CN113155488B - 一种靴轨关系试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种靴轨关系试验台，包括导电轨装置及受流器装置。导电轨装置与受流器装置的机械及电气连接通过环状导电轨、集电靴之间的动态接触实现。靴轨关系试验台安装在封闭式基坑内。试验台的开启和停止都是通过中央控制室的客户端电脑远程操作完成。在对被测样品进行试验时，首先由中央控制室的客户端电脑设置工控机内的动态数据，测试软件通过变频器对电机的转动参数进行调节，使试验台上的旋转大盘根据设定的参数进行转动，并带动试验台两侧的激振台进行上下和左右两个方向的运动。旋转大盘下部中心柱内的导电滑环将电流通过旋转大盘传递给导电轨及集电靴，模拟城轨车辆运行时导电轨与集电靴的受流过程。

Description

一种靴轨关系试验台

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体说涉及一种靴轨关系试验台，属于城轨车辆、供电交叉技术领域。

背景技术

在城市轨道交通系统中，牵引动力由导电轨通过城轨车辆的受流器将电能传送给城轨车辆运行。导电轨一般是刚性、无偏转地固定安装在走形轨旁城轨车辆限界之外的支架上。

目前，导电轨一般采用高导电性能的钢铝复合导电轨，它的单位电阻小，可降低牵引网的电能损耗，不用额外敷设沿线的馈电电缆，从而有效地节约运营成本。复合材质的导电轨具有质量轻、耐腐蚀、耐磨损等特点，维护量小，可以节约维护成本。并且，它安装在走形轨的旁边，对城轨线路周围的景观影响较小。导电轨与城轨车辆集电靴(材料一般为碳或渗碳合金)之间的接触面为不锈钢层，因此使用寿命长。受流器为安装在城轨车辆转向架两侧的限界内并通过受流滑板与导电轨滑动接触获取电能的受流装置。

当城轨车辆受流器沿着导电轨运动时，牵引电流通过如下途径进入到城轨车辆内部，导电轨→靴轨接触点→受流器集电靴→受流器→城轨车辆内部电气系统，上述途径中最容易发生问题、对行车速度影响最大的为靴轨接触点。因为靴轨接触点是固定的导电轨与移动的城轨车辆受流器两个系统在运行中接触。只有可靠接触，城轨车辆才能获得稳定的牵引电流。但靴轨间的滑动接触既受到导电轨、又受到城轨车辆的影响，尤其在高速时，靴、轨接触点振动加剧，可靠接触更加困难。若受流器与导电轨在接触点不断出现时接时断，即离线现象严重，便会限制城轨车辆速度进一步提高。因此如何确保受流稳定，需要对靴、轨两个系统进行深入研究。研究手段之一就是建立试验台，在试验台上反复模拟各种工况进行试验，进而找到最佳的靴轨配合方案，这就是建设靴轨关系试验台的目的。

依据CJ/T 414-2012《城市轨道交通钢铝复合导电轨技术要求》，导电轨应在磨耗试验机上进行耐磨性试验。现有的靴轨关系试验台试验时，使用的是模拟受流器，而且模拟受流器为固定安装，无法模拟受流器实际运行时城轨车辆的振动，并且安装导电轨的机构无法模拟实际工况中受流器垂直于线路方向的运动。从而导致现有的靴轨关系试验台无法逼真地模拟城轨车辆实际运行过程中靴轨之间的关系，试验数据的参考价值不大；另外，现有的靴轨关系试验台最高模拟运行速度为80km/h，达不到高速的要求。

发明内容

本发明的内容在于，靴轨关系试验台安装在封闭式基坑内。试验台的开启和停止都是通过中央控制室的客户端电脑远程操作完成。为确保安全，试验舱门装有安全开关与控制系统，且该系统具有连锁保护功能。试验台在试验运行前，先将被测样品之一——导电轨通过弯曲设备弯曲成直径4米的圆环，再将圆环固定在试验台的旋转大盘上。同时将另一被测样品“受流器”(共计两组)分别安装在旋转大盘两侧的激振台上，并保持与转盘水平高度相匹配。

在对被测样品进行试验时，首先由中央控制室的客户端电脑设置工控机内的动态数据，测试软件通过变频器对电机的转动参数进行调节，使试验台上的旋转大盘根据设定的参数进行转动，并带动试验台两侧的激振台进行上下和左右两个方向的运动。其中运动参数，振幅、频率、波形(正弦波、三角波、方波或梯形波等)均可调节，模拟城轨车辆运行时，集电靴与导电轨之间的上下振动及左右摇摆的运动姿态。在测试软件的设定下，旋转大盘的速度可实现加速、减速或匀速运行。同时旋转大盘下部中心柱内的导电滑环将电流通过旋转大盘传递给导电轨及集电靴，模拟城轨车辆运行时导电轨与集电靴的受流过程。

在试验中，通过安装在激振台两端导电轨与集电靴接触位置的测力传感器、测量集电靴磨耗量传感器、测量导电轨磨耗量传感器、电弧传感器、集电靴温度传感器及红外摄像仪，分别采集导电轨和集电靴在模拟城轨车辆运行中集电靴的接触压力变化(单位：牛顿)、导电轨和集电靴的磨损消耗变化(单位：毫米、微米)、导电轨和集电靴摩擦产生电弧的时间数据(单位：毫秒)、导电轨和集电靴摩擦产生的热信号转化的电信号数据，及运行过程中的温度变化量(单位：摄氏度)等数据传输回PLC安全控制柜，通过控制柜中的通信模块、数字/模拟I/O终端、数据记录模块进行分析处理。电流传感器和功率分析仪对导电轨和集电靴在试验运行中通过回路线缆输入的直流信号进行电能质量测试，得出电压、电流、电阻、功率等数值和数据。

工控机和客户端电脑对上述各类传感器及红外摄像仪、功率分析仪所采集到的图像、信号和试验数据进行分析处理，得出试验结果。采集后的温度数据与客户端电脑相连接，用于显示红外摄像仪的影像和数据。

通过上述试验，可以完成城市轨道交通导电轨与集电靴在行驶中产生的磨损磨耗量、受流、及接触点动态升温、动态接触压力和垂直接触压力与水平摩擦力的试验。

靴轨关系试验台主要参数如下：旋转大盘最大转速为200km/h；旋转大盘(在大盘外侧安装导电轨)直径为4m；直流电源发生装置共计2个回路，单回路输出电压最大为120V，电流为1000A。

靴轨关系试验台主要试验功能如下：

该试验台能够开展城市轨道交通导电轨与集电靴的磨耗试验，包括：

1、在设定试验速度、电流、接触压力等条件下的导电轨的磨耗性能试验，城轨车辆用集电靴的磨耗性能试验；

2、能够开展导电轨与集电靴间受流试验：包括导电轨的动态温升试验、集电靴动态温升试验、导电轨-集电靴接触点动态温升试验、导电轨-集电靴接触点动态过渡电阻试验等；

3、能够开展集电靴动态性能试验：包括集电靴动态接触压力变化量试验(垂直接触压力以及水平摩擦力测量)、离线率试验(拉弧试验)、模拟导电轨端部弯头冲击试验(端部弯头耐冲击和耐电弧性能)、集电靴耐冲击试验等；

4、能够开展对磨材料间的摩擦机理及影响因素的研究与试验。

附图说明

图1为本发明靴轨关系试验台的结构示意图。

图中：1、直流电源线，2、旋转大盘基座，3、主轴，4、主轴轴承，5、水银滑环，6、驱动电机张紧机构，7、驱动电机电源线，8、驱动电机，9、驱动电机水冷管，10、驱动电机水冷器，11、导电轨紧固板，12、环状导电轨，13、转盘导电轨安装支臂，14、旋转大盘，15、主轴同步轮，16、同步带，17、电机同步轮，18、集电靴，19、受流器摆臂，20、调节组件，21、模拟转向架侧板，22、纵向作动机构，23、纵向导轨，24、受流器激振台，25、受流器激振台侧向支架，26、横向作动机构，27、横向导轨，28、受流器激振台基座，29、配电箱及气源控制柜。

具体实施方式

如图1所示。本发明靴轨关系试验台包括导电轨装置及受流器装置。导电轨装置与受流器装置的机械及电气连接通过环状导电轨、集电靴之间的动态接触实现。

导电轨装置由旋转大盘14、驱动电机8、旋转大盘基座2组成。旋转大盘14、驱动电机8固定于旋转大盘基座2上；旋转大盘14通过导电轨紧固板11与环状导电轨12、转盘导电轨安装支臂13相连接；转盘导电轨安装支臂13汇集于旋转大盘14的圆心处，通过主轴3与旋转大盘基座2相连。

受流器装置由受流器、受流器激振台24、纵向作动机构22、横向作动机构26、受流器激振台基座28组成。受流器激振台24固定于受流器激振台基座28上，受流器激振台24上通过模拟转向架侧板21、调节组件20固定受流器，受流器由受流器摆臂19、集电靴18组成。受流器激振台24上配备有纵向作动机构26、横向作动机构22，实现受流器的纵向和横向移动。在纵向方向上，纵向作动机构22在纵向导轨23上移动；在横向方向上，横向作动机构26在横向导轨27上移动，实现受流器在纵向及横向上的移动。纵向作动机构22、横向作动机构26结构均为直线导轨和驱动器。即驱动器可以自由在直线导轨上滑动。驱动器实现方式可以采用为直线电机或者气缸。调节组件20的结构为铝合金板，通过螺栓将受流器摆臂19、模拟转向架侧板21连接。

进一步地，直流电源线1与水银滑环5连接，水银滑环5安装在主轴3内部；试验电流通过直流电源线1、水银滑环5流入转盘导电轨安装支臂13，使环状导电轨12、集电靴18带电。

进一步地，旋转大盘14由高强度铝合金制成。

进一步地，驱动电机8配有驱动电机水冷管9和驱动电机水冷器10，以实现制冷降温使用。

进一步地，转盘导电轨安装支臂13共有十二根，沿圆周均匀布置于旋转大盘14之上。

进一步地，驱动电机电源线7给驱动电机8提供动力，通过驱动电机张紧机构6使同步带16固定在电机同步轮17与主轴同步轮15上，使驱动电机8带动主轴3、旋转大盘14一起转动。

进一步地，在受流器激振台24上配有受流器激振台侧向支架25，用于安装各种测量力、位移、温度、电弧参数传感器。

进一步地，配电箱及气源控制柜29为受流器、受流器激振台24、纵向作动机构22、横向作动机构26提供动力。

本试验台的检测对象为导电轨、受流器。试验过程如下：导电轨被加工为环形后，通过导电轨紧固板11安装于旋转大盘14上。首先启动配电箱及气源控制柜按钮30，旋转大盘14及受流器激振台24制动机构解锁，由驱动电机8带动旋转大盘14、环状导电轨12转动，旋转大盘14的最大转速可达到200km/h。受流器被安装于受流器激振台24上。受流器激振台24共有两套。分别布置于旋转大盘14的两侧。单次试验，既可以试验一个受流器，也可以安装两个受流器，实现对两个受流器的同时试验。受流器激振台24上配备有纵向作动机构22、横向作动机构26，实现对受流器的纵向、横向移动。试验开始前，首先通过调节组件21安装受流器，并调整受流器摆臂19、集电靴18的位置。使集电靴18紧密贴合环状导电轨12的钢带面。根据试验要求，接触压力为120N～160N，该参数通过测力传感器监测。在试验过程中，受流器纵向、横向移动模拟现场城轨车辆的受流器各种的运动姿态。本试验台进行的靴轨磨耗既包括机械结构之间的磨耗，也包括电气磨耗。试验电流通过电流发生装置，由直流电源线1、水银滑环5流入转盘导电轨安装支臂13，最终使环状导电轨12、集电靴18带电。当受流器激振台24只安装一个受流器时，电流流向为环状导电轨12流向工作集电靴18；当两个受流器激振台24各安装一个受流器时，电流流向为环状导电轨12分别流向两个工作集电靴18。在这两种情况下，试验台的电流发生装置能保证每个工作集电靴18通过的最大电流为1000A。旋转大盘14的直径为4m。

理想状态下，靴轨之间的受流是稳定且可靠的。但在实际情况下，由于靴轨之间的不良接触，往往伴随着拉弧、离线等情况。在本试验台可以模拟现场各种极端工况，并采用力学传感器测量靴轨之间的滑动摩擦力、接触压力；位移传感器测量受流器激振台24作动机构的移动量；用接触式温度传感器、红外传感器测量导电轨、受流器的温度；使用电弧传感器测量电弧的特征参数。这些传感器布置于试验台的受流器激振台侧向支架25及试验台周围。

旋转大盘上的导电轨摩擦面——钢带可以朝上，也可以朝下；对应的，受流器激振台24上的集电靴18摩擦面可以朝下，也可以朝上。从而模拟城轨车辆不同的靴轨受流方式。

Claims (6)

1.一种靴轨关系试验台，其特征在于：包括导电轨装置及受流器装置；导电轨装置与受流器装置的机械及电气连接通过环状导电轨、集电靴之间的动态接触实现；导电轨装置由旋转大盘(14)、驱动电机(8)、旋转大盘基座(2)组成；旋转大盘(14)、驱动电机(8)固定于旋转大盘基座(2)上；旋转大盘(14)通过导电轨紧固板(11)与环状导电轨(12)、转盘导电轨安装支臂(13)相连接；转盘导电轨安装支臂(13)汇集于旋转大盘(14)的圆心处，通过主轴(3)与旋转大盘基座(2)相连；受流器装置由受流器、受流器激振台(24)、纵向作动机构(22)、横向作动机构(26)、受流器激振台基座(28)组成；受流器激振台(24)固定于受流器激振台基座(28)上，受流器激振台(24)上通过模拟转向架侧板(21)、调节组件(20)固定受流器，受流器由受流器摆臂(19)、集电靴(18)组成；受流器激振台(24)上配备有纵向作动机构(22)、横向作动机构(26)，实现受流器的纵向和横向移动；在纵向方向上，纵向作动机构(22)在纵向导轨(23)上移动；在横向方向上，横向作动机构(26)在横向导轨(27)上移动，实现受流器在纵向及横向上的移动；纵向作动机构(22)、横向作动机构(26)结构均为直线导轨和驱动器；驱动器能够自由在直线导轨上滑动；直流电源线(1)与水银滑环(5)连接，水银滑环(5)安装在主轴(3)内部；试验电流通过直流电源线(1)、水银滑环(5)流入转盘导电轨安装支臂(13)，使环状导电轨(12)、集电靴(18)带电；转盘导电轨安装支臂(13)共有十二根，沿圆周均匀布置于旋转大盘(14)之上；在受流器激振台(24)上配有受流器激振台侧向支架(25)，用于安装各种测量力、位移、温度、电弧参数传感器；配电箱及气源控制柜(29)为受流器、受流器激振台(24)、纵向作动机构(22)、横向作动机构(26)提供动力；

启动配电箱及气源控制柜按钮(30)，旋转大盘(14)及受流器激振台(24)的制动机构解锁，由驱动电机(8)带动旋转大盘(14)、环状导电轨(12)转动；受流器被安装于受流器激振台(24)上；受流器激振台(24)共有两套；分别布置于旋转大盘(14)的两侧；受流器激振台(24)上配备有纵向作动机构(22)、横向作动机构(26)，实现对受流器的纵向、横向移动；试验开始前，通过调节组件(20)安装受流器，并调整受流器摆臂(19)、集电靴(18)的位置；使集电靴(18)紧密贴合环状导电轨(12)的钢带面；试验过程中，受流器纵向、横向移动模拟现场城轨车辆的受流器各种的运动姿态；试验台进行的靴轨磨耗包括机械结构之间的磨耗以及电气磨耗；试验电流通过由直流电源线(1)、水银滑环(5)流入转盘导电轨安装支臂(13)，使环状导电轨(12)、集电靴(18)带电；当受流器激振台(24)只安装一个受流器时，电流由环状导电轨(12)流向工作集电靴(18)；当两个受流器激振台(24)各安装一个受流器时，电流流向为环状导电轨(12)分别流向两个工作集电靴(18)。

2.根据权利要求1所述的一种靴轨关系试验台，其特征在于，旋转大盘(14)由高强度铝合金制成。

3.根据权利要求1所述的一种靴轨关系试验台，其特征在于，驱动电机(8)配有驱动电机水冷管(9)和驱动电机水冷器(10)，以实现制冷降温使用。

4.根据权利要求1所述的一种靴轨关系试验台，其特征在于，驱动电机电源线(7)给驱动电机(8)提供动力，通过驱动电机张紧机构(6)使同步带(16)固定在电机同步轮(17)与主轴同步轮(15)上，使驱动电机(8)带动主轴(3)、旋转大盘(14)一起转动。

5.根据权利要求1所述的一种靴轨关系试验台，其特征在于，驱动器采用为直线电机或者气缸。

6.根据权利要求1所述的一种靴轨关系试验台，其特征在于，调节组件(20)的结构为铝合金板，通过螺栓将受流器摆臂(19)、模拟转向架侧板(21)连接。

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