CN111547101B - 高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，包括升降机构、自然风模拟机构、风向调节机构、风量调节机构、测试轮对、温升检测机构和轮对驱动机构，自然风模拟机构安装在升降机构上；所述自然风模拟机构用于提供风源，其包括电动机和叶轮，叶轮上设有排气口；风向调节机构为波纹通风管，其进风端口与排气口连通，出风端口与风量调节机构连接；风量调节机构包括左右两个筛孔罩，两所述筛孔罩对接并形成一用于容置测试轮对的容置空间；轮对驱动机构包括车轮轴和驱动电机，驱动电机与车轮轴驱动连接，测试轮对固定设置在车轮轴上。本发明解决了现有技术中缺乏针对轮对与空气摩擦造成的车轮温升等效研究的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及高速列车测试技术领域，特别涉及一种高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置。
背景技术
在高速运行的高速列车中，轮对是决定高速列车能否安全运行的关键因素。而在实际高速运行中，轮对由于与空气的剧烈摩擦，会出现较高的轮对温升等效。当温升等效达到一定程度时会使得车轮踏面产生热应力，进而出现擦伤、剥离及热裂纹等严重破坏危及行车安全的情况。因此，轮对与空气摩擦温升等效机理的研究在保障轮对运行安全有着重大意义。
但是，目前对由于轮对与空气摩擦造成的车轮温升等效缺乏针对性的研究，因此，需要发明一套实验装置对此进行试验研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，用于轮对与空气摩擦造成的车轮温升的等效实验，解决了现有技术中缺乏针对轮对与空气摩擦造成的车轮温升等效研究的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，包括升降机构、自然风模拟机构、风向调节机构、风量调节机构、测试轮对、温升检测机构和轮对驱动机构，所述自然风模拟机构安装在所述升降机构上；
所述自然风模拟机构用于提供风源，其包括电动机和叶轮，所述叶轮安装在所述升降机构上，所述电动机与所述叶轮的叶片驱动连接，所述叶轮上设有排气口；
所述风向调节机构为波纹通风管，所述波纹通风管的进风端口与所述排气口连通，出风端口与所述风量调节机构连接；
所述风量调节机构包括左右两个筛孔罩，两所述筛孔罩对接并形成一用于容置所述测试轮对的容置空间，两所述筛孔罩均为双层筛孔罩，外层筛孔罩与内层筛孔罩转动连接，通过旋转外层筛孔罩以改变所述风量调节机构的进风量或/和出风量；
所述升温检测机构设置在所述容置空间内，并与计算机电连接，用于检测所述容置空间内的温度，并将检测温度反馈给计算机；
所述轮对驱动机构包括车轮轴和驱动电机，所述驱动电机与所述车轮轴驱动连接，所述测试轮对固定设置在所述车轮轴上。
较佳的，所述叶轮包括壳体，所述壳体固定安装在所述升降机构上；所述叶片设置在所述壳体内，所述电动机固定在所述壳体上；所述壳体上开设有进气口和所述排气口。
较佳的，所述电动机为无级变速电机。
较佳的，所述升降机构为剪叉式升降平台。
较佳的，所述剪叉式升降平台包括动平台、底座以及将所述动平台与所述底座连接的剪叉式结构；
剪叉式结构包括两组剪刀臂，所述剪刀臂包括交叉的第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆和第二支撑杆的交叉处通过销轴转动连接，两销轴之间通过中间轴相连接；所述第一支撑杆的上端与所述动平台通过销轴转动连接，下端与所述底座通过销轴转动连接；所述第二支撑杆的上端与所述动平台水平滑动连接，下端与所述底座水平滑动连接。
较佳的，所述动平台和底座上均设有与所述第二支撑杆的上下两端适配的水平滑轨。
较佳的，所述波纹通风管为从小端口到大端口口径逐渐变大的变径波纹通风管。
较佳的，从所述波纹通风管的出风端口出来的风与水平面之间的夹角为0°至75°。
较佳的，所述外层筛孔罩上还设置开合旋钮。
较佳的，所述升温检测机构包括若干均匀分布在所述内层筛孔罩上的温度传感器，所述温度传感器将检测到的测试轮对的实时温度ti反馈给计算机，通过均值得到温度T的模拟值，即
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明用于轮对与空气摩擦造成的车轮温升的等效实验，能够灵活方便地针对不同工况下的高速列车轮对空气氛围进行模拟，有效节约试验成本，弥补了由于轮对空气摩擦造成的轮对温升等效领域实验装置的缺失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明的优选实施例提供的高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置的结构示意图；
图2为本发明的优选实施例提供的自然风模拟机构的结构示意图；
图3为本发明的优选实施例提供的升降机构的结构示意图；
图4为本发明的优选实施例提供的风向调节机构的结构示意图；
图5为本发明的优选实施例提供的风向调节机构的最大偏移位置示意图；
图6为本发明的优选实施例提供的风量调节机构的结构示意图；
图7为本发明的优选实施例提供的高速列车车轮对位置与其所受风力大小关系示意图。
具体实施方式
以下将结合图1至图7对本发明提供的一种高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1至图7，一种高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，包括升降机构1、自然风模拟机构2、风向调节机构3、风量调节机构4、测试轮对、温升检测机构和轮对驱动机构，所述自然风模拟机构2安装在所述升降机构1上。
所述自然风模拟机构2用于在所述测试轮对旋转过程中提供作用于轮对踏面的风力源，其包括电动机21和叶轮22，所述叶轮22安装在所述升降机构1上，所述电动机21与所述叶轮22的叶片驱动连接，所述叶轮22上设有排气口23。
在本发明中，自然风模拟机构2相当于排风机，自然风模拟机构2可参考排风机的结构进行设计，有关于排风机的技术已经非常成熟，因此，本发明对自然风模拟机构2的具体结构不做限制，只要能排出自然风即可。在本实施例中，所述叶轮22包括壳体，所述壳体固定安装在所述升降机构1上；所述叶片设置在所述壳体内，所述电动机21固定在所述壳体上；所述壳体上开设有进气口和所述排气口23，排气口23位于壳体的底部。
在本实施例中，所述升降机构1为剪叉式升降平台。
进一步的，所述剪叉式升降平台包括动平台21、底座23以及将所述动平台21与所述底座23连接的剪叉式结构，自然风模拟机构2固定安装在动平台21上；
剪叉式结构包括两组剪刀臂22，所述剪刀臂22包括交叉的第一支撑杆222和第二支撑杆221，第一支撑杆222和第二支撑杆221的交叉处通过销轴转动连接，两销轴之间通过中间轴24相连接；所述第一支撑杆222的上端与所述动平台21通过销轴转动连接，下端与所述底座23通过销轴转动连接；所述动平台21和底座23上均设有与所述第二支撑杆221的上下两端适配的水平滑轨，所述第二支撑杆221的上端与所述动平台21水平滑动连接，下端与所述底座23水平滑动连接。
所述风向调节机构3为波纹通风管，具有可伸缩性，所述波纹通风管的进风端口31与所述排气口23连通，出风端口32与所述风量调节机构4紧密连接。在本实施例中，所述波纹通风管的进风端口31固定在动平台21上并与排气口23紧密相连。
在本实施例中，由于升降机构1为剪叉式升降平台，因此，动平台21在升降的过程中，也产生了水平移动，因此，波纹通风管的进风端口31在升降机构1的作用下，在升降的同时也产生了水平移动，因此，波纹通风管的进风端口31可绕着水平面旋转，进而改变了从波纹通风管的出风端口32出来的风的方向。由于从波纹通风管的出风端口32出来的风可以作用于风量调节机构4内的测试轮对，因此，可以模拟高速列车轮对在不同方向风力下的空气摩擦情况。较佳的，从所述波纹通风管的出风端口32出来的风的方向与水平面之间的夹角为0°至75°，请参考图5，即从所述波纹通风管的出风端口32出来的风的方向相对水平面上下偏转的最大上偏和下偏角度均为75°，前后偏转的最大偏转角度为75°。
在本实施例中，所述波纹通风管为从小端口到大端口口径逐渐变大的变径波纹通风管，即波纹通风管为直径逐扩式可弯曲多向可调波纹风管。所述风向调节机构3为多节可调密封波纹风管，可采用小口直径为140mm、大口直径为1100mm、使用强度高、韧性好耐疲劳的钛合金材料，保证通风管中的任意一节风管可以绕测试轮对中心向周围旋转，通过对多节风管的累计调整可改变风管方向，进而可改变风力方向。
所述风量调节机构4包括左右两个筛孔罩41，两所述筛孔罩41对接并形成一用于容置所述测试轮对的容置空间，两所述筛孔罩41均为双层筛孔罩41，外层筛孔罩412与内层筛孔罩411转动连接，通过旋转外层筛孔罩412以改变所述风量调节机构4的进风量或/和出风量。
在双层筛孔罩中，内层筛孔罩411是固定不动的，可通过旋转外层筛孔罩412，改变外层筛孔罩412的筛孔位置，从而调节风力通过内层筛孔罩411的面积大小。外层筛孔罩412与内层筛孔罩411的筛孔大小、位置基本一样，当旋转外层筛孔罩412使得内外两层筛孔罩的筛孔位置完全重叠时，即为最大开口状态；当旋转外层筛孔罩412使其刚好全部挡住内层筛孔罩411的筛孔时，即为闭合状态。为了便于旋转外层筛孔罩412，因此，所述外层筛孔罩412上还设置开合旋钮413，两开合旋钮413分别固定在左右两外层筛孔罩412外侧面的中心处。所述风量调节机构4通过控制风力通过的面积大小，可从最小开口状态即闭合状态平缓过渡到最大开口状态，以改变测试轮对踏面所受风力大小。模拟高速列车轮对在风向调节机构3的不同位置、不同运行速度下的空气环境，当筛孔罩41完全闭合时，可以直接模拟测量同一位置下轮对的转速对其温升影响；当有开合时，可以模拟高速列车前、中、后车轮位置的温升影响。
在本实施例中，左右两个筛孔罩41的内层筛孔罩411和外层筛孔罩412均为半圆罩，此罩上开设有若干筛孔。左右两内层筛孔罩411通过螺栓固定连接形成圆形壳体，两内层筛孔罩411将测试轮对包裹在其内。两侧的内层筛孔罩411与外侧筛孔罩41同轴轴转连接，外层筛孔罩412在轴线方向上无法运动，只可绕着轴线转动。
在本实施例，两内层筛孔罩411固定在一筛孔罩支撑座上，以左侧筛孔罩41为进风口端、右侧筛孔罩41为出风口端为例，波纹通风管的大口端固定在此筛孔罩支撑座上，并与左侧筛孔罩41紧密连接。由于右侧筛孔罩41为出风口端，因此，风从左侧筛孔罩41进入，从右侧筛孔罩41出并散入空气环境中。
所述升温检测机构设置在所述风量调节机构4的容置空间内，用于测量所述容置空间内的温度，并与计算机电连接，升温检测机构将检测到的温度反馈给计算机，进行测试轮对的实时温度采集。具体的，所述升温检测机构包括若干均匀分布在所述内层筛孔罩411上的温度传感器，所述温度传感器将检测到的测试轮对的实时温度ti反馈给计算机，通过均值得到温度T的模拟值，即
所述轮对驱动机构包括车轮轴6和驱动电机5，所述驱动电机5与所述车轮轴6驱动连接，所述测试轮对固定设置在所述车轮轴6上。在本实施例中，车轮轴6与筛孔罩41的轴线在同一条直线上，保证筛孔罩41能够均匀地包裹住测试轮对。在本实施例中，车轮轴6穿过右侧筛孔罩41进入风量调节机构4的容置空间内。车轮轴6转动设置在一支撑底座7上，目的是支撑车轮轴6，使其不易弯曲变形。
在本实施例中，所述电动机21为无级变速电机，所述自然风模拟机构2通过对电动机21输入功率的调节实现无级调速，可用风速传感器测量风量大小。自然风模拟机构2能提供的风速为0m/s至40m/s，从而可以模拟高速列车轮对在一级到十二级自然风环境下轮对的所受风力状况，具体的：
当输出风压大小为0.14pa，对应风速为1.5m/s，此时模拟自然环境一级风速；
当输出风压大小为6.8pa，对应风速为3.3m/s，此时模拟自然环境二级风速；
当输出风压大小为18.2pa，对应风速为5.4m/s，此时模拟自然环境三级风速；
当输出风压大小为39pa，对应风速为7.9m/s，此时模拟自然环境四级风速；
当输出风压大小为71.6pa，对应风速为10.7m/s，此时模拟自然环境五级风速；
当输出风压大小为119pa，对应风速为13.8m/s，此时模拟自然环境六级风速；
当输出风压大小为182.8pa，对应风速为17.1m/s，此时模拟自然环境七级风速；
当输出风压大小为267.8pa，对应风速为20.7m/s，此时模拟自然环境八级风速；
当输出风压大小为372.1pa，对应风速为24.4m/s，此时模拟自然环境九级风速；
当输出风压大小为504.1pa，对应风速为28.4m/s，此时模拟自然环境十级风速；
当输出风压大小为664.1pa，对应风速为32.6m/s，此时模拟自然环境十一级风速；
当输出风压大小为981.6pa，对应风速为40m/s，此时模拟自然环境十二级风速；
满足在不同等级自然风环境下对高速列车轮对风力环境的模拟。
Claims (7)
1.一种高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，其特征在于，包括升降机构、自然风模拟机构、风向调节机构、风量调节机构、测试轮对、温升检测机构和轮对驱动机构，所述自然风模拟机构安装在所述升降机构上；
所述自然风模拟机构用于提供风源，其包括电动机和叶轮，所述叶轮安装在所述升降机构上，所述电动机与所述叶轮的叶片驱动连接，所述叶轮上设有排气口；
所述升降机构为剪叉式升降平台；
所述风向调节机构为具有可伸缩性的波纹通风管，所述波纹通风管为从小端口到大端口口径逐渐变大的变径波纹通风管，所述波纹通风管的进风端口与所述排气口连通，出风端口与所述风量调节机构连接，所述大端口为所述出风端口；
所述剪叉式升降平台包括动平台、底座以及将所述动平台与所述底座连接的剪叉式结构；剪叉式结构包括两组剪刀臂，所述剪刀臂包括交叉的第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆和第二支撑杆的交叉处通过销轴转动连接，两销轴之间通过中间轴相连接；所述第一支撑杆的上端与所述动平台通过销轴转动连接，下端与所述底座通过销轴转动连接；所述第二支撑杆的上端与所述动平台水平滑动连接，下端与所述底座水平滑动连接；
所述波纹通风管的进风端口固定在所述动平台上并与所述排气口紧密相连；所述剪叉式升降平台的动平台升降的过程中，产生水平移动，使得所述波纹通风管的进风端口绕着水平面旋转，进而改变了从所述波纹通风管的所述出风端口出来的风的方向；
所述风量调节机构包括左右两个筛孔罩，两所述筛孔罩对接并形成一用于容置所述测试轮对的容置空间，两所述筛孔罩均为双层筛孔罩，外层筛孔罩与内层筛孔罩转动连接，通过旋转外层筛孔罩以改变所述风量调节机构的进风量或/和出风量；
所述温升检测机构设置在所述容置空间内，并与计算机电连接，用于检测所述容置空间内的温度，并将检测温度反馈给计算机；所述轮对驱动机构包括车轮轴和驱动电机，所述驱动电机与所述车轮轴驱动连接，所述测试轮对固定设置在所述车轮轴上。
2.如权利要求1所述的高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，其特征在于，所述叶轮包括壳体，所述壳体固定安装在所述升降机构上；所述叶片设置在所述壳体内，所述电动机固定在所述壳体上；所述壳体上开设有进气口和所述排气口。
3.如权利要求1所述的高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，其特征在于，所述电动机为无级变速电机。
4.如权利要求1所述的高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，其特征在于，所述动平台和底座上均设有与所述第二支撑杆的上下两端适配的水平滑轨。
5.如权利要求1所述的高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，其特征在于，从所述波纹通风管的出风端口出来的风与水平面之间的夹角为0°至75°。
6.如权利要求1所述的高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，其特征在于，所述外层筛孔罩上还设置开合旋钮。
7.如权利要求1所述的高速列车轮对与空气摩擦造成车轮温升等效试验装置，其特征在于，所述温升检测机构包括若干均匀分布在所述内层筛孔罩上的温度传感器，所述温度传感器将检测到的测试轮对的实时温度反馈给计算机，通过均值得到温度T的模拟值，即
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