CN110274777A - 轨道车辆隧道压力波试验台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开轨道车辆隧道压力波试验台，包括：测试模型车，作为实验对象；隧道系统，供测试模型车运行通过；牵引机构，与测试模型车可分离式相连；动力装置，用于驱动牵引机构；导向机构，引导测试模型车的运行路线；检测系统，用于检测测试模型车在隧道系统进口、出口处的运行速度以及测试模型车在隧道系统内运行时的压力；控制系统，与检测系统、电机分别相连，控制电机实现牵引机构加速状态与减速状态的切换；缓冲结构，供测试模型车碰撞后减速缓冲。防止测试模型车驶出隧道以后撞到轨道支架，从而更好的达到重复试验的目的。还公开了一种用于上述试验台的试验方法，本发明减少测试模型车的加速时间，减少了测试模型车减速的时间也简化了装置的结构。

Description

轨道车辆隧道压力波试验台及方法

技术领域

本发明专利涉及轨道车辆试验技术领域，具体涉及一种轨道车辆隧道压力波试验台及方法。

背景技术

地铁列车在地下空间内运行时，当列车速度超过100km/h时，许多在低速时可以忽略的问题，在高速时就变得非常明显，高速运行的地铁列车与空气间相互作用产生的气动效应(包括列车内外压力变化、隧道压力波、隧道洞口微气压波、列车空气阻力、列车风、气动噪声等)就是高速地铁建设必须面临和解决的关键问题。

目前，中南大学依据英国AEA铁路技术研究所的动模型试验系统建立了350km/h动模型试验系统，该系统测试模型车使用弹射式启动，使用动力牵引车带动测试用车运动，机械结构较为复杂。而西南交通大学建立的空气炮试验系统与日本铁道技术研究所建立的试验系统类似，该系统测试模型车使用空气炮发射，能够达到很高的速度，但是试验成本较高，机构也是较为复杂。

中国专利文献CN108760216A公开了一种基于动力学相似的地铁隧道模型试验台及其测试方法，虽然所述试验台可以模拟测试地铁隧道风速及风压，但由于列车达到高速阶段需要一定的加速距离以及加速时间，故所述试验台长度会较长，且由于所述试验台未做减速系统，测试测试模型车通过隧道后减速只能依靠电机减速，达不到很好的减速效果，所需减速距离也会较长，导致试验台耗资巨大，搭建困难。所以需要研究结构简单的轨道车辆隧道压力波的试验台，可以通过相对简单可实现的机构，相对较小的占地面积，较低的试验成本，来完成对于对于轨道车辆隧道压力波的测量。

发明内容

本发明主要目的在于提供轨道车辆隧道压力波试验台，以解决现有技术中轨道车辆隧道试验台结构复杂，减速效果不佳的技术问题。

为了达到上述目的，本发明一方面提供轨道车辆隧道压力波试验台，包括：

测试模型车，作为实验对象；

隧道系统，供测试模型车运行通过；

牵引机构，与测试模型车可分离式相连；

动力装置，用于驱动牵引机构；

导向机构，引导测试模型车的运行路线；

检测系统，用于检测测试模型车在隧道系统进口、出口处的运行速度以及测试模型车在隧道系统内运行时的压力；

控制系统，与检测系统、电机分别相连，控制电机实现牵引机构加速状态与减速状态的切换；

缓冲结构，供测试模型车碰撞后减速缓冲。防止测试模型车驶出隧道以后撞到轨道支架，从而更好的达到重复试验的目的。

本发明所述所述小车系统中的触发结构可以使得测试模型车与牵引绳在电机刚开始加速时分离，减少测试模型车的加速时间，在出隧道系统时通过控制系统控制减速以及在结束时设置缓冲，减少了测试模型车减速的时间也简化了装置的结构。

进一步地，所述牵引机构与测试模型车通过瞬时锁紧释放机构可分离式相连，所述瞬时锁紧释放机构包括设置于测试模型车内的锁紧释放结构以及用于触发锁紧释放结构锁紧和释放的触发结构。

进一步地，所述锁紧释放结构包括支撑固定于测试模型车内的夹持件，所述触发结构包括对应夹持件位置固定于导向机构起始端的按压件，所述夹持件上的夹持部与牵引机构夹持相连，所述按压件与夹持件上的施力部可按压连接使得按压状态下夹持件的夹持部松开。

进一步地，所述检测系统包括设置于隧道系统入口处的入口光电传感器、设置于隧道系统出口处的出口光电传感器以及设置于隧道系统内的压力传感系统，所述入口光电传感器、出口光电传感器、压力传感系统均与控制系统相连。

进一步地，所述控制系统为PLC控制系统。PLC控制系统在所配备的触摸屏幕上可以完成各种参数的设置，通过信号线连接到数据采集器中，在计算机上通过配套软件可以完成数据的采集和整理，还可以完成对电机的控制。

进一步地，所述导向机构包括供测试模型车配合滑动的导轨、支撑导轨的导轨支架、与测试模型车滑动连接的导向绳，所述导向绳穿过隧道系统两端分别固定于导轨首尾。导向绳可以保证测试模型车在运行过程中路线不偏离。

进一步地，所述牵引机构包括分别设置于轨道两边的主动牵引轮、从动轮、牵引绳，所述主动牵引轮与电机相连，所述牵引绳穿过隧道系统连接主动牵引轮与从动轮。

进一步地，还包括与牵引绳配合连接的张紧轮以及支撑张紧轮的张紧轮支架。所述张紧轮可以保证实验过程中牵引绳随着电机运转的时候不会和牵引轮发生打滑，保证了实验所需的速度。

进一步地，所述从动轮的轴承座还连有制动结构，所述制动结构包括与轴承座相连的制动块、设置在轴承座一侧的气缸、设置于从动轮支架上的限位槽，所述制动块嵌设于限位槽内，所述气缸的缸杆在伸出状态下位于制动块与限位槽内壁之间并抵住制动块，穿过限位槽设有与内部制动块相连的复位螺栓。

本发明另一方面提供了一种用于轨道车辆隧道压力波试验系统的试验方法，包括：

将牵引机构与测试模型车分离，控制系统电机开始工作；

控制系统控制电机带动牵引机构加速达到所需牵引速度；

将牵引机构与测试模型车连接带动测试模型车短时间内达到所需速度；

测试模型车以试验所需速度运行进入隧道系统，检测系统检测测试模型车在隧道系统入口处的运行速度、在隧道系统出口处的运行速度以及在隧道系统内的运行压力并传输至控制系统；

测试模型车运行至隧道系统出口时控制系统控制对电机减速，电机带动牵引机构立即减速，牵引机构带动测试模型车驶出隧道系统后立即减速；

测试模型车并撞上所述减速机构后停止以进行下次试验。在测试模型车运行过程中，通过安装在隧道内部的压力传感器可以准确地测出测试模型车运行中所产生的压力的数值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的测试模型车实现在牵引机构被电机加速到试验速度后和钢丝绳连接启动，这样的启动方式能够很大缩短测试模型车的加速段长度，从而节省实验室场地，使得实验更加简单快捷。

本发明的系统可以方便地改变实验速度、实验有无旁通隧道工况、实验有无竖井工况以及隧道横截面积，操作简易、方便，还可以改变测试模型车的模型结构，可随意改变以模拟不同工况。因此本发明的系统适用于多种车辆模型和多种隧道工况以及模拟车站工况，其适用范围广。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明具体实施方式中试验台整体设计主视图。

图2示出了本发明具体实施方式中试验台整体设计斜视图。

图3示出了本发明具体实施方式中测试模型车内部结构示意图。

图4示出了本发明具体实施方式中测试模型车外部结构示意图。

图5示出了本发明试验台主动轮端局部放大斜视图。

图6示出了本发明试验台隧道部分局部放大斜视图。

图7示出了本发明试验台从动轮端局部放大斜视图。

图8示出了本发明试验台从动轮的轴承座制动结构的示意图。

附图标记说明如下：

1-导轨固定端支架；2-触发结构；3-测试模型车；4-导向绳；5-牵引绳；6-导轨；7-隧道管道；8-管道卡箍；9-缓冲结构；10-从动轮；11-从动轮支架；12-紧线扣；13-挂钩；14-从动轮端底板；15-导轨支架；16-张紧轮；17-张紧轮支架；18-管道支架；19-电机端底板；20-主动牵引轮；21-螺栓；22-气缸；23-光电传感器；24-电机；25-电机支架；26-轴承座；27-按压块；28-限位杆；29-夹紧弹簧；30-复位弹簧；31-滑轨槽；32-车座；33-夹持件；34-支撑立柱；35-车体；36-按压口；37-挡板；38-槽口；39-按钮；40-按压杆；制动块-41；限位槽-42；复位螺栓-43；缸杆-44。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

轨道车辆隧道压力波试验台，包括：

测试模型车3，作为实验对象；

隧道系统，供测试模型车3运行通过；

牵引机构，与测试模型车3可分离式相连；

动力装置，用于驱动牵引机构；

导向机构，引导测试模型车3的运行路线；

检测系统，用于检测测试模型车3在隧道系统进口、出口处的运行速度以及测试模型车3在隧道系统内运行时的压力；

控制系统，与检测系统、电机24分别相连，控制电机24实现牵引机构加速状态与减速状态的切换；

缓冲结构9，供测试模型车3碰撞后减速缓冲。

所述牵引机构与测试模型车3通过瞬时锁紧释放机构可分离式相连，所述瞬时锁紧释放机构包括设置于测试模型车内的锁紧释放结构以及用于触发锁紧释放结构锁紧和释放的触发结构2。

所述锁紧释放结构包括支撑固定于测试模型车内的夹持件33，所述触发结构2包括对应夹持件位置固定于导向机构起始端的按压件，所述夹持件33上的夹持部与牵引机构夹持相连，所述按压件与夹持件33上的施力部可按压连接使得按压状态下夹持件33的夹持部松开。

所述检测系统包括设置于隧道系统入口处的入口光电传感器、设置于隧道系统出口处的出口光电传感器以及设置于隧道系统内的压力传感系统，所述入口光电传感器、出口光电传感器、压力传感系统均与控制系统相连。

所述控制系统为PLC控制系统。

所述导向机构包括供测试模型车3配合滑动的导轨6、支撑导轨6的导轨支架15、与测试模型车3滑动连接的导向绳4，所述导向绳4穿过隧道系统两端分别固定于导轨6首尾。

所述牵引机构包括分别设置于轨道两边的主动牵引轮20、从动轮10、牵引绳5，所述主动牵引轮20与电机24相连，所述牵引绳5穿过隧道系统连接主动牵引轮20与从动轮10。

还包括与牵引绳5配合连接的张紧轮16以及支撑张紧轮16的张紧轮支架17。

所述从动轮10的轴承座26还连有制动结构，所述制动结构包括与轴承座26相连的制动块41、设置在轴承座26一侧的气缸22、设置于从动轮支架11上的限位槽42，所述制动块41嵌设于限位槽42内，所述气缸22的缸杆44在伸出状态下位于制动块41与限位槽42内壁之间并抵住制动块41，穿过限位槽42设有与内部制动块41相连的复位螺栓43。

用于上述的轨道车辆隧道压力波试验系统的试验方法，包括：

将牵引机构与测试模型车3分离，控制系统电机24开始工作；

控制系统控制电机24带动牵引机构加速达到所需牵引速度；

将牵引机构与测试模型车3连接带动测试模型车3短时间内达到所需速度；

测试模型车3以试验所需速度运行进入隧道系统，检测系统检测测试模型车3在隧道系统入口处的运行速度、在隧道系统出口处的运行速度以及在隧道系统内的运行压力并传输至控制系统；

测试模型车3运行至隧道系统出口时控制系统控制对电机24减速，电机24带动牵引机构立即减速，牵引机构带动测试模型车3驶出隧道系统后立即减速；

测试模型车3并撞上所述减速机构后停止以进行下次试验。在测试模型车3运行过程中，通过安装在隧道内部的压力传感器可以准确地测出测试模型车3运行中所产生的压力的数值。

如图1-7所示，所述测试模型车3通过滑轨槽31与导向绳4滑动连接；通过夹持件33与牵引绳5夹紧连接，所述触发结构2安装在导轨固定端支架1上；所述触发结构2包括对应夹持件位置固定于导向机构起始端的按压件，所述按压件包括当按钮39和与按钮39相连的按压杆40。

结合图2-图3所示，所述触发结构2和夹持件33配合工作原理如下：所述触发结构2上的按压结构通过固定件安装于导轨6起始端处导轨固定端支架1上的，包括按钮39以及与按钮39连接的按压杆40，所述按压杆40可为螺杆与导轨固定端支架1可以为螺纹连接，所述按压杆40与测试模型车3上开设的按压口36对应设置，所述测试模型车3包括车座32和车体35，车体35的四个角上分别设有滑轨槽38，所述测试模型车3内部车座32上垂直设有夹持件33，夹持件33包括夹持件主体和两边分别设置支撑立柱34，支撑立柱34上端设有复位弹簧30，复位弹簧30上端设有限位杆28限制复位弹簧30的位置，复位弹簧30与按压块27接触相连，复位弹簧30辅助按压块27在压力消失后复位，所述夹持件33为X型夹子结构，夹持件33的上部为施力部，下部为夹持部，夹持部用于夹持牵引绳5，施力部上设有夹紧弹簧以提供夹紧力，施力部上端设有按压块27，所述按压块27的与按压口36刚好契合使得测试模型车3上表面为平面，当按钮39下压联动按压杆40下压后，按压杆40穿过按压口36作用到按压块27上使得夹持件33松开，由此达到瞬时松开牵引绳5的目的，由此使得测试模型车3与牵引绳5瞬时脱离；当需要再次夹紧牵引绳时，向上松开按钮39，使得按压块27上的按压力消失，使得夹持件33重新夹紧，测试模型车3与牵引绳重新连接。

所述触发结构2用来触发控制测试模型车3的启动和发射；首先通过触发结构2使得测试模型车3与所述牵引绳5脱离，当电机24将牵引绳5加速到试验所需的速度后，再通过触发结构2使得测试模型车3与牵引绳5连接后驶出，从而减少测试模型车3加速时间和加速距离。

所述导轨固定端支架1用来固定导向绳4以及放置测试模型车3和触发结构2；所述轨道支架15用来固定导向绳4并且张紧导向绳4以防止测试模型车3在试验过程中重力方向位移形变过大。

所述电机24通过螺栓固定到电机支架25上固定到地面的底板上，底板通过膨胀螺栓固定到地面，所述电机24优选为变频电机。

所述导向绳4一端固定到导轨固定端支架1上的小孔，另一端穿过隧道管道7以及穿过轨道支架1上的小孔固定到轨道支架1下的底板上；所述牵引绳4穿过隧道管道7连接主动牵引轮20和从动轮10，并且由张紧轮16机构张紧防止运转时打滑。

所述牵引绳5将主动牵引轮20和从动轮10连接起来，并且在电机24的带动下，为测试模型车3在试验过程中提供驱动力；

如图8所示，所述从动轮10的轴承座26还连有制动结构，所述制动结构包括与轴承座26相连的制动块41、设置在轴承座26一侧的气缸22、设置于从动轮支架11上的限位槽42，所述制动块41嵌设于限位槽42内，所述气缸22的缸杆在伸出状态下位于制动块41与限位槽42内壁之间并抵住制动块41，穿过限位槽42设有与内部制动块41相连的复位螺栓43。所述从动轮10通过轴承座26安装到从动轮支架11上，两个气缸22分别安装在从动轮支架11两侧；所述复位螺栓43一端伸出限位槽42的槽壁，向限位槽42内拧复位螺栓43由此用来调节制动块41的移动距离；气缸22在试验加速过程中气缸的缸杆44挡住制动块41，保证牵引绳5随主动牵引轮20加速转动；在减速过程中气缸22缩回缸杆44，制动块44在导轨6中向主动牵引轮20方向滑动，导致牵引绳5松掉，配合电机24减速；从动轮10侧的导轨支架通过紧线口12和挂钩13拉紧进一步稳固。

所述隧道管道7入口和出口分别安装光电传感器23，所述光电传感器23在测试加速过程中测试测试模型车3进入隧道的速度，在测试减速过程中当测试模型车3经过出口处的光电传感器23时给PLC控制系统一个信号，控制电机24减速。

所述张紧轮16、张紧轮16、定位螺栓和底座支架17组合成张紧轮16机构，通过所述定位螺栓调节滑块16的位置以张紧牵引绳5。

隧道系统包括隧道管道7、管道卡箍8、管道支架18、张紧轮16、滑块16、定位螺栓和底座支架17，所述隧道管道7为PVC管道，所述管道卡箍8将PVC管道固定到管道支架上，所述管道支架18和张紧轮支架17用螺栓固定到底板上。

压力传感器通过在隧道管道7上开孔布置到所述隧道管道7内壁，通过密封胶带将开口密封防止漏气。所述压力传感器布置到PVC管道内壁面，通过信号线连接到数据采集器中，在计算机上通过配套软件可以完成数据的采集和整理。

所述PLC控制系统总体控制压力传感器、光电传感器23、电机24，在所配备的触摸屏幕上可以完成各种参数的设置；

所述测试模型车3材质为泡沫塑料，质量相对较轻，加速测试模型车3到达所需速度需要的动量较小，所需的电机24的功率相对较小，实验成本较低。

所述轨道张紧端加装缓冲装置，防止测试模型车3驶出隧道7以后撞到轨道支架15，保护测试模型车3不被破坏，从而更好的达到重复试验的目的。

测试运行过程中的压力所需的压力传感器(未在图上标)安装到隧道管道7内壁上，通过在隧道管道7上开口将压力传感器的信号线(未在图上标)出从管道中拿出，然后将开口密封好。根据图1所示，初始状态时，测试模型车3内部结构与牵引绳5结合，此时当拉动牵引绳5时，测试模型车3会随着一起运动；此状态下，调整张紧轮16可以将牵引绳5张紧，防止在运行过程中打滑；所述电动气缸22的杠杆未在图上标出挡住制动块未在图上标出，此时从动轮10可随牵引绳5加速转动；

在测试时，夹持件33瞬时松开牵引绳5之后，然后通过PLC控制系统(图上未示出)设置好测试速度，开启电机24，牵引绳5处于加速过程；当加速完成，松开按钮39，夹持件33瞬间夹紧牵引绳5，从而实现测试模型车5高速起动。此时，通过复位弹簧30使按压块27复位，保证测试模型车3的上表面仍然为一个平面。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，包括：

测试模型车(3)，作为实验对象；

隧道系统，供测试模型车(3)运行通过；

牵引机构，与测试模型车(3)可分离式相连；

动力装置，用于驱动牵引机构；

导向机构，引导测试模型车(3)的运行路线；

检测系统，用于检测测试模型车(3)在隧道系统进口、出口处的运行速度以及测试模型车(3)在隧道系统内运行时的压力；

控制系统，与检测系统、电机(24)分别相连，控制电机(24)实现牵引机构加速状态与减速状态的切换；

缓冲结构(9)，供测试模型车(3)通过隧道系统后碰撞缓冲。

2.如权利要求1所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，所述牵引机构与测试模型车(3)通过瞬时锁紧释放机构可分离式相连，所述瞬时锁紧释放机构包括设置于测试模型车内的锁紧释放结构以及用于触发锁紧释放结构锁紧和释放的触发结构(2)。

3.如权利要求2所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，所述锁紧释放结构包括支撑固定于测试模型车内的夹持件(33)，所述触发结构(2)包括对应夹持件位置固定于导向机构起始端的按压件，所述夹持件(33)上的夹持部与牵引机构夹持相连，所述按压件与夹持件(33)上的施力部可按压连接使得按压状态下夹持件(33)的夹持部松开。

4.如权利要求1所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，所述检测系统包括设置于隧道系统入口处的入口光电传感器、设置于隧道系统出口处的出口光电传感器以及设置于隧道系统内的压力传感系统，所述入口光电传感器、出口光电传感器、压力传感系统均与控制系统相连。

5.如权利要求1所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，所述控制系统为PLC控制系统。

6.如权利要求1所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，所述导向机构包括供测试模型车(3)配合滑动的导轨(6)、支撑导轨(6)的导轨支架(15)、与测试模型车(3)滑动连接的导向绳(4)，所述导向绳(4)穿过隧道系统两端分别固定于导轨(6)首尾。

7.如权利要求1所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，所述牵引机构包括分别设置于轨道两边的主动牵引轮(20)、从动轮(10)、牵引绳(5)，所述主动牵引轮(20)与电机(24)相连，所述牵引绳(5)穿过隧道系统连接主动牵引轮(20)与从动轮(10)。

8.如权利要求7所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，还包括与牵引绳(5)配合连接的张紧轮(16)以及支撑张紧轮(16)的张紧轮支架(17)。

9.如权利要求1所述的轨道车辆隧道压力波试验台，其特征在于，所述从动轮(10)的轴承座(26)还连有制动结构，所述制动结构包括与轴承座(26)相连的制动块(41)、设置在轴承座(26)一侧的气缸(22)、设置于从动轮支架(11)上的限位槽(42)，所述制动块(41)嵌设于限位槽(42)内，所述气缸(22)的缸杆(44)在伸出状态下位于制动块(41)与限位槽(42)内壁之间并抵住制动块(41),穿过限位槽(42)设有与内部制动块(41)相连的复位螺栓(43)。

10.用于权利要求1-9的轨道车辆隧道压力波试验台的试验方法，其特征在于，包括：

将牵引机构与测试模型车(3)分离，控制系统电机(24)开始工作；

控制系统控制电机(24)带动牵引机构加速达到所需牵引速度；

将牵引机构与测试模型车(3)连接带动测试模型车(3)短时间内达到所需速度；

测试模型车(3)以试验所需速度运行进入隧道系统，检测系统检测测试模型车(3)在隧道系统入口处的运行速度、在隧道系统出口处的运行速度以及在隧道系统内的运行压力并传输至控制系统；

测试模型车(3)运行至隧道系统出口时控制系统控制对电机(24)减速，电机(24)带动牵引机构立即减速，牵引机构带动测试模型车(3)驶出隧道系统后立即减速；

测试模型车(3)撞上所述减速机构后停止以进行下次试验。