准静态试验加载系统的研究与应用

准静态试验方法在轨道车辆车体结构强度测试中应用较为广泛，准静态试验方法与动态碰撞试验分析方法相比，试验操作更为简单、方便，在试验过程中，数据测量和分析相对简单，能够极大的缩短车辆的开发周期，降低试验测试成本。相比于仿真分析方法，准静态试验测试结果更加准确直观，尤其在海外市场不断拓展的形势下，基于北美试验标准的轨道车辆车体强度试验对于大载荷准静态加载的需求也越来越迫切，同时涉及碰撞的被动安全技术也越加受到重视，故研究并开发一套准静态自动加载系统具有重要的实践意义，由于准静态试验一般都涉及到能量要求，因此开发一套方便计算加载能量的车体结构强度准静态加载测试系统十分必要。

1 功能及技术参数

1.1 系统功能

该准静态加载系统旨在实现大载荷试验加载情况下，能够按照设定的试验载荷目标值自动完成试验载荷施加和卸载。在涉及到能量计算的准静态加载试验中，能够实时自动计算积分求得试验件结构吸收的能量值，并绘制力-位移曲线图表实时显示。

1.2 技术参数

加载系统具体的技术参数及要求见表1。

2 系统构成及工作原理

2.1 系统构成

该加载系统为三轴驱动，每一个轴分别具有独立的控制功能，包括液压作动器3 个、液压站1 个、管路部分和控制系统。（1）液压作动器。液压作动器包括2 个1000kN 液压缸及1 个2500kN 液压缸。每个液压缸都带有内置的双通道位移传感器及外置双通道力传感器。

（2）液压系统。液压系统由1 个泵站、1 个蓄能器块及1 个伺服阀控制块、3 个伺服油缸以及管路部分等组成。（3）控制系统。控制系统与液压站集成在可移动的系统柜中，控制器电气部分集成于操作台内部，操作台正面可以进行电脑控制软件操作，见图1。

2.2 工作原理

该系统通过专项控制软件为控制器输入零到最大控制信号，通过闭环输出0 ～250t（或100t）吨连续可调压力，或0 ～300mm 连续可调位移后，伺服油缸给试验样件施加控制器给定的作用力，从而对其进行大载荷自动加载控制。具有控制精度高、工作可靠、使用寿命长和噪声低等优点。控制系统软件界面如图2 所示。

表1 技术参数要求序号 技术参数及要求1加载系统为配备一套具有3 个双作用液压作动器的液压伺服系统，加、卸载过程中，两个100t 双作用液压作动器具有联动及单独动作功能，同步精度≤1%2液压作动器加、卸载速度可进行设定，控制精度≤1%；可按载荷加载速度自动控制，也可按位移速度自动控制，单个液压作动器位移控制行程0 ～300mm，速度范围 0 ～50mm/min 3 加载系统力传感器、位移传感器需具备双通道，加载系统数据采集频率可设定，实现至少100Hz 采样和数据导出4 载荷施加、减少过程中同步绘制力-位移曲线，并计算积分，计算结果实时显示

图1 控制器

（1）参数配置界面。用于系统的加载参数校准，校准加载的准确性。

（2）位移和载荷加载控制窗口。用于系统的加载控制，试验加载时，根据试验需要，在控制窗口可选择按位移加载或按载荷加载两种控制方式，通过完成目标加载值等相关指令的设置，实现试验载荷的自动加载。

图2 控制系统软件界面

（3）在曲线显示窗口，可以显示力-位移、力-时间、积分-时间等曲线并实时显示；在采样频率框内可以输入采样频率，以设定试验数据的采集频率；另外单独设置了积分开始、停止按钮，便于设置积分计算开始的和停止时间，并实时显示当前试验状态积分能量值。加载控制中，可以通过加载显示窗口和曲线显示窗口时时监测加载的实际状态，完成加载后，可通过数据导出系统进行加载系统端的加载数据导出。另外加载系统中的位移传感器和力传感器具有双通道，其一用于控制系统，另一通道用于连接到实际试验时使用的数据采集系统中，可以实现数采端的实时数据采集，对监测并提高试验数据的准确性具有重要意义。

3 防撞柱弹塑性试验

根据北美铁路客车车体设计强度标准APTA SSC&S-034-99，Rev.2《铁路客车设计和结构》中相关试验要求，利用该准静态试验加载系统对公司设计制造的双层不锈钢车车体进行了防撞柱弹塑性试验，下面以该试验为例进行试验说明，该试验是准静态加载试验的典型范例。

3.1 评判方法

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