CN107082065B - 一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台及其试验控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台及其试验控制方法，本发明包括包括空气压缩机、总风管、调压阀、制动控制风管、制动控制器、控制台、制动管、空气控制阀、副风缸、副风缸管、加速缓解风缸、加速缓解风缸管、制动缸管、制动缸、轮对、闸瓦、制动力传感器、电机、联轴器、轨道轮组、基座、轴箱、轴箱拉杆、弹簧、承力梁、加载框、配重、直线轴承、加载导柱、安装架。本发明通过建立相关的铁道车辆制动系统综合性能通用试验台，对不同制动操纵情况进行大量试验研究，掌握不同制动机、制动参数、车辆轴重、闸瓦材质等对列车制动综合性能的影响，可为机车车辆制动机、基础制动装置的研发提供重要的试验场所和参考依据。

Description

一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台及其试验控制 方法

技术领域

本发明涉及一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台及其试验控制方法。

背景技术

高速、重载、城市轨道交通是铁路领域蓬勃发展的三个方向，其中，制动装置是铁道车辆的关键核心组成，列车能在规定的距离内安全、平稳、快速的停止运行对于列车运行安全至关重要。此外，确保制动系统早期故障条件下的制动能力、发展制动系统故障状态检测技术、研发新型制动系统和基础制动装置、避免制动条件下的轮轨滑行等对于延长铁道车辆服役寿命、提升车辆技术的革新、制定科学维修制度和开展制动动力学研究，乃至提出列车制动安全性保障措施均具有重要意义。

鉴于此，通过建立相关的铁道车辆制动系统综合性能通用试验台，对不同制动操纵工况下制动机制动特性、制动效果、轮轨制动作用过程、制动系统故障的影响等进行大量试验研究，掌握不同制动机、制动参数、车辆轴重、闸瓦材质等对列车制动综合性能的影响，可为机车车辆制动机、基础制动装置的研发提供重要的试验场所和参考依据。

目前为止，机车车辆制动试验研究所采用的试验方法主要有三种，具体是：

一、制动机制动特性试验，其基本原理是根据车辆实际采用的制动机类型，搭建制动机试验台，将所制动机、空气管路连接在一起，通过空压机产生风源，进入列车管，通过制动手柄完成制动、缓解试验，试验的目的是检验制动机本身、空气管路参数及制动机服役状态对空气制动特性的影响。缺点是无法反映从制动缸到闸瓦制动这一路径，无法体现最终作用在轮对上的制动效果以及闸瓦制动时车轮与钢轨间的粘着或滑行等动态作用现象。

二、仅针对闸瓦本身的制动效果进行试验，试验对象为闸瓦和制动盘。利用电机驱动惯性飞轮组至某一速度，惯性飞轮组代替列车的动能，实施制动，闸瓦贴靠制动盘或车轮后，惯性飞轮组逐渐降速，直至制动。通过不同重量的惯性飞轮组组合，可以实现客车、货车等闸瓦的试验测试。但该制动台的缺点是不能反映列车中不同位置的车辆动能、无法考虑空气制动特性的影响、无法反映同一轮对闸瓦不同磨耗程度带来的制动力不均衡问题，通过惯性飞轮组代替不同车辆，可调范围有限，针对新型车辆必须重新设计并加工出相应的飞轮组，且更换麻烦、设备笨重。

三、列车制动试验或单车试验。以实际的列车编组在线路上进行制动试验，能够真实、完整地反映各节车、不同制动机乃至不同制动操纵的影响，但试验规模庞大、人力和物力成本昂贵，且需占用线路，影响正常列车的运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台及其试验控制方法，该试验台以不同车辆轮对及车辆制动系统为试验对象，从风源到闸瓦制动再到制动力传到轮轨接触面的综合试验。本发明可实现不同类型轮对、不同类型制动机、不同类型闸瓦乃至考虑车辆不同载重、车辆在列车中位置因素等，进行综合试验，功能强大，能够服务于现代铁路机车车辆、地铁车辆制动系统研发，并助力于开展制动特性试验研究、轮轨接触研究、粘滑振动研究等前沿科学研究。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种通用铁道车辆制动系统综合性能试验台，其特征在于：包括空气压缩机，与空气压缩机通过总风管相连的调压阀，通过制动控制风管与调压阀相连且安装在控制台上的制动控制器，通过制动管与制动控制器连通的空气控制阀，分别通过副风缸管、加速缓解风缸管与空气控制阀相连的副风缸、加速缓解风缸，通过制动缸管与空气控制阀相连且靠近每个车轮轮对布置的两个制动缸，固定于制动缸靠近轮对一侧端部的闸瓦，固定在闸瓦上的制动力传感器，置于轮对下方且安装于基座上的轨道轮组，与轨道轮组转轴通过联轴器连接的电机，安装在轮对两端且可绕其轴线方向转动的轴箱，通过设置在轴箱上部的弹簧、轴箱拉杆与轴箱连接的承力梁，与承力梁上方连接且设在加载框下部的承力销；所述加载框上放置配重，所述加载框四角通过直线轴承与对应设置于地基上的四个垂向加载导柱分布配合，且其沿加载导柱的轴向方向移动。

进一步的技术方案在于，所述轨道轮组包括转轴，固结于转轴上且位于轮对各个车轮下方的轨道轮。

进一步的技术方案在于，所述加载框为框架结构，其下部安装有截面呈阶梯形状的承力销，承力销下部穿过承力梁中的定位孔，定位孔沿承力梁纵向布置并在轮对轴线两侧对称分布；承力销上部阶梯面与承力梁上表面接触。

进一步的技术方案在于，所述的调压阀、空气控制阀、副风缸、制动缸固定于安装架上，所述安装架固定于地基上。

进一步的技术方案在于，其试验控制方法的步骤如下：

(1)、确定所要试验的铁道车辆在列车中的位数、列车制动初速、制动控制器的作用位置；

(2)、操纵集成了列车纵向动力学计算程序的控制台计算步骤(1)列车中对应位置铁道车辆的动能，并将此动能转换成电机转速，控制电机转速，依次带动轨道轮组、轮对转动；

(3)、操控空气压缩机经调压阀输出目标压力，驱动空气控制阀动作，空气控制阀进而控制副风缸与加速缓解风缸的充、排风及闸瓦动作，对轮对进行制动；

(4)、制动力传感器反馈制动力至控制台，根据列车纵向动力学计算程序读取制动力，并转换为整列车制动力，计算因制动力消耗的车辆动能，将剩余车辆动能转换为电机转速，操纵控制台控制电机转速，依次带动轨道轮组、轮对转动；

(5)如此循环步骤(3)、4)的控制，直至轮对停止转动。

(6)获得制动过程中的各种实验参数，用于制动系统故障检测、新型制动系统研发及制动时轮对接触振动与粘滑振动研究。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明以不同车辆轮对及车辆制动系统为试验对象，从风源到闸瓦制动再到制动力传到轮轨接触面的综合试验。本发明通过控制台(再次可使用计算机)控制调压阀，实现对风源压力的灵活、连续控制，以模拟空气压力严列车长度的衰减特性，通过控制台控制电机驱动轨道轮，进而带动轮对转动到额定转速，制动时电机起到负载作用，模拟列车动能，并通过闸瓦逐渐消耗。可实现不同类型轮对、不同类型制动机、不同类型闸瓦乃至考虑车辆不同载重、车辆在列车中位置因素等，进行综合试验，功能强大，能够服务于现代铁路机车车辆、地铁车辆制动系统研发，并助力于开展制动特性试验研究、轮轨接触研究、粘滑振动研究等前沿科学研究。

另外，本发明对实验对象具有较广的通用性且功能更加综合。可针对不同类型制动机、不同类型闸瓦、不同轴重车辆及不同踏面形式的轮对进行试验，只需更换相应的部件并更改配重重量即可实现。由于采用了实际的制动系统和轮对部件，更能真实反映制动效果，且实现了制动机、制动管路、闸瓦制动的一体化试验，还可进行制动机故障、空气管路泄漏、闸瓦贴合不良等故障条件下的制动试验，试验过程中可测试闸瓦压力、闸瓦温度、制动距离、制动机灵敏度、车轮与轨道轮间作用力等众多参数，可为制动系统故障检测、新型制动系统研发及制动时轮对接触振动与粘滑振动研究提供基础数据。

本发明通过列车纵向动力学程序计算、控制台控制、调压阀动作实现了空气压力的连续调节，可以模拟列车中不同位置车辆处列车管的升压或降压特性，可以反映制动系统的不同动作过程和动作时间。

本发明以制动力反馈、列车纵向动力学程序计算、控制台控制、电机调速的方式实现了列车中需试验车辆动能的连续调节，避免了采用惯性轮组模拟车辆动能模式的设备笨重、体积庞大问题。

本发明还可用于电制动试验，将机车动力轴及牵引电机放置在轨道轮组上，并将牵引电机固定在安装架上，轨道轮组转速达到制动初速后牵引电机实施电制动，通过制动力传感器、控制台、电机和轨道轮组的配合实现制动模拟。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1-3为本发明实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例轴箱及轴拉杆的结构示意图；

图5位本发明实施例制动试验控制方法实施流程图；

1、空气压缩机；2、总风管；3、调压阀；4、制动控制风管；5、制动控制器；6、控制台；7、制动管；8、空气控制阀；9a、副风缸管；9b、副风缸；10a、加速缓解风缸管；10b、加速缓解风缸；11、制动缸管；12、制动缸；13、轮对；14、闸瓦；15、制动力传感器；16、电机；17、联轴器；18、轨道轮组；19、基座；20a、轴箱拉杆；20b、轴箱；21、弹簧；22、承力梁；23、加载框；23a、承力销；24、配重；25、直线轴承；26、加载导柱；27、安装架。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明为一种通用铁道车辆制动系统综合性能试验台，其包括空气压缩机1、总风管2、调压阀3、制动控制风管4、制动控制器5、控制台6、制动管7、空气控制阀8、副风缸9b、副风缸管9a、加速缓解风缸10b、加速缓解风缸管10a、制动缸管11、制动缸12、轮对13、闸瓦14、制动力传感器15、电机16、联轴器17、轨道轮组18、基座19、轴箱20b、轴箱拉杆20a、弹簧21、承力梁22、加载框23、配重24、直线轴承25、加载导柱26、安装架27；空气压缩机1通过总风管2与调压阀3相连，调压阀3通过制动控制风管4与制动控制器5相连，制动控制器5安装在控制台6上，制动控制器5再通过制动管7与空气控制阀8连通，空气控制阀8通过副风缸管9a、加速缓解风缸管10a、制动缸管11分别与副风缸9b、加速缓解风缸10b和制动缸12相连，两个制动缸12靠近轮对13的每个车轮布置，闸瓦14固定于各制动缸12端部，靠近轮对13侧，各闸瓦14上均固定有制动力传感器15；电机16通过联轴器17与轨道轮组18转轴连接，轨道轮组18安装于基座19上，轮对13置于与轨道轮组18上方，且轮对13两端均安装有可绕其轴线方向转动的轴箱20，轴箱20上部通过弹簧21、端部通过轴箱拉杆20a与承力梁22连接，承力梁22上方与加载框23下部的承力销23a连接，配重24置于加载框23中，加载框23四角通过直线轴承25与对应位置固定于地基的四个垂向加载导柱26分布配合，并可沿加载导柱26竖直移动。

优选的，轨道轮组18由两个轨道轮和转轴组成，轨道轮固结于转轴上，各轨道轮分别位于轮对13对应的车轮下方。

优选的，所述的加载框23为框架结构，其下部安装有截面呈阶梯形状的承力销23a，承力销23a下部穿过承力梁22中的定位孔，定位孔沿承力梁22纵向布置并在轮对13轴线两侧对称分布。承力销23a上部阶梯面与承力梁22上表面接触。

优选的，所述的调压阀3、空气控制阀8、副风缸10b、制动缸12a固定于安装架27上，安装架27固定于地基上。

本发明实验过程如下：

根据待试验车辆的轴重，在加载框中放置配重；启动空气压缩机及控制台，控制台(可选择计算机)集成了列车纵向动力学计算程序，操纵控制台根据列车纵向动力学计算程序在列车纵向动力学程序中设定列车制动初速，启动电机，控制台控制电机运转至制动初速；在控制台上设定需试验的车辆在列车中的位置，制动控制器手柄旋转至待试验的制动位，反馈制动信息给列车纵向动力学程序；列车纵向动力学程序计算制动过程中制动管压力，并控制调压阀动作，空气压缩机通过调压阀输出调定的目标空气压力，驱动制动机动作，制动机进而控制副风缸的充、排风及闸瓦动作；闸瓦对轮对制动，制动力传感器反馈制动力至控制台，列车纵向动力学计算程序读取制动力，并转换为整车制动力，计算因制动力消耗的车辆动能，将剩余动能转换为电机转速，控制台控制电机转速，如此循环控制，车辆动能不断消耗，直至轮对停止转动；获得制动过程中的各种实验参数，用于制动系统故障检测、新型制动系统研发及制动时轮对接触振动与粘滑振动研究。

Claims (5)

1.一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台，其特征在于：包括空气压缩机，与空气压缩机通过总风管相连的调压阀，通过制动控制风管与调压阀相连且安装在控制台上的制动控制器，通过制动管与制动控制器连通的空气控制阀，分别通过副风缸管、加速缓解风缸管与空气控制阀相连的副风缸、加速缓解风缸，通过制动缸管与空气控制阀相连且靠近每个车轮轮对布置的两个制动缸，固定于制动缸靠近轮对一侧端部的闸瓦，固定在闸瓦上的制动力传感器，置于轮对下方且安装于基座上的轨道轮组，与轨道轮组转轴通过联轴器连接的电机，安装在轮对两端且可绕其轴线方向转动的轴箱，通过设置在轴箱上部的弹簧、轴箱拉杆与轴箱连接的承力梁，与承力梁上方连接且设在加载框下部的承力销；所述加载框上放置配重，所述加载框四角通过直线轴承与对应设置于地基上的四个垂向加载导柱分布配合，且其沿加载导柱的轴向方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台，其特征在于：所述轨道轮组包括转轴，固结于转轴上且位于轮对各个车轮下方的轨道轮。

3.根据权利要求1所述的一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台，其特征在于：所述加载框为框架结构，其下部安装有截面呈阶梯形状的承力销，承力销下部穿过承力梁中的定位孔，定位孔沿承力梁纵向布置并在轮对轴线两侧对称分布；承力销上部阶梯面与承力梁上表面接触。

4.根据权利要求1所述的一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台，其特征在于：所述的调压阀、空气控制阀、副风缸、制动缸固定于安装架上，所述安装架固定于地基上。

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的一种铁道车辆制动系统综合性能通用试验台的试验控制方法，其特征在于：其步骤如下：

(1)、确定所要试验的铁道车辆在列车中的位数、列车制动初速、制动控制器的作用位置；

(2)、操纵集成了列车纵向动力学计算程序的控制台计算步骤(1)列车中对应位置铁道车辆的动能，并将此动能转换成电机转速，控制电机转速，依次带动轨道轮组、轮对转动；

(3)、操控空气压缩机经调压阀输出目标压力，驱动空气控制阀动作，空气控制阀进而控制副风缸与加速缓解风缸的充、排风及闸瓦动作，对轮对进行制动；

(4)、制动力传感器反馈制动力至控制台，根据列车纵向动力学计算程序读取制动力，并转换为整列车制动力，计算因制动力消耗的车辆动能，将剩余车辆动能转换为电机转速，操纵控制台控制电机转速，依次带动轨道轮组、轮对转动；

(5)如此循环步骤(3)、4)的控制，直至轮对停止转动；

(6)获得制动过程中的各种实验参数，用于制动系统故障检测、新型制动系统研发及制动时轮对接触振动与粘滑振动研究。