CN111678713A - 一种防滑试验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防滑试验平台，包括试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统；试验控制系统控制所述试验台运行至预设速度，并生成控制指令，所述控制指令包括制动控制指令和环境参数设置控制指令；制动系统根据所述制动指令对所述试验台施加制动力；环境模拟系统接收所述环境参数设置控制指令，模拟相应试验环境；防滑系统采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节所述制动系统的制动力；试验台将运行数据信息实时反馈至所述试验控制系统；试验控制系统监测所述运行数据信息，监控试验过程，直至所述试验台停止运行判定试验结果。解决了现有技术中防滑试验成本高、耗时长且有效性低的技术问题。

Description

一种防滑试验平台及试验方法

技术领域

本发明属于轨道车辆防滑技术领域，尤其涉及一种防滑试验平台及试验方法。

背景技术

轨道车辆防滑系统是保证列车安全运行的重要部件，由此研究轨道车辆制动滑行过程中轮轨间的黏着利用情况以及防滑系统控制效果是极为重要的。

目前，现有技术中轨道车辆防滑控制效果主要采用线路试验的验证方式，比如在环铁试验线和现有的客运专线上进行试验。然而，线路试验的成本高、耗时长，并且试验速度往往受到线路条件限制，部分高速列车无法进行全速度段范围验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防滑试验平台及试验方法，以解决上述现有技术中防滑试验成本高、耗时长且有效性低的技术问题。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种防滑试验平台，包括试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统；

所述试验控制系统控制所述试验台运行至预设速度，并生成控制指令，所述控制指令包括制动控制指令和环境参数设置控制指令；

所述环境模拟系统接收所述环境参数设置控制指令，模拟相应试验环境；

所述制动系统根据所述制动指令对所述试验台施加制动力；

所述防滑系统采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力；

所述试验台将运行数据信息实时反馈至所述试验控制系统；

所述试验控制系统监测所述运行数据信息，直至所述试验台停止运行。

优选的，所述试验台为车辆动力学仿真模拟系统，用于建立列车仿真模型，所述列车仿真模型包括高速轮轨关系模型、列车纵向动力学模型、轴重转移和模拟模型、列车运行阻力模型。

优选的，所述环境模拟系统为黏着环境仿真模拟系统，用于建立列车环境模型，所述列车环境模型其能够模拟出多种试验环境用于配合所述车辆动力学仿真模拟系统。

优选的，所述试验台为高速轮轨关系试验台架，所述包括车轮及控制系统车辆及轨道模拟系统、轴重模拟系统；

所述车轮及控制系统用于模拟车轮牵引及制动运动状态；

所述车辆及轨道模拟系统用于模拟列车的运动状态及列车的运行轨道；

所述轴重模拟系统能够根据车轮运动状态进行动态负载的模拟以及静态负载的模拟。

优选的，所述环境模拟系统为喷洒系统，用于模拟所述试验台的试验环境。

优选的，还包括监测系统，所述监测系统用于监测所述试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统中采集的数据。

优选的，所述制动系统包括制动控制单元、电制动控制单元、空气制动控制单元；

所述制动控制单元根据所述制动控制指令分配电制动力和空气制动力；

所述电制动控制单元接收所述电制动力，对所述试验台施加电制动力；

所述空气制动控制单元接收所述空气制动力，对所述试验台施加空气制动力。

优选的，所述空气制动控制单元包括基础制动装置。

优选的，所述防滑系统包括防滑排风阀，用于对车轮制动力的缓解及恢复。

一种防滑试验平台的试验方法，所述试验方法基于防滑试验台实现；所述试验方法包括：

控制试验台运行至预设速度，并生成控制指令，所述控制指令包括制动控制指令和环境参数设置控制指令；

根据所述环境参数设置控制指令，模拟相应试验环境；

根据所述制动控制指令对所述试验台施加制动力；

采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力；

监测所述运行数据信息，直至所述试验台停止运行。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供了一种防滑试验平台，其包括试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统，通过试验控制系统控制试验台运行至预设速度，并生成控制指令，且所述试验台的运行速度即为模拟列车的运行速度；通过所述控制指令控制制动系对试验台施加制动力，且通过所述控制指令控制环境模拟系统模拟相应试验环境。然后，由防滑系统采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力。试验台将运行数据信息实时反馈至所述试验控制系统。试验控制系统监测所述运行数据信息，监控试验过程，直至所述试验台停止运行，试验结束，判定试验结果。由此通过以上防滑试验平台即可实现对轨道车辆制动滑行过程中轮轨间的黏着利用情况以及防滑系统控制效果的研究及试验验证，而无需在环铁试验线和现有的客运专线上进行试验，解决现有技术中防滑试验成本高、耗时长且有效性低的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种防滑试验平台的结构框图。

图2为本发明实施例提供的一种防滑试验平台的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种防滑试验方法的流程图；

以上各图中：1、轴重模拟系统；2、车轮及控制系统；3、车辆及轨道轮控制系统；4、基础制动装置；5、速度传感器；6、喷洒装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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。

本申请实施例中的技术方案为解决现有技术中防滑试验成本高、耗时长且有效性低的技术问题，总体思路如下：

本发明提供了一种防滑试验平台，其包括试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统，通过试验控制系统控制试验台运行至预设速度，并生成控制指令，且所述试验台的运行速度即为模拟列车的运行速度；通过所述控制指令控制制动系对试验台施加制动力，且通过所述控制指令控制环境模拟系统模拟相应试验环境。然后，防滑系统采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力；试验台将运行数据信息实时反馈至所述试验控制系统。试验控制系统根据所述运行数据信息，监控试验过程，直至所述试验台停止运行，试验结束，判定试验结果。由此通过以上防滑试验平台即可实现对轨道车辆制动滑行过程中轮轨间的黏着利用情况以及防滑系统控制效果的研究及试验验证，而无需在环铁试验线和现有的客运专线上进行试验，解决现有技术中防滑试验成本高、耗时长且有效性低的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，一种防滑试验平台，包括试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统。试验控制系统控制试验台运行至预设速度，并生成控制指令，控制指令包括制动控制指令和环境参数设置控制指令；环境模拟系统接收所述环境参数设置控制指令，模拟相应试验环境；制动系统根据制动指令对所述试验台施加制动力；防滑系统采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力；试验台将运行数据信息实时反馈至所述试验控制系统；试验控制系统监测所述运行数据信息，监控试验过程，直至所述试验台停止运行，试验结束，判定试验结果。

具体而言，防滑试验平台还包括监测系统，监测系统用于对整个试验流程的控制，并且通过高速总线、网络等方式对上述试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统等各系统发出控制指令，并且接受上述各系统的状态信息。

试验过程中监测系统监控其所执行标准中规定的试验数据信息，且至少包括如下信息：

a)试验环境条件；

b)制动时间t；

c)制动距离S；

d)被试验车的制动初速度V；

e)轨道轮速度VF；

f)车轮圆周速度V1；

g)制动缸压力P1；

h)动车的再生制动力信息；

进一步，试验台在受到制动力及环境中轮轨黏着力等外部作用力后模拟车轮及列车的运行状态。具体的，试验台可采用车辆动力学仿真模拟系统或高速轮轨关系试验台架。

车辆动力学仿真模拟系统至少包含高速轮轨关系模型、列车纵向动力学模型，还可包括轴重转移、轴重模拟模型、列车运行阻力模型等，车辆动力学仿真模拟系统能够进行单车或多编组列车的动力学仿真，用以模拟列车在不同黏着条件下的运动状态及车轮滑行状态；车辆动力学仿真模拟系统运行于实时仿真机中，通过外部扩展板卡，实现与其他子系统的数据及信号交互。车辆动力学仿真模拟系统的轮轨关系模型基于轴重、车速、车轮滑行速度差/滑移率以及轮轨接触条件参数，进行车轮黏着力的计算，结合采集车轮制动缸压力、电制动力及运行阻力模型数据，计算车轮及车辆的运行速度，通过外部扩展电路板输出。并且，车辆动力学仿真模拟系统应至少输出单辆车的车轮转动速度，且输出应与被试验车速度传感器5信号形式一致。

如图2所示，高速轮轨关系试验台架，高速轮轨关系试验台架包括轴重模拟系统1、车轮及控制系统2、车辆及轨道控制系统3、等。

具体而言，轴重模拟系统1模拟施加在车轮上的动态或者静态负载，试验中可根据车轮的运动状态进行动态负载模拟，也可进行静态负载模拟。

车轮及控制系统2用于模拟车轮的牵引及制动运动状态，应当用被试验车同型号的真实车轮实现，并在轴端安装有速度传感器5，输出车轮转速信号至防滑系统。

车辆及轨道模拟系统模拟车辆的运动状态以及模拟列车运行轨道，用直径较大的模拟轨道轮实现，模拟轨道轮的轨道几何形状应与被试验车运行轨道一致。模拟轨道轮的控制系统实时采集轮轨间的黏着力信息，通过列车动力学模型，计算出车辆的运动速度，控制轨道轮按照此速度运行，模拟列车的运行状态，并且输出至试验控制系统及监测系统。

同时，高速轮轨关系试验台架至少应对试验控制系统输出车轮、车辆的运动信息，且输出信号形式应与被试验车一致。

本实施例中，制动系统制动控制单元、电制动控制单元、空气制动控制单元。所述制动控制单元根据所述制动控制指令分配电制动力和空气制动力；所述电制动控制单元接收所述电制动力，对所述试验台施加电制动力，所述空气制动控制单元接收所述空气制动力，对所述试验台施加空气制动力。具体的，试验控制系统及监测系统首先控制试验台运行至试验速度。然后，按照试验既定的制动控制指令，控制制动控制单元分配制动力。即，所述制动控制单元根据制动控制指令分配电制动力和空气制动力；电制动控制单元接收所述电制动力，对试验台进行电制动；空气制动控制单元接收所述空气制动力，对试验台进行空气制动。

进一步，当试验台选用高速轮轨关系试验台架时，空气制动控制单元可为现车同型号空气制动控制单元；当试验台选用车辆动力学仿真模拟系统时，空气制动控制单元选为与被试验车空气制动原理一致的空气制动模拟系统。空气制动控制单元须根据被试验车空气制动控制单元的空气制动响应时间进行标定与校核，空气制动响应时间应满足被试验车规定的制动响应时间限制要求。

空气制动控制单元至少应包括与被试验车一致的基础制动装置4，用于更真实的模拟现车的制动摩擦系数。

当试验台选用高速轮轨关系试验台架时，电制动控制单元可为现车同型号电制动控制单元；当试验台选用车辆动力学仿真模拟系统时，电制动控制单元选为与被试验车原理一致的电制动力模拟系统。电制动力系统须根据被试验车电制动响应时间进行标定与校核，电制动响应时间应满足被试验车制动响应时间要求。

若上述电制动控制单元与空气制动控制单元均采用同型号真实设备时，各系统之间采用电路及气路接口应与现车一致，若采用模拟系统时，则应保证与现车的数据交互逻辑一致。

环境模拟系统接收来自试验控制及监测系统控制指令，按照既定试验方案喷洒减摩液或控制黏着系数/黏着力等不同方式作用于高速轮轨关系试验台。

具体的，当试验台选用高速轮轨关系试验台架时，环境模拟系统可选为喷洒设备，该设备根据试验要求，喷洒设备须按照设定速率或设定压力，喷洒减摩液至轨面，用以造成轮轨间的低黏着状态。减摩液的浓度须根据现场实际状态进行配制，保证轮轨黏着条件满足此车型防滑系统判定的试验标准。当试验台为车辆动力学仿真模拟系统，所述环境模拟系统选为黏着环境仿真模型，该仿真模型配合车辆动力学仿真模拟系统，通过设定不同的黏着条件(至少包含干轨、低黏着、超低黏着)，仿真模型输出可变的影响轮轨关系的轮轨接触条件参数。由此，通过此环境模拟系统，能够模拟多种不同的工况环境，即能够对列车进行不同环境下的防滑试验。

防滑系统为被测试系统，须与被试验车同型号，用于进行车轮滑行保护，防止车轮抱死导致的踏面擦伤，减少轮轨黏着较差条件下的列车制动距离。具体的，防滑系统实时采集试验台中的车轮转速信号，判断车轮滑行状态，进行防滑控制，控制防滑阀和输出电制动力调节值，实时调节施加于所述试验台的制动力(包括空气制动和电制动力)，用以控制车轮滑行。以此来调节试验台的运行状态，直至列车停止运行，防滑测试试验结束。

以上防滑试验平台代替了线路试验，特别是动车组的高速度等级的试验工况，即避免了线路试验条件的限制。并且，还能为新型防滑系统的研制以及防滑系统的升级提供验证平台及方法，有效的减小验证成本。同时，防滑试验平台中的试验台，采用了车辆动力学仿真模拟系统与高速轮轨关系试验台架两种方式，分别通过仿真模型及真实试验台的方式，模拟了现车轮轨接触关系及轮轨运行状态；特别是高速轮轨关系试验台架，采用与被试验车一致的轮对及轨道踏面，充分复现了现车轮轨接触环境。还有，防滑试验平台包括空气制动模拟系统、电制动模拟系统、高速轮轨关系试验台、防滑试验环境模拟系统、试验控制及监测系统，集成了现车系统及现车试验环境模拟系统。同时，按照被试验车防滑系统执行标准实施，能够充分验证防滑系统性能。并且，基于防滑系统台架试验平台，可进行防滑系统故障复现及故障下防滑控制技术研究，具有较好的功能扩展性；且本发明具有极高的通用性，适用于不同轨道车辆。由此解决了现有技术中，防滑试验成本高、耗时长且有效性低的技术问题。

参见图3，本发明还提供了一种防滑试验平台的试验方法，基于上述防滑试验平台，进行车辆防滑试验的验证。

首先，在防滑试验进行前，需进行干轨制动试验，以验证高速轮轨关系试验台制动系统性能，保证试验台架及试验结果有效性。干轨制动时，试验台设定的车辆参数应与现车保持一致。静止状态下，由轨道轮驱动车轮达到预定的试验速度，施加紧急制动直至停车，计算列车制动距离、制动减速度等相关信息，并进行校核。

干轨制动试验工况如下：

a)制动初速度40km/h，干轨面紧急制动2～4次；

b)制动初速度60km/h，干轨面紧急制动2～4次；

c)制动初速度80km/h，干轨面紧急制动2～4次；

d)制动初速度120km/h，干轨面紧急制动2～4次；

e)制动初速度160km/h，干轨面紧急制动2～4次；

f)制动初速度200km/h，干轨面紧急制动2～4次；

g)制动初速度250km/h，干轨面紧急制动2～4次；

h)制动初速度300km/h，干轨面紧急制动2～4次；

i)制动初速度350km/h，干轨面紧急制动2～4次；

j)制动初速度380km/h，干轨面紧急制动2～4次；

其中，被试验车最高运行速度等级大于等于上述试验工况时，才进行该速度等级下试验。当该车为动车时，则上述制动工况为纯空气及空电复合紧急制动分别进行，若为拖车，则只进行空气紧急制动。

干轨制动试验结果应满足《铁路技术管理规程》或者被试验车制动系统技术条件、技术规范等文件中对制动距离的要求，试验过程中防滑系统的速度及减速度的变化应与现车基本一致。干轨制动试验的试验结果应与被试验车实际线路试验结果或有效台架试验结果数据比较，制动距离误差不超过5％，若超过此限制，则修正高速轮轨关系试验台的参数使之满足要求。

以上干轨制动试验完成后，按照被试车防滑系统的执行标准或技术条件要求进行湿轨防滑，主要为湿轨防滑试验及低黏着试验。

具体方法如下：

控制试验台运行至预设速度，并生成控制指令，所述控制指令包括制动控制指令和环境参数设置控制指令；

根据所述环境参数设置控制指令，模拟相应试验环境；

根据所述制动控制指令对所述试验台施加制动力；

采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力；

监测所述运行数据信息，直至所述试验台停止运行。

通过以上试验方法，实现了被试验车防滑试验环境及试验条件的模拟，且其具有较强的通用性。该方法的实施，不仅避免了线路条件、气候、安全性等方面限制因素，充分验证防滑系统在不同速度等级的防滑性能，并且大幅度减少防滑系统试验费用以及试验周期，提高了防滑试验安全性及可靠性。由此，本申请中的防滑试验平台及试验方法，能够用于新型轨道车辆防滑系统及已有型号防滑系统的设计研制试验，具有较高的经济价值。解决了现有技术中，防滑试验成本高、耗时长且有效性低的技术问题。

Claims (10)

1.一种防滑试验平台，其特征在于，包括试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统；

所述试验控制系统控制所述试验台运行至预设速度，并生成控制指令，所述控制指令包括制动控制指令和环境参数设置控制指令；

所述环境模拟系统接收所述环境参数设置控制指令，模拟相应的试验环境；

所述制动系统根据所述制动指令对所述试验台施加制动力；

所述防滑系统采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力；

所述试验台将运行数据信息实时反馈至所述试验控制系统；

所述试验控制系统监测所述运行数据信息，直至所述试验台停止运行。

2.根据权利要求1所述的防滑试验平台，其特征在于，所述试验台为车辆动力学仿真模拟系统，用于建立列车仿真模型，所述列车仿真模型包括高速轮轨关系模型、列车纵向动力学模型、轴重转移和模拟模型、列车运行阻力模型。

3.根据权利要求2所述的防滑试验平台，其特征在于，所述环境模拟系统为黏着环境仿真模拟系统，用于建立列车环境模型，所述列车环境模型其能够模拟出多种试验环境用于配合所述车辆动力学仿真模拟系统。

4.根据权利要求1所述的防滑试验平台，其特征在于，所述试验台为高速轮轨关系试验台架，其包括车轮及控制系统、车辆及轨道模拟系统、轴重模拟系统；

所述车轮及控制系统用于模拟车轮牵引及制动运动状态；

所述车辆及轨道模拟系统用于模拟列车的运动状态及列车的运行轨道；

所述轴重模拟系统能够根据车轮运动状态进行动态负载的模拟以及静态负载的模拟。

5.根据权利要求4所述的防滑试验平台，其特征在于，所述环境模拟系统为喷洒系统，用于模拟所述试验台的试验环境。

6.根据权利要求1所述的防滑试验平台，其特征在于，还包括监测系统，所述监测系统用于监测所述试验控制系统、试验台、制动系统、环境模拟系统、防滑系统中采集的数据。

7.根据权利要求1所述的防滑试验平台，其特征在于，所述制动系统包括制动控制单元、电制动控制单元、空气制动控制单元；

所述制动控制单元根据所述制动控制指令分配电制动力和空气制动力；

所述电制动控制单元接收所述电制动力，对所述试验台施加电制动力；

所述空气制动控制单元接收所述空气制动力，对所述试验台施加空气制动力。

8.根据权利要求7所述的防滑试验平台，其特征在于，所述空气制动控制单元包括基础制动装置。

9.根据权利要求7所述的防滑试验平台，其特征在于，所述防滑系统包括防滑排风阀，用于对车轮制动力的缓解及恢复。

10.一种防滑试验平台的试验方法，其特征在于，所述试验方法基于防滑试验台实现；所述试验方法包括：

控制试验台运行至预设速度，并生成控制指令，所述控制指令包括制动控制指令和环境参数设置控制指令；

根据所述环境参数设置控制指令，模拟相应试验环境；

根据所述制动控制指令对所述试验台施加制动力；

采集所述试验台的运行数据信息，进行防滑控制，实时调节施加于所述试验台的制动力；

监测所述运行数据信息，直至所述试验台停止运行。

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