CN110770562A - 测试轴和/或安装在轴上的机械部件的装置及这种装置的使用 - Google Patents

Abstract

本装置包括：使轴的第一部分(4A)固定的装置，轴(4)沿着第一轴线(A1)延伸；以及用于移动轴的第二部分(4B)以便促使轴(4)弯曲的装置。移动装置包括第一汽缸(10)、第二汽缸(12)和连接装置(14)，连接装置(14)配置为在轴(4)与第一汽缸(10)的一端之间形成禁止垂直于第一轴线(A1)平移并允许绕第一轴线(A1)旋转的第一连接(16)，且在轴(4)或第一气缸(10)的连接至轴(4)的端与第二汽缸(20)的一端之间形成禁止垂直于第一轴线(A1)平移并允许绕平行于第一轴线(A1)的第二轴线(A2)旋转的第二连接(18)。

Description

测试轴和/或安装在轴上的机械部件的装置及这种装置的 使用

【技术领域】

本发明涉及用于测试轴和/或安装在轴上的机械部件，例如安装在轴上的车轮的装置的领域。

【背景技术】

铁路车辆转向架设置有轮轴，每个轮轴包括由轴支撑的两个同轴车轮，每个车轮被设置为在铁路轨道的相应铁轨上滚动。铁路车辆的车身支承在轴上，轴又支承在车轮上。

由于在车身于轴上的支承点(一方面)与车轮(另一方面)之间存在距离，所以轴会受到较大的屈曲应力。此外，由于当转向架沿着铁路轨道滚动时轴会旋转，所以轴会经历重复的屈曲/挠曲周期，久而久之会导致轴疲劳。

出于安全考虑，当设计铁路车辆轮轴(axle)轴(shaft)时，必须进行屈曲测试，尤其是弯曲疲劳测试。

也可测试适配在轴上的铁路车辆车轮。

【发明内容】

本发明的一个目的是提出一种用于测试轴和/或安装在该轴上的机械部件的装置，其易于实行，可靠，并且使得可以进行表示实际使用情况的测试。

为此，本发明提出一种用于测试轴和/或安装在该轴上的机械部件的装置，该装置包括：用于使轴的第一部分固定的固定装置，被固定的且空转的轴沿着第一轴线延伸；以及用于大体上垂直于第一轴线移动轴的第二部分以便使轴承载弯曲的移动装置。

其中，移动装置包括沿着大体上垂直于第一轴线的第一汽缸轴线布置的第一汽缸、沿着大体上垂直于第一轴线的第二汽缸轴线布置的第二汽缸，以及用于将第一汽缸和第二汽缸连接至轴的连接装置，

其中，连接装置配置为在轴与第一汽缸的一端之间，形成禁止垂直于第一轴线相对平移并且允许绕第一轴线相对旋转的第一连接，并且在轴与第二汽缸的一端之间或者在第一汽缸的连接至轴的端与第二汽缸的一端之间，形成禁止垂直于第一轴线相对平移并且允许绕平行于第一轴线的第二轴线相对旋转的第二连接。

装置可包括以下可选特征中的一个或多个：

第一连接是球形接头或环状线性连接，其旋转中心位于第一轴线上；

第一连接包括刚性连接至第一汽缸的一端的端件，该端件限定出球形接头外壳，该球形接头外壳接收用于安装在轴上同时以第一轴线为中心的球；

第二轴线与第一轴线分开；

第二轴线与第一轴线重合；

第二连接是枢转连杆，其旋转轴线是第二轴线；

第二连接是球形接头或环状线性连接；

轴是空转的，第一汽缸轴线与第一轴线相交和/或第二汽缸轴线与第一轴线相交；

至少一个适配器，该适配器包括用于接收轴的第二部分的孔和用于安装连接装置的圆柱形台阶，该圆柱形台阶具有严格大于或严格小于孔的内径的外径；以及

固定装置，配置为使安装在轴的第一部分上的机械部件，尤其是适配在第一部分上的滚轮或铁路车辆车轮固定。

本发明还涉及上面描述的装置的使用，用于测试轴，尤其是铁路车辆转向架轮轴轴的弯曲，和/或测试安装在该轴上的机械部件，尤其是适配在该轴上的滚轮或车轮。

该使用可包括：将轴安装在装置上；读取移动装置的尺寸，轴是空转的；基于测量得到的尺寸和轴的第二部分的期望轨迹，计算第一汽缸和第二汽缸的控制规律；以及基于计算得到的控制规律控制第一汽缸和第二汽缸。

【附图说明】

在阅读以下说明后，本发明及其优点将得到更好地理解，以下说明仅作为示例提供并且是参照附图进行的，在图中：

图1和图2是用于测试轴和/或安装在该轴上的机械部件的弯曲的装置的侧视图和正视图；

图3和图4是用于测试轴和/或安装在该轴上的机械部件的弯曲的另一装置的侧视图和正视图；以及

图5至图8是表示用于测试轴和/或安装在该轴上的机械部件的弯曲的装置的动态透视图。

【具体实施方式】

图1和图2中示出的装置2适合执行轴，尤其是轮轴轴，尤其是铁路车辆转向架轮轴轴的弯曲测试。

在图1和图2中，要测试的轴4安装在装置2上并且准备好接受弯曲方面的测试。轴4被示出为处于空转，即，未承载弯曲。

在剩下的描述中，除非另有指示，否则几何轴线和几何点的位置都是针对处于空转下的轴4所指示的。

装置2包括：用于使轴4的第一部分4A固定的固定装置6，被固定的且空转的轴4沿着第一轴线A1延伸；以及用于大体上垂直于第一轴线A1移动轴4的第二部分4B以促使轴4弯曲的移动装置8。

轴4的第一部分4A和轴4的第二部分4B沿着第一轴线A1和轴4彼此间隔开。在轴4的第一部分4A与第二部分4B之间使轴4承载弯曲。轴的第一部分4A和第二部分4B此处是轴4的两个相对的端部。

移动装置8配置为在大体上垂直于第一轴线A1的移动平面P中移动轴4的第二部分4B。在图1和图2中，第一轴线A1是大体上水平的并且移动平面P是大体上竖直的。

移动装置8包括沿着大体上垂直于第一轴线A1的第一汽缸轴线T1布置的第一汽缸10、沿着大体上垂直于第一轴线A1的第二汽缸轴线T2布置的第二汽缸10，以及连接装置14。

第一汽缸10具有两个相对的连接端10A、10B。第一汽缸10能够生成一个连接端10A相对于另一个连接端10B沿着第一汽缸轴线T1的直线平移。

第二汽缸12具有两个相对的连接端12A、12B。第二汽缸12能够生成一个连接端14A相对于另一个连接端14B沿着第二汽缸轴线T2的直线平移。

优选地，第一汽缸10和第二汽缸12各自优选地具有两个工作方向。换言之，第一汽缸10和第二汽缸12中的每一个配置为沿着其汽缸轴线T1、T2选择性地生成拉力或压紧力，以便分别使汽缸10、12的端彼此靠近或彼此远离。

第一汽缸轴线T1与第一轴线A1正交。第二汽缸轴线T2与第一轴线A1正交。第一汽缸轴线T1和第二汽缸轴线T2沿着移动平面P延伸。第一汽缸轴线T1和第二汽缸轴线T2在它们之间形成非零角度。

在图1和图2的实施例中，第一汽缸轴线T1和第二汽缸轴线T2大体上是共面的并且在移动平面P中延伸。

连接装置14配置为被布置在第一汽缸10和第二汽缸12(一方面)与轴4(另一方面)之间，使得第一汽缸10和第二汽缸12可垂直于第一轴线A1承载轴4。

连接装置14配置为在轴4与第一汽缸10的连接至轴4的端之间形成禁止垂直于第一轴线A1相对平移并且允许绕第一轴线A1相对旋转的第一连接16。

通常，球形接头允许绕彼此正交的、相交于旋转中心的三个轴线进行三向旋转并且禁止任何平移。环状线性连接准许进行三向旋转和沿着单个平移轴线进行单向平移，但禁止垂直于该平移轴线进行平移，该旋转中心沿着旋转轴线滑动。枢转连杆准许绕单个旋转轴线进行旋转并且禁止任何平移。滑动的枢转连杆允许绕单个旋转轴线进行旋转，并且允许沿着旋转轴线进行单向平移，但禁止垂直于旋转轴线的平移。

在实施例中，第一连接16是：球形接头，其旋转中心位于第一轴线上；环状线性连接，其平移中心是第一轴线A1并且其旋转中心位于第一轴线A1上；枢转连杆，其旋转中心是第一轴线A1或滑动的枢转连杆，其旋转和平移轴线是第一轴线A1。

连接装置14配置为在轴4与第二汽缸的连接至轴4的端12A之间，或者在第一汽缸10的通过第一连接16连接至轴4的端10A与第二汽缸10的连接至轴4的端12A之间，形成禁止垂直于第一轴线A1相对平移并且允许绕平行于第一轴线A1的第二轴线A2相对旋转的第二连接18。

在实施例中，第二连接18是：球形接头，其旋转中心位于第二轴线A2上；环状线性连接，其平移中心是第二轴线A2并且其旋转中心位于第二轴线A2上；枢转连杆，其旋转中心是第二轴线A2或滑动的枢转连杆，其旋转和平移轴线是第二轴线A2。

如图1和图2所示，连接装置14此处配置为在第一汽缸10的通过第一连接16连接至轴4的端10A与第二汽缸10的连接至轴4的端12A之间形成第二连接18。此外，第二轴线A2与第一轴线A1分开。

第一连接16是球形接头，其旋转中心O位于第一轴线A1上。

连接装置14包括刚性紧固至第一汽缸10的端10A的第一端件20，该第一端件20限定出球形接头外壳，该球形接头外壳旋转地接收球22(图5)。球22设置有用于接收轴4的第二部分4B的孔，用于将球22安装在轴4上。球22沿着轴4不可平移移动。

可替代地，第一连接16是环状线性连接。为此，球窝式接头22被安装在轴4上，同时可沿着该第一轴线A1相对于轴4平移。这使得可以防止轴4在承载弯曲时出现机械应力。

在这些替代方案中，可用布置在端件中的球滚动轴承代替球形接头，使得可以绕与第一轴线A1重合的主旋转轴线进行旋转，并且使得可以绕垂直于主旋转轴线的两个旋转轴线进行有限幅度的旋转。

第二连接18是枢转连杆，第二轴线A2与第一轴线A1分开。

连接装置14包括刚性紧固至第二汽缸10的端12A的第二端件24，该第二端件24安装成经由枢轴28绕第二轴线A2在第一端件20上枢转。端件26例如是叉形端。

装置2包括稳定框架30。固定装置6使得可以使轴4的第一部分4A相对于框架固定。第一汽缸10和第二汽缸12各自布置在框架30与连接装置14之间，以便垂直于第一轴线A1相对于框架30移动轴4的第二部分4B。

第一汽缸10的连接端10A经由连接装置14连接至轴4，并且其另一端10B经由第三连接32连接至框架30，使得可以绕平行于第一轴线A1的第三轴线A3相对旋转并且禁止垂直于第三轴线A3进行任何平移。第三轴线A3不可移动。

第二汽缸12的连接端12A经由连接装置14连接至轴4，并且其另一端12B经由第四连接34连接至框架30，使得可以绕平行于第一轴线A1的第四轴线A4相对旋转并且禁止垂直于第四轴线A4进行任何平移。第四轴线A4不可移动。

第一轴线A1、第二轴线A2、第三轴线A3和第四轴线A4彼此分开且彼此平行。

在一个实施例中，第三连接32和第四连接34是球形接头，其中心分别位于第三轴线A3和第四轴线A4上。

可替代地，第三连接32是环状线性连接，其平移轴线是第三轴线A3；或者，是枢转连杆或滑动的枢转连杆，其旋转轴线(以及，若适用，平移轴线)是第三轴线A3。

可替代地，第四连接34是环状线性连接，其平移轴线是第四轴线A4；或者，是枢转连杆或滑动的枢转连杆，其旋转轴线(以及，若适用，平移轴线)是第四轴线A4。

轴4的第二部分4B在移动装置8的操作期间移动。第三轴线A3和第四轴线A4不可相对于框架30移动。它们的位置在移动装置8的操作期间不变。

当轴4空转时，第一汽缸轴线T1与第一轴线A1和第三轴线A3相交，并且第二汽缸轴线T2与第二轴线A2和第四轴线A4相交。

第一汽缸10和第二汽缸12朝着第一轴线A1向彼此靠拢。第一轴线A1与第二轴线A2之间的距离严格小于第三轴线与第四轴线A4之间的距离。

第一汽缸10和第二汽缸12的连接至连接装置14的连接端10A、12A比第一汽缸10和第二汽缸12的安装成分别绕第三轴线A3和第四轴线A4旋转的相对连接端10B、12B更靠近彼此。

第一汽缸10和第二汽缸12各自包括：分别沿着第一汽缸轴线T1和第二汽缸轴线T2的汽缸主体36、以及相对于汽缸主体36滑动的汽缸杆38。

第一汽缸10和第二汽缸12中的每一个的一个连接端10A、12A是该汽缸的汽缸杆38的与该汽缸的汽缸主体36相对的端，第一汽缸10和第二汽缸12中的每一个的另一连接端10B、12B是该汽缸的汽缸主体36的与汽缸杆38相对的端。

第一汽缸10和第二汽缸12中的每一个的汽缸杆38连接至连接装置14，并且第一汽缸10和第二汽缸12中的每一个的汽缸主体36安装成绕固定轴线A3、A4旋转。可替代地，第一汽缸10的配置和/或第二汽缸12的配置相反。

在一个实施例中，第一汽缸10和第二汽缸12是液压缸。液压缸使用加压液体来移动汽缸主体内部的活塞，汽缸杆固定至该活塞。

在另一实施例中，第一汽缸10和第二汽缸12是电动缸。例如，电动缸使用螺钉/螺母组件和电动机来使螺钉和螺母相对于彼此旋转并且相对于汽缸主体平移汽缸杆。

如图1和图2所例示的，固定装置6包括支架40，该支架40支承滚轮42，该滚轮42烧结在轴4的用于接收(receive)铁路车辆车轮的台阶上，滚轮42稳定安装在支架40上。“烧结在”意思是滚轮42适配为抓在轴4的用于接收车轮的台阶上。在一种可能的替代方案中，用车轮替代滚轮42。使用安装在轴上的滚轮42或车辆，使得可以重组轴4的使用条件，尤其是使应力生成在轴/车轮接口处。

如图1和图2所例示的，框架30此处采用板的形式，也称为“表面板”。支架40采用从框架30向上延伸并且滚轮42支承在其上端处的支柱的形式。可以考虑其它框架30和其它固定装置6。

此外，如图1和图2所例示的，轴4此处具有太小导致不能与连接装置14直接配合的外径。

装置2包括扩径适配器44，连接装置14经由该适配器44安装在轴4上。适配器44具有用于接收轴4的孔和用于接收连接装置14的圆柱形台阶，该台阶具有严格大于孔的内径的外径。

适配器44此处采用在轴4上滑动的管状套管的形式，连接装置14的端件24安装在适配器44上。

图3和图4中例示的装置2与图1和图2中的装置的不同之处在于：其配置为测试具有太大导致不能与连接装置14直接配合的外径的轴4的弯曲。

装置2包括减径适配器46，连接装置14经由该适配器46安装在轴4上。适配器46包括用于接收轴4的孔46A和用于接收连接装置14的外圆柱形台阶46B，该台阶46B具有严格小于孔46的内径的外径。

适配器46此处包括具有孔46A的管状套管48和从套管48轴向延伸并且支承台阶46B的引导点50(pilot point)。

此外，图3和图4的装置2的固定装置6与图1和图2中的装置的固定装置的不同之处在于：其适合用于固定铁路车辆转向架轮轴轴4，该轴4使得铁路车辆车轮54被适配为抓在轴4的一端上，更具体地，抓在轴4的用于接收车轮的台阶上。

为此，固定装置6包括支架56和多个法兰58，这些法兰58分布成一个圈并且用于抓住车轮54的外周边缘。出于清楚起见，图3和图4中示出了单个法兰58。法兰58此处被拧入支架56的螺纹孔中。

当沿着第一轴线A1(图2和图4)看时，第一汽缸轴线T1与连接第一轴线A1和第二轴线A2的线段在它们之间形成介于0°到180°之间的角度。优选地，该角度大约为90°。

当沿着第一轴线A1(图2和图4)看时，第二轴线A2大体上位于第一轴线A1与第四轴线A4之间。连接第一轴线A1和第二轴线A2的线段(一方面)和连接第二轴线A2和第四轴线A4的线段(另一方面)形成介于90°到180°之间的角度，优选地介于120°到180°之间的角度。

在操作期间，指挥第一汽缸10和第二汽缸12沿着位于移动平面P(平行于图2和图4的平面)中的轨迹移动轴4的第二部分4B。为了执行弯曲疲劳测试，该轨迹例如是以轴4在空转时沿其延伸的第一轴线A1为中心的圆形轨迹。

测试方法包括：将轴4安装在装置2上，读取移动装置8的尺寸，基于测量得到的尺寸和期望轨迹计算第一汽缸10和第二汽缸12的控制规律，然后基于计算得到的控制规律指挥第一汽缸10和第二汽缸12，以便沿着期望轨迹移动轴4的第二部分4B。

将轴4安装在装置2上包括：使用固定装置6使轴4的第一部分4A固定并且将连接装置14安装在轴4的第二部分4B上。

在弯曲疲劳测试期间，以预定周期数周期地重复轴4的第二部分4B的轨迹。通常，对于铁路车辆转向架轮轴轴4，周期数大于或等于10⁷。

图5至图8是表示用于测试轴和/或安装在该轴上的机械部件的弯曲的装置的动态透视图。

图5示出了图1至图4的装置的动态图。第三连接32和第四连接34分别为球形接头。可替代地，第三连接是允许绕第三轴线A3旋转的枢转连杆和/或第四连接是允许绕第四轴线A4旋转的枢转连杆。

图6至图8示出了图1至图6的替代实施例。

图6示出了将第二轴线A2与第一轴线A1相组合的替代实施例的动态图。第一汽缸轴线T1和第二汽缸轴线T2此处大体上是共面的。它们沿着第一轴线A1彼此对齐。可替代地，它们沿着第一轴线A1彼此偏移。

第一轴线A1、第一汽缸轴线T1和第二汽缸轴线此处是共点的。

图7示出了第二连杆18是在第二汽缸12与轴4之间的球形接头的替代实施例的动态图。

在一个实施例中，第一连接16和第二连接18具有相同的旋转中心O。为此，可以提供单个球形接头和各个部分限定出球外壳的相应部分的两个部件，这两个部件通过允许绕第一轴线A1旋转的枢转连杆彼此连接，一个部件刚性连接至第一汽缸10的端10A并且另一个部件刚性安装在第二汽缸12的端12A处。

第一轴线A1、第一汽缸轴线T1和第二汽缸轴线此处是共点的。

图8示出了替代实施例的动态图，该替代实施例与图7的替代实施例的不同之处在于第一连接16和第二连接18具有分开的旋转中心O1、O2。

在实践中，为了产生这种替代实施例，可以将第二汽缸12的端12A紧固在轴4上，这与第一汽缸10的端10A相似，但沿着轴4存在偏移。

例如，连接装置14包括与图1至图4的第一连接的第一球端件20相似的球端件，以形成第二连接18。

在一个实施例中，轴4穿过第一连接16的球形接头，并且第二汽缸12的端12A连接至轴的超过了第一连接16的球形接头的轴段。

装置2使得可以按照受控的且可靠的方式来沿着预定轨迹移动轴的端。因此可以进行可靠的测试，尤其是弯曲疲劳测试。

装置2易于实现。一旦轴4被安装好，移动装置上呈现的大小读数使得能够容易地计算出第一汽缸和第二汽缸的控制规律以获得期望的轨迹。

使用汽缸使得可以控制施加在轴上的力，因此可以更好地控制测试参数。

使用汽缸尤其使得可以实行重现铁路轮轴的实际使用情况的特定周期。

事实上，在实践中，例如，促使轮轴弯曲根据铁路车辆的负载和/或铁路轨道的剖面(直线、曲线、超高等)而有所不同。例如，使用汽缸使得可以模拟直线和曲线的特定序列。

在上面，我们已经描述了轴的弯曲测试。然而，装置2使得可以测试轴和/或适配在该轴上的机械部件，诸如滚轮(图1和图2)或铁路车辆车轮(图3和图4)。例如，滚轮可用于测试特定类型的铁路车辆轮毂，而不测试整个车轮。

通过促使轴弯曲来测试滚轮或车轮使得可以重现铁路车辆轮轴的操作情况，尤其是在轴与适配在轴上的滚轮或车轮之间的相互作用。

本发明不限于上述的实施例和替代实施例。可以考虑其它实施例和替代实施例。

例如，在图1至图8中，第一轴线A1是水平的并且移动平面是竖直的。可替代地，第一轴线A1是竖直的并且移动平面是水平的。

Claims (12)

1.一种用于测试轴(4)和/或安装在所述轴上的机械部件的装置，所述装置包括：用于使所述轴的第一部分(4A)固定的固定装置，被固定的且空转的所述轴(4)沿着第一轴线(A1)延伸；以及用于大体上垂直于所述第一轴线(A1)移动所述轴的第二部分(4B)以便使所述轴(4)承载弯曲的移动装置，

其中，所述移动装置包括：沿着大体上垂直于所述第一轴线(A1)的第一汽缸轴线(T1)布置的第一汽缸(10)、沿着大体上垂直于所述第一轴线的第二汽缸轴线(T2)布置的第二汽缸(12)，以及用于将所述第一汽缸(10)和所述第二汽缸(12)连接至所述轴(4)的连接装置(14)，

其中，所述连接装置(14)配置为，在所述轴(4)与所述第一汽缸(10)的一端之间，形成禁止垂直于所述第一轴线(A1)相对平移并且允许绕所述第一轴线(A1)相对旋转的第一连接(16)，并且在所述轴(4)与所述第二汽缸(20)的一端之间或者在所述第一汽缸(10)的连接至所述轴(4)的端与所述第二汽缸的一端(12)之间，形成禁止垂直于所述第一轴线(A1)相对平移并且允许绕平行于所述第一轴线(A1)的第二轴线(A2)相对旋转的第二连接(18)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一连接(16)是旋转中心位于所述第一轴线(A1)上的球形接头或环状线性连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一连接(16)包括刚性连接至所述第一汽缸(10)的一端的端件，所述端件限定出球形接头外壳，所述球形接头外壳接收用于安装在所述轴(4)上同时以所述第一轴线(A1)为中心的球。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二轴线(A2)与所述第一轴线(A1)分开。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述第二轴线(A2)与所述第一轴线(A1)重合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二连接(18)是枢转连杆，该枢转连杆的旋转轴线是所述第二轴线(A2)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二连接(18)是球形接头或环状线性连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述轴(4)是空转的，所述第一汽缸轴线(T1)与所述第一轴线(A1)相交和/或所述第二汽缸轴线(T2)与所述第一轴线(A1)相交。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少一个适配器(46)，所述适配器(46)包括用于接收所述轴(4)的所述第二部分(4B)的孔和用于安装所述连接装置(14)的圆柱形台阶，所述圆柱形台阶具有严格大于或严格小于所述孔的内径的外径。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述固定装置配置为使安装在所述轴的所述第一部分(4A)上的所述机械部件，尤其是适配在所述第一部分(4A)上的滚轮或铁路车辆车轮固定。

11.一种根据前述权利要求中任一项所述的装置的使用，用于测试轴(4)，尤其是铁路车辆转向架轮轴轴的弯曲，和/或测试安装在所述轴上的机械部件，尤其是适配在所述轴上的滚轮或车轮。

12.根据权利要求10的使用，包括：

将所述轴(4)安装在所述装置上；

读取所述移动装置的尺寸，所述轴(4)是空转的；

基于读取的所述尺寸和所述轴的所述第二部分(4B)的期望轨迹，计算所述第一汽缸(10)和所述第二汽缸(12)的控制规律；以及

基于计算得到的所述控制规律控制所述第一汽缸和所述第二汽缸。

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