CN113049277A - 用于轮轨系统的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轮轨系统的试验装置，包括：转向架总成；车质量模拟部件，安装于所述转向架总成上，用于模拟所述车轮上的质量加载；固定基础，用于与所述转向架总成和所述车质量模拟部件铰接；驱动部件，用于驱动四个所述车轮转动；四个激振组成，分别对应四个所述车轮；所述激振组成用于向对应的所述车轮加载横向、纵向和垂向的力与载荷。该试验装置能够在室内模拟出不同工况下车轮的运动状态，方便测量且测量精度高，试验数据的重现性好，能够为研究轮轨关系提供可靠的试验数据。

Description

用于轮轨系统的试验装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆系统技术领域，特别是涉及一种用于轮轨系统的试验装置。

背景技术

高速轨道车辆的发展迅速，其中，高速轮轨关系为高速铁路的关键技术之一，直接影响着机车牵引功率、轮轨表面损伤、列车运行稳定性、列车制动等多方面运行状况。

列车的运行是由轮轨相互作用产出的牵引和制动粘着摩擦力实现的，车轮在轨道上高速滚动，由于车轮踏面的锥度及轨道弯道、坡道等多种因素影响，存在着不同形式的蠕滑现象，同时由于轮轨之间的牵引和制动粘着摩擦力的作用，使得轮轨之间的作用成为一种较为复杂的滚动形式，其相互作用过程是一个复杂的摩擦学过程。

因此，高速轮轨系统的结构和性能很难仅凭理论来进行评估，大多需要进行大量的试验研究以获得较为可靠的试验数据，再用以指导生产设计；当时线路运用试验具有费用高、持续时间长，对正常的铁路运营影响大等明显缺点，而且难以控制运用条件。

有鉴于此，如何设计一种试验装置，能够在室内模拟车辆不同运行状态下的车轮的运动状态，方便测量，以为研究轮轨关系提供可靠的试验数据，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于轮轨系统的试验装置，该试验装置能够在室内模拟出不同工况下车轮的运动状态，方便测量且测量精度高，试验数据的重现性好，能够为研究轮轨关系提供可靠的试验数据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于轮轨系统的试验装置，包括：

转向架总成；

车质量模拟部件，安装于所述转向架总成上，用于模拟所述车轮上的质量加载；

固定基础，用于与所述转向架总成和所述车质量模拟部件铰接；

驱动部件，用于驱动四个所述车轮转动；

四个激振组成，分别对应四个所述车轮；所述激振组成用于向对应的所述车轮加载横向、纵向和垂向的力与载荷。

该试验装置用于轮轨关系的模拟，通过车质量模拟部件模拟不同重量的车体，驱动部件用于驱动转向架总成的车轮转动，可模拟不同运行速度，利用激振组成对车轮施加垂向、横向和纵向载荷，可以较为真实地模拟出各种工况下的轮轨关系，其中，转向架总成和车质量模拟部件与固定基础铰接，可以确保试验安全性；如此，该试验装置能够在实验室内方便地模拟出不同运动中的轮轨关系，操作简单方便，方便对各种相关数据进行测量，且测量精度高，能够为研究轮轨关系提供可靠的试验数据。

如上所述的试验装置，所述激振组成包括三个激振部件，分别用于在横向、纵向和垂向三个方向上施加力与载荷至对应的所述车轮。

如上所述的试验装置，所述激振部件包括驱动元件、基板、圆形的凸轮、弹性件和阻尼；

所述驱动元件安装于所述基板，用于驱动所述凸轮旋转，以推动所述车轮在横向或纵向或垂向上运动，所述凸轮的旋转中心偏离所述凸轮的圆心；

所述弹性件和所述阻尼的一端均与所述基板固接，另一端均与所述车轮固接，以使所述凸轮与所述车轮保持接触。

如上所述的试验装置，所述弹性件具体为弹簧，所述阻尼内嵌于所述弹簧。

如上所述的试验装置，所述驱动元件为电机，所述电机的输出轴轴端与所述凸轮通过键配合连接。

如上所述的试验装置，同一轮对的两个所述车轮的在横向上施加力与载荷的两个所述激振部件沿横向相向设置；

沿纵向，位于同一侧的两个所述车轮的在纵向上施加力与载荷的两个所述激振部件沿纵向相向设置；

在垂向上施加力与载荷的四个所述激振部件的布置方向相同。

如上所述的试验装置，所述车质量模拟部件包括砝码，以便于调节所述车质量模拟部件的配重。

如上所述的试验装置，所述驱动部件包括驱动源和传动部件，所述驱动源通过所述传动部件带动所述车轮转动。

如上所述的试验装置，所述驱动源包括电动机和皮带传动机构，所述电动机通过所述皮带传动机构带动所述车轮转动。

如上所述的试验装置，所述转向架总成的构架四个角部与所述固定基础之间均铰接有一个垂向连杆，所述构架的四个角部与所述固定基础之间均铰接有一个纵向连杆，所述构架的四个角部与所述固定基础之间均铰接有一个横向连杆；

所述车质量模拟装置的一端的横向两侧与所述固定基础之间均铰接有一个纵向支撑连杆，所述车质量模拟装置的一侧与所述固定基础之间铰接有一个横向支撑连杆。

附图说明

图1为本发明所提供用于轮轨系统的试验装置的一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1中车质量模拟装置的结构示意图；

图3为具体实施例中激振部件的结构示意图。

附图标记说明：

转向架总成10，车轮11，垂向连杆12，纵向连杆13，横向连杆14；

车质量模拟部件20，纵向支撑连杆23，横向支撑连杆24；

驱动部件30，驱动源31；

激振组成40，激振部件41，驱动元件411，基板412，凸轮413，弹性件414，阻尼415。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供用于轮轨系统的试验装置的一种具体实施例的结构示意图；图2为图1中车质量模拟装置的结构示意图；图3为具体实施例中激振部件的结构示意图。

如图1所示，该实施例提供的试验装置用于轮轨系统的研究，该试验装置包括转向架总成10、车质量模拟部件20、固定基础、驱动部件30和四个激振组成40。

其中，转向架总成10包括构架、轮对以及相关与车体连接的部件等，与实际车辆的转向架结构一致。

车质量模拟部件20安装在转向架总成10上，具体地，可安装在转向架总成10的摇枕上；车质量模拟部件20用于模拟实际车体质量，即模拟车轮上的质量加载；针对一个转向架总成10而言，车质量模拟部件20具体模拟的是实际中一个车身的半车质量，实际应用时可以根据试验需求进行调整。该车质量模拟部件20可以设置砝码等，以通过砝码的数量多少来确定车质量模拟部件20的质量。

固定基础用于与转向架总成10和车质量模拟部件20铰接，以给试验过程中转向架总成10和车质量模拟部件20提供约束，避免两者倾覆等。固定基础可以为实验室内任何固定不动的装置，只要便于与转向架总成10和车质量模拟部件20铰接即可，比如可以墙体或者与地面固定的龙门架等结构。

驱动部件30用于驱动四个车轮11转动，以模拟实际中车轮运行状态。

四个激振组成40，分别对应四个车轮11；激振组成40用于向对应的车轮11加载横向、纵向和垂向的力与载荷。

该试验装置用于轮轨关系的模拟，通过车质量模拟部件20模拟不同重量的车体对车轮11的加载，驱动部件30用于驱动转向架总成10的车轮11转动，可模拟不同运行速度，利用激振组成40对车轮11施加垂向、横向和纵向载荷，可以较为真实地模拟出各种工况下的轮轨关系，其中，转向架总成10和车质量模拟部件20与固定基础铰接，可以确保试验安全性；如此，该试验装置能够在实验室内方便地模拟出不同工况下的车轮运动状态，操作简单方便，便于重现，方便对各种车轮相关数据进行测量，且测量精度高，能够为研究轮轨关系提供可靠的试验数据。

具体的方案中，驱动部件30包括驱动源31和传动部件，驱动源31通过传动部件带动各车轮11转动。

具体的，驱动源31可以选用电动机，比如直流电动机，通过底座可安装在地基上，当然也可以选取其他动力部件。

具体的，传动部件可以选用皮带传动机构，直流电动机具体通过皮带传动机构将动力传递至车轮11，带动车轮11转动。当然也可以通过其他传动机构，比如齿轮组件等。

具体的方案中，每个激振组成40包括三个激振部件41，分别用于在横向、纵向和垂向三个方向上施加力与载荷至对应位置的车轮11。

此处需要说明的是，本文中涉及到的横向、纵向和垂向等与轨道车辆领域内的常规认知一致，横向即指的是轨道车辆的宽度方向，对应到转向架总成10，即其轮对的轮轴方向，纵向指的是轨道车辆的长度方向，对应到转向架总成10，即在水平面内与轮对的轮轴方向垂直的方向，也可以理解为前后两个轮对的排布方向，垂向指的是轨道车辆的高度方向。

参考图1和图3，该实施例中，每个激振组成40的三个激振部件41的结构组成一致，只是与车轮11相关结构的配合方向不同。

如图3所示，每个激振部件41包括驱动元件411、基板412、圆形的凸轮413、弹性件414和阻尼415。

其中，基板412用于安装驱动元件411、弹性件414和阻尼415；驱动元件411用于驱动凸轮413旋转，以推动车轮11在横向或纵向或垂向上运动，凸轮413的旋转中心偏离凸轮413的圆心，也就是说，凸轮413为偏心旋转，以此才能够推动车轮11在对应的方向上实现位移变化。

其中，弹性件414和阻尼415设于基板412之间，弹性件414和阻尼415的一端均与基板412固定连接，另一端均与车轮11固定连接，以使得激振部件41在动作时凸轮413与车轮11始终保持接触。

这里的车轮11并不单单指轮子本身，其与车轴连接的相关结构部件，参考图1，具体设置时，凸轮413与车轮11的轴承等相关部件在相应方向上接触，弹性件414和阻尼415也是与车轮11的轴承等相关部件固接，以施加相应方向上的载荷，可以理解，激振部件41最终作用在车轮11上即可。

具体的，弹性件414可以选用弹簧，阻尼415可以内嵌在弹簧内，组装时与弹簧作为一个整体部件进行组装。

具体的，驱动元件411选用电机，简单又可靠，电机的输出轴轴端与凸轮413具体可以通过键配合连接，实现电机对凸轮413的驱动。

如上，工作时，驱动元件411带动凸轮413偏心转动，间接推动车轮11在不同的方向上进行不同程度的运动，同时利用弹性件414和阻尼415保证车轮11与凸轮413之间紧密接触，确保凸轮413与车轮11之间力与载荷的有效传递。

参考图1，对于四个车轮11来说，在垂向上施加力与载荷的四个激振部件41的布置方向相同，四个在垂向上施加力与载荷的激振部件41的基板411都位于下方，凸轮413在垂向上的下方与车轮11相关部件抵接。

沿纵向，位于同一侧的两个车轮11的在纵向上施加力与载荷的两个激振部件41沿纵向相向设置，以图1为例来说，靠近图示左侧的车轮11的纵向施力与载荷的激振部件41的凸轮413与车轮11的左侧抵接，靠近图示右侧的车轮11的纵向施力与载荷的激振部件41的凸轮413与车轮11的右侧抵接。

对于同一轮对的两个车轮11来说，在横向上施加力与载荷的两个激振部件41沿横向相向设置。

参考图1，如上设置，方便每个车轮11对应的三个激振部件41的布置。

具体的方案中，固定基础根据需要设置为多个，布置在试验装置的各方向上。

转向架总成10的构架四个角部与固定基础之间均铰接有一个垂向连杆12，构架的四个角部与固定基础之间均铰接有一个纵向连杆13，构架的四个角部与固定基础之间均铰接有一个横向连杆14，横向连杆14具体可与转向架总成10的轴箱端部铰接。显然，垂向连杆12的长度方向与垂向平行，纵向连杆13的长度方向与纵向平行，横向连杆14的长度方向与横向平行。

参考图1和图2，车质量模拟装置20的一端的横向两侧与固定基础之间均铰接有一个纵向支撑连杆23，一侧与固定基础之间铰接有一个横向支撑连杆24。

如上设置后，可以确保试验过程中，转向架总成10和车质量模拟装置20的状态尽量与真实状态相符。

该试验装置在试验时，可通过控制系统控制驱动部件30的驱动源31转动，带动转向架总成10的轮对转动，再通过控制系统控制各个激振部件41对转向架总成10施加横向、纵向和垂向三个方向上的力与载荷，模拟转向架总成10在线路上的运行，为轮轨关系的检测提供了基础条件，方便测量相关数据，从而根据获取的试验数据分析轮轨关系，进而为轮轨设计生产与维护提供可靠的试验数据。

以上对本发明所提供的一种用于轮轨系统的试验装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.用于轮轨系统的试验装置，其特征在于，包括：

转向架总成；

车质量模拟部件，安装于所述转向架总成上，用于模拟所述车轮上的质量加载；

固定基础，用于与所述转向架总成和所述车质量模拟部件铰接；

驱动部件，用于驱动四个所述车轮转动；

四个激振组成，分别对应四个所述车轮；所述激振组成用于向对应的所述车轮加载横向、纵向和垂向的力与载荷。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述激振组成包括三个激振部件，分别用于在横向、纵向和垂向三个方向上施加力与载荷至对应的所述车轮。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述激振部件包括驱动元件、基板、圆形的凸轮、弹性件和阻尼；

所述驱动元件安装于所述基板，用于驱动所述凸轮旋转，以推动所述车轮在横向或纵向或垂向上运动，所述凸轮的旋转中心偏离所述凸轮的圆心；

所述弹性件和所述阻尼的一端均与所述基板固接，另一端均与所述车轮固接，以使所述凸轮与所述车轮保持接触。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述弹性件具体为弹簧，所述阻尼内嵌于所述弹簧。

5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述驱动元件为电机，所述电机的输出轴轴端与所述凸轮通过键配合连接。

6.根据权利要求2-5任一项所述的试验装置，其特征在于，同一轮对的两个所述车轮的在横向上施加力与载荷的两个所述激振部件沿横向相向设置；

沿纵向，位于同一侧的两个所述车轮的在纵向上施加力与载荷的两个所述激振部件沿纵向相向设置；

在垂向上施加力与载荷的四个所述激振部件的布置方向相同。

7.根据权利要求1-5任一项所述的试验装置，其特征在于，所述车质量模拟部件包括砝码，以便于调节所述车质量模拟部件的配重。

8.根据权利要求1-5任一项所述的试验装置，其特征在于，所述驱动部件包括驱动源和传动部件，所述驱动源通过所述传动部件带动所述车轮转动。

9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于，所述驱动源包括电动机和皮带传动机构，所述电动机通过所述皮带传动机构带动所述车轮转动。

10.根据权利要求1-5任一项所述的试验装置，其特征在于，所述转向架总成的构架四个角部与所述固定基础之间均铰接有一个垂向连杆，所述构架的四个角部与所述固定基础之间均铰接有一个纵向连杆，所述构架的四个角部与所述固定基础之间均铰接有一个横向连杆；

所述车质量模拟装置的一端的横向两侧与所述固定基础之间均铰接有一个纵向支撑连杆，所述车质量模拟装置的一侧与所述固定基础之间铰接有一个横向支撑连杆。

Images