用于空氣彈簧的扭轉實驗設備和實驗方法
【專利摘要】本發明涉及用于空氣彈簧的扭轉實驗設備和實驗方法。該實驗設備包括：基座，基座的上表面形成放置空氣彈簧的實驗區，設置在實驗區上方的扭轉裝置，扭轉裝置包括扭轉主機和向實驗區延伸的扭轉桿，以及扭矩測量組件。扭轉主機通過扭轉桿向設置在實驗區內的空氣彈簧施加扭矩載荷，扭矩測量組件用于測量空氣彈簧承受的扭矩載荷。根據本發明的實驗設備，能夠精確地測得空氣彈簧的扭轉性能。
【專利說明】用于空氣彈簧的扭轉實驗設備和實驗方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及用于空氣彈簧的扭轉實驗設備。本發明還涉及對空氣彈簧進行扭轉實驗的方法。

【背景技術】
[0002]空氣彈簧是指在可伸縮的密閉容器中充以壓縮空氣，利用空氣彈性作用的彈簧。空氣彈簧由于其變剛度的特性而容易得到較低的固有振動頻率，因此廣泛應用于車輛領域中。例如，空氣彈簧是轉向架的重要組成部分。
[0003]對于使用空氣彈簧的車輛而言，當車輛曲線行進時，轉向架之間存在有明顯的相對扭轉運動，使得空氣彈簧需要承受扭轉運動位移。實際上，扭轉運動是空氣彈簧疲勞破壞的主要因素。
[0004]為此，在將空氣彈簧安裝到車上之前，需要模擬車輛運行中受到的扭轉運動的情況進行扭轉試驗。為了得到空氣彈簧的扭轉參數，用于空氣彈簧的扭轉實驗設備已成為該領域的重要技術難題。


【發明內容】

[0005]針對上述問題，本發明提出了一種用于空氣彈簧的扭轉實驗設備。根據本發明的實驗設備，能夠精確地測量空氣彈簧的扭轉性能。本發明還涉及使用這種實驗設備對空氣彈簧進行扭轉實驗的方法。
[0006]根據本發明的第一方面，提出了一種用于空氣彈簧的扭轉實驗設備，包括:基座，基座的上方形成放置空氣彈簧的實驗區，設置在實驗區上方的扭轉裝置，扭轉裝置包括扭轉主機和向實驗區延伸的扭轉桿，以及扭矩測量組件，扭轉主機通過扭轉桿向設置在實驗區內的空氣彈簧施加扭矩載荷，扭矩測量組件用于測量空氣彈簧承受的扭矩載荷。
[0007]根據本發明的實驗設備，空氣彈簧承受的扭矩載荷是由扭轉裝置直接加載的而沒有經過其他的聯動機構，這就避免了扭矩在其傳遞過程中的損失，因此扭矩測量組件能夠精確地測得空氣彈簧承受的扭矩載荷，并得到空氣彈簧抗扭性能。
[0008]在一個實施例中，該實驗設備還包括設置在實驗區上方的壓縮裝置，壓縮裝置包括壓縮主機和向實驗區延伸的壓縮桿，以及壓力測量組件，壓縮主機可通過壓縮桿向設置在實驗區內的空氣彈簧施加壓力載荷，壓力測量組件用于測量空氣彈簧承載的壓力載荷。在這種實驗設備中，同時設置了扭轉裝置和壓縮裝置，因此不但可以測量空氣彈簧的抗扭性能還可以測量空氣彈簧的抗壓性能，降低了實驗成本并且方便了實驗者進行實驗。此外，還可以對空氣彈簧同時進行壓縮和扭轉實驗，以測得空氣彈簧在這種兩種載荷下的性能，更好地模擬空氣彈簧所處的工作環境。
[0009]在一個實施例中，壓力測量組件包括沿圓周方式設置在基座上的多個輪輻式力傳感器，空氣彈簧的下端與多個輪輻式力傳感器相連。在測量空氣彈簧的扭轉性能時，沿圓周方式設置的多個輪輻式力傳感器能夠分擔空氣彈簧所承載的扭矩載荷，從而每一個輪輻式力傳感器承載的扭矩載荷會較小，這對每一個輪輻式力傳感器都起到了保護作用，延長了這些傳感器的使用壽命。在一個優選的實施例中，多個輪輻式力傳感器圍成的圓周的直徑與空氣彈簧的下端的直徑相匹配。這方便了空氣彈簧的安裝，方便了實驗者的使用。
[0010]在一個實施例中，壓縮裝置與扭轉裝置同軸設置，并且壓縮桿和扭轉桿串聯成一根能與空氣彈簧相作用的作用桿。在這種實驗設備中，僅存在一根與空氣彈簧相作用的作用桿。該作用桿不但能對空氣彈簧施加壓力載荷，還能施加扭矩載荷，因此大大減少了這種實驗設備內的部件的數量，使得這種實驗設備的結構更加簡單和緊湊，方便了對實驗設備的維護。
[0011]在一個實施例中，在作用桿的下端安裝有與空氣彈簧相連的接觸板。接觸板可制造成其面積遠大于作用桿的橫截面積，這方便了對空氣彈簧施加作用力。在一個優選的實施例中，接觸板的橫截面積與空氣彈簧的橫截面積大體相同。
[0012]在一個實施例中，在基座上豎直設置有多根支柱，多根支柱周向布置而圍成實驗區。在一個實施例中，在支柱上設置有能上下運動的第一承載體和處于第一承載體上方的能上下運動的第二承載體，實驗區處于第一承載體的下方，壓縮裝置和扭轉裝置設置在第一承載體和第二承載體之間，壓縮裝置與第一承載體相連，扭轉裝置與第二承載體相連，作用桿延伸穿過第一承載體而進入到實驗區。實驗區處于這些支柱所圍成的區域內，使得在進行實驗時，不會意外碰到空氣彈簧，這對實驗者起到保護作用同時也使得實驗結果更加準確。這些支柱、第一承載體和第二承載體還對扭轉裝置和壓縮裝置起到固定和引導作用，有助于實驗順利進行。
[0013]根據本發明的第二方面，提出了一種使用根據上文所述的實驗設備對空氣彈簧進行扭轉實驗的方法，在扭轉桿的下端安裝有與空氣彈簧相連的接觸板，該方法包括:
[0014]步驟一:在實驗區內安裝空氣彈簧并使空氣彈簧與接觸板相連；
[0015]步驟二:使扭轉裝置轉動并帶動扭轉桿和接觸板轉動以對空氣彈簧施加扭矩載荷；
[0016]步驟三:扭矩測量組件測量空氣彈簧承受的扭矩載荷。
[0017]在一個實施例中，實驗設備還包括設置在實驗區上方的壓縮裝置，壓縮裝置包括向實驗區延伸的壓縮桿，以及壓力測量組件，壓縮裝置與扭轉裝置同軸設置，并且壓縮桿和扭轉桿串聯成一根作用桿，接觸板安裝在作用桿的下端，該方法包括:
[0018]在步驟二中，向空氣彈簧施加扭矩載荷的同時，還通過壓縮裝置向空氣彈簧施加壓力，
[0019]在步驟三中，壓力測量組件測量空氣彈簧承載的壓力載荷。
[0020]根據本發明的方法，對空氣彈簧同時進行壓縮和扭轉實驗，更準確地模擬了空氣彈簧所處的工作環境，所得到的實驗結果也就更接近于空氣彈簧在實際使用狀態。
[0021]與現有技術相比，本發明的優點在于:(I)根據本發明的實驗設備，空氣彈簧承受的扭矩載荷是由扭轉裝置直接加載的而沒有經過其他的聯動機構，也就沒有相應的摩擦損失，因此扭矩測量組件能夠精確地測得空氣彈簧承受的扭矩載荷，并得到空氣彈簧抗扭性能。(2)根據本發明的實驗設備還可以同時設置扭轉裝置和壓縮裝置，因此不但可以測量空氣彈簧的抗扭性能還可以測量空氣彈簧的抗壓性能，降低了實驗成本并且方便了實驗者進行實驗。此外，根據這種實驗設備還可以對空氣彈簧同時進行壓縮實驗和扭轉實驗，以測得空氣彈簧在這種兩種載荷下的性能，更好地模擬空氣彈簧所處的工作環境。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:
[0023]圖1是根據本發明的實驗設備的第一實施例的示意圖。
[0024]圖2是根據本發明的實驗設備的第二實施例的立體圖。
[0025]圖3是圖2的A向視圖。
[0026]圖4是根據本發明的實驗設備的第二實施例的壓力測量組件的示意圖。
[0027]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例。

【具體實施方式】
[0028]下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0029]圖1顯示了根據本發明的用于空氣彈簧的實驗設備10 (以下稱之為實驗設備10)。如圖1所示，實驗設備10包括基座11和基座11上豎直設置的多根支柱12。在支柱12上設置有能上下運動的第一承載體13和處于第一承載體13上方的能上下運動的第二承載體14。在本申請中，用語“上方”是指不相鄰。出現在本申請文件中其他地方的用語“上方”也具有與此類似的含義。在一個實施例中，實驗設備10還包括支撐第一承載體13液壓器件18，以方便調節第一承載體13的高度。
[0030]在第一承載體13和基座11之間形成實驗區15。在進行實驗時，將空氣彈簧16安裝在實驗區15內。對空氣彈簧16施加扭矩載荷的扭轉裝置20安裝在第一承載體13和第二承載體14之間并由第一承載體13支撐。為了使第一承載體13達到穩定的支撐效果，在一個實施例中，第一承載體13可選擇為板材。下面，分別對實驗設備10的各個部件進行詳細介紹。
[0031]如圖1所示，扭轉裝置20包括扭轉主機21和扭轉桿22，其中扭轉桿22的下端從扭轉主機21延伸穿過第一承載體13而到達實驗區15內。在一個實施例中，扭轉主機21可選擇為液壓缸，扭轉桿22則為與該液壓缸匹配的活塞桿。扭轉桿22的下端與空氣彈簧16的上端相連。在圖1所示的實施例中，扭矩測量組件23與扭轉桿22相連以測量對空氣彈簧16施加的扭矩載荷。應理解地是，在選用其他類型的扭矩測量組件時，其安裝方式也會有所差異，這些均在本發明的保護范圍內。
[0032]在進行實驗時，扭轉主機21轉動并帶動扭轉桿22轉動。由于扭轉桿22的下端與空氣彈簧16相連，因此扭轉桿22就對空氣彈簧16施加了扭矩載荷。扭矩測量組件23也就測出了相應的扭矩載荷。由于空氣彈簧16承受的扭矩載荷是由扭轉裝置或扭轉桿22直接加載的而沒有經過其他的聯動機構，這就避免了扭矩在其傳遞過程中的損失。基于這種分析，扭矩測量組件23測得扭矩載荷就是空氣彈簧16承受的扭矩載荷，測量結果也就真實地反應了空氣彈簧16的扭轉性能。
[0033]為了能方便地將扭轉桿22與空氣彈簧16相連，可在扭轉桿22的下端安裝了用于和空氣彈簧16相連的接觸板24，如圖1所示。接觸板24為板狀并且面積較大，例如其面積可與空氣彈簧16的橫截面積大體相同。在設置接觸板24后,不但使空氣彈簧16的扭轉桿22之間的連接更加方便，而且空氣彈簧16能夠在更大面積上接收所施加的扭矩載荷，這與空氣彈簧16的實際工作狀況更加相似，有助于更真實地測量空氣彈簧16的扭轉性能。
[0034]在空氣彈簧的實際使用環境中，空氣彈簧通常會受到扭矩載荷和壓力載荷兩者的共同作用。為了更準確地測量空氣彈簧16在這種工況下的性能，在實驗設備10上又安裝了壓縮裝置30而形成實驗設備10的第二實施方案實驗設備10’，如圖2和3所示。
[0035]壓縮裝置30也安裝在第一承載體13上。壓縮裝置30包括壓縮主機31和從實驗區15延伸的壓縮桿32。在一個實施例中，壓縮主機31也可選擇為液壓缸，壓縮桿32則為與該液壓缸匹配的活塞桿。壓力測量組件33與壓縮桿32相連以測量對空氣彈簧16施加的壓力載荷。應理解地是，在選用其他類型的壓力測量組件時，其安裝方式也會有所差異，這些均在本發明的保護范圍內。優選地，可以將壓縮裝置30與扭轉裝置20同軸疊置在一起，這樣就可以將壓縮桿22與扭轉桿22串聯成一根與空氣彈簧16相作用的作用桿34。
[0036]在圖2和3所示的實施例中，壓縮裝置30安裝在扭轉裝置20的下方并且與第一承載體13相連，扭轉裝置20與第二承載體14相連，從而將壓縮裝置30和扭轉裝置20定位。壓縮裝置30的壓縮桿32的上端從壓縮主機31的頂部穿出，下端從壓縮主機31的底部穿出。扭轉裝置20的扭轉桿22的下端從扭轉主機21的的底部穿出。這樣可通過連接件，例如聯軸器將壓縮桿32的上端與扭轉桿22的下端連在一起而形成上文所述的作用桿34。在這種實施例中，作用桿34或壓縮桿32延伸穿過第一承載體13而進入實驗區15，并且接觸板24安裝在作用桿34的下端。
[0037]壓力測量組件33可選擇為多個輪輻式力傳感器，輪輻式力傳感器是本領域的技術人員所熟知的，這里不再贅述。空氣彈簧16的下端則與這些多個輪輻式力傳感器36相連。優選地，將這些輪輻式力傳感器36以圓周方式安裝在基座11上，并且這些輪輻式力傳感器36圍成的圓周的直徑與空氣彈簧的下端(圖4中所示的虛線圓37)的直徑相匹配，如圖4中所示。這樣，能夠方便地將空氣彈簧16與輪輻式力傳感器36連接在一起。此外，在測量空氣彈簧16的扭轉性能時，這些多個輪輻式力傳感器36能夠分擔空氣彈簧16所承載的扭矩載荷，從而每一個輪輻式力傳感器承載的扭矩載荷會較小，這對每一個輪輻式力傳感器都起到了保護作用，延長了這些傳感器的使用壽命。
[0038]下面來描述使用上文所述的實驗設備10或10’對空氣彈簧16進行扭轉實驗的方法。首先，在實驗區15內安裝空氣彈簧16并使接觸板24與空氣彈簧16與相連。通過液壓器件18調節第一承載體13的高度使空氣彈簧16達到預定高度，再向空氣彈簧16內充入空氣到預定壓力。然后，通過扭轉裝置20向空氣彈簧施加扭矩載荷。扭矩測量組件23通過測量扭轉桿22上的扭矩載荷而得到空氣彈簧16所承受的扭矩載荷。
[0039]還可以在向空氣彈簧16施加扭矩載荷的同時，通過壓縮裝置30向空氣彈簧16施加壓力。在這樣扭矩測量組件23測得空氣彈簧16所承受的扭矩載荷的同時，壓力測量組件33也會測得空氣彈簧16承載的壓力載荷。
[0040]此外，還可以僅通過壓縮裝置30向空氣彈簧16施加壓力，測量對空氣彈簧16進行壓縮試驗。
[0041]應理解地是，本發明的實驗設備不但能用于測量空氣彈簧的抗扭性能和抗壓性能，還可以測量類似的彈性件例如螺旋彈簧、橡膠彈性件的抗扭性能和抗壓性能，這里不再贅述。
[0042]雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種用于空氣彈簧的扭轉實驗設備，包括: 基座，所述基座的上方形成放置空氣彈簧的實驗區， 設置在所述實驗區上方的扭轉裝置，所述扭轉裝置包括扭轉主機和向所述實驗區延伸的扭轉桿，以及 扭矩測量組件， 其中，所述扭轉主機通過所述扭轉桿向設置在所述實驗區內的空氣彈簧施加扭矩載荷，所述扭矩測量組件用于測量所述空氣彈簧承受的扭矩載荷。
2.根據權利要求1所述的實驗設備，其特征在于，還包括設置在所述實驗區上方的壓縮裝置，所述壓縮裝置包括壓縮主機和向所述實驗區延伸的壓縮桿，以及 壓力測量組件， 其中，所述壓縮主機能通過所述壓縮桿向設置在所述實驗區內的空氣彈簧施加壓力載荷，所述壓力測量組件用于測量所述空氣彈簧承載的壓力載荷。
3.根據權利要求2所述的實驗設備，其特征在于，所述壓力測量組件包括沿圓周方式設置在所述基座上的多個輪輻式力傳感器，所述空氣彈簧的下端與所述多個輪輻式力傳感器相連。
4.根據權利要求3所述的實驗設備，其特征在于，所述多個輪輻式力傳感器圍成的圓周的直徑與所述空氣彈簧的下端的直徑相匹配。
5.根據權利要求2到4中任一項所述的實驗設備，其特征在于，所述壓縮裝置與所述扭轉裝置同軸設置，并且所述壓縮桿和扭轉桿串聯成一根能與所述空氣彈簧相作用的作用桿。
6.根據權利要求5所述的實驗設備，其特征在于，在所述作用桿的下端安裝有與空氣彈簧相連的接觸板。
7.根據權利要求6所述的實驗設備，其特征在于，在所述基座上豎直設置有多根支柱，所述多根支柱周向布置而圍成所述實驗區。
8.根據權利要求7所述的實驗設備，其特征在于，在所述支柱上設置有能上下運動的第一承載體和處于所述第一承載體上方的能上下運動的第二承載體，所述實驗區處于所述第一承載體的下方，所述壓縮裝置和扭轉裝置設置在所述第一承載體和第二承載體之間， 其中，所述壓縮裝置與所述第一承載體相連，所述扭轉裝置與所述第二承載體相連，所述作用桿延伸穿過第一承載體而進入到所述實驗區。
9.一種對空氣彈簧進行扭轉實驗的方法，所述方法使用了根據權利要求1到8中任一項所述的實驗設備，在所述扭轉桿的下端安裝有與空氣彈簧相連的接觸板，所述方法包括: 步驟一:在所述實驗區內安裝空氣彈簧并使所述空氣彈簧與接觸板相連； 步驟二:使所述扭轉裝置轉動并帶動所述扭轉桿和接觸板轉動以對所述空氣彈簧施加扭矩載荷； 步驟三:所述扭矩測量組件測量所述空氣彈簧承受的扭矩載荷。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述實驗設備還包括設置在所述實驗區上方的壓縮裝置，所述壓縮裝置包括向所述實驗區延伸的壓縮桿，以及壓力測量組件，所述壓縮裝置與所述扭轉裝置同軸設置，并且所述壓縮桿和扭轉桿串聯成一根作用桿，所述接觸板安裝在所述作用桿的下端，所述方法包括: 在所述步驟二中，向所述空氣彈簧施加扭矩載荷的同時，還通過所述壓縮裝置向所述空氣彈簧施加壓力， 在所述步驟三中，所述壓力測量組件測量所述空氣彈簧承載的壓力載荷。
【文檔編號】G01M13/00GK104280230SQ201410485967
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】林達文, 王進, 彭立群, 陳燦輝, 程海濤 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司