一种空气弹簧扭摆疲劳试验机的研制

1、一种空气弹簧扭摆疲劳试验机的研制曹建平（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲412007）摘 要：介绍了一种用于成对火车空气弹簧扭摆疲劳试验的机器原理、技术参数和结构。关键词：成对火车空气弹簧；扭摆；疲劳试验The Design of a king of Swing Fatigue Testing Machine for Air Spring Cao Jianping(Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd., 412007, Zhuzhou Hunan)Abstract: the article introduces the the

2、ory, technical parameters and structure of a kind of swing fatigue testing machine for dual train air springs. Key Words: Dual Train Air Springs; Swing; Fatigue Test.1 前言为了满足火车空气弹簧扭摆疲劳试验要求，株洲时代新材料科技股份有限公司于2006年研制了一台机械式火车空气弹簧扭摆疲劳试验机1（简称单空簧扭摆疲劳试验机），真实地模拟了火车空气弹簧的实际运行工况，为产品的可靠性设计提供了依据。 但这台试验机仅能做一个空气弹簧的疲

3、劳试验，由于制造误差、材质等因素的影响，一个空气弹簧疲劳试验结果带有一定的偶然性，因此要求同一种规格的空气弹簧抽检二个或四个进行疲劳试验。由于一个空气弹簧疲劳试验时间较长，用这台试验机完成同一种规格空气弹簧的疲劳试验，需要很长时间，因此产品的开发进度得不到保证。为了提高试验效率，便于产品比较分析，并得到一个更准确的疲劳试验结果，株洲时代新材料科技股份有限公司于2009年研制了一台用于二个空气弹簧同时试验的扭摆疲劳试验机（简称双空簧扭摆疲劳试验机）。2 双空簧扭摆疲劳试验机基本原理双空簧扭摆疲劳试验机基本原理类同原单空簧扭摆疲劳试验机，主要是要实现试验时二个空气弹簧的扭摆频率与幅值均可调，其机构

4、模型采用如图1所示的曲柄摇杆机构2 3。图1 双空气弹簧扭摆疲劳试验机机构模型图中AB为曲柄，BC为连杆，CD为摇杆，AD为机架杆。图中曲柄AB由电机经减速机带动匀速转动，如连杆BC的端点C外接一个空气弹簧，则可设计成一种机械式的单空簧扭摆疲劳试验机1；如C点外接二个空气弹簧，则可设计成一种机械式的双空簧扭摆疲劳试验机。双空簧扭摆疲劳机机构设计参数：曲柄AB长度取0140mm可调摇杆CD长度取1000mm取连杆BC长为1670mmAD2=AC2+CD2 得AD=1947mmABmax+ADmBC+CD167010002670mmABmax+ADBC+CD 故按以上参数

5、设计的机构满足铰接四杆机构曲柄存在条件。3 双空簧扭摆疲劳试验机技术参数双空簧扭摆疲劳试验机主要技术参数如表1所示。 表1 双空簧扭摆疲劳试验机主要技术参数通道数2试验产品数2垂向加载力(0300)kN可调垂向有效行程(0400)mm可调垂向有效空间2495mm横向加载扭矩(05000) Nm可调横向有效行程(0140) mm可调横向有效空间(13801380)mm摆臂长1000mm 扭摆频率(02)Hz可调表中参数满足国内外已开发的火车空气弹簧扭摆疲劳试验要求。4 双空簧扭摆疲劳试验机结构介绍 图2 双空簧扭摆疲劳试验机整机结构图双空簧扭摆疲劳试验机整机结构如图2所示，由机架、齿轮减速电机、

6、曲柄摇杆装置、工作台、上活动架、下活动架与电控部分等组成，上、下活动架与工作台形成了双空间，二个空气弹簧安装在其中。4.1 机架机架由底座、导柱与上横梁组成，通过4根导柱将底座和上横梁连接成四立柱框架式结构，如图3所示。工作台、齿轮减速电机、上活动架、下活动架与曲柄摇杆装置均安装在机架上。底座为钢板焊接的箱形结构，上面装有垂向调节螺杆及调节下活动架上下运动的蜗轮蜗杆减速箱，四周各有一根支撑螺杆。4根导柱两端通过锁紧螺母将底座和上横梁连接成整体，是上、下活动架上下运动的导轨。上横梁同底座一样，中央也装有垂向调节螺杆及调节上活动架上下运动的蜗轮蜗杆减速箱，四周也各有一根支撑螺杆。图3 机架结构图4

7、.2 齿轮减速电机试验机动力部分采用自带降温风扇与防爆型变频调速电机的硬齿面圆柱圆锥齿轮减速机，其额定功率为45KW，额定转速为1500r/min，减速比为12.5，减速机输出转速为120 r/min，输出转矩为5000Nm，使用380V、50HZ三相异步交流电源。齿轮减速电机立式安装在机架底座上，其输出轴上安装有曲柄摇杆装置。4.3 曲柄摇杆装置曲柄摇杆装置由曲柄盘、曲柄销、连杆、左摆臂、右摆臂与滚动装置等组成，如图4、图5所示。曲柄盘安装在减速机输出轴上，曲柄长度的调节是通过调整曲柄销相对曲柄盘中心的位置来进行的。连杆一端装在曲柄销上，另一端与工作台上定位套铰接。工作台左右二边分别与左右摆

8、臂相连，左摆臂与机架铰接，右摆臂接滚动装置，滚动装置在机架上作纯滚动。图4 曲柄摇杆装置结构图1图5 曲柄摇杆装置结构图24.4 工作台工作台由台体、上定位套、下定位套、锁紧螺母与进气管等组成，如图6所示。台体上下均开有T形槽，便于空气弹簧的安装；进气管装在上定位套上，下定位套通过锁紧螺母与上定位套相连。二个空气弹簧分别安装在工作台上面和下面，上定位套与曲柄摇杆装置的连杆铰接，工作台二侧与曲柄摇杆装置的摆臂相连。运行时，整个工作台带动上下二个空气弹簧绕摆臂铰接点同时作扭摆运动。 图6 工作台结构图4.5 活动架活动架分上活动架与下活动架，二者结构完全一样，包括活动平台、滑动块与调节装置等，如图

9、7所示。上活动架装在机架上横梁垂向调节螺杆的下端，下活动架装在机架底座垂向调节螺杆的上端，调节垂向调节螺杆的上下运动带动上下活动架在机架导柱上运动。活动架与导柱间有弹性青铜瓦，试验机工作时拧紧锁紧螺栓，可以锁定活动架。试验机工作时用上横梁与底座上的支撑螺杆压紧活动架，保持活动架的平衡。活动架上设有滑动块，通过调节装置横向移动滑动块，实现空气弹簧应急簧的偏移要求。图7 活动架结构图4.6 电控部分电气控制部分采用PLC完成操作、计数、补气与保护等控制，人机对话通过触摸屏进行，加载频率的调节通过变频器进行。电控柜上设置有上活动架上下运动按钮、下活动架上下运动按钮与主电机开停按钮，并有声光报警装置。

10、通过变频器可对工频50HZ实现变频，经齿轮减速电机减速，实现加载频率02HZ的无级调节，频率设定在触摸屏上进行。试验次数设定也通过触摸屏进行，当累计运行次数到达设定次数时，试验机自动停机。空气弹簧气囊的工作气压、补气气压、保护气压均可通过触摸屏设置，并由PLC控制自动充气、补气与保护停机。使用过程中，累计运行次数、累计运行时间、运行频率与气囊内气压等参数均可实时在触摸屏上显示。5 结束语该试验机为国内首台专用于成对火车空气弹簧扭摆疲劳试验的机器，已累计完成株洲时代新材料科技股份有限公司CK406成对空簧、SSL成对空簧与MOVIA成对空簧数百万次的疲劳试验，效益显著。主要参考文献：1 曹建平，欧阳玉香，王进机械式火车空气弹簧扭摆疲劳试验机J机械工程师，2008，（4）：1411422 曹建平，王进橡胶减振制品机械式疲劳试验机的研究与应用J试验技术与试验机，2008，48（2）：59613 曹建平，颜猛，张洪波，王进曲柄摇杆机构在弹性体制品疲劳试验机上的应用J机械设计与研究，2009，25（4）：3032中图分类号：TH871.