专利名称：组合式三维力、力矩测试台一体化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及轨道车辆转向架参数检测设备，特别是涉及一种组合式三维力、力矩测 试一体化装置。
背景技术：
国外学者对三维力、力矩传感器做了许多研究，如Kerr、 Nguyen及Ferraresi等人提 出并研究了斯帝瓦特(Stewart)结构的三维力传感器，但其结构复杂，线性度不好。国内 也有一些学者研究三维力传感器，并有多项有关专利技术，例如六自由度力与力矩传感器 (中国专利CNZ165435Y)，整体预紧平台式三维力传感器(中国专利CN1263259A)，机器 人用三维力与力矩传感器(中国专利CN2066134U)， 一种具有弹性铰链的三维力与力矩传 感器(专利申请号99102421.4)，但是这些技术存在的主要问题是有的结构复杂、尺寸大、 刚度低、标定困难、灵敏度低、制造成本高等缺陷。而国内研究的力传感器大都采用国外已 有的结构，针对轨道车辆转向架力学参数测试所作的三维力、力矩传感器未见记载，目前在 测试轨道车辆转向架参数及能方面主要有三维力传感器，其性能很受局限性，在轨道车辆转 向架参数测试中不便于采用。
发明内容
本实用新型针对目前轨道车辆转向架参数检测中无法全面、准确评价动力学性能的技术 现状，提供一种组合式三维力、力矩测试台一体化装置。
一种组合式三维力、力矩测试一体化装置，主要由横向测力传感器机构C、垂向测力传 感器机构D、纵向测力传感器机构E、限翻倾螺栓机构F、翻倾力矩测量机构G及支撑部件 组成，所述的横向测力传感器机构C和纵向测力传感器机构E分别由两支剪切梁式传感器 16和支撑部件I组成，每两支剪切梁式传感器16通过支撑部件I分别沿X向和Y向对称安 装在承载板上；所述的垂向测力传感器机构D由四支剪切梁传感器16和支撑部件II组成， 四支剪切梁传感器16分别通过支撑部件II沿Z向安装在承载板的四个角上，所述的翻倾力 矩测量机构G和限翻倾螺栓机构F也安装在承载板；承载板包括承载盖板A和承载底板B， 通过限翻倾螺栓机构F连接为一整体，承载盖板A通过调节限翻倾螺栓机构F保持水平。
所述的支撑部件I主要由传感器直角支撑座17和两个侧向力U形夹14组成，剪切梁传 感器16 —端通过剪切梁传感器螺栓15与传感器直角支撑座17固定连接，另一端与侧向力U形夹14浮动连接，传感器直角支撑座17通过直角支撑座螺栓18与承载底板B固定连接， 侧向力U形夹14通过U形夹螺钉13与承载盖板A的盖板连接螺孔9固定连接。
所述的支撑部件II主要由称重吊架轴20、吊挂19、称重吊架21、四个吊架顶丝23，四 个球头顶丝24及四个球碗25所组成，其中每支剪切梁传感器16的一端通过剪切梁传感器 螺栓15直接与承载底板B的垂向传感器连接螺孔3固定相连，另一端通过球头顶丝24、球 碗25与吊挂19相连，吊挂19通过称重吊架轴20及吊架顶丝23与称重吊架21转动连接， 称重吊架21通过其上的吊架螺钉22与承载盖板A的盖板连接螺孔9固定连接。
所述的限翻倾螺栓机构F主要由中间螺母26、销27、锁紧螺母28、下球面垫圈29、上 球面垫圈30、球碗螺母31及限翻螺杆32组成，其中的中间螺母26、上球面垫圈30及锁紧 螺母28均通过螺纹连接方式与限翻螺杆32固定连接，销27与锁紧螺母28固定连接，球碗 螺母31及下球面垫圈29均与限翻螺杆32组成同轴连接，球碗螺母31又与承载盖板A上的 限翻螺栓上通孔10连接，下球面垫圈29与承载底板B的限翻螺栓下通孔2连接。
所述的翻倾力矩测量机构G主要由剪切梁传感器螺栓15、剪切梁传感器16及限翻倾螺 栓机构F所组成，其中剪切梁传感器16 —侧的螺栓连接通孔与限翻倾螺栓机构F的限翻螺 杆32同轴连接，下球面垫圈29与剪切梁传感器16的外表面紧定连接，球碗螺母31与承载 盖板A的翻倾力矩机构上通孔11固定连接，剪切梁传感器16的另一端通过剪切梁传感器螺 栓15直接与承载底板B的翻倾力矩传感器连接螺孔6固定连接。
本实用新型的技术效果该装置不仅可以同歩测量空间三维力及力矩，同时可测量三维 力及力矩的分量。该装置具有结构灵巧、刚度好、误差小、制造成本和维护成本低等优点， 能够满足轨道车辆转向架力学参数测试的需要，保证测试结果的准确性。组合式三维力、力 矩测试台一体化装置为轨道车辆转向架动参数测试过程中力学参数的测量提供了技术手段， 同时大幅度减小了转向架力学参数测试时因局部应力及间隙而引起的误差，保障测试结果的 准确性，对其它工业力学测试也有丰富的技术支持，具有广阔的技术前景和可观的应用价值。


图l组合式三维力、力矩测试一体化装置外观示意图2组合式三维力、力矩测试一体化装置透视图3承载下板示意图4承载盖板示意图5承载盖板内部结构示意图6横向(X向)及纵向(Y向)传感器机构示意图7垂向(Z向)传感器组示意图8垂向(Z向)传感器组I-I向剖视图9球头顶丝和球碗的局部放大图；图10称重吊架轴与称重吊架装配示意图11直角传感器支撑座装配示意图12侧向力U形夹装配示意图13翻倾力矩测量机构示意图14限翻倾螺栓机构示意图15 —维剪切梁传感器组数据采集示意图中A-承载盖板；B-承载底板；O横向(X向)测力传感器机构；D-垂向(Z向)测
力传感器机构；E—纵向(Y向)测力传感器机构；F-限翻倾螺栓机构；G-翻倾力矩测量机
构；
l-承接底板；2-限翻螺栓下通孔；3-垂向(Z向)传感器连接螺孔；4-紧定螺栓；5-纵
向(Y向)三角座连接螺孔；6-翻倾力矩传感器连接螺孔；7-翻倾力矩机构下通孔；8-横向 (X向)传感器连接螺孔；9-盖板连接螺孔；10-限翻螺栓上通孔；11-翻倾力矩机构上通孔；
12-承接盖板；13-U形夹螺钉；14-侧向力U形夹；15-剪切梁传感器螺栓；16-剪切梁传感 器；17-传感器直角支撑座；18-直角支撑座螺栓；19-吊挂；20-称重吊架轴；21-称重吊架； 22-吊架螺钉；23-吊架顶丝；24-球头顶丝；25-球碗；26-中间螺母；27-销；28-锁紧螺母
29-下球面垫圈；30-上球面垫圈；31-球碗螺母；32-限翻螺杆。
具体实施方式
以下结合附图所述实施例对本实用新型结构作进一歩详细说明。
所述的三维力、力矩的测量是由八支不同安装方式的剪切梁传感器机构组合测量而获
得，可以减小因受力方向不同而引起的位移间隙和局部应力，消除转向架横向(x向)或纵
向(Y向)受力对Z轴方向力的影响。
参照图l、 2， 一种组合式三维力、力矩测试一体化装置，主要是由横向(X向)测力传 感器机构C、垂向(Z向)测力传感器机构D、纵向(Y向)测力传感器机构E、限翻倾螺栓 机构F、翻倾力矩测量机构G及其它支撑部件所组成。三维力、力矩的测量是通过不同安装 方式的八支剪切梁传感器16的组合测量而实现的。
参照图3，所述的承载底板B上设计有限翻螺栓下通孔2、垂向(Z向)传感器连接螺 孔3、纵向(Y向)三角座连接螺孔5、翻倾力矩传感器连接螺孔6、翻倾力矩机构下通孔7 及横向(X向)传感器连接螺孔8，用以横向(X向)测力传感器机构C、垂向(Z向)测力 传感器机构D、纵向(Y向)测力传感器机构E—端的固定连接以及限翻倾螺栓机构F—端 的连接，其中紧定螺栓4与其它设备或土建基础固定连接，从而对该装置进行总体定位。
参照图4、 5，所述的承载盖板A上设计有盖板连接螺孔9、限翻螺栓上通孔10及翻倾 力矩机构上通孔ll，用以实现横向(X向)测力传感器机构C、垂向(Z向)测力传感器机 构D、纵向(Y向)测力传感器机构E另一端与承载盖板A的固定连接及限翻倾螺栓机构F另一端的固定连接。
参照图6、 7、 8、 9、 10、 11、 12，所述的横向(X向)测力传感器机构C及纵向(Y向) 测力传感器机构E分别由两支剪切梁式传感器16、两个传感器直角支撑座17及两个侧向力 U形夹14所组成，其中剪切梁传感器16 —端通过剪切梁传感器螺栓15与传感器直角支撑 座17固定连接，另一端与侧向力U形夹14浮动连接，传感器直角支撑座17通过直角支撑 座螺栓18与承接底板B上的纵向(Y向)直角座连接螺孔5及横向(X向)直角座连接螺孔 8固定连接，侧向力U形夹14通过U形夹螺钉13与承载盖板A的盖板连接螺孔9固定连接。 垂向(Z向)测力传感器机构D是由四支剪切梁传感器16、四个称重吊架轴20、四个吊挂 19、四个称重吊架21、四个吊架顶丝23，四个球头顶丝24及四个球碗25所组成，其中每 支剪切梁传感器16的一端通过剪切梁传感器螺栓15直接与承载底板B的垂向(Z向)传感 器连接螺孔3固定相连，另一端通过球头顶丝24、球碗25与吊挂19相连，吊挂19通过称 重吊架轴20及吊架顶丝23与称重吊架21转动连接，称重吊架21通过其上的吊架螺钉22 与承载盖板A的盖板连接螺孔9固定连接。测试时，转向架轮对的力直接作用于承载盖板A 上，而承载底板B固定于地面，由于剪切梁传感器16具有单向采集电压信号变化的特性， 因此不受其它方向力的干扰。横向(X向)与纵向(Y向)传感器机构主要实现测试台水平 方向所受的力及力矩，通过每个侧向力U形夹14的两内侧面可将力垂直作用于每个剪切梁 传感器16的受力面。当横向(X向)测力传感器机构(C)中的两支传感器有测量值时，而其 它六支传感器均未测到数值变化时，表明测试台只受横向(X向)作用力；同理，当纵向(Y 向)测力传感器机构E两支传感器有测量值时，而其它六支传感器均未测到数值变化时，表 明测试台只受纵向(Y向)作用力；当横向(X向)测力传感器机构C及纵向(Y向)测力 传感器机构E均有测量值时，表明测试台受XOY平面的回转力矩。当垂向(Z向)测力传感 器机构D的四支剪切梁传感器16有测量值而其它四支传感器无测量值变化时，表明测试台 只受垂向(Z向)作用力；当垂向(Z向)测力传感器机构D中某一侧的两支剪切梁传感器 16有±测量值，而另一侧的两支传感器有^测量值，并且横向(X向)与纵向(Y向)传感 器机构的四支传感器均无测量值时。表明测试台只受X0Z面或Y0Z面的回转力矩。
参阅图13，所述的翻倾力矩测量机构G包括剪切梁传感器螺栓15、剪切梁传感器16及 限翻倾螺栓机构F，其中剪切梁传感器16通过剪切梁传感器螺栓15与承载底板B固定连接， 限翻倾螺栓机构F的下球面垫圈29与剪切梁传感器16的外表面紧定连接，球碗螺母31与 承载盖板A的翻倾力矩机构上通孔ll固定连接，当承载盖板A自身产生翻倾力矩时，对其 它四个限翻倾螺栓机构F进行调节以保证翻倾力矩测量机构G中的剪切梁传感器16的输出 值为零，从而保证承载盖板A水平。
参阅图14，限翻倾螺栓机构F由中间螺母26、销27、锁紧螺母28、下球面垫圈29、 上球面垫圈30、球碗螺母31及限翻螺杆32组成，其中调节中间螺母26、上球面垫圈30及 锁紧螺母28可使限翻倾螺栓机构F固定于承载盖板A上，通过下球面垫圈29可使限翻倾螺栓机构F固定承载底板B上，从而使承载盖板A与承载底板B连接成一个整体。
参照图15，剪切梁传感器16应变片的连接方式可抵消扭转、横向或纵向应力的影响。 弹性体中，应变片发生主要形变会引起电阻应变片阻值发生变化，由电桥将应变计阻值的变 化转换成变化的电压输出，由放大电路进行信号调理，经计算机接口电路进行A/D转换送至 计算机。通过计算机对八支剪切梁传感器16的处理，该组合式三维力、力矩测试一体化装 置可测试三维力、力矩数值，且测试结果可靠性高，稳定性好。测试台一体化程度高，维护 成本低，全密封焊接，具有较强的抗偏载能力和防翻倾能力，能满足轨道车辆转向架力学参 数测试的要求。
权利要求1、一种组合式三维力、力矩测试一体化装置，主要由横向测力传感器机构(C)、垂向测力传感器机构(D)、纵向测力传感器机构(E)、限翻倾螺栓机构(F)、翻倾力矩测量机构(G)及支撑部件组成，其特征在于，所述的横向测力传感器机构(C)和纵向测力传感器机构(E)分别由两支剪切梁式传感器(16)和支撑部件I组成，每两支剪切梁式传感器(16)通过支撑部件I分别沿X向和Y向对称安装在承载板上；所述的垂向测力传感器机构(D)由四支剪切梁传感器(16)和支撑部件II组成，四支剪切梁传感器(16)分别通过支撑部件II沿Z向安装在承载板的四个角上，所述的翻倾力矩测量机构(G)和限翻倾螺栓机构(F)也安装在承载板；承载板包括承载盖板(A)和承载底板(B)，通过限翻倾螺栓机构(F)连接为一整体，承载盖板(A)通过调节限翻倾螺栓机构(F)保持水平。
2、 根据权利要求1所述的种组合式三维力、力矩测试一体化装置，其特征在于，所述 的支撑部件I主要由传感器直角支撑座(17)和两个侧向力U形夹(14)组成，剪切梁传感 器(16) —端通过剪切梁传感器螺栓(15)与传感器直角支撑座(17)固定连接，另一端与 侧向力U形夹(14)浮动连接，传感器直角支撑座(17)通过直角支撑座螺栓(18)与承载 底板〔B)固定连接，侧向力U形夹(14)通过U形夹螺钉(13)与承载盖板(A)的盖板连 接螺孔(9)固定连接。
3、 根据权利要求1所述的种组合式三维力、力矩测试一体化装置，其特征在于，所述 的支撑部件U主要由称重吊架轴(20)、吊挂(19)、称重吊架(21)、四个吊架顶丝(23)， 四个球头顶丝(24)及四个球碗(25)所组成，其中每支剪切梁传感器(16)的一端通过剪 切梁传感器螺栓(15)直接与承载底板(B)的垂向传感器连接螺孔(3)固定相连，另一端 通过球头顶丝(24)、球碗(25)与吊挂(19)相连，吊挂(19)通过称重吊架轴(20)及 吊架顶丝(23)与称重吊架(21)转动连接，称重吊架(21)通过其上的吊架螺钉(22)与 承载盖板(A)的盖板连接螺孔(9)固定连接。
4、 根据权利要求1所述的种组合式三维力、力矩测试一体化装置，其特征在于，所述 的限翻倾螺栓机构(F)主要由中间螺母(26)、销(27)、锁紧螺母(28)、下球面垫圈(29)、 上球面垫圈(30)、球碗螺母(31)及限翻螺杆(32)组成，其中的中间螺母(26)、上球面 垫圈(30)及锁紧螺母(28)均通过螺纹连接方式与限翻螺杆(32)固定连接，销(27)与 锁紧螺母(28)固定连接，球碗螺母(31)及下球面垫圈(29)均与限翻螺杆(32)组成同 轴连接，球碗螺母(31)又与承载盖板(A)上的限翻螺栓上通孔(10)连接，下球面垫圈(29)与承载底板(B)的限翻螺栓下通孔(2)连接。
5、 根据权利要求1所述的组合式三维力、力矩测试一体化装置，其特征在于所述的翻 倾力矩测量机构(G)主要由剪切梁传感器螺栓(15)、剪切梁传感器(16)及限翻倾螺栓机 构(F)所组成，其中剪切梁传感器(16) —侧的螺栓连接通孔与限翻倾螺栓机构(F)的限 翻螺杆(32)同轴连接，下球面垫圈(29)与剪切梁传感器(16)的外表面紧定连接，球碗螺母(31)与承载盖板(A)的翻倾力矩机构上通孔(11)固定连接，剪切梁传感器(16) 的另一端通过剪切梁传感器螺栓(15)直接与承载底板(B)的翻倾力矩传感器连接螺孔(6) 固定连接。
专利摘要本实用新型涉及轨道车辆转向架参数检测设备。本实用新型针对目前轨道车辆转向架参数检测中无法全面、准确评价动力学性能的技术现状，提供一种组合式三维力、力矩测试台一体化装置，该装置包括横向测力传感器机构(C)和纵向测力传感器机构(E)分别由两支剪切梁式传感器(16)和支撑部件I组成，每两支剪切梁式传感器(16)通过支撑部件I分别沿X向和Y向对称安装在承载板上；垂向测力传感器机构(D)四支剪切梁传感器(16)分别通过支撑部件II沿Z向安装在承载板的四个角上，翻倾力矩测量机构(G)和限翻倾螺栓机构(F)也安装在承载板；承载板包括承载盖板(A)和承载底板(B)，通过限翻倾螺栓机构(F)连接为一整体。
文档编号G01M13/00GK201397210SQ20092009353
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月4日 优先权日2009年5月4日
发明者兰志坤, 刘玉梅, 周殿买, 张立斌, 观 徐, 林慧英, 梁树林, 潘洪达, 伟 熊, 王兴宇, 建 苏, 熔 陈 申请人:吉林大学