CN103175700A - 高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性试验装置 - Google Patents

Abstract

一种高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性试验装置包括固定单元、制动盘驱动与检测单元、被测制动盘与试验测试单元、热载荷输入单元、风载荷输入与检测单元、控制单元。制动盘驱动与检测单元、固定单元连接，实现不同制动初速、不同制动模式下的真实的制动盘转动状态模拟、制动盘所受转矩大小参数的检测；被测制动盘安装在制动盘驱动与检测单元上；热载荷输入单元安装在固定单元上，通过非接触式平面涡流感应加热方式来模拟制动盘在制动过程中的热载荷输入；风载荷输入与检测单元与固定单元连接，用于真实模拟被测对象周围的空气流场作用，通过试验得到多种空气流场情况下的制动盘的泵风效应、动态散热特性及其制动盘温升分布规律。

Description

高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性试验装置

技术领域

本发明属于铁道车辆技术领域，涉及测试试验与控制技术，尤其是高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性的试验装置，该试验装置可用于研究铁路高速列车在模拟的制动环境中制动盘的泵风效应及制动盘温度场分布规律，为开发新型制动盘提供测试试验平台。

技术背景

《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006-2020年），已将高速轨道交通系统、高效运输技术装备列入了优先主题。提出“重点研究开发高速轨道交通控制和调速系统、车辆制造、线路建设和系统集成等关键技术，形成系统成套技术，开展工程化运行试验，掌握运行控制、线路建设和系统集成技术”。随着中国高速铁路和客运专线的快速发展，高速轮轨动车组将成为我国高速运输的主流交通工具。

随着我国高速列车速度的不断提高，研究和掌握高速列车关键技术已逐渐成为相关研究、生产单位的主要任务之一，其中研究高速列车制动盘在高速情况下的制动性能越来越受重视。高速列车制动盘的泵风效应及制动盘温度场分布呈现新的特点，关乎制动盘的使用寿命，研制开发功耗小、热容量高、寿命长的制动盘非常必要。国内关于高速列车制动盘的试验装置主要以1:1热容试验与摩擦副匹配试验为主，如铁道科学研究院等。没有关于高速列车制动盘泵风效应的试验装置，也没有用于制动盘动态散热特性的试验装置。没有考虑高速情况下，空气流场对制动盘泵风及散热的影响。

发明内容

本发明的目的是针对高速列车制动盘在制动过程中呈现的泵风效应及温升变化特性，提供一种高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性的试验装置。通过该装置能够：（1）通过控制风机转速及风门大小，用以模拟制动盘在制动过程中不同运行速度下的空气流场作用，通过试验可以测量得到制动盘的泵风功耗等参数。（2）通过电机控制模拟制动盘在制动过程的转动状态，基于非接触式平面涡流感应加热方式来模拟制动盘在制动过程中的热载荷输入。通过试验获取制动盘动态散热规律，为分析、优化制动盘结构提供依据。（3）通过控制风机转速及风门大小，用以模拟制动盘在制动过程中不同运行速度下的空气流场作用，通过试验研究多种空气流场情况下的制动盘动态散热特性及制动盘的温升分布规律。

为实现上述目的，本发明解决方案如下：

系统由固定单元、制动盘驱动与检测单元、被测制动盘与试验测试单元、热载荷输入单元、风载荷输入与检测单元、控制单元组成。制动盘驱动与检测单元、固定单元连接，可实现不同制动初速、不同制动模式下的真实的制动盘转动状态模拟，以及制动盘所受转矩大小参数的检测。作为试验被测对象，被测制动盘安装在制动盘驱动与检测单元上，测试参数主要包括制动盘各表面的瞬态温度大小。热载荷输入单元安装在固定单元，主要通过非接触式平面涡流感应加热方式来模拟制动盘在制动过程中的热载荷输入，避免采用闸片摩擦方式造成的磨损影响。风载荷输入与检测单元与固定单元连接，主要用来真实模拟被测对象周围的空气流场作用。系统可实现制动盘泵风功耗、动态散热规律试验。

固定单元的固定架与地基固接，用于支撑和连接伺服电机带动的制动盘。

制动盘驱动与检测单元用于实现对被测制动盘按照设定转速进行控制调节。制动盘两端通过轴承与固定架相连，并用扣件扣紧，螺钉固定。制动盘驱动单元固定于支撑台上，其包括伺服电机、联轴器、减速离合器、2个光电编码器。伺服电机经过编码器、联轴器、减速离合器与制动盘一端连接，伺服电机对制动盘进行驱动，一个光电编码器用于测量电机转速。另一个编码器与制动盘另一端相连，用于测量制动盘转速。

被测制动盘与试验测试单元主要包括被测的制动盘、试验样件制动盘、5个红外温度传感器组成。被测的制动盘与试验样件制动盘均可通过螺栓方式安装在制动盘驱动轴的同一位置，试验时先安装试验样件制动盘获得对照参数后，再更换上被测的制动盘进行试验测试。5个红外温度传感器用于检测试验过程中制动盘表面2个不同径向位置及其对称面相同位置的温度变化，以及散热筋处的温度变化。5个红外温度传感器的监测结果经过滤波、AD转换后输入到工业控制计算进行显示、分析与存储。

热载荷输入单元包括电源系统、非接触式平面涡流感应加热器、固定架及线圈，整个装置放于支撑台上，支撑台与地基固接，非接触式平面涡流感应加热器位于制动盘两侧摩擦面附近，通过固定架与支撑台固接，非接触式平面涡流感应加热器上盘有线圈，线圈与电源系统及控制系统相连，当线圈输入交变电流时就会在制动盘摩擦面上产生电涡流进而对制动盘加热。热载荷输入控制系统包括电源系统、整流器、滤波器、脉冲发生器、PWM控制电路、驱动电路、功率放大器、电流检测单元、AD/DA卡、计数卡及工业控制计算机等组成。电源系统经整流器、滤波器、脉冲发生器、功率放大器与线圈相连，PWM控制电路经驱动电路控制脉冲发生器的波形输出。PWM控制电路与工业控制计算机相连，制动盘转速编码器信号与计数卡相连，电流检测单元测得的线圈电流和红外温度传感器信号由AD/DA卡输入工业控制计算机并进行相应控制。

风载荷输入单元包括伺服电机、联轴器、减速器、2个光电测速编码器、风速传感器、叶轮和空气导流管道，整个单元固接在支撑台上，支撑台与地基固接。伺服电机经过编码器、联轴器、减速器与叶轮相连，叶轮位于空气导流管道中，用于抽取外界空气，再经过导流管道生成一定速度的气流加载到制动盘上，两个编码器一个用于测量电机的转速，一个用于测量叶轮的转速，风速传感器固定于导流管道出风口，用于测量风速。空气流场控制系统包括电源系统、计数卡、AD/DA卡、电机驱动卡、环境监测传感器及工业控制计算机等组成。伺服电机通过电机驱动器与工业控制计算机相连，3个编码器信号与计数卡相连，风速传感器信号由AD/DA卡输入工业控制计算机并进行相应控制。

本发明工作原理：

（1）制动盘泵风效应试验原理：首先通过风载荷输入单元模拟设定制动初速工况下作用在制动盘周围的空气流场。然后采用试验样件制动盘进行试验，获得怠速转动功耗参考数据，该试验样件制动盘是对被测制动盘的改造加工而成，区别在于试验样件制动盘不具备散热筋的通风功能，比如改造过程中可以将被测制动盘通风口堵住方式实现；试验时通过控制制动盘驱动单元使试验样件制动盘达到设定转速，控制减速离合器切除制动盘驱动轴与电机的连接，通过检测制动盘的减角速度大小计算设定制动初速工况下的怠速转动功耗参考数据。第三，更换试验样件制动盘为被测的制动盘，重复第二步，得到被测制动盘的怠速转动功耗数据，根据被测制动盘怠速转动功耗与验样件制动盘怠速转动功耗之差求得被测制动盘的在该制动初速工况下的泵风功耗。

（2）制动工况下制动盘动态散热特性试验的热载荷输入工作原理：即通过平面涡流感应加热方式取代传统的摩擦生热模拟制动盘在不同制动初速度、不同载荷、不同制动工况下（包括常用制动、阶段制动以及紧急制动）进行热载荷输入。具体来讲：通过工业控制计算机进行初始化，即对2个编码器、红外温度传感器、环境监测传感器以及线圈电流初始化。通过人机界面设定制动工况中的轴重、制动初速度和制动减速度等相关参数以及制动盘的尺寸参数，工业控制计算机可根据相应算法计算得到制动盘的角速度和角减速度随时间变化的曲线，控制伺服电机驱动制动盘按指定转速转动，实时监测编码器读数变化，通过补偿、计算，得出伺服电机控制信号。同时热载荷输入控制系统根据输入的参数可计算得到热流密度随时间变化的曲线，进一步可得到产生相同热流密度所需的涡流电流随时间变化的曲线，根据编码器实时测得的制动盘转速和线圈的电流检测器读数，进行补偿、计算，通过PWM控制对线圈中脉冲电流的频率和幅值进行调整。已获得设定制动工况下对制动盘的热载荷输入。

（3）制动工况下制动盘动态散热特性试验的空气流场模拟工作原理：即根据设定制动初速参数，通过工业控制计算机控制风机叶轮转速以模拟制动盘周围的空气流场分布，具体来讲：系统通过工业控制计算机进行初始化，即对4个编码器、红外温度传感器、风速传感器、环境监测传感器初始化。根据设定的制动工况参数，计算机可计算得相应的风速随时间变化的曲线，并控制风机的伺服电机按指定的转速变化曲线转动，实时监测4个编码器读数变化，并采集风速传感器读数，通过补偿、计算，得出风机的伺服电机控制信号，伺服电机再带动叶轮抽取空气到导流管道中，经导流作用得到设定制动工况下的制动盘周围空气流场分布。。

在第（2）（3）步的基础上，通过5个红外温度传感器，可以实时检测设定制动工况参数下的制动盘表面及散热筋表面的温度变化，进而分析制动盘的动态散热特性。

附图说明

图1是本发明系统一种实施例总体结构示意图。

图2是图1所示系统总体结构的俯视图。

图1图2中，制动盘驱动单元伺服电机1、制动盘驱动单元伺服电机编码器2、制动盘驱动单元伺服电机联轴器3、制动盘驱动单元减速离合器4、扣件5、制动盘6、制动盘编码器7、制动盘编码器支撑架8、固定架9、滚动轴承10、热载荷输入单元支撑台11、制动盘驱动单元支撑台12、非接触式平面涡流感应加热器13、非接触式平面涡流感应加热器固定架14、人机界面及控制系统15、第一至第五红外温度传感器16、28、29、30、33、线圈17、风速传感器18、风载荷输入单元伺服电机19、风载荷输入单元伺服电机编码器20、风载荷输入单元伺服电机联轴器21、风载荷输入单元伺服电机减速器22、叶轮编码器23、风载荷输入单元支撑台24、叶轮25、空气导流管道26、空气导流管道支撑台27、试验样件制动盘31、制动盘驱动轴32、传感器固定台34。

图3为非接触式平面涡流感应加热器侧视图。

图4a为制动盘温度测量点分布图之一。

图4b为制动盘温度测量点分布图之二。

图5为试验样件制动盘轴测图。

图6为本发明制动盘驱动单元电控系统示意图。

图7为本发明热载荷输入单元控制系统示意图。

图8为本发明风载荷输入单元控制系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的最佳实施例作进一步描述。

本发明高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性试验装置的总体结构如图1、图2所示。系统包括固定单元、制动盘驱动与检测单元、被测制动盘与试验测试单元、热载荷输入单元、风载荷输入与检测单元、温升检测单元，其中：固定单元由固定架9、滚动轴承10和扣件5组成，对制动盘驱动轴32进行固定。制动盘驱动与检测单元由制动盘驱动单元伺服电机1、制动盘驱动单元伺服电机编码器2、制动盘驱动单元伺服电机联轴器3、制动盘驱动单元减速离合器4、制动盘驱动单元支撑台12以及制动盘驱动轴32组成。被测制动盘与试验测试单元由制动盘6、制动盘编码器7、制动盘编码器支撑架8、用于测试制动盘温升的第一至第五红外传感器16、28、29、30、33，以及试验样件制动盘31组成。热载荷输入单元由热载荷输入单元支撑台11、非接触式平面涡流感应加热器13、非接触式平面涡流感应加热器固定架14、线圈17组成。风载荷输入与检测单元由风速传感器18、风载荷输入单元伺服电机19、风载荷输入单元伺服电机编码器20、风载荷输入单元伺服电机联轴器21、风载荷输入单元伺服电机减速器22、叶轮编码器23、风载荷输入单元支撑台24、叶轮25、空气导流管道26、空气导流管道支撑台27组成。

固定架9与地基连接，制动盘转动轴放置于固定架上，用扣件5通过螺栓与固定架9连接，制动盘转动轴与固定架9和扣件5间安装滚动轴承10。制动盘驱动与检测单元安装于支撑台12上，支撑台12与地基连接。制动盘驱动单元伺服电机1通过编码器2、联轴器3和减速离合器4与制动盘转动轴右端相连，通过伺服电机1的驱动带动制动盘6的转动。编码器2用来测量伺服电机1的转速。制动盘转动轴左端与制动盘编码器7相连，编码器7安装于制动盘编码器支撑架8上，制动盘编码器支撑架8与固定架9固接，编码器7用于测量制动盘的转动速度。热载荷输入单元安装于支撑台11上，置于制动盘一侧，非接触式平面涡流感应加热器13置于制动盘摩擦面两侧，与制动盘盘面保持一定间隙；非接触式平面涡流感应加热器13通过固定架14与支撑台11固接，非接触式平面涡流感应加热器13上嵌有线圈17，通入频率可调的电流后，由于电涡流原理可在非接触式平面涡流感应加热器13对应的制动盘面上产生热量。风载荷输入单元安装于支撑台24上，置于制动盘另一侧，与热载荷输入单元相对于制动盘对称安装。伺服电机19通过编码器20、联轴器21、减速器22、编码器23与叶轮25相连，叶轮25位于空气导流管道26中，伺服电机19带动叶轮25转动抽取外界空气进入导流管道26经导流作用可形成一定速度的空气流场，用来模拟列车制动中制动盘受到的实际空气流场。风速传感器18安装于导流管出风口用于测量空气流场速度，编码器20、23分别用于测量伺服电机19和叶轮25的转速。红外温度传感器16、28、29、30、33分布于制动盘周围，但要尽量远离出风口边界，以免干扰空气流场，用于测量制动盘的第一至第五测点A、B、C、D、E的温度实时变化，第一至第五红外温度传感器16、28、29、30、33与制动盘不接触，第一至第五红外温度传感器16、28、29、30、33安装在传感器固定台34上，传感器固定台与地基固接。

制动盘温度测量点分布如图4a、b所示，在制动盘两侧各有两点径向位置第一至第四温度检测点A、B、D、E，散热筋处有第五检测点C。

试验样件制动盘如图5所示，由被测制动盘改造加工而成，在制动盘散热筋通风口处用橡胶套堵住，以消除泵风效应。

本发明高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性试验装置的试验过程如下：系统通过工业控制计算机进行初始化，即对编码器2、编码器7、编码器20、编码器23、第一至第五红外温度传感器16、、28、29、30、33，风速传感器18、线圈17电流进行初始化。在人机界面15输入制动工况参数以及制动盘尺寸参数。

（1）制动盘泵风效应试验：第一步,将制动盘6从制动盘驱动轴32上拆下，更换为对应的试验样件制动盘31。通过人机界面设定制动初速，工业控制计算机根据输入的制动初速，并根据编码器2、编码器7的读数控制伺服电机1驱动试验样件制动盘31转动。同时，启动伺服电机19，根据编码器7、编码器20、编码器23的读数和风速传感器18采集的数据对伺服电机19的转速进行控制，用于生成设定制动初速对应的空气流场并作用于试验样件制动盘31上。待转速达到设定制动初速大小时，通过工业控制计算机控制制动盘驱动单元减速离合器4，切断伺服电机1与制动盘驱动轴32之间的连接。这时试验样件制动盘31带动制动盘驱动轴32怠速转动，通过工业控制计算机实时记录编码器7的输出，计算试验样件制动盘31的角减速度ε，及阻力矩功率P0=Jε，其中J表示转动部件的转动惯量大小。第二步，将试验样件制动盘31更换为制动盘6，重复第一步的过程，计算阻力矩功率P1，由此可以得到制动盘31在设定制动初速情况下的泵风功率为P1-P0。

（2）模拟空气流场及热载荷的制动工况下制动盘动态散热特性试验：通过人机界面设定制动工况参数，包括制动初速、制动盘配置参数、制动力大小等，工业控制计算机根据输入参数计算制动时间、热流密度、风速大小等控制参数。控制过程中工业控制计算机按设定算法并根据编码器2、编码器7的读数控制伺服电机1驱动制动盘转动。根据编码器7的读数和电流检测器的测量值，工业控制计算机经过计算在线圈17中输入指定频率和幅值的可调电流，在制动盘摩擦面上产生电涡流，用来模拟制动盘与闸片摩擦产生的热负荷，并进行加载。启动伺服电机19，根据编码器7、编码器20、编码器23的读数和风速传感器18采集的数据对伺服电机19的转速进行控制，用于生成设定速度的空气流场并作用于制动盘上。记录并分析第一至第五红外温度传感器16、28、29、30、33的读数。改变制动工况参数设置可以得到不同工况下的制动盘温升响应。

（3）模拟热载荷的制动工况下制动盘动态散热特性试验：通过人机界面设定制动工况参数，包括制动初速、制动盘配置参数、制动力大小等，工业控制计算机根据输入参数计算制动时间、热流密度、风速大小等控制参数。控制过程中工业控制计算机按设定算法并根据编码器2、编码器7的读数控制伺服电机1驱动制动盘转动。根据编码器7的读数和电流检测器的测量值，工业控制计算机经过计算在线圈17中输入指定频率和幅值的可调电流，在制动盘摩擦面上产生电涡流，用来模拟制动盘与闸片摩擦产生的热负荷，并进行加载。记录并分析第一至第五红外温度传感器16、28、29、30、33的读数。改变制动工况参数设置可以得到不同工况下的制动盘温升变化规律。

图6为本发明制动盘驱动单元的电控框图。该系统由工业控制计算机、人机界面、控制算法、计数卡、精密电机驱动卡、数据处理、显示打印装置、环境监测传感器组成。其中：工业控制计算机作为控制中央，实现人机对话、控制实施、运算打印等功能。计数卡通过工业控制计算机对编码器2和编码器7进行采集、记录和判断。精密电机驱动卡则根据工业控制计算机信号对伺服电机实施控制。环境监测传感器记录系统工作的环境参数，用以对系统进行标定、补充等。

图7为本发明热载荷输入单元控制系统框图。该系统由工业控制计算机、人机界面、控制算法、多路AD/DA卡、计数卡、电源系统、整流器、滤波器、脉冲发生器、功率放大器、PWM控制电路、驱动电路组成。其中：AD/DA卡对系统温度传感器和电流检测器信号进行实时采集、滤波、放大、存储等。电源系统输出的交流电经整流器、滤波器后变成直流电，通过脉冲发生器变成脉冲电流，经功率放大器后输入线圈17。脉冲电流的频率和幅值由PWM电路控制，控制信号由工业控制计算机根据编码器7的读数和电流检测器的读数经控制算法计算后发出。

图8为本发明风载荷输入单元控制系统框图。该系统由工业控制计算机、人机界面、控制算法、计数卡、AD/DA卡、精密电机驱动卡、数据处理、显示打印装置、环境监测传感器组成。其中：工业控制计算机作为控制中央，实现人机对话、控制实施、运算打印等功能。AD/DA卡对系统风速传感器信号进行实时采集、滤波、放大、存储等。计数卡通过工业控制计算机对编码器7、编码器20和编码器23进行采集、记录和判断。精密电机驱动卡则根据工业控制计算机信号对伺服电机实施控制。环境监测传感器记录系统工作的环境参数，用以对系统进行标定、补充等。

三个系统共享人机界面和显示打印装置。系统工作完成后，工业控制计算机将按照有关要求统一显示和打印实验结果，全部数据以文件的形式进行存储。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性试验装置，其特征在于：包括固定单元、制动盘驱动与检测单元、被测制动盘与试验测试单元、热载荷输入单元、风载荷输入与检测单元、控制单元；

制动盘驱动与检测单元、固定单元连接，实现不同制动初速、不同制动模式下的真实的制动盘转动状态模拟、制动盘所受转矩大小参数的检测；被测制动盘安装在制动盘驱动与检测单元上；热载荷输入单元安装在固定单元上，通过非接触式平面涡流感应加热方式来模拟制动盘在制动过程中的热载荷输入；风载荷输入与检测单元与固定单元连接，用于真实模拟被测对象周围的空气流场作用。

2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述固定单元包括固定架（9）、滚动轴承（10）和扣件（5），对制动盘驱动轴（32）进行固定；固定架（9）与地基连接，制动盘转动轴放置于固定架上，用扣件（5）通过螺栓与固定架（9）连接，制动盘转动轴与固定架（9）和扣件（5）间安装滚动轴承（10）。

3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述制动盘驱动与检测单元包括制动盘驱动单元伺服电机（1）、制动盘驱动单元伺服电机编码器（2）、制动盘驱动单元伺服电机联轴器（3）、制动盘驱动单元减速离合器（4）、制动盘驱动单元支撑台（12）以及制动盘驱动轴（32），制动盘驱动与检测单元安装于支撑台（12）上，支撑台（12）与地基连接。制动盘驱动单元伺服电机（1）通过编码器（2）、联轴器（3）和减速离合器（4）与制动盘转动轴右端相连，通过伺服电机（1）的驱动带动制动盘（6）的转动；编码器（2）用于测量伺服电机（1）的转速；制动盘转动轴左端与制动盘编码器（7）相连，编码器（7）安装于制动盘编码器支撑架（8）上，制动盘编码器支撑架（8）与固定架（9）固接，编码器（7）用于测量制动盘的转动速度。

4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述被测制动盘与试验测试单元包括制动盘（6）、制动盘编码器（7）、制动盘编码器支撑架（8）、用于测试制动盘温升的第一至第五红外传感器（16、28、29、30、33）、试验样件制动盘（31）；第一至第五红外温度传感器（（16、28、29、30、33）分布于制动盘周围远离出风口边界以免干扰空气流场，用于测量制动盘的第一至第五测点（A、B、C、D、E）的温度实时变化，第一至第五红外传感器（16、28、29、30、33）与制动盘不接触，第一至第五红外传感器（16、28、29、30、33）安装在传感器固定台（34）上，传感器固定台与地基固接；在制动盘两侧各有两点径向位置不同的第一至第四温度检测点（A、B、D、E），散热筋处有第五检测点（C）；试验样件制动盘的散热筋通风口被堵住以消除泵风效应。

5.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述热载荷输入单元包括热载荷输入单元支撑台（11）、非接触式平面涡流感应加热器（13）、非接触式平面涡流感应加热器固定架（14）、线圈（17），热载荷输入单元安装于支撑台（11）上，置于制动盘一侧，非接触式平面涡流感应加热器（13）置于制动盘摩擦面两侧，与制动盘盘面保持一定间隙；非接触式平面涡流感应加热器（13）通过固定架（14）与支撑台（11）固接，非接触式平面涡流感应加热器（13）上嵌有线圈（17）。

6.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述风载荷输入与检测单元包括风速传感器（18）、风载荷输入单元伺服电机（19）、风载荷输入单元伺服电机编码器（20）、风载荷输入单元伺服电机联轴器（21）、风载荷输入单元伺服电机减速器（22）、叶轮编码器（23）、风载荷输入单元支撑台（24）、叶轮（25）、空气导流管道（26）、空气导流管道支撑台（27），风载荷输入单元安装于支撑台（24）上，置于制动盘另一侧，与热载荷输入单元相对于制动盘对称安装；伺服电机（19）通过编码器（20）、联轴器（21）、减速器（22）、编码器（23）与叶轮（25）相连，叶轮（25）位于空气导流管道（26）中，伺服电机（19）带动叶轮（25）转动抽取外界空气进入导流管道（26）经导流作用形成空气流场以模拟列车制动中制动盘受到的实际空气流场；风速传感器（18）安装于导流管出风口用于测量空气流场速度，编码器（20）、（23）分别用于测量伺服电机（19）和叶轮（25）的转速。

7.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述控制单元包括制动盘驱动单元电控系统、热载荷输入单元控制系统、风载荷输入单元控制系统；三个系统共享人机界面和显示打印装置；系统工作完成后，工业控制计算机统一显示和打印实验结果，全部数据以文件的形式进行存储。

8.如权利要求7所述的试验装置，其特征在于：所述制动盘驱动单元电控系统包括工业控制计算机、人机界面、控制算法、计数卡、精密电机驱动卡、数据处理、显示打印装置、环境监测传感器，其中：工业控制计算机作为控制中央，实现人机对话、控制实施、运算打印功能；计数卡通过工业控制计算机对编码器（2）和编码器（7）进行采集、记录和判断；精密电机驱动卡则根据工业控制计算机信号对伺服电机实施控制；环境监测传感器记录系统工作的环境参数，用以对系统进行标定、补充。

9.如权利要求7所述的试验装置，其特征在于：所述热载荷输入单元控制系统包括工业控制计算机、人机界面、控制算法、多路AD/DA卡、计数卡、电源系统、整流器、滤波器、脉冲发生器、功率放大器、PWM控制电路、驱动电路，其中：AD/DA卡对系统温度传感器和电流检测器信号进行实时采集、滤波、放大、存储；电源系统输出的交流电经整流器、滤波器后变成直流电，通过脉冲发生器变成脉冲电流，经功率放大器后输入线圈（17）；脉冲电流的频率和幅值由PWM电路控制，控制信号由工业控制计算机根据编码器（7）的读数和电流检测器的读数经控制算法计算后发出。

10.如权利要求7所述的试验装置，其特征在于：所述风载荷输入单元控制系统包括工业控制计算机、人机界面、控制算法、计数卡、AD/DA卡、精密电机驱动卡、数据处理、显示打印装置、环境监测传感器，其中：工业控制计算机作为控制中央，实现人机对话、控制实施、运算打印等功能；AD/DA卡对系统风速传感器信号进行实时采集、滤波、放大、存储等；计数卡通过工业控制计算机对编码器（7）、编码器（20）和编码器（23）进行采集、记录和判断；精密电机驱动卡则根据工业控制计算机信号对伺服电机实施控制；环境监测传感器记录系统工作的环境参数，用以对系统进行标定、补充。

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