构参数在设计、加工和安装过 程均可能产生误差，虽然液压缸的位移测量和运动学正解计算都很准确，但由于结构误差的影响，使得计算的贯通道位姿输出与实际位姿输出有一定的误差。所以必须对系统的结 构误差进行严格的控制。车端关系综合试验台对结构参数在设计、加工和安装过程中进行严格的控制， 通过激光干涉仪进行准确测量，使得运动系统结构误差控制在液压缸的初始长度误差 0. 2mm ；上、下铰点的位置误差小于0. 25mm ；运动平台定义的动坐标系原点误差，也就是运 动平台中心位置误差小于0. 15mm;运动系统结构误差控制在上述范围内时，运动系统的输 出误差小于0. 45mm,即小于0. 3%。但做到这点还不够，最重要的是对运动学正解进行标 定，即在贯通道整个运动范围内测量贯通道的实际输出与运动学正解间的误差。车端关系 综合试验台采用激光干涉仪完成了贯通道三个平动自由度的测量，采用角位移传感器完成 了贯通道三个角度的测量，通过对测量结果进行分析，比照运动系统精度分析的结果，测量 误差均与精度分析的结果相一致，表明，运动系统的精度达到了 0. 3 %的设计要求，运动学 正解输出可信，即完成了运动学正解的标定。2.基于六维力/力矩传感器，能够实现对车端部件加载力/力矩的精确测量；对于液压控制系统，通常的力测量方法是将力传感器布置到单缸上，通过测量每 个液压缸的驱动力来计算贯通道的加载力，这种测量方式布置简单，容易理解，在其他领域 中也有成功的应用，但对于车端关系试验却是不可行的，主要有以下几方面原因，首先液压 缸的驱动力与贯通道上的加载力有很大的不同，如果将力传感器布置到单缸上，势必引入 运动系统运动平台的重力和惯性力。通常贯通道的质量约为600kg，而一般运动系统的设 计，运动平台的质量也将大于600kg，即便采用重力平衡装置平衡掉重力的影响，但运动平 台惯性力的影响也会超过50 %，这对贯通道的加载力的测量将引入很大的误差。此外，采用 这种测力方法，六自由度运动系统同时成为力测量装置，这种装置需要标定，但目前国内外 还没有合适的仪器或方法能够标定这样大的六自由度测力装置。综上所述，虽然基于液压 缸驱动力测量的方案在其他领域有过成功应用，但在贯通道加载测量中不仅误差很大，而 且无法标定，所以是无法应用的。本发明提出的解决方案是基于六自由度力传感器的贯通道加载力测量。在运动平台与贯通道间安装六维力/力矩传感器，直接测量运动系统加载到贯通 道上的力和力矩。这种测量方法的原理如下Fg = mgag+Bgvg+kgxg(1)
权利要求
1. 一种车端关系综合试验台，它是由前反力基础(1)、下铰支座O)、液压执行机构 (3)、运动平台(4)、上铰支座(5)、连接架(6)、空气弹簧(7)、前端过渡板(8)、托架(9)、六 维力/力矩传感器(10)、贯通道(11)、后端过渡板(12)、模拟车厢端(13)、后反力基础(14) 组成的，其特征在于前反力基础(1)与地基固定，通过三组下铰支座( 与六套液压执行 机构( 相连，液压执行机构( 的前端通过三组上铰支座( 与运动平台(4)相连，运动 平台(4)通过托架(9)连接空气弹簧(7)，空气弹簧(7)的另一端通过连接架(6)与前端 过渡板(8)连接，运动平台(4)上还安装有六维力/力矩传感器(10)，六维力/力矩传感 器(10)的另一端与前端过渡板( 连接，前端过渡板(8)的右端连接贯通道(11)，贯通道 (11)右侧通过后端过渡板(1 连接模拟车厢端(1 或后反力基础(14)，后反力基础(14) 连接地基，可调整在地基上的位置以适应不同的车端部件类型。
全文摘要
本发明提供一种满足车端关系组件干涉性试验、功能性试验和研究性试验的基于六自由度并联机构的车端关系综合试验台。前反力基础与地基固定，通过三组下铰支座与六套液压执行机构相连，液压执行机构的前端通过三组上铰支座与运动平台相连，运动平台通过托架连接空气弹簧，另一端通过连接架与前端过渡板连接，运动平台上安装六维力/力矩传感器。本发明采用模块化柔性设计，通过调整车端不同部件的组合或单个部件，满足铁路客车车辆车端上的所有部件进行试验，模拟列车通过直线、曲线时的状态，检验安装在车端各部件的相互干涉关系；进行功能性试验和研究性试验。也适合于其他大型构件的运动模拟试验和力加载试验。
文档编号G01M13/00GK102128723SQ20101059537
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者丛大成, 张辉, 王英波, 韩俊伟, 黄其涛 申请人:哈尔滨工业大学