CN103267648B - 铁道车辆转向架蛇行运动实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以更深入的进行铁道车辆转向架蛇行运动教学、研究的铁道车辆转向架蛇行运动实验台。为此，本发明的铁道车辆转向架蛇行运动实验台包括轨道和安装在轨道上并可沿其运动的转向架，所述转向架包括前后轮对以及连接该前后轮对的构架，所述轨道具有可模拟实际轨道线路的测试段，试验台上设有当转向架在该测试段上运行时，用于获取构架运动参数的第一感应模块和/或用于获取前方轮对运动参数的第二感应模块和/或用于获取后方轮对运动参数的第三感应模块，所述第一感应模块和/或第二感应模块和/或第三感应模块与数据处理系统信号连接，用于计算并输出构架和/或前方轮对和/或后方轮对的横摆及摇头运动的相关数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于教学、科研的铁道车辆转向架蛇行运动实验台。
背景技术
铁道车辆的蛇行运动特性是其动力学性能中的一项重要指标，直接影响到车辆的设计和运行速度的提高。对于铁路相关高校和其他教学机构而言，为学员提供真实的车辆蛇行运动演示，通过实验数据测量与处理，真正认识蛇行运动是非常重要的。对于铁路相关的研究单位而言，可通过转向架蛇行运动实验与数值仿真，将理论与实践相结合，研究转向架蛇行运动的影响因素，探寻新的理论与计算方法，进一步推动铁道车辆蛇行运动的研究，能够为铁道车辆的设计提供一定的参考。而目前可进行铁道车辆蛇行运动实验的主要设备有机车车辆整车滚动振动试验台、动车组转向架滚动振动式试验台、转向架临界速度试验台，这些实验设备不能采集反映转向架运动过程的蛇行运动相关数据，难以深入进行转向架蛇行运动平稳性的研究。鉴于这些实验缺乏直观性和可操作性，很难用于教学。目前，对于蛇行运动的教学大多仅限于课堂讲解，而缺乏实验环节，学生的学习效果不佳。
发明内容
本发明旨在提供一种可以更深入的进行铁道车辆转向架蛇行运动教学、研究的铁道车辆转向架蛇行运动实验台。
为此，本发明的铁道车辆转向架蛇行运动实验台包括轨道和安装在轨道上并可沿其运动的转向架，所述转向架包括前后轮对以及连接该前后轮对的构架，所述轨道具有可模拟实际轨道线路的测试段，试验台上设有当转向架在该测试段上运行时，用于获取构架运动参数的第一感应模块和/或用于获取前方轮对运动参数的第二感应模块和/或用于获取后方轮对运动参数的第三感应模块，所述第一感应模块和/或第二感应模块和/或第三感应模块与数据处理系统信号连接，用于计算并输出构架和/或前方轮对和/或后方轮对的横摆及摇头运动的相关数据。
作为第一感应模块的一种具体结构，所述第一感应模块包括分别设定在所述测试段前方和侧方的纵向距离感应板和横向距离感应板，设定在构架上用于测量与横向距离感应板之间横向距离的红外线位移传感器，以及设定在构架上的左右两个分别用于测量与纵向距离感应板之间纵向距离的红外线位移传感器；上述这些红外线位移传感器分别与数据处理系统信号连接。
作为第三感应模块的一种具体结构，所述第三感应模块包括设定在所述测试段侧方的横向距离感应板，分别设定在构架左右两侧的构架测试感应板，设定在后方轮对轴箱上用于测量与横向距离感应板之间横向距离的红外线位移传感器，以及设定在后方轮对左右两轴箱上分别用于测量与对应构架测试感应板之间纵向距离的红外线位移传感器；上述这些红外线位移传感器分别与数据处理系统信号连接。
作为第二感应模块的一种具体结构，所述第二感应模块包括分别设定在所述测试段前方和侧方的纵向距离感应板和横向距离感应板，设定在前方轮对轴箱上用于测量与横向距离感应板之间横向距离的红外线位移传感器，以及设定在前方轮对左右两轴箱上分别用于测量与纵向距离感应板之间纵向距离的红外线位移传感器；上述这些红外线位移传感器分别与数据处理系统信号连接。
作为对上述铁道车辆转向架蛇行运动实验台的进一步改进，所述轨道的两端为坡段，中间为平段，所述两坡段分别朝平段方向向下倾斜，所述测试段位于该平段上；其中一坡段作为转向架启动时的加速段，该加速段处设有用于将转向架提升至加速段坡道上某一设定高度处的提升装置以及将转向架保持在该设定高度的止挡装置；另一坡段作为转向架制动时的缓冲段，该缓冲段处设有用于转向架制动的制动装置。
作为提升装置的一种具体结构，所述提升装置包括支架、旋转手柄、转轴装置和牵引绳，所述支架位于加速段轨道的起始端，转轴装置通过轴承安装在支架上，旋转手柄与转轴装置连接并带动其旋转，牵引绳的一端与转向架连接，另一端缠绕在转轴装置上。
作为止挡装置的一种具体结构，所述止挡装置包括平移装置、升降杆、旋转臂和止挡块，所述平移装置位于加速段轨道的下方并可沿轨道纵向移动，所述旋转臂沿轨道横向设置并通过轴承安装在平移装置上，可伸缩的升降杆安装在旋转臂上并与旋转臂形成一定角度，止挡块通过连杆安装在升降杆上，当转向架在加速段上所处的高度不同时，通过调整平移装置和升降杆的位置依然可实现在转动旋转臂的条件下通过止挡块对转向架车轮的摩擦止挡。
作为制动装置的一种具体结构，所述制动装置位于缓冲段轨道的内侧，其包括可伸缩的弹性支撑臂、制动轨、支座和收缩杠杆机构，在缓冲段轨道的内侧设有左右两根所述制动轨，这两根制动轨之间连有多根均横向设置并沿轨道纵向间隔排列的所述弹性支撑臂，所述收缩杠杆机构设置在支座上，其具有主拉杆和分布在主拉杆上的多根支部连接杆，这些支部连接杆的一端与对应制动轨活动连接，另一端与主拉杆活动连接，当主拉杆不受作用力时，两侧制动轨在弹性支撑臂的作用下向外扩展，从而挤压从缓冲段轨道经过的转向架车轮的内侧面，起到对转向架制动的作用，当拉动主拉杆时，这些支部连接杆将带动两侧制动轨在弹性支撑臂的导向下向内收缩，从而远离从缓冲段轨道经过的转向架车轮的内侧面。
本发明的铁道车辆转向架蛇行运动实验台能够采集不同结构的转向架蛇行运动相关数据。例如，当转向架前后轮对的轴箱与构架为固定连接形式时，通过第一感应模块、第二感应模块或第三感应模块可以获得转向架的运动参数，进而计算出转向架的横摆及摇头运动的相关数据，从而实现对转向架蛇行运动的数据的采集，为教学、研究提供帮助。当转向架前后轮对的轴箱与构架为活动连接形式时，通过第一感应模块、第二感应模块和第三感应模块可以分别获得前方轮对、后方轮对以及构架的运动参数，进而计算出前方轮对、后方轮对以及构架的横摆及摇头运动的相关数据。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实验台具体实施方式的整体组成结构框图。
图2为本发明实验台中轨道部分具体实施方式的结构示意图。
图3为本发明实验台中转向架部分具体实施方式的结构示意图。
图4为本发明实验台中提升装置部分具体实施方式的结构示意图。
图5为本发明实验台中止挡装置部分具体实施方式的结构示意图。
图6为本发明实验台中制动装置部分具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
如图1至6所示，铁道车辆转向架蛇行运动实验台包括轨道1和安装在轨道1上并可沿其运动的转向架2，所述转向架2包括前后轮对201以及连接该前后轮对201的构架202，前后轮对201的轴箱与构架202之间安装有轴箱弹簧定位装置203，所述轨道1具有可模拟实际轨道线路的测试段1a，实验台上设有当转向架2在该测试段1a上运行时，用于获取构架202运动参数的第一感应模块，用于获取前方轮对201运动参数的第二感应模块以及用于获取后方轮对201运动参数的第三感应模块，所述第一感应模块、第二感应模块和第三感应模块与数据处理系统3信号连接，用于计算并输出构架202、前方轮对201和后方轮对201的横摆及摇头运动的相关数据，所述轨道1的两端为坡段，中间为平段，所述两坡段分别朝平段方向向下倾斜，所述测试段1a位于该平段上；其中一坡段作为转向架2启动时的加速段1b，该加速段1b处设有用于将转向架2提升至加速段1b坡道上某一设定高度处的提升装置4以及将转向架2保持在该设定高度的止挡装置5；另一坡段作为转向架2制动时的缓冲段1c，该缓冲段1c处设有用于转向架2制动的制动装置6。上面这种结构的铁道车辆转向架蛇行运动实验台通过止挡装置5将转向架2保持在设定高度，松开止挡装置5后转向架2在加速段1b坡道上自行的溜放，无需在外部施加驱动力，当转向架2运动至缓冲段1c轨道时，通过制动装置6以及坡道缓冲共同作用实现转向架2的制动；当转向架2在该测试段1a上运行时，第一感应模块，第二感应模块和第三感应模块分别获得前方轮对、后方轮对以及构架的运动参数，进而计算出前方轮对、后方轮对以及构架的横摆及摇头运动的相关数据，进而通过数据处理系统3计算并输出构架202、前方轮对201和后方轮对201的横摆及摇头运动的相关数据。
实施例
参照图2，V形轨道1由钢轨101、轨枕102和支柱103组成，包括加速段1b、测试段1a以及缓冲段1c，缓冲段1c两侧安装横向距离感应板7，缓冲段1c的末端安装有纵向距离感应板（图中未示出）。参照图3，转向架2由前后两轮对201、构架202、轴箱弹簧定位装置203、构架测试感应板204以及多个红外线位移传感器205组成，其中的构架测试感应板204分别设定在构架202左右两侧，转向架构架两侧梁的前端各安装一个红外线位移传感器，用于分别感应与纵向距离感应板的纵向距离x1、x2；转向架构架一侧梁端部的上方安装一个感应与轨道一侧横向距离感应板7之间横向距离y1的红外线位移传感器；前一轮对的两轴箱端部各安装一个分别感应与纵向距离感应板之间纵向距离x3、x4的红外线位移传感器，前一轮对的一轴箱端部安装一个感应与横向距离感应板7之间横向距离y2的红外线位移传感器；后一轮对的两轴箱端部各安装一个分别感应与对应构架测试感应板204之间纵向距离x5、x6的红外线位移传感器，后一轮对的一轴箱端部安装一个感应与横向距离感应板7之间横向距离y3的红外线位移传感器。数据处理系统3由计算机、数据接收器和仿真软件组成，其根据所测数据和构架与两个轮对的横摆运动、摇头运动的运动方程编制数值仿真软件，每一次测试完成后，可绘制出构架与两个轮对的横摆运动、摇头运动的运动轨迹。
参照图3，所测的数据如表1所示。已知参数的表示规定：
l为y1测试传感器与构架中心的纵向距离；
b为横向距离感应板7与线路中心的距离；
bf为y1测试传感器与构架中心的横向距离；
bw1为y2测试传感器与前轮对中心的横向距离；
bw2为y3测试传感器与后轮对中心的横向距离；
df为x1、x2测试传感器之间的横向距离；
dw1为x3、x4测试传感器之间的横向距离；
dw2为x5、x6测试传感器之间的横向距离。
所有距离参数的单位均为mm。
表1：测试参数表
| 符号 | 参数说明 |
| x1，x2 | 构架两侧梁端部位移传感器分别与纵向距离感应板的纵向距离 |
| x3，x4 | 前一轮对两轴箱端部位移传感器分别与纵向距离感应板之间的纵向距离 |
| x5，x6 | 后一轮对两轴箱端部位移传感器分别与构架位移感应板之间的纵向距离 |
| y1 | 构架一侧梁端部位移传感器与横向距离感应板之间的横向距离 |
| y2 | 前轮对一轴箱端部位移传感器与横向距离感应板之间的横向距离 |
| y3 | 后轮对一轴箱端部位移传感器与横向距离感应板之间的横向距离 |
转向架的蛇行运动数值计算公式如表2所示。
表2：转向架蛇行运动数值计算公式表
参照图4，提升装置4包括支架401、旋转手柄402、转轴装置403和牵引绳404，所述支架401位于加速段1b轨道的起始端，转轴装置403通过轴承安装在支架401上，旋转手柄402与转轴装置403连接并带动其旋转，牵引绳404的一端与转向架2连接，另一端缠绕在转轴装置403上。具体的，支架由型钢组焊而成，转轴装置两端通过轴和轴承安装在支架上，旋转手柄的杆结构与转轴装置焊接相连。牵引绳一端与转轴连接，另一端与被牵引的转向架的一车轴相连。
参照图5，止档装置5包括平移装置501、升降杆502、旋转臂503和止挡块504，所述平移装置501位于加速段1b轨道的下方并可沿轨道纵向移动，所述旋转臂503沿轨道横向设置并通过轴承安装在平移装置501的上，可伸缩的升降杆502安装在旋转臂503上并与旋转臂503形成一定角度，止挡块504通过连杆安装在升降杆502上，当转向架2在加速段1b上所处的高度不同时，通过调整平移装置501和升降杆502的位置依然可实现在转动旋转臂503的条件下通过止挡块504对转向架2车轮的摩擦止挡。具体的，平移装置底板的两侧安装滑轮，滑轮安装在铁制滑槽内，在每一固定位置安装平移装置锁闭装置；在平移装置上方焊接轴承安装座，旋转臂通过轴承安装在平移装置的轴承安装座上；升降杆采用钢管，通过螺栓与旋转臂安装杆连接，选择升降杆的不同连接孔，可以确定不同的高度；止挡块和一杆焊接，该杆与升降杆焊接。
参照图6，制动装置6包括位于缓冲段1c轨道的内侧，其包括可伸缩的弹性支撑臂601、制动轨602、支座603和收缩杠杆机构604，在缓冲段1c轨道的内侧设有左右两根所述制动轨602，这两根制动轨602之间连有多根均横向设置并沿轨道纵向间隔排列的所述弹性支撑臂601，所述收缩杠杆机构604设置在支座603上，其具有主拉杆和分布在主拉杆上的多根支部连接杆，这些支部连接杆的一端与对应制动轨602活动连接，另一端与主拉杆活动连接，当主拉杆不受作用力时，两侧制动轨602在弹性支撑臂601的作用下向外扩展，从而挤压从缓冲段1c轨道经过的转向架2车轮的内侧面，起到对转向架2制动的作用，当拉动主拉杆时，这些支部连接杆将带动两侧制动轨602在弹性支撑臂601的导向下向内收缩，从而远离从缓冲段1c轨道经过的转向架2车轮的内侧面。具体的，弹性支撑臂由大小两个钢管和中间的钢弹簧组成，两根钢管分别与两侧的制动轨焊接，小钢管放入大钢管内，大小钢管间安装钢弹簧。制动轨与轨道所用钢轨的型式相同，轨面处于竖直位置，制动轨放置在涂刷润滑油的钢板上。支座采用钢板组焊成的箱形结构，通过螺栓与轨枕固定连接。收缩杠杆机构的连接杆与制动轨上焊接的连接座铰接，连接杆与拉杆上焊接的连接座铰接；拉杆穿过支座孔，在活动关节处和杆孔接触处均涂刷润滑油；拉杆的端部焊接一铁环，供撬杆移动拉杆用；在线路上安装一拉杆锁闭装置，在制动装置处于非工作状态时该锁闭装置固定拉杆的位置。
上述提升装置4将牵引绳404与转向架相连，通过旋转手柄402转动转轴装置403，从而将停在直线轨道上的转向架提升到预定高度位置。上述止挡装置5通过平移装置501实现纵向平行移动，以满足转向架停止在不同高度的需求，升降杆502可调整止挡块504的高度，转动旋转臂503可实现转向架的坡道止挡和溜放功能。上述制动装置6有工作和非工作两种状态，当弹性支撑臂601自由伸展时，制动装置处于工作状态，若转向架通过该装置，轮对的两车轮内侧会挤压制动轨602，从而车轮内侧与制动轨之间将产生摩擦，将转向架的动能转换成摩擦产生的热能耗散掉，实现制动功能；拉动收缩杠杆机构604，两制动轨将受到向内的外作用力并克服弹性支撑臂的弹性力，使两制动轨向内移动，当移动到规定位置后，固定收缩杠杆机构，此时，制动装置处于非工作状态，当转向架通过时制动轨与车轮的内侧不再接触。
Claims (7)
1.铁道车辆转向架蛇行运动实验台，包括轨道(1)和安装在轨道(1)上并可沿其运动的转向架(2)，所述转向架(2)包括前后轮对(201)以及连接该前后轮对(201)的构架(202)，其特征在于：所述轨道(1)具有可模拟实际轨道线路的测试段(1a)，试验台上设有当转向架(2)在该测试段(1a)上运行时，用于获取构架(202)运动参数的第一感应模块和/或用于获取前方轮对(201)运动参数的第二感应模块和/或用于获取后方轮对(201)运动参数的第三感应模块，所述第一感应模块和/或第二感应模块和/或第三感应模块与一数据处理系统(3)信号连接，用于计算并输出构架(202)和/或前方轮对(201)和/或后方轮对(201)的横摆及摇头运动的相关数据；所述第一感应模块包括分别设定在所述测试段(1a)前方和侧方的纵向距离感应板和横向距离感应板(7)，设定在构架(202)上用于测量与横向距离感应板(7)之间横向距离(y1)的红外线位移传感器，以及设定在构架(202)上的左右两个分别用于测量与纵向距离感应板之间纵向距离(x1、x2)的红外线位移传感器；上述这些红外线位移传感器分别与数据处理系统(3)信号连接。
2.如权利要求1所述的铁道车辆转向架蛇行运动实验台，其特征在于：所述第三感应模块包括设定在所述测试段(1a)侧方的横向距离感应板(7)，分别设定在构架(202)左右两侧的构架测试感应板(204)，设定在后方轮对(201)轴箱上用于测量与横向距离感应板(7)之间横向距离(y3)的红外线位移传感器，以及设定在后方轮对(201)左右两轴箱上分别用于测量与对应构架测试感应板(204)之间纵向距离(x5、x6)的红外线位移传感器；上述这些红外线位移传感器分别与数据处理系统(3)信号连接。
3.如权利要求1或2所述的铁道车辆转向架蛇行运动实验台，其特征在于：所述第二感应模块包括分别设定在所述测试段(1a)前方和侧方的纵向距离感应板和横向距离感应板(7)，设定在前方轮对(201)轴箱上用于测量与横向距离感应板(7)之间横向距离(y2)的红外线位移传感器，以及设定在前方轮对(201)左右两轴箱上分别用于测量与纵向距离感应板之间纵向距离(x3、x4)的红外线位移传感器；上述这些红外线位移传感器分别与数据处理系统(3)信号连接。
4.如权利要求1所述的铁道车辆转向架蛇行运动实验台，其特征在于：所述轨道(1)的两端为坡段，中间为平段，所述两坡段分别朝平段方向向下倾斜，所述测试段(1a)位于该平段上；其中一坡段作为转向架(2)启动时的加速段(1b)，该加速段(1b)处设有用于将转向架(2)提升至加速段(1b)坡道上某一设定高度处的提升装置(4)以及将转向架(2)保持在该设定高度的止挡装置(5)；另一坡段作为转向架(2)制动时的缓冲段(1c)，该缓冲段(1c)处设有用于转向架(2)制动的制动装置(6)。
5.如权利要求4所述的铁道车辆转向架蛇行运动实验台，其特征在于：所述提升装置(4)包括支架(401)、旋转手柄(402)、转轴装置(403)和牵引绳(404)，所述支架(401)位于加速段(1b)轨道的起始端，转轴装置(403)通过轴承安装在支架(401)上，旋转手柄(402)与转轴装置(403)连接并带动其旋转，牵引绳(404)的一端与转向架(2)连接，另一端缠绕在转轴装置(403)上。
6.如权利要求4所述的铁道车辆转向架蛇行运动实验台，其特征在于：所述止挡装置(5)包括平移装置(501)、升降杆(502)、旋转臂(503)和止挡块(504)，所述平移装置(501)位于加速段(1b)轨道的下方并可沿轨道纵向移动，所述旋转臂(503)沿轨道横向设置并通过轴承安装在平移装置(501)的上，可伸缩的升降杆(502)安装在旋转臂(503)上并与旋转臂(503)形成一定角度，止挡块(504)通过连杆安装在升降杆(502)上，当转向架(2)在加速段(1b)上所处的高度不同时，通过调整平移装置(501)和升降杆(502)的位置依然可实现在转动旋转臂(503)的条件下通过止挡块(504)对转向架(2)车轮的摩擦止挡。
7.如权利要求4所述的铁道车辆转向架蛇行运动实验台，其特征在于：所述制动装置(6)位于缓冲段(1c)轨道的内侧，其包括可伸缩的弹性支撑臂(601)、制动轨(602)、支座(603)和收缩杠杆机构(604)，在缓冲段(1c)轨道的内侧设有左右两根所述制动轨(602)，这两根制动轨(602)之间连有多根均横向设置并沿轨道纵向间隔排列的所述弹性支撑臂(601)，所述收缩杠杆机构(604)设置在支座(603)上，其具有主拉杆和分布在主拉杆上的多根支部连接杆，这些支部连接杆的一端与对应制动轨(602)活动连接，另一端与主拉杆活动连接，当主拉杆不受作用力时，两侧制动轨(602)在弹性支撑臂(601)的作用下向外扩展，从而挤压从缓冲段(1c)轨道经过的转向架(2)车轮的内侧面，起到对转向架(2)制动的作用，当拉动主拉杆时，这些支部连接杆将带动两侧制动轨(602)在弹性支撑臂(601)的导向下向内收缩，从而远离从缓冲段(1c)轨道经过的转向架(2)车轮的内侧面。
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