CN108414253B - 一种高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台 - Google Patents

Abstract

一种高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台，伺服电机的轴经滚动轴承伸出后连接制动盘；气缸沿横向安装在滑座上，气缸的输出轴套装有弹簧后连接推杆，推杆从直线轴承中穿出后顺次连接三向力传感器、闸片托和安装板，三向加速度传感器安装在安装板上，不同尺寸、形状的摩擦块固定在安装板上，滑座与第一支撑座滑动配合，滚珠丝杆沿纵向安装在第一支撑座上，滑台固定在滚珠丝杠的螺母上。底座上设置有热成像仪和传声器。本试验台具有安装板便于更换，摩擦半径方便调整，具有抗振动、抗抖动功能，提高了试验台的稳定性和试验的准确性。

Description

一种高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台

技术领域

本发明涉及到列车制动闸片性能测试装置，特别是涉及对闸片摩擦界面的振动信号、力信号以及摩擦热分布等综合性能进行测试的试验台。

背景技术

高速列车的制动闸片设计有多个摩擦块，在机械制动时主要通过这些摩擦块与制动盘的摩擦做功来实施制动。随着高速列车运行速度的不断提高，列车在制动时，摩擦块的排布不合理势必会导致制动盘在摩擦区域内的摩擦热分布不均匀、摩擦区域温差过大。进而造成制动闸片上的各个摩擦块磨损不均匀，影响制动闸片的使用寿命；同时引起制动盘异常磨耗、热裂纹的产生。而异常磨损的制动闸片与制动盘会影响摩擦界面的贴合度，进一步恶化摩擦区域内的摩擦热分布差异性。当摩擦区域内的温差达到一定程度后会产生热应力集中现象，引发振动噪声、摩擦块断裂，掉块等一系列的问题，严重影响列车的行车安全。为了提高制动盘与制动闸片的使用寿命和列车制动系统的可靠性，需要对制动闸片摩擦块的排布与摩擦界面自激振动、摩擦界面应力分布、摩擦热及其分布、摩擦力等因素之间的关系进行探究，然而现有的高速列车制动试验台没有将这些因素都考虑在其测试重点范围内，且针对高速列车制动闸片摩擦块的排布特点对列车制动闸片综合制动性能的影响需要专用的试验设备。因此，研制一台能够改变制动闸片上的摩擦块的排布方式，并采集摩擦界面的振动噪声信号、力信号以及摩擦热分布等信息的试验台对高速列车制动闸片综合制动性能的提升具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提供一种高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台，旨在实时同步采集制动盘表面的热分布情况，三个方向的加载力、摩擦力和径向力的信号，三个方向振动加速度信号以及声音信号，摩擦块的安装板便于更换，摩擦半径方便调控，具有抗振动，抗抖动功能，以保证试验台的稳定性和试验的准确性。

本发明的目的是这样实现的：一种高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台，伺服电机安装在支撑板上，支撑板设置长方形的底座上，横向设置的伺服电机的输出轴经联轴器后伸出滚动轴承的外端上固定有制动盘，上述滚动轴承经滚动轴承座固定在基座上，该基座设置在底座上；底座上沿长边方向即横向设置有多条倒T字形槽；第一支撑座的底板经四颗螺栓可移动地固定在底座的两条倒T字形槽上，第一支撑座的顶板上左右两边沿纵向设置有两条滑轨，滚珠丝杠位于两条滑轨中间、沿纵向可转动地架设在该顶板上的两个丝杆座上；气缸沿横向安装在滑台上，气缸输出轴连接推杆，弹簧套装在气缸输出轴上，且弹簧的直径小于推杆的直径，推杆左端从安装在滑台上的直线轴承中穿出，推杆左端上依次固联有三向力传感器、闸片托以及安装板，安装板上按多种排布方式设置有不同形状、不同尺寸的摩擦块安装孔，摩擦块底部有螺纹孔，嵌设或通过螺钉连接可将摩擦块固定在安装板上，滑台通过滚珠丝杠的螺母座与螺母连接，该螺母旋接在滚珠丝杠上；三向振动加速度传感器设置在闸片托上；第二支撑座的底板经两个螺栓可移动地固定在底座的一条倒T字形槽中，第二支撑座顶板上设置有热成像仪，热成像仪的镜头正对制动盘表面；第三支撑座的底板经两颗螺栓可移动地固定在底座的一条倒T字形槽中，第三支撑座的顶板上安装有传声器(伺服电机输出轴接联轴器一端，另一段输出轴接联轴器另一端，另一段输出轴外端上固定制动盘；第一支撑座由底板、顶板以及固联二者间的竖版构成；弹簧即螺旋弹簧，其内、外直径均小于推杆直径)。

所述第一支撑座底部设置有滑槽，导向杆通过螺钉固定在所述滑槽内，可保证第一支撑座上的推杆对制动盘的垂直度。

所述滑台由四块竖向板分别作为第一、二、三、四支撑体从左向右依次平行地固定在长方形底板上构成；气缸安装在第四支撑体外侧面上，直线轴承设置在第一、第二支撑体之间，推杆依次从第三、第二、第一支撑体上的孔中穿出。

所述伺服电机与联轴器之间还设置有减速器，伺服电机和减速器安装在支撑板上。

所述伺服电机的支撑板以及滚动轴承座的基座分别经四颗螺栓可移动地固定在底座上的两条倒T字形槽中。

所述滚珠丝杆外端上设置有手动转柄。

还具有电机控制系统、电脑和信号采集分析系统；所述伺服电机与电机控制系统电连接；热成像仪与电脑电连接；三向力传感器、三向振动加速度传感器和传声器分别与信号采集分析系统电连接。

所述三向力传感器为三向应变式力传感器，其三个方向的量程为0～2000N，灵敏度为1mv/V；所述三向振动加速度传感器10的量程为±500g。

本发明的工作过程和原理是：

在试验开始前，根据试验需要的排布形式安装好摩擦块，滑台移动使摩擦块与制动盘的摩擦半径到达指定试验位置。

通过控制系统驱动电机使制动盘以设定转速旋转并保持稳定；此后，在控制系统的控制下，以设定压力推动摩擦块压向制动盘，并保持加载力稳定；达到要求的实验时间后，电机停止转动，推杆复位。

在试验过程中，热成像仪实时记录制动盘表面摩擦区域温度分布及其演变过程，传声器实时采集制动界面产生的噪声信号，三向力传感器实时采集试验过程中的摩擦力、法向力、及径向力，安装在闸片托上表面的三向振动加速度传感器对摩擦块在法向、切向、径向三个方向上的振动信号进行实时采集。这些信号最终传输到数据采集分析系统中用以处理及关联分析，用以评价制动闸片的综合制动性能。

更换具有不同摩擦块安装孔位置的安装板，或者改变摩擦块在安装板上的排布方式，即可研究摩擦块的排布特点对制动闸片综合制动性能影响的试验。

设定不同的电机转速，加载力，可进行不同工况下的制动闸片综合制动性能试验。

更换不同形状、材料、尺寸的摩擦块和制动盘，即可进行不同摩擦块与不同制动盘的综合制动性能试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可通过热成像仪、三向力传感器、三向振动加速度传感器以及传声器同步实时监测制动盘表面的热分布情况、三个方向的力(加载力，摩擦力和径向力)信号、三个方向的振动加速度信号以及声音信号，从而可研究并分析界面的摩擦力特性、振动噪声特性与制动盘表面热分布之间的关系，给出制动闸片综合制动性能的评价。

本发明可更换具有不同摩擦块安装孔位置的安装板，也可改变摩擦块在安装板上的排布方式，从而可研究具有不同尺寸大小、不同形状结构、不同数量、不同排布方式的摩擦块对制动闸片综合制动性能的影响，为高速列车制动领域制动闸片界面特征的设计以及摩擦块排布方式的设计优化提供试验依据和理论指导。

本发明可通过控制系统控制伺服电机的转速、推杆加载力，通过滑台调整制动闸片在制动盘表面上的摩擦位置(摩擦半径)、可进行不同工况、不同摩擦半径下的拖曳实验，从而可研究不同工况参数对制动闸片综合制动性能的影响。

本发明易于更换不同材料、尺寸的制动盘和摩擦块，可进行不同制动盘与不同摩擦块的制动实验，从而可研究不同材料、尺寸的制动盘和不同摩擦块匹配的综合制动性能。

本试验台采用滑台调节摩擦半径，其结构简单，调节方式简便，精度较高，能够很好的满足摩擦半径的调节要求。其具体组成为：首先，滑台下表面安装有两个滑块，分别与第一支撑座上表面安装的两个纵向滑轨配合，且第一支撑座底部设置有导向杆，可与底座滑槽配合，保证推杆在制动盘表面的垂直度。其次，滑台底部与滚珠丝杠通过螺母连接，滚珠丝杠的两端通过轴承安装在第一支撑座上；再者，滑台上表面设置有第一支撑体与第二支撑体、用于固定直线轴承；最后，由于推杆与直线轴承之间存在间隙，因此设置第三支撑体与导向键配合，用于避免推杆与弹簧连接处有较大的抖动、且避免摩擦接触界面有较大的摆动，保证试验台的稳定性和试验的准确性。

附图说明

图1是本发明提供的一种研究高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台的整体结构示意图。

图2是本发明提供的导向杆的安装位置示意图。

图3是本发明提供的摩擦块不同排布方式的示意图。

图4是本发明提供的不同安装板的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

图1示出本高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台，伺服电机1安装在支撑板3上，支撑板3设置长方形的底座23上，横向设置的伺服电机的输出轴经联轴器4后伸出滚动轴承的外端上固定有制动盘6，上述滚动轴承经滚动轴承座5固定在基座上，该基座设置在底座23上；底座23上沿长边方向即横向设置有多条倒T字形槽；第一支撑座22的底板经四颗螺栓可移动地固定在底座23的两条倒T字形槽上，第一支撑座22的顶板上左右两边沿纵向设置有两条滑轨12g，滚珠丝杠12f位于两条滑轨12g中间、沿纵向可转动地架设在该顶板上的两个丝杆座12h上；气缸17沿横向安装在滑台上，气缸输出轴连接推杆14，弹簧16套装在气缸输出轴上，且弹簧的直径小于推杆的直径，推杆左端从安装在滑台上的直线轴承13中穿出，推杆左端上依次固联有三向力传感器11、闸片托9以及安装板8，安装板上按多种排布方式设置有不同形状、不同尺寸的摩擦块安装孔，摩擦块7底部有螺纹孔，嵌设或通过螺钉连接可将摩擦块7固定在安装板8上，滑台通过滚珠丝杠12f的螺母座与螺母连接，该螺母旋接在滚珠丝杠上；三向振动加速度传感器10设置在闸片托9上；第二支撑座18的底板经两个螺栓可移动地固定在底座23的一条倒T字形槽中，第二支撑座18顶板上设置有热成像仪19，热成像仪的镜头正对制动盘6表面；第三支撑座20的底板经两颗螺栓可移动地固定在底座23的一条倒T字形槽中，第三支撑座20的顶板上安装有传声器21。

如图2所示，第一支撑座22底部或者通过螺钉固定有两根导向杆24，两根导向杆分别嵌设在底座23上的两条倒T字形槽中形成滑动配合，以保证第一支撑座上的推杆14对制动盘6的垂直度。

伺服电机1与联轴器4之间还设置有减速器2，伺服电机和减速器安装在支撑板3上。滑台由四块竖向板分别作为第一、二、三、四支撑体12a、12b、12c、12d从左向右依次平行地固定在长方形底板上构成；气缸7安装在第四支撑体12d外侧面上，直线轴承13设置在第一、第二支撑体12a、12b之间，推杆14依次从第三、第二、第一支撑体上的孔中穿出。

伺服电机1的支撑板3以及滚动轴承座5的基座分别经四颗螺栓可移动地固定在底座23上的两条倒T字形槽中。滚珠丝杆12f外端上设置有手动转柄。

还具有电机控制系统、电脑和信号采集分析系统；所述伺服电机1与电机控制系统电连接；热成像仪19与电脑电连接；三向力传感器11、三向振动加速度传感器10和传声器21分别与信号采集分析系统电连接。

三向力传感器11为三向应变式力传感器，其三个方向的量程为0～2000N，灵敏度为1mv/V；所述三向振动加速度传感器10的量程为±500g。图1中，滚珠丝杠12f外端有一根纵向杆即手动转柄转动它，丝杠随之转动，滑台沿丝杠纵向移动，从而调节摩擦半径。

如图1所示，长方形底座23的表面上设置有支撑板3、滚动轴承座5、第一支撑座22、第二支撑座18及第三支撑座20；支撑板3一侧安装有伺服电机1，伺服电机1通过联轴器4与传动轴相连，传动轴穿过滚动轴承与制动盘6固定连接，滚动轴承内圈与传动轴固定连接，滚动轴承外圈的外表面与滚动轴承座5固定连接；

第一支撑座22上表面安装了滑台，滑台上表面的第四支撑体12d与气缸17固定连接，气缸17输出轴依次连接有弹簧16、推杆14、闸片托9、安装板8及摩擦块7，弹簧16在试验初始阶段不受力；推杆14穿过直线轴承13并支撑在滑台的第一支撑体12a与第二支撑体12b上，滑台第三支撑体12c与推杆14间还设置有导向键15；第二支撑座18上设置有热成像仪19，其摄像头正对(镜头表面平行于制动盘表面)制动盘表面(镜头入射光垂直于制动盘表面)。第三支撑座20上安装有传声器21，其到制动界面的距离可调控。

伺服电机1与电机控制系统电连接；热成像仪19与电脑电连接；三向力传感器11、三向振动加速度传感器10和传声器21分别与信号采集分析系统电连接。

一些实例中，伺服电机1还连接有减速器2，所述减速器2与支撑板3固定连接，减速器2的输出轴通过联轴器4与传动轴连接。

一些实例中，底座23上表面设置有多条倒T字形槽口，可实现各部分模块化，方便拆卸和改装，可根据不同试验要求更换不同功能的模块。

本实施例中，推杆14与所述闸片托9中间还连接有三向力传感器11；其三个方向的量程为0～2000N，灵敏度为1mv/V；闸片托9上表面还安装有三向振动加速度传感器10，其量程为±500g。

本实施例中，滑台底部安装了两个滑块12e，分别与安装在第一支撑座上表面的两条纵向(纵向系指垂直推杆的方向)的滑轨12g配合；所述滑轨12g与第一支撑座22通过螺钉固定连接；第一支撑座22上表面还设置有前后两个丝杠座12h，所述丝杆座12h中间设置有滚珠丝杠12f，所述滚珠丝杠12f通过螺母与滑台底部连接，可使滑台能够前后移动。

本实施例中，闸片托9与安装板8通过螺栓固定连接，安装板8上设置有多个摩擦块安装孔，固定距离的两个摩擦块安装孔可通过螺钉固定连接一个摩擦块7。故而安装板上的摩擦块7可以有多种排布方式，一些实例如图3所示。

根据试验要求，对于不同形状、尺寸大小及排布方式的摩擦块7，还可更换有不同安装孔位置的安装板8，一些实例如图4所示。

Claims (2)

1.一种高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台，其特征在于，伺服电机(1)安装在支撑板(3)上，支撑板(3)设置长方形的底座(23)上，横向设置的伺服电机的输出轴经联轴器(4)后伸出滚动轴承的外端上固定有制动盘(6)，上述滚动轴承经滚动轴承座(5)固定在基座上，该基座设置在底座(23)上；底座(23)上沿长边方向即横向设置有多条倒T字形槽；第一支撑座(22)的底板经四颗螺栓可移动地设置在底座(23)的两条倒T字形槽上，第一支撑座(22)的顶板上左右两边沿纵向设置有两条滑轨(12g)，滚珠丝杠(12f)位于两条滑轨(12g)中间、沿纵向可转动地架设在该顶板上的两个丝杆座(12h)上；气缸(17)沿横向安装在滑台上，气缸输出轴连接推杆(14)，弹簧(16)套装在气缸输出轴上，且弹簧的直径小于推杆的直径，推杆左端从安装在滑台上的直线轴承(13)中穿出，推杆左端上依次固联有三向力传感器(11)、闸片托(9)以及安装板(8)，安装板上按多种排布方式设置有不同形状、不同尺寸的摩擦块安装孔，摩擦块嵌设或通过螺钉固定在安装板上的摩擦块安装孔中，滑台通过滚珠丝杠(12f)的螺母座与螺母连接，该螺母旋接在滚珠丝杠上；三向振动加速度传感器(10)设置在闸片托(9)上；第二支撑座(18)的底板经两个螺栓可移动地固定在底座(23)的一条倒T字形槽中，第二支撑座(18)顶板上设置有热成像仪(19)，热成像仪的镜头正对制动盘(6)表面；第三支撑座(20)的底板经两颗螺栓可移动地固定在底座(23)的一条倒T字形槽中，第三支撑座(20)的顶板上安装有传声器(21)；

所述第一支撑座(22)底部或者通过螺钉固定有两根导向杆(24)，两根导向杆分别嵌设在底座(23)上的两条倒T字形槽中形成滑动配合，以保证第一支撑座上的推杆(14)对制动盘(6)的垂直度；

所述滑台由四块竖向板分别作为第一、二、三、四支撑体(12a、12b、12c、12d)从左向右依次平行地固定在长方形底板上构成；气缸(7)安装在第四支撑体(12d)外侧面上，直线轴承(13)设置在第一、第二支撑体(12a、12b)之间，推杆(14)依次从第三、第二、第一支撑体上的孔中穿出；

所述伺服电机(1)与联轴器(4)之间还设置有减速器(2)，伺服电机和减速器安装在支撑板(3)上；

所述伺服电机(1)的支撑板(3)以及滚动轴承座(5)的基座分别经四颗螺栓可移动地固定在底座(23)上的两条倒T字形槽中；

所述滚珠丝杠 (12f)外端上设置有手动转柄；

所述三向力传感器(11)为三向应变式力传感器，其三个方向的量程为0～2000N，灵敏度为1mv/V；所述三向振动加速度传感器(10)的量程为±500g。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车制动闸片综合制动性能测试试验台，其特征在于，还具有电机控制系统、电脑和信号采集分析系统；所述伺服电机(1)与电机控制系统电连接；热成像仪(19)与电脑电连接；三向力传感器(11)、三向振动加速度传感器(10)和传声器(21)分别与信号采集分析系统电连接。

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