CN105738133A - 一种轨道车辆多功能制动动力试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能制动动力试验台，包括：底座；动力和惯量舱，其位于底座上，包括动力单元和机械惯量单元；第一试验舱，其位于底座上并安装在动力和惯量舱的一端；以及第二试验舱，其位于底座上并安装在动力和惯量舱的另一端，其中第一试验舱中的第一制动装置不同于第二试验舱的第二制动装置。本发明可用于高速列车和其它轨道车辆盘形制动、踏面制动、涡流制动或磁轨制动试验，1:1再现制动能量转化过程，实时测试制动性能。

Description

一种轨道车辆多功能制动动力试验台

技术领域

本发明涉及属于机电技术领域，特别地涉及高速列车或其它轨道车辆的多功能制动动力试验台。

背景技术

制动动力试验台是载运工具制动系统的关键试验设备。在制动动力试验台上，按照实际制动能量或一定比例配置负载并进行调速和制动；在制动能量的转化过程中，对制动装置进行各种性能测试和试验。

具体而言，制动动力试验台是一种惯性式动力试验系统，是为研究和测试制动装置而设计、建造的试验装备。制动动力试验台一般具有负载模拟、驱动调速、制动、数据采集与分析等功能。试验台的基本原理，是采用储能装置(如惯性轮)，模拟列车的制动质量(通常折算到一个制动单元)，由电机驱动惯性轴系转动，达到预定速度后由制动试件施加制动，从而再现列车的动能及制动能量的转化过程，并进行制动相关性能参数的测试。

摩擦制动包括踏面制动和盘形制动两种，是轨道车辆最基本的制动方式。摩擦制动在常用制动和紧急制动中均可应用，也是安全停车的最后保障。踏面制动是传统的基础制动方式，通过闸瓦与车轮踏面之间的相互摩擦而产生制动作用，在机车、客货车辆和城轨车辆上大量应用。盘形制动则通过闸片与制动盘之间的相互摩擦而产生制动作用，广泛用于高速列车、大功率机车、普通客车、快速货车及城轨车辆。

涡流制动和磁轨制动是轨道交通车辆的两种辅助制动方式。涡流制动利用磁感应原理，即金属导体在磁场中运动时，导体内会感应出电涡流，由电涡流产生的磁场使原来的主磁场发生畸变，生成切向的制动力，在不接触的情况下实现列车的制动。根据结构形式，可分为线性(轨道)涡流制动和旋转(盘式)涡流制动两种类型；根据励磁方式，又可分为电磁式涡流制动和永磁式涡流制动。涡流制动具有无机械磨损、无噪声、无气味、制动力可控等突出优点，既可用于快速制动或紧急制动，又可用于常用制动，可减小制动距离，提高行车安全性，并可减少机械制动的磨耗，运行经济性良好。线性涡流制动不依赖于轮轨粘着，在高速区段可发挥较大的制动力。因此，涡流制动是一种先进、有效的高速列车制动方式。

磁轨制动是通过安装在转向架上的电磁铁在磁吸力的作用下与钢轨接触并产生正压力，则列车运行时与钢轨表面产生摩擦力，达到制动的目的。尽管其制动力是通过摩擦产生的，但由于所施加的正压力是磁力，且制动力直接作用在钢轨上，因此为了与传统的摩擦制动相区别，称之为磁轨制动。磁轨制动也属于非粘着制动方式，并且制动电磁铁对钢轨面具有清扫作用，使轮轨粘着系数略有增加。但它是通过与钢轨的摩擦实现制动的，因而存在机械磨损，主要用于紧急制动。根据励磁方式，磁轨制动也可分为电磁式和永磁式两种类型。磁轨制动在国外被广泛地应用在动车组、机车、客车和城轨列车上，近年来国内的城轨车辆也引进并开始应用。

通常情况下，根据不同类型的制动装置，需要设计不同的试验装备，以满足相应的试验要求。现有试验设备以摩擦制动为主，例如日本、法国等国家建造的制动动力试验台，用于轨道车辆摩擦制动(即盘形制动和踏面制动)装置的试验。涡流制动或磁轨制动试验台则多为固定惯量形式，制动负载小且一般不可调节或调节范围很窄。例如，中国专利公开号CN2415359Y(2001年)和CN100395131C(2008年)等公开的试验台，用于轨道涡流制动试验。

传统的制动动力试验台采用纯机械惯量作为制动负载，为缩小惯量级差必须把惯量系统设计成增量组合形式，即采用不同转动惯量的飞轮组合。但是，这与试验需求惯量之间仍存在较大的误差，且使用灵活性差。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种轨道车辆多功能制动动力试验台，包括：底座；动力和惯量舱，其位于底座上，包括动力单元和机械惯量单元；第一试验舱，其位于底座上并安装在动力和惯量舱的一端；以及第二试验舱，其位于底座上并安装在动力和惯量舱的另一端，其中第一试验舱中的第一制动装置不同于第二试验舱的第二制动装置。

如上所述的试验台，其中第一试验舱可以安装摩擦制动或旋转涡流制动试件；第二试验舱可以安装线性涡流制动或磁轨制动试件。

如上所述的试验台，其中第一试验舱包括试件主轴、测力臂组件或试件安装架、轴承座、和扭矩传感器或力传感器；其中，试件主轴连接到机械惯量单元上，可安装制动盘、车轮或涡流制动感应盘；轴承座用来支撑试件主轴，测力臂组件或试件安装架上可安装制动夹钳、踏面制动缸或涡流制动电磁铁，测力臂组件或试件安装架通过轴承支承在试件主轴上并可绕试件主轴摆动，将制动力传递到安装在其下部的力传感器；扭矩传感器可安装在试件主轴与机械惯量单元的飞轮轴之间。

如上所述的试验台，其中第二试验舱包括轨道轮轴、轨道轮、轴承座、支撑架组件、和扭矩传感器或力传感器；其中轨道轮通过轨道轮轴安装到支撑在底座上的轴承座上，支撑架组件通过轴承与轨道轮轴连接并可以轨道轮轴为中心摆动，将制动力传递到安装在其前后下部的力传感器；扭矩传感器可安装在轨道轮轴与机械惯量单元的飞轮轴之间。

如上所述的试验台，其中轨道轮包括轮体、两组盘式轨道及连接件，其中盘式轨道外圆按照标准钢轨轨头的尺寸和形状设计，两组盘式轨道均通过连接件可拆卸地与轮体连接，轮体安装在轨道轮轴上。

如上所述的试验台，其中支撑架组件包括构架、磁极座、拉压力传感器、油缸和/或气缸、调节螺杆。其中，若采用力传感器测量线性涡流制动或磁轨制动的制动力，则构架通过轴承与轨道轮轴连接，并以轨道轮轴为中心摆动，将制动力传递给力传感器；若采用扭矩传感器测量线性涡流制动或磁轨制动的制动力，则构架直接固定在底座上。构架上设有垂向轨道，磁极座由油缸或气缸带动可沿该轨道上下移动，并将制动力传递给构架；油缸与拉压力传感器连接，用于测量涡流制动或磁轨制动的吸力或正压力。

如上所述的试验台，其中进一步包括冷却装置，其设置在轨道轮圆周外侧，用来向轨道轮均匀喷射冷却介质，以抑制轨道轮的升温。为防止冷却液飞溅且便于回收，可设计一个小型防护罩，将轨道轮和支撑架组件整体封闭在内。

如上所述的试验台，其中动力单元包括主电机、静摩擦驱动装置和紧急制动装置；其中，主电机通过控制系统拖动轴系按照预定的转速起动和运行；主电机采用双轴伸结构，两个输出端分别与静摩擦驱动装置及紧急制动装置连接。静摩擦驱动装置包括辅助电机和齿轮箱，通过联轴器与主电机和机械惯量单元连接，专用于静摩擦试验。

如上所述的试验台，其中紧急制动装置包括紧急制动轴、大功率制动盘、轴承座、制动夹钳、吊座和支架，两套或以上大功率制动盘安装在紧急制动轴上，通过轴承座获得支撑，吊座和支架固定在底座上，用来安装制动夹钳并承受制动力。

如上所述的试验台，其中机械惯量单元为两个，其分别布置在动力单元的两侧，每个惯量单元与动力单元连接，惯量单元可通过离合器与主轴系接合或分离。

如上所述的试验台，其中每个机械惯量单元包括：飞轮轴、固定飞轮、活动飞轮、构架、轴承座、吊具、飞轮固定装置；构架顶部设置有轨道并安装吊具，可实现活动飞轮的水平移动，以便实现活动飞轮与主轴的接合或分离；当活动飞轮接入主轴时，可通过螺栓相互连接，与轴一起转动；从主轴分离下来的飞轮放置在构架的支座上，并通过飞轮固定装置固定。

如上所述的试验台，进一步包括大型隔声防护罩，其通过隔墙将试验台主体结构分隔为第一试验舱、第二试验舱、动力与惯量舱三部分，具有安全防护和隔声的作用。

如上所述的试验台，进一步包括气动系统，其按照测控系统指令实时控制制动夹钳或踏面制动缸压力，实现空气制动；并控制悬挂气缸和紧急制动夹钳动作，实现磁极座和制动磁铁的提升、下降及机械紧急制动。

如上所述的试验台，进一步包括液压系统，其用来控制磁轨制动的正压力(或吸力)，为液压制动提供接触力(正压力)，可进行实时控制。

如上所述的试验台，进一步包括通风系统，其包括两组通风设施，分别为两个试验舱提供常温冷却风，模拟轨道车辆运行时的气流状态。

如上所述的试验台，进一步包括喷淋和冷却系统，其包括喷淋系统和循环冷却系统两部分，其中喷淋系统用来模拟降雨/潮湿环境，实现盘形制动、踏面制动和磁轨制动中的潮湿摩擦试验；循环冷却系统用来为主电机、齿轮箱和轨道轮提供冷却介质。

如上所述的试验台，进一步包括电气系统，其用来提供电力以及控制装置。

如上所述的试验台，进一步包括测控系统，其包括主控计算机和现场测控单元，其中主控计算机通过网络与现场测控单元及电气系统通信，可实现控制指令传输、试验数据采集、试验流程控制、系统状态监控和故障诊断、数据分析与管理。

本发明充分考虑投资效率，设计了一种多功能的制动动力试验台，集成了盘形制动、踏面制动、旋转涡流制动、线形涡流制动和磁轨制动试验功能，可1:1再现上述制动能量转化过程，且制动过程可按多种模式进行控制，动态测试制动过程的各项性能参数，可满足各种轨道车辆摩擦制动、涡流制动和磁轨制动的试验需要。

本发明对机、电、气、液等多种技术进行集成，整个试验装置由机械、气动、液压、通风、冷却和喷淋、电气、测控等多个子系统构成，试验台主机带有两个独立试验舱、一套可组合配置的机械惯量系统、一个驱动动力单元和一套机械紧急制动装置。两个试验舱设计为不同的结构，可分别安装不同制动方式的试件，并提供不同的控制方式；组合式轨道轮设计并带有强制冷却装置，可提高轨道轮热容量且有效抑制其温升；采用电惯量模拟技术，与机械惯量相结合共同构成制动负载，可实现无级调节；紧急制动采用电制动与大功率机械制动相结合的方式，保证设备的安全性；最高试验速度达到500km/h(线性涡流制动)；多通道混合信号同步采集和存储，采用自动和手动两种方式操纵，并具有设备状态监控和故障诊断功能。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的制动动力试验台的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的第一试验舱的结构示意图；以及

图3是根据本发明的一个实施例的第二试验舱的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及机械、电气、气动、液压、通风、冷却、测控等多个技术领域的相关知识。

由于摩擦制动和电磁制动均为非线性系统，因此工程化的试验装备采用1：1的形式，即按照与实车制动单元制动能量相同的原则进行设计，并且制动速度与实车相等，则试验结果具有实际应用价值。在1：1制动动力试验台上，可对制动产品或实尺样品进行试验。

根据本发明的一个实施例，提供一种多功能的轨道车辆制动动力试验装备，具有摩擦制动、涡流制动和磁轨制动试验功能，可用于轨道车辆的盘形制动、踏面制动、线性涡流制动、旋转涡流制动和磁轨制动试验，特别适用于包括高速列车的轨道车辆的制动性能试验。

在本发明的实施例中，应用惯性式制动动力试验台的基本原理，采用与运行列车等效的惯性质量(折算到一个制动单元)，以定轴转动的能量1:1地模拟列车的动能，其制动速度与列车运行时相同，实尺再现列车制动的能量转换过程。在试验过程中，可以通风和喷水，模拟气流、降雨等列车运行环境。制动过程连续采集相关试验数据，可获得各种制动特性曲线和性能参数，为摩擦制动、涡流制动和磁轨制动的研究、开发与性能评价提供一种技术手段。

图1是根据本发明的一个实施例的制动动力试验台的结构示意图。根据本发明的一个实施例的试验台包括机械系统、气动系统、液压系统、通风系统、冷却和喷淋系统、电气系统、以及测控系统。

机械系统即所述试验台的主机，包括：底座、动力单元、机械惯量单元、紧急制动单元、盘形制动单元、轨道轮单元、联轴器、离合器、和防护罩。

具体而言，本发明的试验台采用双试验端结构，即试验台两端均为制动单元：其中一端可安装盘形制动装置、踏面制动装置或旋转涡流制动装置，另一端可安装线性涡流制动装置或磁轨制动装置；而中部为动力与机械惯量系统。其中，机械惯量系统分为两个单元，分别置于动力单元两侧。

采用组合隔声防护罩，本发明的试验台被隔成三个舱。如图1所示，隔声防护罩将其分为第一试验舱12、第二试验舱32、动力与惯量舱19三部分，并连接成为一个整体；各舱均采用隔声材料和结构，降低试验台的噪声辐射，隔离外部噪声干扰，为制动噪声的测试提供条件，同时起到安全防护作用。

从整体结构而言，主机的隔声防护罩采用分体组合结构，通过第一试验舱、第二试验舱和动力与惯量舱三部分，把各个单元整体封闭在内，起到安全防护和隔声作用。

全封闭的隔声防护罩具有隔声降噪、形成噪声测试环境和安全防护三重功效，两个试验舱带有大型电动移门，可以自动或手动控制，便于被试件和大型部件的更换吊装作业。

根据本发明的一个实施例，试验台的两个制动单元分别布置在两个试验舱内。结构设计上，考虑和预留了在同一试验单元安装不同类型制动试件的需要。通过不同的工装，第一试验舱可以安装摩擦制动或旋转涡流制动试件；第二试验舱可以安装线性涡流制动或磁轨制动试件。为此，配备了两套通风系统与两个试验舱相对应。

根据本发明的一个实施例，主机包括底座，底座与混凝土基础固定连接，并进行隔振处理。所述各个单元均通过螺栓固定连接到底座上。

根据本发明的一个实施例，主机包括动力单元，动力单元设在主机中部，包括主电机和辅助驱动装置，通过支座安装在底座上；其中，主电机可以是交流或直流电动机，用来驱动主轴系运转；辅助驱动装置由交流电机和减速机构成，专用于静摩擦试验。进一步地，主电机为双轴伸结构，其输出端分别与辅助驱动装置和紧急制动单元连接。主电机和辅助驱动装置均采用调速控制方式实现惯性轴系的拖动。主轴系上安装速度编码器，用来测量试验速度。

进一步地，机械惯量单元分为两个或两个以上的独立单元，每个单元包括多个可活动飞轮、固定飞轮、轴、轴承座、支架等。通过飞轮的组合，可以模拟部分制动质量。

主机进一步包括紧急制动单元，其包括紧急制动轴、制动盘、轴承座、制动夹钳、吊座及支架，用于特殊情况下设备自身的紧急停车，起安全制动作用。

所述盘形制动单元包括试件主轴、测力臂组件、轴承座、力传感器等；其中，试件主轴上可通过不同的适配连接器安装制动盘、车轮或旋转涡流感应盘等，测力臂组件可安装制动夹钳单元或踏面制动缸，实现盘形制动、踏面制动或旋转涡流制动。

主机进一步包括轨道轮单元，其包括轨道轮、轴、轴承座、支撑架总成、传感器等。轨道轮用来模拟实际线路中的钢轨，承担涡流或磁轨制动能量转化任务，同时作为部分机械惯量使用。支撑架总成包括构架、磁极座、间隙调整机构、油缸、气缸及力传感器，可安装被试的涡流制动或磁轨制动磁铁，可以是电磁式也可以是永磁式。整个轴系通过联轴器、离合器连接成一体，构成完整的轴系。

以下结合主机的三个舱室，进一步对其结构进行描述：

根据本发明的一个实施例，第一试验舱包括：试件主轴、测力臂组件(或试件安装架)、轴承座、扭矩传感器或力传感器、隔声防护罩。试件主轴上可安装制动盘、车轮或涡流制动感应盘，通过适配胀套卡紧固定。轴承座用来支撑主轴。测力臂组件(或试件安装架)上可安装制动夹钳、踏面制动缸或旋转涡流制动电磁铁，并通过丝杠机构横向移动，以适应不同直径的制动盘、车轮或涡流制动感应盘及不同尺寸的制动夹钳、制动缸或电磁铁。测力臂通过轴承支承在主轴上，可绕主轴摆动，将制动力传递到安装在其下部的力传感器。扭矩传感器或力传感器用来测量制动扭矩，可以安装其中的一种，也可以两者均安装，以便相互比对或校准；扭矩传感器安装在试件主轴与惯量主轴之间，力传感器通过支座固定在底座上。采用隔声防护罩对试验舱内、外部噪声进行隔离，并在舱内形成噪声测试环境，便于制动噪声的测试，同时起到安全防护作用。

第一试验舱采用可绕主轴摆动的力臂结构，并具有较大刚度，可避免制动过程中出现共振。其上设有轨道，通过不同的工装，可实现制动夹钳、踏面制动缸或旋转涡流电磁铁的安装和固定，并用丝杠调节其横向位置，适应不同的制动半径要求。制动主轴具有较宽的适应性，不同规格的车轮、制动盘或涡流感应盘均可通过相应的可拆卸适配连接装置安装在制动主轴上。制动力通过安装在力臂下部的力传感器测量，并通过其与固定力臂的乘积换算为制动扭矩。

图2是根据本发明的一个实施例的第一试验舱的结构示意图。如附图1和附图2所示，第一试验舱包括试件主轴11、试件安装架(或测力臂)组件13、轴承座10、无线变送模块9、力传感器38等。试件主轴11上可安装涡流制动感应盘、制动盘或车轮43，通过适配胀套卡紧固定。测力臂组件13主体为箱型梁39，其上带有吊座(工装)41，可安装制动夹钳40、踏面制动缸或涡流制动电磁铁(图中未画出)，可通过丝杠调节机构42沿横向轨道移动，以适应不同尺寸和结构的试件；测力臂组件13通过轴承安装在试件主轴11上并可绕其摆动，将制动力传递给安装在其下部的力传感器38，通过力传感器和固定力臂实现制动扭矩的测量。测力臂组件13两端各有一个力传感器38，以便实现两个方向运转时的制动扭矩测量，也可以在试件主轴11与飞轮轴7之间安装扭矩传感器来测量制动扭矩。试件主轴11通过轴承座10支撑在底座1上，并通过联轴器6与惯量单元8的飞轮轴7连接。无线变送模块9安装在试件主轴11上，用来测量旋转试件的温度和应变，并通过数字无线信号发送给测控系统。

第二试验舱采用组合式轨道轮和支撑架结构。第二试验舱包括轨道轮轴、轨道轮、轴承座、支撑架组件、扭矩传感器或力传感器、红外温度传感器、隔声防护罩；还可进一步包括冷却装置及轨道轮防护罩，以实现超高速试验。

轨道轮既是磁感应体和制动能量的转化部件，又是试验惯量的组成部分。所述轨道轮采用双轨组合式结构，包括轮体、两组盘式轨道及连接件。盘式轨道外圆按照标准钢轨轨头的尺寸和形状设计，采用标准钢轨材料制造，两组盘式轨道均通过键、螺栓等与轮体连接，可拆卸和更换。轮体安装在轨道轮轴上，通过轴承座支撑在底座上。

支撑架组件包括构架、磁极座、调节螺杆、油缸、气缸、力传感器、和温度传感器，用来安装涡流制动或磁轨制动磁铁，实现气隙调整和制动力的测量。

磁极座用来安装和固定涡流制动或磁轨制动磁铁并作为涡流制动装置的磁轭，可沿构架上的轨道上下移动，并通过轨道把制动力传递给构架。涡流制动或磁轨制动磁铁作为被试件，可以是电磁式或永磁式，通过螺栓安装在磁极座下部。

涡流制动磁铁采用调节螺杆和磁铁安装螺栓分别实现工作气隙的粗调和精调，使每个磁极与钢轨之间的气隙均匀一致。

磁轨制动磁铁可通过螺栓、弹簧与磁极座连接，通过安装螺栓调整气隙。拉压力传感器安装在调节螺杆与磁极座之间，用来测量吸力；油缸用于磁轨制动试验时实现吸力测量或施加正压力；气缸用来实现磁铁的垂向运动，在不制动或需更换磁铁时可以把制动磁铁整体提升至高位，工作状态下气缸不受力；作为替代方案，所述气缸也可以采用油缸，此处不做限制。

构架为具有足够刚度的框架，承受吸力和制动力。扭矩传感器或力传感器用来测量制动扭矩(制动力)。当采用扭矩传感器测量制动力时，可以把所述构架固定安装在底座上；当采用力传感器测量制动力时，通过轴承把所述构架支撑在轨道轮轴上，则构架可绕轴线自由摆动，通过构架把制动力传递到设置在其两侧的力传感器上，实现制动力的测量。

红外温度传感器用来实时监测轨道轮温度。涡流制动试验时，若该温度超过预定值，则立即启动冷却系统，对轨道轮进行强制冷却。冷却装置用于高速涡流制动试验时向轨道轮喷射冷却液，抑制轨道轮温升，以便实现高速涡流制动试验。为防止冷却液飞溅且便于回收，可设计一个小型防护罩，将轨道轮和支撑架总成整体封闭在内。隔声防护罩的作用与第一试验舱相同。

线性涡流制动试验时，由于绝大部分制动能量由轨道轮承担并转化为热量，而1:1高速试验时制动能量又非常大，因此，若无特殊设计，轨道轮温升将会很高，甚至无法承受。本发明采用双轨组合式轨道轮并配有冷却装置，有效解决了温升过大的问题，可实现高速1:1涡流制动试验，最高试验速度达到500km/h。

此外，组合式轨道轮是可拆卸的，即可将盘式轨道从轮体上拆卸下来，便于在磁轨制动试验产生磨损或损伤后进行更换。制动磁铁在支撑架上分列布置和安装，分别与两组轨道相对应，减小了磁铁弧长及对应角度，减小垂向吸力的测量误差，且便于调整。涡流制动或磁轨制动的磁铁可以更换，既可以是电磁式，也可以是永磁式。支撑架可以固定在底座上或通过轴承安装在轨道轮轴上，可灵活实现制动力或制动扭矩的测量。支撑架上带有调节螺杆，磁极座上又有调节螺栓，使制动磁铁的气隙任意可调，并能保证气隙均匀。制动扭矩可通过安装在轨道轮轴与机械惯量主轴之间的扭矩传感器测量，或者通过安装在支撑架下部的力传感器拾取，再通过与固定力臂的乘积换算得到。

图3是根据本发明的一个实施例的第二试验舱的结构示意图。如附图1和附图3所示，第二试验舱包括轨道轮轴34、轨道轮35、轴承座33、支撑架组件30、力传感器44、红外温度传感器52、冷却装置54、以及轨道轮防护罩31。

所述轨道轮35采用双轨组合式结构，即在一个轮体上安装两组圆盘轨道，轨道的材料和外圆形状与实际线路上的钢轨相同，使磁阻和电阻特性与实际钢轨一致；轨道轮35安装在轨道轮轴34上，通过轴承座33支撑在底座1上。

支撑架组件30包括构架45、磁极座46、拉压力传感器47、油缸48、调节螺杆49、气缸50等。构架45为梯形框架结构，通过轴承36与轨道轮轴34连接，可以轴34为中心摆动，将制动力传递给力传感器44。构架45上设有垂向轨道，磁极座46由油缸48或气缸50带动可沿该轨道上下移动，并将制动力传递给构架。

磁极座46设计为弧形，作为磁轭并用来固定两组试验用制动磁铁53，与轨道轮的两组轨道相对。制动磁铁53可以是线性涡流或磁轨制动磁铁，可以是电磁式或永磁式，其通过螺栓51与磁极座46连接，并可实现每个磁极气隙的微调，采用调节螺杆49对制动磁铁的整体气隙进行粗调。

油缸48与拉压力传感器47及调节螺杆49连接，用于磁轨制动试验时施加正压力或为吸力测量提供反力。气缸50与磁极座46连接，用来实现磁铁53的垂向运动。磁铁53在工作位时气缸50不受力。拉压力传感器47安装在油缸48与磁极座46之间，用来测量吸力(或正压力)。力传感器44可以有两套，对称安装在构架45两侧下端，通过支座固定在底座1上，可实现正、反两个方向制动力的测量。若采用扭矩传感器测量制动力，则构架45可直接在底座1上固定。轨道轮35下半部圆弧外侧，设置冷却装置54，其与轨道轮35外圆相对侧均匀布置喷孔，通过控制可向轨道轮喷射冷却介质，抑制轨道轮的温升，以便实现高速制动试验。轨道轮的温度可通过红外温度传感器52测量。冷却液的开、关和流量均可控制。为便于冷却介质回收和防止飞溅，设计了一个轨道轮防护罩31，将轨道轮单元整体封闭起来；轨道轮防护罩31采用分体结构，上部可拆卸，便于试件安装、更换和调整。

动力与惯量舱包括动力单元和机械惯量单元。动力单元包括主电机、静摩擦驱动装置和紧急制动装置三部分。

主电机作为设备的主要驱动装置，采用双轴伸结构，具有调速功能，并可提供足够的扭矩，通过控制系统拖动轴系按照预定的转速起动，模拟任意车速下运行。在制动过程中，可通过控制系统实现电惯量模拟功能，与机械惯量共同构成制动负载。静摩擦驱动装置由辅助电机、齿轮减速机等组成，通过联轴器与主轴相连，用于静摩擦试验时为主轴提供低速、大扭矩驱动力。

紧急制动装置包括紧急制动轴、两套或以上大功率制动盘、轴承座、制动夹钳、吊座及支架等。大功率制动盘安装在紧急制动轴上，通过两端的轴承座获得支撑，轴承座与设备底座固定；制动夹钳分别吊挂在各自的吊座及支架上，支架与底座固定连接。所述紧急制动装置用来实现设备自身的紧急停车，起到安全制动作用。

动力单元具有足够的功率，主驱动系统可实现轴系的拖动和精确调速，最高速度满足500km/h的试验要求，同时具有电惯量模拟功能，与机械惯量配合可实现大范围惯量的无级调节和精确匹配。静摩擦驱动装置具有低速、大扭矩驱动能力，且扭矩、速度可以准确控制，为停放制动和静摩擦试验提供了有效手段。

如图1所述，示出了动力单元2的主电机3、静摩擦驱动装置5和紧急制动装置22三部分。主电机3作为设备的主要驱动装置，具有调速能力，并提供足够的扭矩，通过控制系统拖动轴系按照预定的转速起动，模拟任意车速下运行，转速通过速度编码器55测量；采用双轴伸结构，两个输出端分别通过联轴器4、6与静摩擦驱动装置5及紧急制动轴21连接。静摩擦驱动装置5通过自带的离合器与主轴系接合或分离，一般情况下静摩擦驱动装置与主轴分离，当进行停放制动或静摩擦试验时，使其与主轴接合，可为主轴提供低速、大扭矩驱动力。紧急制动装置22由紧急制动轴21、大功率制动盘25、轴承座20、制动夹钳24、吊座与支架23等组成，两套或以上大功率制动盘25安装在紧急制动轴21上，通过轴承座20获得支撑，吊座与支架23固定在底座1上，用来安装制动夹钳24并承受制动力；紧急制动装置作为设备的安全停车设施，一般情况下与主电机的再生制动配合使用，特殊情况下(如供电突然中断或设备故障等)可单独使用，由测控系统控制。

机械惯量单元包括两个或两个以上独立惯量单元，这两个单元可以相同，也可以不同，可布置在主电机的两侧或某一侧输出端。每个单元包括飞轮、飞轮轴、轴承座、支架、飞轮座。其中，飞轮包含固定飞轮和活动飞轮，与轴接合时，通过螺栓相互连接，模拟基本制动负载。通过两组飞轮的组合，可为各种轨道车辆的盘形制动、踏面制动、涡流制动和磁轨制动提供所需的机械惯量，并与电模拟惯量相结合，实现各种试验惯量的无级调节。活动飞轮设计可以采用惯量相等形式，也可以采用惯量递增形式。支架顶部设有轨道，并安装吊具，可实现活动飞轮的移动，以便与飞轮轴接合或分离，脱离主轴的飞轮由飞轮座支撑，并通过构架上的固定装置可靠固定，防止其在主轴运转时活动。采用隔声防护罩将动力单元和两个机械惯量单元整体封闭在内，达到隔声降噪和安全防护效果。

根据本发明的一个实施例，机械惯量单元包括两个惯量单元，每个单元均包含固定飞轮和活动飞轮，保证最小的基础惯量，并具有很大的惯量调节范围。由于采用电惯量模拟技术补偿机械惯量的级差，因此各飞轮可以按照等惯量设计，便于布置且应用灵活。飞轮强度满足最高试验速度要求，飞轮切换造成的惯量级差由电惯量模拟进行补偿。惯量系统的配置满足现有动车组、机车车辆和城轨车辆的制动负载要求，并且充分考虑了未来轴重的发展需要，操作上也具有很大的灵活性。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，两个相同的惯量单元分别布置在动力单元的两侧，惯量单元8通过联轴器6与动力单元连接，惯量单元27可通过离合器26与主轴系接合或分离，满足最小惯量需求。每个机械惯量单元包括：飞轮轴7、固定飞轮16、活动飞轮17、构架15、轴承座18、吊具28、飞轮固定装置29等，活动飞轮可以设计为惯量相等或递增形式，本实施例采用等惯量形式。构架15下部有支座，顶部有轨道并安装吊具28，可实现活动飞轮的移动，以便实现接合或分离作业；当飞轮17接入主轴时，可通过螺栓相互连接，与轴一起转动；从主轴分离下来的飞轮放置在构架14的支座上，并通过固定装置29固定。

根据本发明的一个实施例，底座采用分体组合式结构，分别支撑上述各单元，相互之间通过螺栓连接成整体，并有定位销定位。底座整体坐落在混凝土基础坑内，可通过减振器与混凝土基础连接，也可与经过整体隔振的基础刚性连接，防止与周边设备的振动传递和干扰，并可承受很大的倾覆力矩。底座上表面与地面平齐，便于人员进出和作业。

采用具有足够刚度的分体组合式底座，便于运输和安装。底座与混凝土基础牢固连接并经隔振处理，可承受大制动力矩、大转动惯量的高速旋转及不平衡所产生的离心力，提供稳固的支撑，并可降低振动的相互传递和干扰。其上表面与地面平齐，便于工作人员进出和试件更换及检查作业。

图1示出了底座1的分体组合式结构设计。各部分之间采用螺栓连接，并用定位销定位。底座1整体设置在混凝土基础坑内，上表面与地面齐平，便于作业。通过地脚螺栓与混凝土基础联接，并与基础进行整体隔振，也可以在底座1下部采用减振器与混凝土基础隔振。该结构可承受很大的倾覆力矩，并可防止与周边设备的振动传递和相互干扰。

根据本发明的一个实施例，气动系统包括各种气动控制阀、调压阀、节流阀、压力传感器、管路和气缸。通过测控系统控制，可实现空气制动的接触力(正压力)控制、设备紧急制动、线性涡流或磁轨制动的磁铁升降等功能。气动系统通过减压阀、比例阀、电磁阀、单向阀、过滤器、压力表、压力传感器、气缸和相应的管路，按照测控系统指令实时控制制动夹钳或踏面制动缸压力，实现空气制动功能；控制悬挂气缸和紧急制动夹钳动作，实现磁极座和制动磁铁的提升、下降及机械紧急制动功能。

液压系统包括油箱、液压泵、比例阀或伺服阀、电磁阀、液压缸、压力传感器和管路，用来控制磁轨制动的正压力、提供磁吸力测量解决方案，为液压制动提供接触力(正压力)，并可进行实时控制。液压系统通过油箱、液压泵、溢流阀、比例阀、电磁阀、油路块、压力表、压力传感器、油缸和相应的管路，执行测控系统指令，实现液压制动加载、磁轨制动加载(或为吸力测试提供反力)功能，压力可实时控制，精度和响应速率满足试验要求，可以长时间运行。

本发明的试验台通过配备气动和液压系统，可满足空气制动和液压制动的需要。采用性能优良的气动和液压调节阀，通过测控系统的控制，可实现摩擦接触力(即正压力)的稳定、精确控制，频响满足试验要求。

根据本发明的一个实施例，通风系统包括两组通风设施，分别为两个试验舱提供常温冷却风，模拟轨道车辆运行时的气流状态。每组通风设施包括进风机、排风机、通风管道、过滤装置、消音器、风速传感器、压差传感器和温/湿度传感器。进、排风机可调速，测控系统通过网络或现场总线与通风系统通讯，并通过风速传感器进行闭环控制，实现风速的调节。过滤装置用来过滤制动粉尘，减少对大气的污染，可由传感器监测，避免其堵塞。消音器安装在通风管道上，可降低进、排风噪声。

根据本发明的一个实施例，喷淋和冷却系统包括喷淋系统和循环冷却系统两部分。喷淋系统包括电磁阀、调节阀、流量计、喷管及管路等，用来模拟降雨环境，实现盘形制动、踏面制动和磁轨制动中的潮湿摩擦试验。循环冷却系统包括电磁阀、调节阀、流量计、止回阀、喷射装置及冷却管路等，为主电机、静摩擦减速机和轨道轮提供冷却介质。喷淋和冷却的流量均可实现自动调节。

根据本发明的一个实施例，电气系统为主驱动系统、静摩擦驱动系统、电磁铁励磁系统、通风系统等提供电力和控制装置，并为气动、液压、冷却系统的各类电磁阀和调节阀供电，接收测控系统指令，完成主电机和静摩擦电机驱动、电磁铁励磁、风速控制及各种开关量的控制功能。

电气系统包括变压器、电抗器、整流与驱动控制、励磁电源、风机控制及辅助控制等多个电气柜，通过网络和/或现场总线与测控系统通讯，完成主电机和静摩擦电机控制、电磁铁励磁控制、通风控制、各种开关量控制和信息反馈。

根据本发明的一个实施例，测控系统是基于计算机网络和模块化测控仪器构建的，包括主控计算机、以太网交换机、现场测控单元、各类传感器、无线遥测系统、视频监视系统、红外热成像系统、按钮、指示灯和继电器。主控计算机通过网络与现场测控单元及电气、通风等系统通信，可实现各种控制指令传输、试验数据采集、试验流程控制、系统状态监控和故障诊断、数据分析与管理等功能。

测控系统与电气系统配合，可实现大功率电机的速度控制和电惯量模拟，并具有很高的精度。模块化测控仪器具有不同类型模块之间的同步功能，可以较好地测试和描述制动过程的多种性能曲线，并具有较好的扩展性。网络化架构极大地减少了布线及维护检查工作量，提高了系统可靠性。采用无线遥测技术测量旋转件温度，避免了碳刷与集流环的磨损及维护工作。具有多种制动控制模式，试验程序可预先编辑，试验过程可连续、自动执行，提高了试验效率，减轻了试验人员的劳动强度。

测控系统具有丰富的状态监测和故障诊断功能，紧急制动系统由再生制动和大功率机械制动配合工作，任何紧急情况下均可自动触发紧急制动，实现设备的快速停机，因此具有很高的系统安全性。

本发明在一套试验装备中，集成了盘形制动、踏面制动、旋转涡流制动、线性涡流制动和磁轨制动等多种试验功能，1:1再现上述制动能量转化过程，投资收益率高。线性涡流制动最高试验速度达到500km/h，是目前世界上试验速度最高的1:1涡流制动试验装置。采用电惯量与机械惯量相结合的惯量系统设计，提高了制动负载的精确性和匹配的灵活性。电制动与机械制动相结合的紧急制动系统、丰富的系统状态监控和隔声防护设计，使试验装置具有很高的安全性。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (17)

1.一种制动动力试验台，包括：

底座；

动力和惯量舱，其位于底座上，包括动力单元和机械惯量单元；

第一试验舱，其位于底座上并安装在动力和惯量舱的一端；以及

第二试验舱，其位于底座上并安装在动力和惯量舱的另一端，其中第一试验舱中的第一制动装置不同于第二试验舱的第二制动装置。

2.根据权利要求1所述的试验台，其中第一试验舱包括第一试验舱可以安装摩擦制动或旋转涡流制动试件；第二试验舱可以安装线性涡流制动或磁轨制动试件。

3.根据权利要求2所述的试验台，其中第一试验舱包括试件主轴、测力臂组件或试件安装架、轴承座、和扭矩传感器或力传感器；其中，试件主轴连接到机械惯量单元上，可安装制动盘、车轮或涡流制动感应盘；轴承座经设置以用来支撑试件主轴，测力臂组件或试件安装架上可安装制动夹钳、踏面制动缸或涡流制动电磁铁，测力臂组件或试件安装架通过轴承支承在主轴上并可绕试件主轴摆动，将制动力传递到安装在其下部的扭矩传感器或力传感器。

4.根据权利要求2所述的试验台，其中第二试验舱包括轨道轮轴、轨道轮、轴承座、支撑架组件、扭矩传感器或力传感器、红外温度传感器；其中轨道轮通过轨道轮轴安装到支撑在底座上轴承座上，支撑架组件与轨道轮轴连接并可以轨道轮轴为中心摆动，将制动力传递到安装在其下部的力传感器或安装在轨道轮轴上的扭矩传感器；通过红外温度传感器测量轨道轮表面温度。

5.根据权利要求4所述的试验台，其中轨道轮包括轮体、两组盘式轨道及连接件，其中盘式轨道外圆按照标准钢轨轨头的尺寸和形状设计，两组盘式轨道均通过连接件可拆卸地与轮体连接，轮体安装在轨道轮轴上。

6.根据权利要求4所述的试验台，其中支撑架组件包括构架、磁极座、拉压力传感器、油缸或气缸、调节螺杆，其中构架与轨道轮轴连接，并以轨道轮轴为中心摆动，将制动力传递给扭矩传感器或力传感器；构架上设有垂向轨道，磁极座由油缸或气缸带动可沿该轨道上下移动，并将制动力传递给构架；油缸与拉压力传感器连接，用于磁轨制动试验时施加正压力或为吸力测量提供反力。

7.根据权利要求4所述的试验台，其中进一步包括冷却装置，其设置在轨道轮外侧，用来向轨道轮喷射冷却介质，以抑制轨道轮的升温。

8.根据权利要求1所述的试验台，其中动力单元包括主电机、静摩擦驱动装置和紧急制动装置；其中，主电机通过控制系统拖动轴系按照预定的转速起动；主电机采用双轴伸结构，两个输出端与静摩擦驱动装置及紧急制动装置连接；静摩擦驱动装置包括电机和齿轮箱，在静摩擦试验时提供低速、大扭矩驱动力。

9.根据权利要求8所述的试验台，其中紧急制动装置包括紧急制动轴、大功率制动盘、轴承座、制动夹钳、吊座和支架，两套或以上大功率制动盘安装在紧急制动轴上，通过轴承座获得支撑，吊座和支架固定在底座上，用来安装制动夹钳并承受制动力。

10.根据权利要求1所述的试验台，其中机械惯量单元包括两个惯量单元，其分别布置在动力单元的两侧，每个惯量单元与动力单元连接，惯量单元可通过离合器与主轴系接合或分离。

11.根据权利要求10所述的试验台，其中每个机械惯量单元包括：飞轮轴、固定飞轮、活动飞轮、构架、轴承座、吊具、飞轮固定装置；构架顶部设置有轨道并安装吊具，可实现活动飞轮的移动，以便实现活动飞轮与主轴的接合或分离；当活动飞轮接入主轴时，可通过螺栓相互连接，与轴一起转动；从主轴分离下来的飞轮放置在构架的支座上，并通过飞轮固定装置固定。

12.根据权利要求1所述的试验台，进一步包括气动系统，其按照测控系统指令实时控制制动夹钳或踏面制动缸压力，实现空气制动；并控制悬挂气缸和紧急制动夹钳动作，实现磁极座和制动磁铁的提升、下降及机械紧急制动。

13.根据权利要求1所述的试验台，进一步包括液压系统，其用来控制磁轨制动的正压力、提供磁吸力测量，为液压制动提供接触力(正压力)，可进行实时控制。

14.根据权利要求1所述的试验台，进一步包括通风系统，其包括两组通风设施，分别为两个试验舱提供常温冷却风，模拟轨道车辆运行时的气流状态。

15.根据权利要求1所述的试验台，进一步包括喷淋和冷却系统，其包括喷淋系统和循环冷却系统两部分，其中喷淋系统用来模拟降雨环境，实现盘形制动、踏面制动和磁轨制动中的潮湿摩擦试验；循环冷却系统用来提供冷却介质。

16.根据权利要求1所述的试验台，进一步包括电气系统，其用来提供电力以及控制功能。

17.根据权利要求1所述的试验台，进一步包括测控系统，其包括主控计算机，其中主控计算机通过网络与现场测控单元及电气系统通信，可实现控制指令传输、试验数据采集、试验流程控制、系统状态监控和故障诊断、数据分析与管理。