CN107991058A - 针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，包括设置在风洞实验室的桥梁模型、导轨、列车模型、可调平支架、底板、连接装置、传动装置和控制系统；可调平行支架固定在底板上；桥梁模型设置于可调平支架上，且顶部中间设置有通长的开口槽；桥梁模型内部设置有导轨，所述导轨设置于桥梁模型的开口槽正下方；列车模型设置于桥梁模型的上方，通过连接装置与导轨连接；连接装置与传动装置连接，所述传动装置与控制系统通信连接。本发明提供的风洞模型试验系统中列车模型处于运动状态，桥梁模型处于静止状态，更切合实际的模拟移动列车在桥上的气动特性；该模型系统置于风洞试验室内，控制系统和测力天平集成控制，操作简单。

Description

针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统

技术领域

本发明属于列车风洞模型测试技术领域，具体涉及针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统。

背景技术

随着我国社会经济的发展与生活节奏的加快，城际轨道交通已经成为城市间最主要的乘坐工具。

随着高速列车运行速度的逐步提高，一些空气动力问题越来越凸显出来，包括空气阻力、横风效应、会车效应和启动噪声等，因此，开展空气动能学问题研究对于提高高速列车的安全性、稳定性和舒适性以及节能降耗等具有非常重要的现实意义。

目前研究高速列车的空气动力学问题，通常采用风洞模型试验、动模型试验和实车路线测试等方法。其中，风洞模型试验是研究高速列车空气动力学问题最主要的手段之一。目前，主要采用静止模型进行车-桥系统节段模型试验，以考虑列车和桥梁相互之间的气动影响，但是未能充分考虑到列车风与自然横风之间的差异性。在静止模型下，通过设置一定风向角来模拟的自然横风和列车风在底板附近形成了一定厚度的边界层，称为“地面效应”，而采用移动列车运行方向是不动的，列车和桥梁与气流的相对风向角不同，因此，常用的通过设置模型风向角考虑列车运动影响的方法，不能准确模拟移动列车-桥梁系统的相互气动影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统解决了静止模型下不能准确模拟移动列车-桥梁系统的相互气动影响的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，包括设置在风洞实验室的桥梁模型、导轨、列车模型、可调平支架、底板、连接装置、传动装置和控制系统；

所述可调平行支架固定在底板上；

所述桥梁模型设置于可调平支架上，且顶部中间设置有通长的开口槽；

所述桥梁模型内部设置有导轨，所述导轨设置于桥梁模型的开口槽正下方；

所述列车模型设置于桥梁模型的上方，通过连接装置与导轨连接；

所述连接装置与传动装置连接，所述传动装置与控制系统通信连接。

本发明的有益效果为：本发明提供的针对封闭式的移动列车风洞模型试验系统实现了列车模型在轨道上的反复往返运行，列车模型处于运动状态，桥梁模型处于静止状态，因此可以更切合实际的模拟移动列车在桥上的气动特性；该模型系统置于风洞试验室内，控制系统和测力天平集成控制，自动采集，操作简单。

进一步地，所述连接装置包括测力天平、滑块和滑块连接件；

所述测力天平设置于列车模型的车厢主体内部；

所述滑块设置于导轨内部，所述滑块连接件设置于导轨和桥梁模型之间；

所述测力天平一端通过滑块连接件与滑块连接，另一端与列车模型固定连接；

所述测力天平与控制系统通信连接。

上述进一步方案的有益效果为：连接装置将列车模型和导轨连接起来，实现列车在导轨的带动下，在桥梁模型上运动。

进一步地，所述传动装置包括同步带、动力装置和同步带张紧装置；

所述动力装置有两个，分别设置于桥梁模型的两个顶端，所述动力装置通过同步带与滑块连接，所述动力装置与控制系统通信连接；

所述同步带张紧装置设置于桥梁模型下方，并与同步带连接。

上述进一步方案的有益效果为：实现列车模型在直线导轨上的往返反复运行，实现列车模型在导轨上的移动控制及同步测试。

进一步地，所述导轨包括加速区段、匀速区段和减速区段，所述加速区段和减速区段分别设置于桥梁模型的两端，所述匀速区段设置于加速区段和减速区段之间。

上述进一步方案的有益效果为：导轨设置有三个区段，实现模拟试验系统对列车实际运行情况的模拟。

进一步地，所述同步带张紧装置有四个，其中两个同步张紧装置固定设置于导轨的加速区段对应的桥梁模型下方的可调平支架上，另外两个同步张紧装置固定设置于导轨的减速区段对应的桥梁模型下方的可调平支架上。

上述进一步方案的有益效果为：设置的同步带张紧装置，确保长距离下的同步带的张紧，保证高速度下列车模型的平稳运行；同时，仅选择在导轨加速区段和减速区段下方设置张紧装置，避免张紧装置对匀速区段气动扰流产生影响张紧装置采用多重张紧轮组合张紧，配合调试，使同步带自身受力俊宇，确保列车模型在高速下仍能可靠运行。

进一步地，所述导轨内设置有机械限位部件。

上述进一步方案的有益效果为：确保列车运行安全并进行合理限位。

进一步地，所述桥梁模型为封闭式桥梁；所述桥梁模型与导轨独立分离固定设置于可调平支架上。

上述进一步方案的有益效果为：模拟真实封闭式桥梁环境；通过可调平支架确保导轨平顺性，避免由于桥梁承托导轨所带来意调节导轨平顺的问题。

进一步地，所述设置于与桥梁模型下方的导轨可任意横向位置设置。

上述进一步方案的有益效果为：用于模拟列车模型与桥梁模型不同的相对位移。

进一步地，所述导轨内的滑块采用自接触式滑块，所述滑块在导轨内各个侧面上均布置有弹性支撑。

上述进一步方案的有益效果为：防止滑块在导轨内卡死，或因间隙较大产生跳动的现象。

进一步地，所述控制系统为计算机。

上述进一步方案的有益效果为：控制系统为计算机，与动力装置和测力天平通信连接，实现对车辆模型的运动状态控制和运动过程中数据的采集。

附图说明

图1为本发明实施例中单线导轨的结构示意图。

图2为图1的正面示意图。

图3为图1中1-1剖面示意图。

图4为图3中滑块连接件结构示意图。

图5为本发明实施例中双线导轨结构示意图。

图6为图5的正面示意图。

图7为图5中2-2剖面示意图。

图8为图7中滑块连接件结构示意图。

其中：1、桥梁模型；2、导轨；3、列车模型；4、可调平支架；5、测力天平；6、滑块；7、同步带；8、同步带张紧装置；9、动力装置；10、控制系统；11、底板；12、滑块连接件。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

在本发明的第一个实施例中，如图1至图4所示，针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统中单线导轨系统结构包括设置在风洞实验室的桥梁模型1、导轨2、列车模型3、可调平支架4、底板11、连接装置、传动装置和控制系统10；连接装置包括一个测力天平5、一个滑块6和一个滑块连接件12；传动装置包括一条同步带7、两个动力装置9和四个同步带张紧装置8。

其中，可调平行支架4固定在底板11上，桥梁模型1固定设置于可调平支架4上，且顶部中间设置有通长的开口槽，桥梁模型1内部设置有导轨2，导轨2设置于桥梁模型1的开口槽正下方；桥梁模型1与导轨2独立分离固定设置于可调平支架4上，支架与实验室地面之间用地脚螺栓固定在底板11上，通过调节支架高度使导轨2保持水平。

导轨2内设置有机械限位部件，导轨2包括加速区段、匀速区段和减速区段，加速区段和减速区段分别设置于桥梁模型1的两端，匀速区段设置于加速区段和减速区段之间。

列车模型3设置于桥梁模型1的上方，测力天平5设置于列车模型3的车厢主体内部，滑块6设置于导轨2内部，滑块连接件12设置于导轨2和桥梁模型1之间；测力天平5一端通过滑块连接件12与滑块6连接，另一端与列车模型3固定连接；测力天平5与控制系统10通信连接。其中，导轨2内的滑块6采用自接触式滑块，即滑块6在导轨2内各个侧面上均布置有弹性支撑，防止滑块6在导轨2内卡死或因间隙交大产生跳动的现象。

两个动力装置9分别设置于桥梁模型1的两个顶端，动力装置9通过同步带7与滑块6连接，滑块6通过同步带7带动运行，动力装置9与控制系统10通信连接；实现列车模型3在导轨2上的移动控制和同步测试。

同步带张紧装置8设置于桥梁模型1下方，与同步带7连接；四个同步带张紧装置8中两个同步张紧装置8固定设置于导轨2的加速区段对应的桥梁模型1下方的可调平支架4上，另外两个同步张紧装置8固定设置于导轨2的减速区段对应的桥梁模型1下方的可调平支架4上。其中，同步带张紧装置8采用多重张紧轮组合张紧，配合调试，使同步带7自身受力均匀，确保列车模型3在高速下仍能可靠运行。

在本发明的第二个实施例中，如图5至图8所示，针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统的双线导轨系统，基本结构与第一个实施例中的单线导轨相同，不同之处在于：系统中有两个列车模型3、两个测力天平5、两个滑块6和两个滑块连接件12；桥梁模型1的开口槽下方设置有两个导轨2，每个导轨2通过连接装置与列车模型3连接，两个导轨2内部都设置有滑块6，每个滑块6通过对应的滑块连接件12与设置在对应列车模型3车厢主体内部的测量天平5连接。

在本发明的提供的两个实施例中，控制系统10为计算机，与动力装置9和测力天平通信连接，实现对车辆模型3的运动状态控制和运动过程中数据的采集；桥梁模型1为封闭式桥梁；设置于与桥梁模型1内部的导轨2可任意横向位置设置，用于模拟列车模型3与桥梁模型1不同的相对位移。除上述提出的通过改变导轨2的横向位置来模拟列车模型3与桥梁模型1不同的相对位移，如图4和图8所示滑块连接件12中有倾斜的部件，因此还可以采用改变滑块连接件12的方向来实现模拟列车模型3与桥梁模型1不同的相对位移。应当说明的是，本发明提供的两个实施例仅为单线导轨和双线导轨，在实际试验中，可以根据需要相应的增加导轨2、连接装置和列车模型3的数量，实现模拟多种列车行驶工况。

在模型试验系统运行时，将列车模型3、桥梁模型1和导轨2等按照试验要求设置在相应位置，通过控制系统10控制列车模型3的行驶状态，列车模型3行驶过程中，测力天平5测试列车模型3行驶过程中的数据变化，并将其传输给控制系统10，由控制系统10对其数据进行分析，进而控制列车运行状态，实现切合实际的模拟移动列车在桥上的气动特性。

本发明提供的针对封闭式的移动列车风洞模型试验系统实现了列车模型在轨道上的反复往返运行，列车模型处于运动状态，桥梁模型处于静止状态，更切合实际的模拟移动列车在桥上的气动特性；该模型系统置于风洞实验室内，控制系统和测力天平集成控制，自动采集，操作简单。

Claims (10)

1.针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，包括设置在风洞实验室的桥梁模型(1)、导轨(2)、列车模型(3)、可调平支架(4)、底板(11)、连接装置、传动装置和控制系统(10)；

所述可调平行支架(4)固定在底板(11)上；

所述桥梁模型(1)设置于可调平支架(4)上，且顶部中间设置有通长的开口槽；

所述桥梁模型(1)内部设置有导轨(2)，所述导轨(2)设置于桥梁模型(1)的开口槽正下方；

所述列车模型(3)设置于桥梁模型(1)的上方，通过连接装置与导轨(2)连接；

所述连接装置与传动装置连接，所述传动装置与控制系统(10)通信连接。

2.根据权利要求1所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述连接装置包括测力天平(5)、滑块(6)和滑块连接件(12)；

所述测力天平(5)设置于列车模型(3)的车厢主体内部，所述滑块(6)设置于导轨(2)内部，所述滑块连接件(11)设置于导轨(2)和桥梁模型(1)之间；

所述测力天平(5)一端通过滑块连接件(11)与滑块(6)连接，另一端与列车模型(3)固定连接；

所述测力天平(5)与控制系统(10)通信连接。

3.根据权利要求2所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述传动装置包括同步带(7)、动力装置(9)和同步带张紧装置(8)；

所述动力装置(9)有两个，分别设置于桥梁模型(1)的两个顶端，所述动力装置(9)通过同步带(7)与滑块(6)连接，所述动力装置(9)与控制系统(10)通信连接；

所述同步带张紧装置(8)设置于桥梁模型(1)下方，并与同步带(7)连接。

4.根据权利要求1所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述导轨(2)包括加速区段、匀速区段和减速区段，所述加速区段和减速区段分别设置于桥梁模型(1)的两端，所述匀速区段设置于加速区段和减速区段之间。

5.根据权利要求4所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述同步带张紧装置(8)有四个，其中两个同步张紧装置(8)固定设置于导轨(2)的加速区段对应的桥梁模型(1)下方的可调平支架(4)上，另外两个同步张紧装置(8)固定设置于导轨(2)的减速区段对应的桥梁模型(1)下方的可调平支架(4)上。

6.根据权利要求1所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述导轨(2)内设置有机械限位部件。

7.根据权利要求1所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述桥梁模型(1)为封闭式桥梁；所述桥梁模型(1)与导轨(2)独立分离固定设置于可调平支架(4)上。

8.根据权利要求1所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述设置于桥梁模型(1)内部的导轨(2)采用任意横向位置设置。

9.根据权利要求2所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述导轨(2)内的滑块(6)采用自接触式滑块，所述滑块(6)在导轨(2)内各个侧面上均布置有弹性支撑。

10.根据权利要求1所述的针对封闭式桥梁的移动列车风洞模型试验系统，其特征在于，所述控制系统(10)为计算机。