CN103674585A

CN103674585A - 轨道车辆运行性能测试装置

Info

Publication number: CN103674585A
Application number: CN201310641907.1A
Authority: CN
Inventors: 余进; 刘韶庆; 邓小军; 徐跃; 姚非; 刘先恺
Original assignee: CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: CN103674585B

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆运行性能测试装置，包括试验平台和安装于所述试验平台上的用于模拟不同线路情况的自由度激振装置，在待试验列车的每个转向架下方各设置有所述试验平台，所述自由度激振装置由垂向激振装置和/或横向激振装置和/或纵向激振装置组成，在所述列车的内部安置有配重设备。本发明可以针对各种不同轨距、各种不同铁道车辆进行试验，最大限度的使用试验装置，节约试验资金，确保测试结果精确，另外，该装置可以根据实际情况来模拟不同的线路曲线、各种不同的斜坡及不同的线路超高等，使其达到真实的线路运行情况，以此来模拟被试车辆在真实的线路中的实际运行情况，从而来测量其曲线通过性能、垂向减震器性能及柔度系数，为列车运行性能研究提供更加真实有效的试验数据，对确保高速铁路安全运营等具有十分重要意义。

Description

轨道车辆运行性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆性能测试装置，特别涉及一种可以同时测量垂向减震性能、曲线通过能力及柔度系数的轨道车辆运行性能测试装置，属于轨道车辆制造技术领域。

背景技术

随着铁路运输的发展，铁路已经铺设到全国各个地区，由于我国国土面积较大，地形地貌也有较大差异，因此铁路在修建中出现了各种不同的曲线道路，比如S形曲线，竖凸曲线，竖凹曲线等，为了较好的适应各种线路，保证各种车辆可以在各种曲线弯道中安全的运营，车辆设计中考虑车辆的曲线通过能力。而且，随着铁路运输向高速重载的发展，使列车运行的振动加剧，各部件的服役环境恶化，暴露在转向架、轮轴和车体等的结构强度问题逐渐增多，特别是在高速列车所要求的结构轻量化后，结构强度问题也将更加突出，同时乘客对乘坐的舒适性提出了越来越高的要求。另外，为了解决这种车辆高速化带来的问题，在车辆上安装了抗侧滚扭杆装置来保证车辆高速通过曲线及隧道的能力。为了从根本上解决这种车辆高速化带来的问题，需要对车辆本身的柔性系数、曲线通过能力及垂向减震性能等运行性能进行测试。

目前为止，铁路机车车辆曲线通过能力、垂向减震性能及柔性系数等运行性能的测试研究所采用的试验方法主要有：

一、实际车辆在特定的实际线路上进行试验，虽然该试验方法可进行真车实线测试研究，但具有很多的弊端，主要有：试验中很多轨道线路参数无法精确测量，试验参数如车辆的负载等不能随意调节或改变；受线路外界情况影响较大，影响线路的正常运行，导致此路段仅能供于试验使用，影响正常的铁路运输及运营；每进行一次试验需要将车辆运送到指定的线路，以及将被试车辆配重到空车及重车状态等所需要的时间周期极长；由于以上一系列问题导致的试验成本昂贵，代价太高等等。

二、室内试验研究，又分为：

仿真计算的研究，通过计算机专用软件如Simpack，Adams等动力学分析软件模拟列车轨道坡度的倾斜状况，在软件中建立需要分析的车辆模型来计算仿真其曲线通过能力、垂向减震性能及柔度系数。此种方法比较简单，但是软件模拟仅仅是理想状况，不能完全的考虑实际列车的悬挂系统及受力状况，因此跟实际试验有一定的差距。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种轨道车辆运行性能测试装置，整体结构简单，成本低、测试效率高，可以针对不同轨道条件和不同车辆状态进行试验。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种轨道车辆运行性能测试装置，包括试验平台和安装于所述试验平台上的用于模拟不同线路情况的自由度激振装置，在待试验列车的每个转向架下方各设置有所述试验平台，所述自由度激振装置由垂向激振装置和/或横向激振装置和/或纵向激振装置组成，在所述列车的内部安置有配重设备。

进一步，所述配重设备为若干个具有一定重量的形状规则的金属块。

进一步，所述试验平台包括顶板和底板，所述垂向激振装置、横向激振装置和纵向激振装置设置在所述顶板和底板之间，所述列车放置在所述顶板上。

进一步，在每个试验平台中设置二个或三个垂向激振装置，其中，两个垂向激振装置沿车体宽度方向对称设置在转向架中心的下方，另一个垂向激振装置设置在转向架有前方。

进一步，在所述底板的后部竖立有后壁板，所述后壁板的顶部与顶板的两侧的侧面之间各连接有一个所述纵向激振装置。

进一步，在所述底板的右侧立有一个右筋板，在顶板的的左侧下方设有左筋板，在右筋板的顶部与左筋板之间连接有一个所述横向激振装置。

进一步，在所述顶板和底板之间还设置有两个空气弹簧，所述空气弹簧的底部通过底座与所述底板固定一，所述空气弹簧的顶部通过顶杆与所述顶板固定连接。

进一步，在所述顶板上沿车体宽度的方向设置有相互平行的多个通长的轨道形槽，不同规格车辆的轮对落在试验平台后，用斜锲与轮对相应位置的所述轨道形槽配合将列车与顶板固定。

进一步，所述垂向激振装置、横向激振装置、纵向激振装置均为液压作动器。

综上内容，本发明所述的一种轨道车辆运行性能测试装置，与现有技术相比，具有如下优点：

（1）该种测试方法可以针对各种不同轨距（如1435mm、1000mm及1676mm等轨距）的，各种不同铁道车辆（如机车、动车、拖车及地铁等铁道车辆）进行试验，最大限度的使用试验装置，节约试验资金，确保测试结果精确，该方法能够实现不同的轨道条件、不同车辆状态下的运行性能测试研究，对确保高速铁路安全运营等具有十分重要意义。

（2）该装置可以根据实际情况来模拟不同的线路曲线、各种不同的斜坡及不同的线路超高等，使其达到真实的线路运行情况，以此来模拟被试车辆在真实的线路中的实际运行情况，从而来测量其曲线通过性能、垂向减震器性能及柔度系数，为列车运行性能研究提供更加真实有效的试验数据，对确保高速铁路安全运营等具有十分重要意义。

（3）该试验方法可以进行多次反复试验，试验过程中所用的时间周期短，需要的人力，物力等成本较低，而试验的效率较高。

（4）该方法不影响列车的正常运行，便于实施。

附图说明

图1是本发明曲线通过性能测试装置结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明试验平台结构示意图；

图4是图3的侧视图。

如图1至图4所示，试验平台1，列车2，转向架3，轮对4，斜锲5，配重块6，顶板7，底板8，垂向作动器9，横向作动器10，纵向作动器11，轨道形槽12，后壁板13，右筋板14，左筋板15，空气弹簧16。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1和图2所示，一种轨道车辆运行性能测试装置，包括试验平台1，在试验平台1上安装有用于模拟不同线路情况的自由度激振装置，每辆待试验列车1的下方设置两个试验平台1，即每个转向架3下方各设置有一个试验平台1，每个转向架3在试验时落在相应的试验平台1上，自由度激振装置由垂向作动器和/或横向作动器和/或纵向作动器组成。

试验时，在列车2的内部放置配重设备，本实施例中，配重设备优选采用配重块6，在列车2的内部配装有本配重块6，通过放置不同重量的配重块6，可以模拟列车2的实际状态，即根据车辆空车、重车等状态添加或减少相应配重块6的数量，以使车体达到试验所需的状态要求，实现在同一试验平台1上针对不同车辆状态进行试验。本实施例中，配重块6优选使用具有一定质量的形状规则的金属块，一般可采用铁块，这样取放均非常方便,而且规则的铁块可以最大限度的节约试验台的空间，同时可以反复进行利用，也节约了试验资金。

如图3和图4所示，每个试验平台1均包括项板7和底板8，顶板7和底板8之间设置多个垂向激振装置、横向激振装置和纵向激振装置，本实施例中，优选采用结构简单、控制方便的垂向作动器9、横向作动器10和纵向作动器11。垂向作动器9、横向作动器10和纵向作动器11的共同作用实现试验平台1的六自由度激振能力。

本实施例中，每个试验平台1上安装二个或三个垂向作动器9，即每列列车2配备四个或六个垂向作动器9。在做曲线通过能力测试时，在每个试验平台1中设置三个垂向作动器9中，有两个垂向作动器9用于产生垂向平动自由度，该两个垂向作动器9沿车体的宽度方向对称设置，设置在转向架3中心的位置下方，另一个垂向作动器9用于产生点头自由度；在做垂向减振性能测试和柔度系数测试时，仅需要配备两个垂向作动器9，该两个垂向作动器9沿车体的宽度方向对称设置，设置在转向架3中心的位置下方。列车2则固定安装在顶板7上，由垂向作动器9支撑顶板7及其上的列车2。垂向作动器9采用液压作动器，通过控制液压来控制垂向作动器9在垂直方向上的动作，使顶板7上升或下降一定高度，三个垂向作动器9可以分别控制。

每个试验平台1中，在底板8的后部竖立有后壁板13，后壁板13的顶部与顶板7的两侧的侧面之间各连接有一个纵向作动器11，即每列列车2配备四个纵向作动器11，纵向作动器11采用液压作动器，通过控制液压来控制纵向作动器11在车体纵向上的动作，两个纵向作动器11分别用于产生纵向自由度和摇头自由度，多个纵向作动器11可以分别控制。

如图4所示，每个试验平台1中，在底板8的右侧立有一个右筋板14，在顶板7的的左侧下方设有左筋板15，在右筋板14的顶部与左筋板15之间连接有一个横向作动器10，用于产生横向自由度，横向作动器10设置在转向架中心线下方。横向作动器10也采用液压作动器。

在每个试验平台1中还设置有两个空气弹簧16，空气弹簧16的底部通过底座安装在试验平台1的底板8上，空气弹簧16的上部通过顶杆与试验平台1的顶板7固定连接，空气弹簧16起到解耦各向上的自由度和缓解冲击的作用。

为了提高试验平台1的通用性，顶板7的宽度大于目前正在使用的最宽的轨距，在顶板7上沿车体宽度的方向设置有相互平行的多个通长的轨道形槽12，轨道形槽12与轨道形状相同，真实地模拟了轨道，使试验结果更加真实可靠。不同规格车辆的轮对4落在试验平台1后，用斜锲5与轮对4相应位置的轨道形槽12配合固定，进而将列车2稳定固定在试验平台1上，列车2的安装非常方便，而且可以适用所有规格的列车2（如机车、动车、拖车及地铁等铁道车辆），适用不同的轨距（如1435mm、1000mm及1676mm等轨距）。

下面详细描述利用上述测试装置进行垂向减震性能测试的测试步骤：

A、将待试验的列车2放置在试验平台1上，并通过斜锲5与顶板7上的轨道形槽10相配合，将列车2的前后两个转向架3分别固定在前后两个试验平台1上。

B、根据试验要求，在列车2的内部放置相应重量的配重块6，使得列车2的车体达到试验所需的状态要求。

C、在待试验列车2的8个轴箱、构架的四个角及中部和车体中心垂向方向上分别布置加速度传感器及位移传感器。

D、分别控制四个垂向作动器9在垂向上动作一定位移量，使得试验平台1迅速的变为另一种轨道线路条件，进而模拟试验所需的各种轨道线路条件，具体的实施方式有如下几种：

1）控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前后两个试验平台1下方的四个垂向作动器9同时向下运动一定的高度，记录试验平台1顶板7下降的的位移量，同时通过布置的加速度传感器和位移传感器记录列车2的轴箱、构架和车体的垂向振动加速度及位移值。

2）控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前端的试验平台1下方的两个垂向作动器9同时向下运动一定的高度，后端的试验平台1下方的两个垂向作动器9保持位置不变，记录试验平台1下降的的位移量及列车2的轴箱、构架和车体的垂向振动加速度及位移值。

3）控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前后两个试验平台1下方的同一侧的两个垂向作动器9同时向下运动一定的高度，另一侧的两个垂向作动器9不变，记录试验平台1下降的的位移量及列车2的轴箱、构架和车体的垂向振动加速度及位移值。

4）控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前后两个试验平台1下方的相反一侧的两个垂向作动器9同时向下运动一定的高度，另外两个垂向作动器9不变，记录试验平台1下降的的位移量及列车2的轴箱、构架和车体的垂向振动加速度及位移值。

5）控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前端的试验平台1下方的一侧的一个垂向作动器9向下运动一定的高度，另一个垂向作动器9保持位置不变，后端的试验平台1下方的两个垂向作动器9也保持位置不变，记录试验平台1下降的位移量及列车的轴箱、构架和车体的垂向振动加速度及位移值。

E、根据各个工况下测试的加速度信号来判断该被试车辆的垂向减震器的性能。

F、根据试验的条件，改变步骤B及步骤D的条件，改变步骤D中各个工况的位移量等来测试被试列车不同状态下的垂向减震器性能。

通过以上试验中测得的加速度信号，可得到车辆的垂向平稳性指标W，从而用来考核和评估车辆的垂向减震性能，具体方法如下：

(1)车体振动加速度

车辆车体振动加速度应满足以下条件：

车体垂向加速度最大值 Acz≤2.5m/s²

车体垂向加速度均方根 sAcz≤0.75m/s²

(2)运行平稳性的评价

具体评价指标如下：

对以上测试得到的车体振动加速度信号进行分析，车体振动加速度包含多个频率成分，而其中单一频率的平稳性指标计算公式为：

W_{i} = 7.08 \sqrt[10]{\frac{{A_{i}}^{3}}{f_{i}} F (f_{i})}

式中：W_i----平稳性指标；

A_i-----振动加速度(g)；

f_i------振动频率(Hz)；

F(f_i)---频率修正系数，见表1。

表1

平稳性指标计算的频率范围为0.5～40Hz。

不同频率加速度的平稳性指标值按以下公式进行合成，

W = \sqrt[10]{Σ_{i = 1}^{n} {W_{i}}^{10}}

平稳性评价指标按表2分级，新造车辆平稳性指标不应低于2.5。

表2

平稳性等级	评定	平稳性指标
			1级	优	W<2.5
2级	良好	2.5<W<2.75
			3级	合格	2.75<W<3.0

下面详细描述利用上述测试装置进行曲线通过性能的测试步骤：

A、将两辆待试验的列车2分别对应安置于四个试验平台1上，并通过斜锲5与顶板7上的轨道形槽12相配合，将列车2的前后两个转向架3分别固定在前后两个试验平台1上。

B、根据试验要求，在两辆列车2的内部放置相应重量的配重块6，使得列车2的车体达到试验所需的状态要求。

C、检查初始状态下，两辆待试验的列车2是否出现干涉现象。

D、控制试验平台1，调节四个试验平台1下方的十二个垂向作动器9，将四个试验平台1高度达到同一高度，使两辆列车2的初始高度相同。

E、控制四个试验平台1下方的四个横向作动器10运动一定的位移量，使得四个试验平台1中心线不在车辆行驶前进的方向，模拟车辆通过曲线，同时按试验要求利用垂向作动器9模拟线路超高，进而真实反映实际运动线路情况。

F、记录四个试验平台1中四个横向作动器10运动的位移，计算形成的曲线半径，检查运动过程中两列列车2是否出现干涉现象，同时记录各个车轮的轮轨横向力Y和轮轨垂向力Q。

G、控制四个试验平台1下方的十二个垂向作动器9同时向下或者向上运动一定位移，形成新的曲线，检查运动过程中两列被试列车2是否出现干涉现象。

H、控制四个试验平台1下方的十二个垂向作动器9分别向上向下运动一定位移，形成新的曲线和超高，检查运动过程中两列被试列车2是否出现干涉现象。

I、根据试验条件重复步骤E至步骤H的工作，分别控制横向作动器10走行不同的位移，换算出曲线半径及监控过程中两列被试列车2是否出现干涉现象,同时记录各个车轮的轮轨横向力Y和轮轨垂向力Q。

根据以上测试过程中记录得到的轮轨横向力Y和轮轨垂向力Q，分析车辆曲线通过时的脱轨系数和轮重减载率。

1）车辆曲线脱轨系数的计算如下：

Y/Q≤0.8

其中，Y为车轮作用于钢轨上的横向力；

Q为车轮作用于钢轨上的垂向力；

评判方法：上面的脱轨系数限度值0.8适用于曲线半径大于250m的情况，当曲线半径小于250m时，脱轨系数限度值可放宽到1.2。

2）轮轴横向力应符合以下条件：

ΣY_2m≤10+P₀/3

式中，∑Y_2m是轮轴横向力；

P_o是静轴重。

3）最大轮轨垂向力应符合以下条件：

Q≤Q_lim=Q₀+90

式中，Q是轮轨垂向力；

Q₀是静轮重，以kN单位表示；

Q_lim是代表轮轨垂向力的极限值。

4）轮重减载率应符合以下条件：

\frac{dQ}{Q_{a}} \leq 0.65

(第一限度)

\frac{dQ}{Q_{a}} \leq 0.60

(第二限度)

其中，dQ为轮重减载量(kN)；

Q_a为增载和减载侧车轮的平均轮重(kN)；

上式中的第一限度为评定车辆运行安全的合格标准，第二限度为增大了安全裕量的标准。轮重减载率用于是否会因一侧车轮减载过大而导致脱轨(一般用于低速通过小半径曲线，横向力为零或接近于零的情况）。

下面详细描述利用上述测试装置进行柔度系数的测试步骤：

A、将待试验的列车2的前后转向架3对应安置于前后两个试验平台1上，并通过斜锲5与顶板7上的轨道形槽12相配合，将列车2的前后两个转向架3分别固定在前后两个试验平台1上。

C、在被试列车2端部平面的中心上方悬挂一个铅垂，并做好标记。

D、控制试验平台1下方的四个垂向作动器9行走一定的位移量，使得试验平台1的顶板7行成一个坡度。

具体的实施方式是：

1)控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前后两个试验平台1下方的四个垂向作动器9保持同一高度。记录试验平台1表面左右两侧的高度差，计算出试验平台1在左右方向上形成的角度δ。测量列车2端部表面上方悬挂铅垂线与步骤C中标记的位置形成的角度η。

2)控制前端试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得一个垂向作动器9向上运动一定的距离，另一个垂向作动器9保持位置不变，后端的试验平台1下方的两个垂向作动器9也保持位置不变。记录试验平台1表面左右两侧的高度差，计算出试验平台1在左右方向上形成的角度δ。测量列车2端部表面上方悬挂铅垂线与步骤C中标记的位置形成的角度η。

3)控制前端试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得一个垂向作动器9向下运动一定的距离，另一个垂向作动器9保持位置不变，后端的试验平台1下方的两个垂向作动器9也保持位置不变。记录试验平台1表面左右两侧的高度差，计算出试验平台1在左右方向上形成的角度δ。测量列车2端部表面上方悬挂铅垂线与步骤C中标记的位置形成的角度η。

4)控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前后两个试验平台1下方的同一侧的两个垂向作动器9向下运动一定的距离。记录试验平台1表面左右两侧的高度差，计算出试验平台1在左右方向上形成的角度δ。测量列车2端部表面上方悬挂铅垂线与步骤C中标记的位置形成的角度η。

5)控制试验平台1下方的两个垂向作动器9，使得前后两个试验平台1下方的同一侧的两个垂向作动器9向上运动一定的距离。记录试验平台1表面左右两侧的高度差，计算出试验平台1在左右方向上形成的角度δ。测量列车2端部表面上方悬挂铅垂线与步骤C中标记的位置形成的角度η。

6）、控制试验平台1下方的横向做动器10，使得前后两个试验平台1在横向方向产生一定的距离。重复上述1）至5）的工况条件，记录试验平台1表面左右两侧的高度差，计算出试验平台1在左右方向上形成的角度δ。测量列车2端部表面上方悬挂铅垂线与步骤C中标记的位置形成的角度η。

E、用步骤D中测量的角度η和角度δ相除即为该工况状态下的柔度系数；

F、根据试验的条件，改变步骤B及步骤D的条件，测试列车不同状态下的柔度系数。

柔韧性系数的定义如下：

S = \frac{η}{δ}

该种测试装置可以针对各种不同轨距、不同铁道车辆进行试验，可以最大限度的使用试验装置，通用性强，节约试验资金，而且可以保理论上测试结果精确，对确保高速铁路安全运营等具有十分重要意义。

在试验中，可以根据实际情况通过控制各个垂向作动器、横向作动器和纵向作动器的动作模拟不同的线路情况，也可以模拟各种不同的斜坡，然后将被试车辆配重，使其达到真实的线路运行情况，以此来模拟被试车辆在真实的线路中的实际运行状况，从而来测量其垂向减震器性能、曲线通过能力和柔度系数，为列车运行性能研究提供更加真实有效的试验数据。

另外，该试验方法可以进行多次反复试验，试验过程中所用的时间周期短，需要的人力，物力等成本较低，而试验的效率较高，在试验时不影响列车的正常运行，便于实施。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：包括试验平台和安装于所述试验平台上的用于模拟不同线路情况的自由度激振装置，在待试验列车的每个转向架下方各设置有所述试验平台，所述自由度激振装置由垂向激振装置和/或横向激振装置和/或纵向激振装置组成，在所述列车的内部安置有配重设备。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：所述配重设备为若干个具有一定重量的形状规则的金属块。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：所述试验平台包括顶板和底板，所述垂向激振装置、横向激振装置和纵向激振装置设置在所述顶板和底板之间，所述列车放置在所述顶板上。

4.根据权利要求3所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：在每个试验平台中设置二个或三个垂向激振装置，其中，两个垂向激振装置沿车体宽度方向对称设置在转向架中心的下方，另一个垂向激振装置设置在转向架有前方。

5.根据权利要求3所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：在所述底板的后部竖立有后壁板，所述后壁板的顶部与顶板的两侧的侧面之间各连接有一个所述纵向激振装置。

6.根据权利要求3所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：在所述底板的右侧立有一个右筋板，在顶板的的左侧下方设有左筋板，在右筋板的顶部与左筋板之间连接有一个所述横向激振装置。

7.根据权利要求2所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：在所述顶板和底板之间还设置有两个空气弹簧，所述空气弹簧的底部通过底座与所述底板固定一，所述空气弹簧的顶部通过顶杆与所述顶板固定连接。

8.根据权利要求2所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：在所述顶板上沿车体宽度的方向设置有相互平行的多个通长的轨道形槽，不同规格车辆的轮对落在试验平台后，用斜锲与轮对相应位置的所述轨道形槽配合将列车与顶板固定。

9.根据权利要求1所述的轨道车辆运行性能测试装置，其特征在于：所述垂向激振装置、横向激振装置、纵向激振装置均为液压作动器。