CN103033373A - 一种制动系统综合试验台及其应用该平台进行制动试验的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种列车制动系统综合试验台，包括电机、连接到电机输出轴的主轴、设在所述主轴上的轨道轮，所述主轴通过轴承座固定在基座上，与所述主轴联动的同步齿轮箱和飞轮，还包括了与轨道轮联动的假车和用于固定所述假车的反力架，所述飞轮通过支撑座固定在基座上，所述转向架上设有与所述轨道轮相嵌合的被动车轮以及与所述被动车轮相配的车轮制动装置，所述假车体内放置有拟重砝码。同时，还具有与飞轮组联动的变速齿轮箱以及与变速齿轮箱输出轴联动的基础制动试验装置。通过本申请中的列车制动系统综合试验台能够实现制动控制策略、滑行控制策略、基础制动等方面的试验研究，以提高制动系统的技术发展。

Description

一种制动系统综合试验台及其应用该平台进行制动试验的方法

技术领域

本发明涉及一种列车试验台，具体涉及一种列车制动系统综合试验台。

背景技术

制动系统作为高铁、动车、地铁等轨道交通系统关键部件，对列车的行驶安全起着极其重要的作用。制动系统出现故障问题要比失去牵引力问题更为严重。通过制动系统的调节作用,列车才能及时准确地改变速度、实现定点停车、实现自动控车以及确保行车的安全性。目前制动系统静态性能均可通过地面试验进行检测，动态性能需在线路试验完成。线路试验具有协调难度大、成本高、重复性差、试验条件难实现等缺点。

目前现有的列车试验平台的研究方向多为整车或者转向架的动力学性能试验，对于模拟列车制动系统的综合试验台还相对较少。而通过研制制动系统综合试验台可以实现模拟现车线路试验各项条件，完成制动系统动态综合试验，同时亦可进行各项制动系统研究性试验。

授权公告号为 CN 101975670 B中国专利中公开了一种“一种铁路轮对制动特性模拟装置，其包括：固定单元，与地基固连，为系统提供连接基础；动力传动与检测单元，为主动轮提供动力驱动，并检测主动轮的转速变化；轮对与转动检测单元，检测轮对转速变化；载荷调整单元，对轮对加载垂向力，并检测垂向力的大小；制动及检测单元，对轮对加载制动，并检测制动力的大小；其中动力传动与检测单元、轮对与转动检测单元和制动及检测单元分别安装于固定单元上，载荷调整单元安装于轮对与转动检测单元上。发明的装置通过制动单元实施多级制动功能；通过载荷调整单元设定多级载荷以模拟轴重变化；通过伺服电机实现主动轮转速调整；通过改变主动轮与轮对接触表面工况调整粘着”的技术方案，而该发明仅能模拟轮对的制动过程，测量轮对在不同运动速度，不同载荷、不同制动工况情况下的制动力大小和研究在不同载荷、各种制动状况下的滑行试验，即最大制动力/ 最高转速间的关系。而不能1:1的模拟真实的列车在正常行驶过程中的制动情况，特别如对满足减速度变化率及乘坐舒适度等的研究同时兼顾基础制动装置试验研究的功能。

因此开发一种能1：1真实模拟列车制动并反馈相关数据的综合试验平台是亟须解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种能模拟列车实际制动工况进行制动试验的制动系统综合试验台。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种列车制动系统综合试验台，包括电机、一端连接到电机输出轴的主轴、设在所述主轴上的轨道轮，所述主轴通过轴承座固定在基座上，还包括通过同步齿轮箱与所述主轴形成联动的飞轮和通过反力架架设在所述轨道轮上的假车，所述飞轮通过支撑座固定在基座上，所述假车主要由转向架和安装在所述转向架上的假车体构成，所述转向架上设有与所述轨道轮相嵌合的被动车轮和与所述被动车轮相配的车轮制动装置，所述假车体内放置有拟重砝码。

本发明的有益效果是：

本发明通过轨道轮模拟无限长的平直轨道，这对进行室内列车制动试验的实现提供了可能，并通过在假车内放置砝码的方法实现了对现实中列车在轮轨关系上的1:1模拟，通过飞轮组惯量匹配实现列车实际运行能量的模拟。最值得一提的是：在试验时，通过对达到预定“速度”的车轮进行制动，并利用车轮对轨道轮摩擦所产生的摩擦力即制动力来使轨道轮停止旋转，从而模拟列车在轨道上制动时的实际情况，并通过飞轮来模拟列车损失的惯量。（飞轮与用于带动轨道轮旋转的主轴联动，因此能准确模拟现实列车车轮在制动过程中转速由快及慢的变化过程）。通过本申请中的列车制动系统综合试验台能够实现制动控制策略、滑行控制策略、基础制动等方面的试验研究，以提高制动系统的技术发展。

上述技术方案的完善和改进有：

对一种列车制动系统综合试验台的进一步完善有：

为了使本发明中的试验平台更适用于对转向架进行试验，所述电机和主轴分别至少为两个，每根主轴上所设置轨道轮的数量至少为两个，所述同步齿轮箱至少为两个，每台同步齿轮箱对应地连接在每根主轴远离所述电机的一端端部，所述同步齿轮箱之间连接有同步轴，每个同步齿轮箱的动力输出轴上分别串设有两组飞轮。

对与被动车轮相配的车轮制动装置的进一步完善是：所述与被动车轮相配的车轮制动装置是夹钳基础制动装置或踏面基础制动装置。

为了将进行制动和单盘制动试验时产生的烟尘去除或排出试验场地，和对在制动时会产生大量热量的各制动单元进行冷却，还设有通风除尘装置。同时，为了更好的模拟试验环境，设置有洒水装置。

为了可以简单和快速地对夹钳等制动装置进行试验而不需将其安装到假车上，还包括与飞轮组联动的变速齿轮箱以及与变速齿轮箱输出轴联动的基础制动试验装置，所述基础制动试验装置主要由模拟轮夹钳、夹钳固定架和设有制动盘的模拟轮构成，所述模拟轮通过模拟轮支座安装并与所述变速齿轮箱输出轴形成联动，所述变速齿轮箱与基础制动试验装置连接处设有转矩转速传感器，基础制动试验装置内设有模拟轮制动盘温度传感器、模拟轮夹钳压力传感器，模拟轮支座处设有振动检测传感器。

为了更好的通过控制试验、更方便的采集数据以及对所采集数据的计算归总，还包括计算机和用于同步采集试验数据的试验数据检测系统，所述试验数据检测系统的检测信号输出到所述计算机，所述计算机还用于控制所述电机和所述制动装置。

附图说明

下面结合附图对本发明的列车制动系统综合试验台作进一步说明。

图1是本发明中列车制动系统综合试验台的结构示意图。

图2是本发明中假车和轨道轮相接处的结构示意图。

具体实施方式

实施例

根据图1所示，本发明包括电机1、主轴2、轨道轮3、同步齿轮箱4、飞轮5、假车、反力架（图中未示出）、计算机（图中未示出）、通风除尘装置（图中未示出）、变速齿轮箱11和基础制动试验装置12。 

其中，电机1为两台，优选为交流异步电动机，交流异步电动机上还连接有变频器（电机1也可以是其它变频电动机），这两台电机1分别通过紧固件相对平行的固定在基座上。主轴2也为相对平行的两根，分别通过轴承座也支设在基座上，并且每根主轴2的一端分别连接到每台电机1的动力输出端，并在电机1的驱动下进行绕其轴线进行旋转。为了便于检测主轴2的转矩转速，主轴2与电机1连接的一端和电机动力输出轴之间还可以设有转矩转速传感器，轴承座处设有振动检测传感器和测温传感器。

其中，轨道轮3为四个，每两个轨道轮3串设于一根主轴2上，在主轴2的带动下，轨道轮3与主轴2做同轴旋转。同一根主轴2上两个轨道轮3之间的间距可以调节，以适应各种不同轮距的假车。轨道轮3上设有转速传感器、测温传感器和用于紧急制动的轨道轮制动夹钳。在轨道轮3两侧基础上对称安装有反力架，该反力架用于安装固定假车。

其中，假车主要由转向架7和安装在转向架上的假车体6构成。转向架上设有四个车轮8，该车轮8是被动车轮，同时还设有制动盘；转向架7上还设有与该被动车轮相配的车轮制动装置9，其车轮制动装置9是夹钳基础制动装置，也可以是踏面基础制动装置。车轮制动装置9通过制动控制装置输出气压进行控制，在制动时夹紧\紧贴车轮8上的制动盘以达到制动的目的（制动装置也可以是其它能实现车轮制动的装置）。假车体6内放置有拟重砝码10，用于在重量上与实际中的车辆达到一致，从而达到1：1模拟轮轨关系的目的。当假车通过反力架固定在轨道轮3上时，四个车轮8分别与四个轨道轮3一一对应嵌合，在轨道轮3的带动下进行旋转。车轮8上设有转速转矩传感器和制动盘温度传感器。

其中，每根主轴2远离电机1的一端分别连接有同步齿轮箱4，两个同步齿轮箱4之间还通过同步轴相连，每个同步齿轮箱4的动力输出轴上分别串设有两组飞轮5，飞轮5通过支撑座支设在基座上。主轴2通过驱动同步齿轮箱4驱动飞轮5，飞轮5从而和主轴2形成联动。同步齿轮箱4和飞轮5处分别设有转矩转速传感器、测温传感器；支撑座处设有振动检测传感器。

其中，一台同步齿轮箱4的动力输出轴远端连接有变速齿轮箱11，变速齿轮箱11从而与飞轮5联动，变速齿轮箱11的输出轴连接有基础制动试验装置12，通过变速齿轮箱输出轴驱动基础制动试验装置12，基础制动试验装置12与变速齿轮箱输出轴联动。基础制动试验装置12主要由模拟轮夹钳、夹钳固定架和设有制动盘的模拟轮构成，模拟轮通过模拟轮支座安装并与变速齿轮箱输出轴形成联动，变速齿轮箱11与基础制动试验装置12的连接处设有转矩转速传感器，基础制动试验装置12内设有模拟轮制动盘温度传感器、模拟轮夹钳压力传感器，模拟轮支座处设有振动检测传感器。

其中，前述的转速转矩传感器和测温传感器等传感设备构成试验数据检测系统。试验数据检测系统的信号输出到计算机，计算机用于对这些数据进行处理和计算。计算机的控制端还连接到变频器、控制车轮和轨道轮制的电控装置的受控端，从而实现对本试验平台的电子式控制。

在整个试验平台上还设有通风除尘装置，通风除尘装置将进行制动和单盘制动试验时产生的烟尘去除或排出试验场地；另外，由于制动时会产生大量热量，也通过通风除尘装置将各制动单元进行冷却。同时，为了更好的模拟试验环境，设置有洒水装置。

在使用本发明中试验平台进行实验时可以分为以下步骤：

1、将砝码10置于假车体6内，使砝码10加假车体6总重与模拟车重一致（本例为16t），再确定重心位置并将其固定，整个假车体6准确地放在转向架7上，而后通过反力架固定假车体6。同时将飞轮5进行组合，满足模拟车重（本例为16t）所对应的飞轮惯量。

2、操作计算机启动电机1，电机1拖动轨道轮3、同步齿轮箱4、飞轮5旋转，使轨道轮3、车轮8线速度达到试验初速度380km/h，此时飞轮5储存动能。

3、待初速度380km/h稳定后，由计算机输出制动指令，同时切断电机1输出，用于控制制动的电控装置接收到制动指令后，实施制动，制动作用后使车轮8速度按照减速度曲线逐步降低。此时飞轮5释放能量，模拟车辆运行时的动能变化过程。

4、车重配置满足单盘试验，通过本制动模拟系统综合试验台用于进行轮盘制动器（如夹钳）试验，通过控制电机1输出恒定转速，切换变速齿轮箱11的三档（1：1，1：0.4、1:1.46），以满足不同速度条件下制动力矩的需求，进行摩擦系数试验等。

5、整个试验过程中，试验数据检测系统采集相关转速信号、转矩信号、输出电气参数、轴承振动、飞轮支撑座振动、制动盘温度、轴承温度和闸片压力等信号，并上传至检测计算机进行数据分析、计算、显示与存储。

6、通风除尘装置将进行制动和单盘制动试验时产生的烟尘去除或排出试验场地；另外，由于制动时会产生大量热量，也通过通风除尘装置将各制动单元进行冷却。 

7、考虑到试验台的安全性，紧急制动装置用于突发紧急状况时进行强制减速。当紧急制动时，制动夹钳夹紧轨道轮，通过摩擦产生的热能消耗机械动能，完成制动。

本发明的不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，如：轨道轮和车轮分别为六个、八个或更多等均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种列车制动系统综合试验台，包括电机、一端连接到电机输出轴的主轴、设在所述主轴上的轨道轮，所述主轴通过轴承座固定在基座上，其特征在于：还包括通过同步齿轮箱与所述主轴形成联动的飞轮和通过反力架架设在所述轨道轮上的假车，所述飞轮通过支撑座固定在基座上，所述假车主要由转向架和安装在所述转向架上的假车体构成，所述转向架上设有与所述轨道轮相嵌合的被动车轮和与所述被动车轮相配的车轮制动装置，所述假车体内放置有拟重砝码。

2.根据权利要求1所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：所述电机和主轴分别至少为一对，每根主轴上所设置的轨道轮数量至少为两个，所述同步齿轮箱至少为两台，每台同步齿轮箱分别对应连接在每根主轴远离所述电机的一端端部，所述同步齿轮箱之间连接有同步轴，每个同步齿轮箱的动力输出轴上分别串设有两组飞轮。

3.根据权利要求1所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：所述与被动车轮相配的车轮制动装置是夹钳基础制动装置。

4.根据权利要求1所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：所述与被动车轮相配的车轮制动装置是踏面基础制动装置。

5.根据权利要求1所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：还包括通风除尘装置和洒水装置。

6.根据权利要求1所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：还包括与所述飞轮联动的变速齿轮箱以及与变速齿轮箱输出轴联动的基础制动试验装置，所述基础制动试验装置主要由模拟轮夹钳、夹钳固定架和设有制动盘的模拟轮构成，所述模拟轮通过模拟轮支座安装并与所述变速齿轮箱输出轴形成联动，所述变速齿轮箱与基础制动试验装置连接处设有转矩转速传感器，基础制动试验装置内设有模拟轮制动盘温度传感器、模拟轮夹钳压力传感器，模拟轮支座处设有振动检测传感器。

7.根据权利要求6所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：所述变速齿轮箱是三档变速齿轮箱。

8.根据权利要求1-5任一项所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：还包括计算机和用于同步采集飞轮转速信号、轨道轮转速信号、主轴转矩信号、轴承振动信号、飞轮支撑座振动信号、制动盘温度信号、轴承温度信号和闸片压力信号、被动轮速度信号和转向架三向加速度信号的试验数据检测系统，所述试验数据检测系统的检测信号输出到所述计算机，所述计算机还用于控制所述电机和所述制动装置。

9.根据权利要求6或7所述列车制动系统综合试验台，其特征在于：还包括计算机和用于同步采集飞轮转速信号、轨道轮转速信号、主轴转矩信号、轴承振动信号、飞轮支撑座振动信号、制动盘温度信号、轴承温度信号和闸片压力信号、被动轮速度信号和转向架三向加速度信号的试验数据检测系统，所述试验数据检测系统还包括设于变速齿轮箱与基础制动试验装置连接处的转矩转速传感器，模拟轮制动盘温度传感器、模拟轮夹钳压力传感器，模拟轮支座振动检测传感器，所述试验数据检测系统的检测信号输出到所述计算机，所述计算机还用于控制所述电机和所述制动装置。

10.一种应用权利要求8中所述列车制动系统综合试验台进行试验的方法，包括以下步骤：

a、在假车体内配置拟重砝码，使砝码和假车体两者的总重与所模拟的列车车重一致；对飞轮进行组合使其在转动时的惯量与所模拟列车在直线行驶时的惯量相对应；

b、启动电机驱动轨道轮和飞轮，当轨道轮和飞轮的线速度到达预设的初速度时，通过计算机输出制动指令同时切断电机输出，使车轮速度按照减速度曲线逐步降低，试验数据检测系统采集在车轮速度降低过程中实时的一组轨道轮、飞轮和车轮的转速信号、主轴的转矩信号、输出电气参数、所述轴承座的振动、飞轮支撑座振动、车轮制动盘温度、轴承温度和车轮制动装置的压力信号，并上传至检测计算机进行数据分析、计算、显示与存储。

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