机车车辆滚动振动试验台及控制设计
机车车辆整车滚动振动试验台设计
ｌ 试验台总体方案
由于 试验 台 的试 验 目的和 对 象不 同 、设 计 技 术路 线不 同 以及投 资规模 不 同 ，出现 了几 种类 型 的试验 台 ， 如滚 动 台 、振 动 台 以 及 滚 动 和振 动 相 结 合 的试 验 台 。 然 而 ，就 机 车车辆 整车 动态 运行模 拟而 言 ，最 佳方 案是 带 功率试 验 功能 的滚动 与振 动相结 合 的试验 台 。
（１）可 同时进行 多项 性能 试验 ，周期 短 ，成 本低 ； （２）可 缩 短 机 车 车 辆 的 研 发 时 间 ，节 约 研 究 经 费 ； （３）具有 良好 的重 复性 ，不受 气候 条件影 响 ； （４）可排 除各 种干扰 ，进 行单 因素 分析 ； （５）可进行 线 路 上 无 法 进 行 的 试 验 ，如 超 高 速 运 行 、蛇行失 稳 、各 种人 为 设 置 的极 端 条 件 （如减 振 器 失 效 ）下运行试 验 等 ； （６）检测 方便 ，并 可 检测 在 线 路 运 行 中无 法 检 测 的运 行信 号 ，如车体振 动 的绝 对位 移等 。 正 因为机 车车辆 室 内动 态模 拟试验 台 具有上 述诸 多优越 性 ，并 且 试 验 台 已被 证 明在 基 础 研究 和 发 展创 新 的悬 挂 系 统 及 车辆 结 构 方 面 十分 有 用口 ］，近 几 十 年 ，通 过 机 车车 辆 试 验 台试 验 来研 究 车 辆 动力 学 、开 发高速 机 车车 辆 已十 分普 遍 。我 国在 西 南 交 通 大学 建 立 了牵 引 动 力 国家 重 点实 验室 ， 并 自行 研 制 了机 车 车辆 整 车滚 动振 动试 验 台 。 该 试 验 台于 １９９４年 建成 ，１９９５年投 入 运行 ，在 我 国铁 路 提 速 机 车 车 辆 研 发 中发 挥 了重 要 作 用 。为 了进 一 步满 足 ６轴 机 车 的试 验 ，对该 试 验 台进 行 了技 术 升级 和 ４轴 扩 建 ６轴 改 造 ，并 于 ２００２年改 造 完 成 ，２００３年 投 入 运 行 。所 改 造 的试验 台，不 仅满 足 ６轴机 车 的试验 要求 ，同 时 增加 了米 轨车试 验 功 能 、曲线模 拟功 能和 轮 轨 力 测 试 功能 ，并预 留了滚轮摇 头 功能 。 本 文对该 试 验 台 的设 计 ，特 别 是机 械结 构 的设计 进 行介 绍 。
机车试验激振台及控制系统设计
机车试验激振台及控制系统设计作 者 姓 名： 朱赟学科、专业 ： 机械电子工程学 号 ： BJ07527指 导 教 师： 韩雄飞完 成 日 期： 2011.5.20摘 要本课题通过同分析机车试验平台的运动特点设计了具有2个方向自由度得机车试验 平台及控制系统。
使用有限元软件ANSYS对机车试验平台进行了静力学校核证实结构满 足设计要求，并对关键零部件油缸,键，轴承，电动机进行了设计与校核。
本课题基于 CAN总线技术设计平台运动的控制系统。
通过本课题的设计了解了机械CAD， CAE的使用， 并学习和掌握的CAN总线控制技术。
关键词：机车试验平台；ANSYS；控制AbstractAnalysis of this issue through the same motion characteristics of motorcycle test platform is designed with two degrees of freedom was the direction of test platform and the locomotive control system. Using the ANSYS finite element software test platform on the locomotive were confirmed by static checking the structure to meet the design requirements, and key parts of cylinder, keys, bearings, motors have been designed and better. The subject of design platform based on CAN bus technology motion control systems. I am learn to master the subject of mechanical CAD, CAE's use, and learn and master the CAN bus control technology by the design of this project.Key Words：motorcycle test platform，ANSYS，control目 录摘要 (II)Abstract (III)1 绪论 (IV)1.1 选题背景及其意义 (1)1.2 国内外发展趋势 (2)2 试验平台的确定 (2)3 平台架的校核 (4)3.1 平台架的形式 (4)3.2 平台架尺寸的确定 (5)3.3 平台架强度校核 (5)3.3.1有限元简介……………………………………………………… . 63.3.2有限元求解思路 (6)3.3.3 单元类型选择………………………………………………………… .63.3.4 物理模型创建 (9)3.3.5 模型校核求解……………………………………………………… .133.4 平台稳定性校核 (14)3.41 水平运动平台校核 (14)3.4.2 垂直运动平台校核 (16)4 液压缸的设计计算 (18)4.1.1 水平油缸 (18)4.1.2 有刚工作压力 (19)4.1.3 缸筒强度 (19)4.1.4 活塞杆强度………………………………………………………… 19.4.1.5 活塞杆稳定性 (19)4.2 垂直油缸 (19)4.2.1 垂直油缸工作压力 (20)4.2.2缸筒强度 (20)4.2.3活塞杆强度 (20)4.1.5活塞杆稳定性 (21)5液压系统方案…………………………………………………………………… 21.5.1 执行元件形成的分析与选择…………………………………………………21.5.2 油路循环方式的分析和选择 (21)5.3 油源类型的分析和选择 (22)5.4 调速方案的分析和选择 (22)5.5 液压基本回路的分析与选择………………………………………………….22.5.6 液压系统原理图的拟定………………………………………………………22.5.7 液压系统参数设计…………………………………………………………… 23.5.8 选择液压元件 (23)5.8.1液压泵、液压马达………………………………………………………23.5.9 液压泵站的类型与选择 (24)5.10 油箱的设计 (24)5.11 油箱容积的确定 (24)5.12 油箱附件的选择 (24)5.13 空气滤清器的选择 (24)5.14 加热器的选择 (24)5.15 吸油管出滤油器的选择 (24)5.16 精滤油器的选择 (24)5.17 管路的设计 (24)5.18 管件尺寸的确定 (24)5.19 液压管路的连接方式 (24)6. 关键部件校核 (25)6.1 销轴的校核…………………………………………………………………….25.6.1.1 水平运动球铰销轴的校核 (26)6.1.2 垂直运动销轴的校核 (26)7 控制系统设计 (27)7.1 通信计算确定 (27)7.2 控制手柄选择 (27)7.3 控制器选择....................................................28.7.4 油缸位移传感器 (28)7.5 控制系统原理 (28)8 结论 (29)参考文献 (29)致谢 (30)1 绪论1.1 选题背景及其意义随着轨道交通发展的日益成熟，越来越多的机车将被投入使用，期间不仅对 机车的制造生产有较高的质量要求，还包括对生产完毕，投入使用之前的机车的运 行测试。
机车车辆滚动振动试验台关键技术
Dr.康庄 马广宇
经过近二三十年的实践，与线路运行试验相比，车辆模拟运行试 验台试验经证实具有如下优点： (1)可同时进行多项性能试验，周期短，成本低; (2)可缩短机车车辆的研发时间，节约研究经费; (3)具有良好的重复性，不受气候条件影响;
(4)可排除各种干扰，进行单因素分析;
(5)可进行线路上无法进行的试验，如超高速运行、蛇行失稳、各种人 为设置的极端条件(如减振器失效)下运行试验等;
(6)检测方便，并可检测在线路运行中无法检测的运行信号，如车体振 动的绝对位移等。
蛇形失稳
滚轮单元的关键技术
滚轮差速机构
结束语
随着我国列车提速、高速列车的研制，滚动 振动试验台在机车车辆的发展中将发挥越来越 重要的作用，室内试验台试验方兴未艾。 有关滚动振动试验台的试验方法，试验项目 的拓展，还有待进一步研究，特别是机车车辆 试验台试验和线路运行之间的相似关系并非1:1 ，之间的关系。如何修正试验台试验结果，与 线路运行状态一致，以真正发挥试验台的作用 ，这些都需要进一步探索。
613 轨道车辆振动平台及控制系统设计
摘 要本课题通过同分析机车试验平台的运动特点设计了具有2个方向自由度得机车试验 平台及控制系统。
通过平台的设计，及车辆在在平台上的固定，并对关键零部件油缸， 键，轴承，电动机等进行了设计与校核。
本课题通过PLC控制液压阀从而控制平台运动 的控制。
通过本课题的学习掌握了机械CAD的使用，并学习和掌握的PLC控制技术。
关键词：机车试验平台，液压阀，PLC控制ABSTRACTAnalysis of this issue through the same motion characteristics of motorcycle test platform is designed with two orientation degrees of freedom have motorcycle test platform and control system. Through the platform design, and vehicles are fixed on the platform, and key parts of cylinders, keys, bearings, motors have been designed and verified. This topic through PLC control hydraulic valve to control the platform motion control. To study and master the subject through the use of mechanical CAD, and to learn and master the PLC control technology.Keywards: motorcycle test platform , hydraulic valve , PLC Control目录1 绪论 (1)1.1 选题背景及其意义 (1)1.2国内外研究现状与发展趋势 (1)2 振动平台的设计与强度校核 (3)2.1 平台振动方案确定 (3)2.2 平台架结构尺寸确定 (5)2.3 车辆在平台的上下激振过程的运动计算 (6)2.4 液压系统方案设计 (7)2.5 上下运动液压缸液压系统参数设计 (8)2.6 左右运动液压缸液压系统参数设计 (12)2.7机车电机型号的确定 (16)2.8 键的校核 (18)3 振动平台控制方案设计 (19)3.1 PLC 介绍 (19)3.2 PLC 特点 (21)3.3 D/A转换器介绍与工作原理 (21)3.4 PLC控制程序与状态转移图等 (23)4 结论 (33)鸣谢 (34)参考文献 (35)1 绪论1.1 选题背景及其意义随着机车车辆的不断发展, 高速已成为当今中国铁路的发展趋势。
机车振动平台装置及控制
摘 要本文主要针对机车振动平台装置及其控制进行设计， 通过autocad软件进行 辅助设计。
首先分析机车振动平台的运动特性及运动方式确定其主要参数，包括 液压缸的推力，带传动带轮的位置；根据主参数和设计要求进行液压缸，控制系 统的设计及选用。
本设计的机车振动台共有三大部分， 包括机架部分， 液压部分， 和控制部分。
本课题主要模拟机车的颠簸情况，为振动试验搭建测试平台。
该项 目的研发具有重要的现实意义和工程应用价值。
关键词：振动平台，液压缸，机架，控制ABSTRACTIn this paper, vibration platform for the locomotive control device and its design, through autocad software computer aided design. First, the movement of locomotive vibration platform features and sports determine its main parameters, including the thrust hydraulic cylinder,the amplitude of vibration may; according to the main parameters and design requirements for hydraulic cylinders, control system design and selection. The design of the locomotive vibration table a total of three parts, including chassis parts, hydraulic parts, and the control section. The main subject of the rough conditions simulated locomotive, built for the vibration test test platform. The project's research and development has important practical significance and engineering applications.Key words: vibration platform, hydraulic cylinders, design, rack目 录1 绪论------------------------------------------------------------11.1 国内外基本情况----------------------------------------------11.2 目前存在问题------------------------------------------------31.3 完成设计的方案及主要措施------------------------------------32 机车振动平台的总体设计---------------------------------------42.1 振动台介绍--------------------------------------------------42.2 振动台分类--------------------------------------------------42.3 各种类型振动台的性能比较和选择原则--------------------------82.4 机车振动平台的主要设计参数----------------------------------93 总体设计及计算------------------------------------------------113.1 液压缸的选用------------------------------------------------113.2 电动机的选择------------------------------------------------183.3 V 带的设计及计算--------------------------------------------194 控制系统的设计------------------------------------------------234.1 控制系统总体设计及选择--------------------------------------234.2 D/A 转换器接口电路的设计------------------------------------244.3 机车振动平台的控制电路设计----------------------------------264.4 总接线电路--------------------------------------------------304.5 D/A转换电路控制流程图---------------------------------------315 结论------------------------------------------------------------33参考文献-------------------------------------------------------34 致 谢-----------------------------------------------------------351 绪论随着轨道交通发展的日益成熟，越来越多的机车将被投入使用，期间不仅对 机车的制造生产有较高的质量要求，还包括对生产完毕，投入使用之前的机车的 运行测试。
跨座式单轨车辆滚动振动试验台的设计
科学技术创新基金项目:华东交通大学2020大学生创新创业计划“跨座式单轨车辆滚动震动试验台研发”,项目编号:1500420027。
作者简介:肖乾(1977-),男,汉族,籍贯:湖南常德,博士,华东交通大学教授,研究方向:轨道车辆运行品质分析与评价。
跨座式单轨车辆滚动振动试验台的设计肖乾黎晨曦刘新龙付至晨(华东交通大学,江西南昌330013)近年来,我国城市汽车保有量年均增速高达15%,城镇道路里程增速仅为2%。
“两化”叠加带来了交通拥堵、空气污染等一系列社会问题;而跨座式单轨属于中等运量轨道交通系统,其特点是适应性强、噪声低、转弯半径小、爬坡能力强,能更好适应复杂的地形地貌环境。
同时,在城市道路中央或道路两旁的绿化带即可立柱,占地面积小、遮挡少、选线灵活、对现有城市道路的交通干扰很轻微。
跨座式单轨建设周期仅为地铁的一半,造价成本仅为地铁的三分之一[1]。
跨座式单轨的速度可以达到每小时80公里,在国内是较受欢迎的一种交通运输方式[2]。
然而一款新车在正式下线运营之前需进行各方面的综合性能测试,国内目前并没有现成的专门用于跨座式单轨车辆的滚动振动综合性能测试的试验台。
因此,笔者根据国内常用的几款跨座式单轨列车的结构特点和几何尺寸,设计了一种新型的跨座式单轨车辆滚动振动试验台。
1跨座式单轨滚动振动试验台的总体方案滚动振动试验台的工作原理是利用与轨头形状一致的轨道轮单元来代替实际的轨道,通过改变轨道轮单元的位置来模拟机车车辆的真实工况,例如轨道不平顺、曲线轨道等情况。
机车车辆借助上车梁或其它辅助设施被安放在对应轨道轮单元上方,且通过反力架纵向限位,通过轨道轮的不断转动来模拟无限长的两条钢轨,轨道轮对间一般设置有差速装置,用来控制左右轨道轮同步或者差速转动[3]。
而跨座式单轨以其独特的转向架而不同于其它机车车辆,导致跨座式单轨车辆不能在普通的机车车辆滚动振动试验台上进行试验[4]。
为了使该试验台适用于跨座式单轨车辆,笔者对其结构进行重新设计。
电力机车动态试验用滚动试验台的研究
工 装 设 备
机 车车辆工 艺 第４期 ２０１８年 ８月
（７）制动试 验 轮周 功率 ： ４轴 ：１ ２００ ｋＷ／轴 ；６轴 ：１ ２００ ｋＷ ／轴 。 （８）机 车 轨 道 轮 同 步 精 度 ：＜ １％ （９）试 验 台轴 距调 整精 度 ：≤ ±０．５ ｍｍ
２ 试 验 台试 验 方 案
（１）牵 引 制动 曲线 验 证 。 牵 引工 况 控 制 司 机调 速 手 柄测 量启 动 牵引力 和持续 牵 引力 。检 测机 车各 牵 引 电机 的 电流分 配 是否 均匀 。电气制 动 工况 控制 司机 调速 手柄 测量 电制动 力 。
（２）参 数 优 化 。滚 动 试 验 台 可 以 模 拟 机 车 空 载 、带 载牵 引 、机 车 电制 动 ３种 状 态 ，可 以采 集 机 车 控 制 程序 的参 数 ，对不 适合 的参 数 修改 ，从 而使 机车 的控制 参数 达 到最 优 。
（１）轴 式 ：４轴 （Ｂｏ—Ｂｏ）、６轴 （Ｃｏ—ｃｏ、Ｂｏ—Ｂ０ 一 Ｂｏ）；
（２）轨 距 ：９００ ～１ ６７６ ｍｍ （９００、１ ０００、１ ４３５、 １ ５２０、１ ６００、１ ６７６ ｍｍ，可 调 ）；
（３）轴距 ：１ ６００～３ ０００ ｍｍ（可调 ）； （４）机 车 车 辆 最 大 定 距 （机 车 两 端 车 钩 中心 距 ）：２３ ０００ ｍｍ （５）允许 最 大轴重 ：３５ ｔ； （６）最大 纵 向牵 引力 ：８０ ｔ；
中 图分 类号 ：Ｕ２６０．１４
文 献 标 识 码 ：Ｂ
出 口白俄 罗斯 的中 自 Ｉ型 电力机 车和 ３０ ｔ轴 重 电力 机 车等部 分 车型 的轨距 和轴 重 等参 数与 常规 车 型有 很大 差别 ，由于公 司试 运线 路条 件 限制 ，导致 这 些车 型 的部分 试 验 无 法 在 试 运 线 路上 运 行 。为 此 ， 公 司于 ２０１０年 建成 了机 车 滚动试 验 台 ，可 以模拟 无 限长 的试 运线 路 ，可 以根 据机 车 的轴距 、轨距 进 行调 整 ，满足 最大 轴重 ３５ ｔ、轨 距 ９００～１ ６７６ ｍｍ、最 高试 验速 度 １２０ ｋｍ／ｈ的机车 试验 。
机车车辆滚动振动试验台及控制系统设计
由西南交通大学牵引动力国家重点实验室研制的机车车辆整车滚动振动试 验台，是目前世界上仅有的两台实现左右滚轮分别独立激振的滚动和振动想结合 实验台之一。采用先进滚动以及振动相结合的试验台的设计方案，并完成很大难 度难度的垂向、横向和滚动三维于一体的运动的精确藕合。因为只有将滚动和振 动相结合起来，这个试验台才能够动态的模拟机车车辆运行线路的情况，直接帮 助了我国机车车辆研究开发能力。滚动振动试验台实际上就是列车的线路模拟 器，通过试验台建立起真尺寸全参数，可以模拟机车车辆线路运行情况的动态氛 围，可以用来当作铁路高速、重载机车车辆研制的有效工具盒进行与轮轨振动接 触力学所相关的最基础探究的方法，实现让我国机车车辆探究开发水平进入国际 领先行列和在轮轨理论研究上取得全世界突破性进展的效果。2007年，机车车辆 整车滚动振动试验台，牵引动力国家重点实验室的机车车辆整车滚动振动试验台 是中国自主开发的大型实验台。
3 计算说明5
3.1 电动机的选择5 3.2 计算传动装置的运动和动力参数6 3.3 传动部分的设计计算15
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摘要本设计为机车车辆滚动振动试验台，与线路运行试验相比,车辆模拟运行试验台试验经证实具有如下优点：(1)可以同时测试几项性能实验,周期短,成本低;(2)可缩短机车车辆的研发时间,节约研究经费;(3)有较完善的重复性,不受气候条件的影响;(4)可以排除外界带来的干扰,实行错误分析;(5)可以试验线路上不能够完成的实验，例如超高速行驶、蛇行失稳、还有人工设置的极端条件（如减振器是小）情况下运行实验等；检测方便，并可检查在线路运行中无法检查的运行信号，如车体振动的绝对位移等。
(6)检测方便，而且可以检测在线路运行中无法检测的运行信号，如车体振动的绝对位移等。
试验台的滚轮将滚动和振动结合起来，在模拟机车车辆前进（滚动）的同时输入来自轨道不平顺的激扰（振动）。
此试验台利用激振器模拟轨道。
通过液压缸实现试验台滚轮的上下振动、通过液压缸以及X轴-Y轴的曲臂实现滚轮的左右移动，从而满足试验台的要求。
用可编辑逻辑控制器编程，进行实验时仅需要DA模块位置确定后，往相应的寄存器地址写入数值，DA模块就会输出模拟量电压，输入不同的数值激振器的运动情况不同。
因此，可以满足不同路况的道路模拟，最终目的来测试机车车辆是否可以在不平顺的道路上安全行驶。
关键词：机车车辆，试验台，可编辑逻辑控制器ABSTRACTThe design is called the precise survey of rail vehicle roller,compared with cicuit running test,vehicle simulation test proved has the following advantages:(1) can besimultaneously a number of performance test,short cycle,low cost; (2) can shorten the locomotive vehicle development time,saving research funding; (3) has a good reproducibility,without the influence of climatic conditions; (4) can elimate various kinds of interference,the univariate analysis; (5) can be carried out in line for testing,such as high-speed operation,hunting instability,various people in extreme conditions(such as a small ashock absorber) running test;the detection is convenient,and can be detected in the line operation can not be detected the operation signal as a car body vibration of absolute displacemeng. (6) the detection is convenient,and can be detected in the line operation can net detect the operation signal,such as a car body vibration of absolute displacemeng.Test rig for roller rolling and vibration combined,in the simulation of locomotive vehicle forward (rolling) and input from the track irregularity excitation (vibration).This test bench using vibration simulation track.Through the hydraulic cylinder test bed roller vibrating up and down through the hydraulic cylinder,as well as X and Y axis of the crank arm to achieve wheel moving around,so as to meet the requirements on the test ing programmable logic controller is programmed,the experimeng needs only DA module position are determined,corresponding to the register address witing a value,DAmodule can output analog voltage,rnter a different value of vibration of the motor is different.Therefore,to meet the different road simulation test,the ultimate aim of locomotive vehicle is on unven road safety driving.Key words: vehicle,test bench,programmable logic controller目录1绪论----------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1 国外机车车辆滚动振动试验台的应用情况-----------------------------------------11.2 国内机车车辆滚动振动试验台的应用情况-----------------------------------------11.3 机车车辆滚动振动试验台概述----------------------------------------------------------2 2整体设计方案------------------------------------------------------------------------------------------32.1 机械部分的设计-------------------------------------------------------------------------------32.2 电气关键理论----------------------------------------------------------------------------------32.3 控制方式的选择-------------------------------------------------------------------------------43 计算说明-------------------------------------------------------------------------------------------------53.1电动机的选择-----------------------------------------------------------------------------------53.2计算传动装置的运动和动力参数-------------------------------------------------------63.3 传动部分的设计计算-----------------------------------------------------------------------15 4控制系统设计-----------------------------------------------------------------------------------------214.1控制要求-----------------------------------------------------------------------------------------214.2设计方案-----------------------------------------------------------------------------------------214.3 DAC0832引脚功能电路应用原理-------------------------------------------------------24 5结论---------------------------------------------------------------------------------------------------------37参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------------38 致谢-----------------------------------------------------------------------------------------------------------391 绪论机车车辆动态模拟试验台（dynamic simulation test rig of railway vehicles）机车车辆动态模拟是利用特殊的试验台进行的，目的是要把机车车辆在线路上的运行状态搬到室内进行再现模拟。
机车车辆室内动态模拟试验台具有上述诸多优越性，并且试验台已被证明在基础研究和发展创新的悬挂系统及车辆结构方面十分有用，近几十年，通过机车车辆实验台实验来探究车辆的动力学、并且告知机车车辆已经非常普遍。
我国在西南交通大学建造了牵引动力国家重点实验室，并且能够独立研究机车车辆整车滚动振动实验台。
此实验台建造于1994年，1995年开始实行运行，我国铁路提速机车车辆开发中起到了非常重要的作用。