升降式车辆及缓冲器冲击试验台

　　车辆及缓冲器冲击试验是研制新型铁道车辆及缓冲器必须进行的试验。缓冲器或车辆冲击试验是用具有一定速度的车辆(冲击车)向安装有车辆缓冲器的反力端或向一辆停在平直铁路上处于非制动状态的受试验车(被冲击车)冲撞，同时用测试仪器测量和记录冲击过程中发生的冲击力、加速度、应力、位移等动态参数。

　　目前在进行车辆及缓冲器冲击试验时，通常采用利用机车来控制冲击车速度的方法，通过机车牵引冲击车，在达到一定速度后，断开连接机车和车辆的车钩，同时使机车制动，让车辆继续前进，完成对车辆或缓冲器的冲撞。由于冲击车辆的速度一般限制在8km／h以下，机车在惰行时速度控制较困难，冲击速度重复精度较差。另外还有一种方法是修建一个固定斜坡的轨道，通过一个铁牛牵引控制冲击车的行程，实现对冲击速度的控制，如20世纪80年代铁道科学研究院在环行线试验基地修建的试验台，但它需要占用较大的地面，可能破坏周围环境的景观。目前该试验台因年久失修已停止使用。

　　为加快国产新型缓冲器的研制工作，北京二七车辆厂与西南交通大学通过分析国外缓冲器冲击试验台的发展，共同研制了一个升降式的缓冲器及车辆冲击试验台，通过控制车辆冲击轨道的角度实现对冲击车辆的速度控制，在试验台不使用时可将冲击轨道放置为水平位置，对周围景观不会造成不良影响。

　　1、试验台系统原理及结构

　　1．1试验原理

　　根据理论力学，可得在斜面上静止的车辆在释放后达到水平轨道时的速度计算公式：

　　可见，要控制车辆达到水平轨道时的速度，在斜面轨道长度L(或车辆在斜面上的行程)确定后，可以通过控制轨道斜面的角度实现对车辆速度的控制。只要完成对轨道斜面角度的准确控制，就能够保证车辆速度的重复性要求。试验原理简图见图1。

 

 

　　系统分为机械结构和计算机控制2部分。机械结构如图2所示，主要完成冲击车辆的举升、车辆锁闭及开启任务。

 

 

图2  冲击试验台机械结构图

　　冲击车辆首先通过车钩锁闭机构连接在转动轨道上。试验轨道总长65 m，其中，转动轨道长30 m，具有较大的强度及刚度；水平轨道长度为35 m，能够放置被试验车辆，同时保证冲击车辆已处于水平轨道上。通过转动轨道逆时针转动将车辆托起获得势能，冲击速度大小在转动轨道长度一定时由转动轨道的转动角度决定。冲击后冲击试验车返回待冲击位置可通过转动轨道顺时针转动，使轨道成为一个小的负角度自动实现。转动轨道的转动是通过由电动机驱动的螺旋升降装置实现的，它能够满足25 t轴重车辆的试验要求。冲击试验车的锁定和释放通过由电动机驱动的车钩锁闭机构完成。

　　试验时，释放冲击试验车，试验车将沿着斜坡向下运动。在平直轨道上安装2个间隔500 mm的接近开关，实时测量出试验车的速度，其位置在2辆车进行冲击之前。测试计算机同时记录安装在被测试缓冲器上的力传感器和位移传感器信号，即可完成对缓冲器的测试试验。如果在被试验车上安装相应的传感器，则可完成车辆的冲击试验。

　　计算机控制系统主要完成转动轨道的角度控制、冲击车辆的车钩锁定和释放装置控制，以及冲击数据的采集、分析和处理。控制系统结构如图3所示。

 

 

　　轨道斜面的角度控制通过计算机对启升电动机的启停控制、正反转控制来完成。轨道角度的测量通过位移传感器进行角度变换得出。分别设置了上下2个行程限位开关对轨道角度

　　进行控制，并由计算机进行监控，确保系统的使用安全。对冲击车辆的锁定和释放装置的控制同样通过对电动机的启停及正反转控制来实现。同样，它也设有2个行程限位开关以保证安全。以上控制及位移传感器信号、车钩力信号、缓冲器位移信号通过多功能的数据采集卡完成。因此，制作一块接口板，即可完成控制信号的放大、系统输入状态的光电隔离，同时完成传感器信号的转接。专门制作了一个电动机控制柜，安装空气开关、接触器、继电器等控制元器件。车辆或缓冲器冲击试验的所有测试信号都接入多通道的动应力测试系统，动应变测试系统通过通信口将传感器信号传输给计算机，由计算机进行数据处理。

　　控制软件包括3个功能部分：试验台手动调节试验、缓冲器冲击性能试验、车辆冲击试验。

　　控制软件采用虚拟仪器开发工具LabView软件进行编写，其中车辆冲击试验的控制界面如图4所示，其程序操作简单，试验时只需根据试验步骤点击鼠标即可完成试验控制。

 

 

　　3个试验的控制软件功能基本相同，主要完成系统当前状态(轨道角度、锁闭状态)的显示、在输入轨道角度后完成对轨道运动位置的控制、打开锁闭机构、释放冲击车辆、试验完成后回到水平位置的控制、车钩力及缓冲器位移的实时显示，最后可完成试验数据的打印、存盘。对于车辆冲击试验数据的测试，计算机不进行实时采集，所有记录数据由DDS32动态应变仪系统采集，信号会实时通过PCM／USB接口进入计算机，由计算机进行分析处理。

　　车辆及缓冲器冲击试验台已完成调试，配合铁道部组织的70 t级货车缓冲器冲击试验工作，与四方车辆研究所共同完成了缓冲器的测试。试验台现场照片见图5。对其中最关键的车辆冲击速度控制进行了对比试验和重复性试验，试验结果如图6所示。

　　从试验结果可以看出，试验台对于车辆冲击速度的控制具有较好的精度和线性度，速度的重复性也较高，可以满足对车辆及缓冲器的冲击试验要求。

　　升降式车辆及缓冲器试验台已调试完成，达到了较好的速度控制精度。目前已使用该试验台完成了铁道部组织的对70 t级货车缓冲器的比选试验工作，达到了预期效果。该试验台必将在我国车辆及缓冲器研制中发挥重要的作用。