何国华，胡晓楠

(1.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081； 2.北京卫星制造厂，北京 100190)

一种高性能液压减振器试验台设计*

何国华1，胡晓楠2

(1.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081； 2.北京卫星制造厂，北京 100190)

针对影响轨道交通车辆行车安全性和舒适性的液压减振器测试问题，从液压测控系统入手，设计一种高性能液压减振器试验台。经验证本试验台能提供精确的简谐运动，并能在一次试验中无级调幅、调频和改变测试零点，也可在同一支座条件下测试不同行程的减振器，测试界面友好，试验结果准确、精度高。

液压减振器；试验台；阻尼特性

1 引 言

液压减振器是轨道交通车辆走行机构的重要部件之一，其性能优劣直接影响到行车的安全性和舒适性[1]。由于铁路的提速和城市轨道交通的迅速发展，凸显出对高性能液压减振器的需求，但国内生产的液压减振器还不能满足这种需求，这种状况很大程度上是由于减振器试验设备落后造成的。因此，研制高速列车减振器试验台具有十分重要的实际意义。

2 液压系统设计

液压系统原理如图1所示。液压系统由液压站(油泵电机组、液压油箱、冷却器)、电液比例控制系统、测试机架、传感器、控制阀块等组成[2]。

图1 液压原理图 1.油箱 2.过滤器 3.电磁溢流阀 4.变量泵 5.独立冷却单元 6.高压过滤器 7.节流阀 8.比例换向阀 9.电磁换向阀 10.压力传感器 11.梭阀 12.电压表 13.液压缸 14.压力补偿阀

油泵电机组由电动机、联轴器和机架等组成，为试验台提供动力。油箱为系统提供油源，并存储工作油液。冷却器用于油液的过滤和冷却。控制阀块主要完成主压力的调整、卸荷、油流转换等功能。为保持系统压力恒定，采用压力补偿阀进行泵出口压力调整。本试验台可同时对横向减振器、垂向减振器和抗蛇形减振器进行检测，也可单独进行检测[3]。每种形式的减振器试验回路由阻尼特性试验回路和疲劳特性试验回路组成。笔者主要以垂向减振器为研究对象，当电机开启时，油泵通过电磁溢流阀进行卸荷，若YV11得电，油泵向试验回路供油。当YV1或YV2得电时，开始进行阻尼特性试验，通过控制比例阀的输入电流调节工作流量大小；当YV3或YV4得电时，开始进行疲劳特性试验，通过调节节流阀的开度进行流量调节。当油液温度超过设定温度时，冷却器自动开启进行冷却，电磁铁动作顺序表如表1所列。

表1 电磁铁动作顺序表

3 测控系统设计

在CAT系统中，测控系统的关键是测控单元。为了实现减振器试验台的测试控制功能，提高测试效率，设计了测控单元，包括工控机、数据采集卡、传感器、显示仪(信号调理)、减振器(被测对象)、控制模式切换器等，其结构组成如图2所示。

图2 测控系统结构图

试验台由液压泵提供动力源，计算机控制液压系统产生一定振幅和频率的正弦激振力。位移传感器和力传感器的信号经低通滤波和模数转换后传输到计算机，并通过软件对信号进行数字滤波及数据分析处理，输出测试结果，其流程图如图3所示[4]。

试验台要求能实现自动控制，则利用计算机来实现生产过程的自动化。计算机的输入和输出是数字信号，需要A/D和D/A转换。计算机控制系统工作时有以下三步：

① 实时数据采集—实时对来自测量传感器的信号进行检测和采集；

② 实时控制决策—对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律决定将要采取的控制行为；

③ 实时控制输出—根据控制规律，适时向执行机构发出控制信号，完成控制目标。

图3 测控系统流程图

试验台计算机控制系统的基本工作原理如图4所示。在大循环控制中，计算机中输入测试减振器所需要的速度V0(k),位移传感器将第k次采集的油缸位移信号u(t)经滤波和模数转换及微分后转化为速度V(k),速度V0(k)与第k次的速度信号V(k)之间的偏差值e(k),经过控制器得到控制信号u(k)。在电液比例阀的内循环控制中，计算机输入控制信号u(k),比例阀的阀芯位移信号u0(t)与u(k)之间的偏差值e(t)输入比例放大器，进而控制比例阀的阀芯开口，从而迅速精确控制油缸位移，保证试验台测试减振器性能时按照规定的速度和位移运动。

图4 计算机控制系统工作原理图

4 试验研究

试验台可进行垂向、横向和抗蛇形三种减振器的阻尼特性试验和疲劳特性试验，笔者以垂向减振器为对象进行试验研究。试验台调速模式下数据采集窗口如图5所示，可清楚看出每个频率下所对应的所有试验结果，包括F-S示功图、F-V图、最大阻尼力、阻尼系数、示功图不对称率等[5]。采集完毕后，可观察原始数据和拟合曲线，并自动生成报表予以保存。

图5 数据采集窗口

该试验台可完成0.5 Hz、1 Hz、1.5 Hz、2.0 Hz、2.5 Hz和3.0 Hz工作频率下的减振器性能检测。以株洲电力机车研究所生产的T170J14012A 型垂向减振器为例，选取0.5 Hz和2.5 Hz两种工作频率进行阻尼特性试验研究，并对未加压力补偿阀和施加压力补偿阀两种不同工况的结果进行试验验证。

4.1 未加压力补偿阀的试验结果

(1) 当正弦位移激励的频率为0.5 Hz时，生成的报表如图6所示。

图6 未加压力补偿阀时0.5 Hz下的报表

(2) 当正弦位移激励的频率为2.5 Hz时，生成的报表如图7所示。

图7 未加压力补偿阀时2.5 Hz下的报表

4.2 施加压力补偿阀的试验结果

(1) 当正弦位移激励的频率为0.5 Hz时，生成的报表如图8所示。

图8 施加压力补偿阀时0.5 Hz下的报表

(2) 当正弦位移激励的频率为2.5 Hz时，生成的报表如图9所示。

图9 施加压力补偿阀时2.5 Hz下的报表

4.3 试验结果分析

由图5可清楚看出阻尼特性试验时每个频率下所对应的所有试验结果，包括F-S示功图、F-V图、最大阻尼力、阻尼系数、示功图不对称率等，并能生成相应的报表，如图6～9，能够满足高性能减振器的测试要求。同时，通过比较压力补偿阀施加前后的试验报表发现，施加压力补偿阀后阻尼特性曲线明显改善，示功图不对称率大大降低，从而进一步说明系统恒压对于阻尼特性的重要性。

5 结 论

本试验台符合欧洲标准，是研发高性能轨道交通车辆液压减振器的试验装备，也是进行轨道车辆动力学匹配研究所必需的试验设备，其特点如下：

(1) 试验范围广，可满足横向、垂向和抗蛇形等各种型号的减振器的试验；

(2) 能提供精确的简谐运动，并能在一次试验中无级调幅、调频和改变测试零点，也可在同一支座条件下测试不同行程的减振器；

(3) 计算机可提供随机载荷谱和预设的某种载荷谱，以使试验条件与实际工况相同，从而能了解到减振器的真实特性；

(4) 液压系统采用压力补偿阀保持系统恒压，能实现精确控制，试验数据和曲线输出方便、精度高；

(5) 试验行程可在线调整，主动激振力可在0～10 kN之间任意调整，可满足各种型号减振器的阻尼特性试验和疲劳特性试验；

(6) 能测出高频激振时减振器的动态阻尼特性。

[1] TB/T1491-2004.机车车辆油压减振器技术条件[S]．

[2] 陈 嫦，唐进元.基于20-sim的减振器试验台液压系统键合图建模与动态仿真分析 [J].工程设计学报, 2010, 17(5)：340.

[3] TB/T2229-2004.机车车辆油压减振器试验台技术条件[S]．

[4] 何国华，胡军科，吴时飞，等.液压泵和液压马达功率回馈试验台设计[J]. 液压与气动, 2005, 169(9)：22-24.

[5] 王恒升，张西伟，胡军科.基于LabView的减振器试验台测控系统设计[J].电子器件,2006(3)：925-928.

Design of a High Performance Test Bench for Hydraulic Damper

HE Guo-hua1，HU Xiao-nan2

(1.ChinaAcademyofRailwaySciences,RailwayEngineeringResearchInstitute,Beijing100081，China;2.BeijingSpacecraftsPlant,Beijing100190，China)

Hydraulic damper is one of the important parts in the railway vehicles. Its performance determines the security and cosiness of train. In order to improve the precision and efficiency of test, starting from the hydraulic system and control system, a kind of high performance hydraulic damper test bench is designed. After the test, the test bench can provide simple harmonic motion accurately. It can change the amplitude, frequency and zero in one test. Different stroke dampers can be tested at the same condition. The test interface is friendly and results are accurate and high precision.

hydraulic damper；test bench；damping characteristic

2013-11-27

何国华(1982-)，男，山东郓城人，硕士，主要从事工程机械方面的研究工作。

U260

A

1007-4414(2014)01-0111-03