CN113267356B - 制动器多工况可靠性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明为一种制动器多工况可靠性试验台，包括位姿调整动平台以及模拟轮组件，位姿调整动平台包括上平台、下平台和第一驱动机构，上平台具有六个自由度，第一驱动机构能驱动上平台在六个自由度上的运动。在上平台上设有多组机械安装孔，在上平台上还开设有通孔。模拟轮组件包括安装立柱、模拟轮安装座、第二驱动机构以及模拟轮，模拟轮至少具有完整车轮的轮心以及完整车轮的部分踏面，模拟轮安装座穿过通孔并与模拟轮的轮心枢接，模拟轮的踏面能面向制动器，第二驱动机构能穿过通孔并驱动模拟轮上下摆动。本发明的试验台，通用性强，占用空间小，消耗能源少，功能更完善，可以真实地模拟制动器在真实使用过程中的多种工况。

Description

制动器多工况可靠性试验台

技术领域

本发明是关于轨道交通装备测试技术领域，尤其涉及一种制动器多工况可靠性试验台。

背景技术

随着近年来国内轨道交通领域的高速发展，列车牵引能力及动力学性能日益提高，对于车辆制动性能的要求也相应提升。在列车制动系统中，包含闸片、夹钳及制动缸的制动器是车辆产生黏着制动时的关键装置，需要在车下相对复杂、恶劣的条件下保证长期正常工作，因此对其有着极高的可靠性要求。根据现行的铁路行业标准《TB/T 3431-2015机车车辆制动夹钳单元》，新型制动器投入使用前需累计进行不少于100万次的制动、缓解疲劳试验，因此需要使用到专门针对制动器设计的可靠性试验台。

目前行业内的制动器疲劳试验多基于国际铁路联盟标准UIC 541-01进行，试验过程中在制动器位姿方面仅考虑了绕纵向倾角的情况，未进行其他自由度上的运动。而制动器在实际使用过程中，还经常存在与制动盘的相对横向位移以及绕垂向转角。因此，现有的疲劳试验标准以及业内常用疲劳试验台无法满足模拟制动器实际运用过程中不同位姿的需要，亟需研发一种可模拟制动器在多种工况下使用情况的可靠性试验台，为行业标准的进一步优化和提升提供重要依据。

另外，现阶段常见的制动器疲劳试验台还存在如下不足之处：

(1)通用性较差。现有的成熟试验台产品或相关发明大多只针对某种单一类型的制动器进行设计，或只针对某种特定安装方式的制动器进行设计，机械接口较少，适配性低。

(2)占用空间大，消耗能源多。目前行业内部分制动器疲劳试验台采用完整车轮配合制动器试验，由此导致试验台整体重量大、占用空间大、驱动车轮时消耗能量多。

(3)功能不完善，无法真实地模拟制动器在真实使用过程中的各类工况。目前行业内试验台基本只能满足铁路行业制动器试验的最低标准，无法对制动器存在横向偏移、绕垂向转角等不同位姿时的真实工况进行模拟。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种制动器多工况可靠性试验台，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制动器多工况可靠性试验台，通用性强，占用空间小，消耗能源少，功能更完善，可以真实地模拟制动器在真实使用过程中的多类工况。

本发明的目的是这样实现的，一种制动器多工况可靠性试验台，包括：

位姿调整动平台，其包括上下间隔设置的上平台和下平台以及设在上平台和下平台之间的第一驱动机构，上平台具有六个自由度，第一驱动机构能驱动上平台在六个自由度上的运动；在上平台上设有多组机械安装孔，用于安装制动器；在上平台上还开设有通孔；

以及模拟轮组件，其包括固设在下平台上的安装立柱、设在安装立柱顶部的模拟轮安装座、设在下平台上的第二驱动机构以及为完整车轮一部分的模拟轮，模拟轮至少具有完整车轮的轮心以及完整车轮的部分踏面，模拟轮安装座穿过通孔并与模拟轮的轮心枢接，模拟轮的踏面能面向制动器，第二驱动机构能穿过通孔并驱动模拟轮上下摆动。

在本发明的一较佳实施方式中，第一驱动机构包括六个第一电动缸，第一电动缸的两端分别与上平台和下平台铰接。

在本发明的一较佳实施方式中，第二驱动机构包括第二电动缸，第二电动缸的两端分别与模拟轮和下平台铰接。

在本发明的一较佳实施方式中，在模拟轮的两侧面上均可拆卸地固设有闸片调节板，制动器的夹钳能抱紧闸片调节板。

在本发明的一较佳实施方式中，模拟轮组件还包括第三驱动机构，第三驱动机构能驱动模拟轮沿平行于下平台的台面的方向往复移动。

在本发明的一较佳实施方式中，第三驱动机构包括设在上平台上方的第三电动缸，第三电动缸的两端分别与上平台和模拟轮安装座铰接；在安装立柱的顶面上固设有导轨，在模拟轮安装座的底部固设有滑块，滑块能滑动地设在导轨上。

在本发明的一较佳实施方式中，第三电动缸的丝杠端部固设有连接杆，并在该丝杠的端面与连接杆之间夹设有缓冲圈，连接杆与模拟轮安装座铰接。

在本发明的一较佳实施方式中，在第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸内还封装有限位传感器，用于识别相应电动缸内丝杠的位移。

在本发明的一较佳实施方式中，在上平台的机械安装孔上安装有加强座，加强座能面向模拟轮的踏面。

在本发明的一较佳实施方式中，制动器多工况可靠性试验台还包括气动系统，气动系统用于通过相应气路与制动器连接，并能对制动器中相应缸体进行充风或排风。

在本发明的一较佳实施方式中，气动系统包括压缩空气总管路、第一气动支路和第二气动支路；第一气动支路和第二气动支路的第一端均与压缩空气总管路的出口端连接，第一气动支路和第二气动支路的第二端分别用于与制动器的常用制动缸和停放制动缸连接；在第一气动支路上自其第一端向第二端依次设有第一比例调压阀、第一方向控制阀和第一单向节流阀；在第二气动支路上自其第一端向第二端依次设有第二比例调压阀、第二方向控制阀和第二单向节流阀。

在本发明的一较佳实施方式中，第一方向控制阀为两位三通阀并具有第一进气口、第一排气口和第一工作气口，第一进气口和第一工作气口串接在第一气动支路中，且第一进气口和第一工作气口分别靠近第一比例调压阀和第一单向节流阀设置，第一排气口与外界大气连通；第二方向控制阀为两位三通阀并具有第二进气口、第二排气口和第二工作气口，第二进气口和第二工作气口串接在第二气动支路中，且第二进气口和第二工作气口分别靠近第二比例调压阀和第二单向节流阀设置，第二排气口与外界大气连通。

在本发明的一较佳实施方式中，气动系统还包括第三气动支路，第三气动支路的第一端与压缩空气总管路的出口端连接，第三气动支路的第二端连接有手缓解缸，手缓解缸用于与制动器中手缓解装置的拉绳连接；在第三气动支路上自其第一端向第二端依次设有第三比例调压阀和第三方向控制阀。

在本发明的一较佳实施方式中，手缓解缸为单出杆气缸，第三方向控制阀为两位五通阀并具有第三进气口、第三排气口、第四排气口、第三工作气口和第四工作气口，第三进气口串接在第三气动支路中，第三排气口和第四排气口均与外界大气连通；第三工作气口通过相应管路与手缓解缸的无杆腔连接，第四工作气口通过相应管路与手缓解缸的有杆腔连接。

在本发明的一较佳实施方式中，在压缩空气总管路上自其进口端向出口端顺序设有总开关阀、过滤器和比例流量阀。

在本发明的一较佳实施方式中，在压缩空气总管路的出口端连接有总压力传感器，在第一气动支路上且靠近其第二端的位置连接有第一压力传感器，在第二气动支路上且靠近其第二端的位置连接有第二压力传感器。

在本发明的一较佳实施方式中，制动器多工况可靠性试验台还包括控制系统，控制系统与第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和气动系统均电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，控制系统包括具有PLC控制器的电气控制柜以及具有人机交互界面的PC控制端，PLC控制器与PC控制端、第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和气动系统均电连接。

由上所述，本发明中的试验台，利用具有六个自由度的上平台，能够在目前业内制动器疲劳试验标准的基础上，额外实现制动器在多个自由度下的位姿控制，能够进行制动器多种工况下的试验模拟，更加贴近制动器的真实使用情况，可获得更加真实、准确、有效的试验数据，为行业标准的进一步优化提供重要参考。同时，采用模拟轮代替完整车轮配合试验，结构轻便、占用空间小、能源消耗低。另外，上平台上具有多组机械安装孔，能够与多种安装方式的制动器进行对接，基本适配目前行业内常用的各型号制动器，并满足其疲劳试验需求，安装便捷，通用性更强。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明提供的制动器多工况可靠性试验台的结构图。

图2：为本发明提供的位姿调整动平台与模拟轮组件和被测制动器配合的立体图一。

图3：为本发明提供的模拟轮与被测制动器配合部分的局部放大图。

图4：为本发明提供的位姿调整动平台与模拟轮组件和被测制动器配合的立体图二。

图5：为本发明提供的位姿调整动平台与模拟轮组件配合的主视图。

图6：为图5的剖视图。

图7：为本发明提供的气动系统的原理图。

图8：为本发明提供的第一方向控制阀的放大图。

图9：为本发明提供的第二方向控制阀的放大图。

图10：为本发明提供的第三方向控制阀的放大图。

图11：为本发明提供的控制系统的作用原理图。

附图标号说明：

1、位姿调整动平台；

11、上平台；111、通孔；12、下平台；13、第一驱动机构；131、第一电动缸；1311、伺服电机；132、第一上铰接支座；133、第一下铰接支座；14、加强座；

2、模拟轮组件；

21、安装立柱；22、模拟轮安装座；23、第二驱动机构；231、第二电动缸；232、第二上铰接支座；233、第二下铰接支座；24、模拟轮；25、转轴；26、闸片调节板；27、第三驱动机构；271、第三电动缸；2711、第一凸台；272、导轨；273、滑块；274、第三铰接支座；275、第四铰接支座；276、连接杆；2761、第二凸台；277、缓冲圈；

3、被测制动器；31、常用制动缸；32、停放制动缸；

4、制动器配套工装；

5、气动系统；

51、压缩空气总管路；511、总开关阀；512、过滤器；513、比例流量阀；514、压力表；515、总压力传感器；

52、第一气动支路；521、第一比例调压阀；522、第一方向控制阀；P1、第一进气口；T1、第一排气口；A1、第一工作气口；523、第一单向节流阀；524、第一压力传感器；

53、第二气动支路；531、第二比例调压阀；P2、第二进气口；T2、第二排气口；A2、第二工作气口；532、第二方向控制阀；533、第二单向节流阀；534、第二压力传感器；

54、第三气动支路；541、第三比例调压阀；542、第三方向控制阀；5421、排气节流阀；P3、第三进气口；T3、第三排气口；T4、第四排气口；A3、第三工作气口；B、第四工作气口；543、手缓解缸；

6、控制系统；

61、PC控制端；62、电气控制柜；621、PLC控制器；622、伺服驱动器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图11所示，本实施例中提供一种制动器多工况可靠性试验台，包括：

位姿调整动平台1，其包括上下间隔设置的上平台11和下平台12以及设在上平台11和下平台12之间的第一驱动机构13，上平台11具有六个自由度，第一驱动机构13能驱动上平台11在六个自由度上的运动；在上平台11上设有多组机械安装孔，用于安装制动器；在上平台11上还开设有通孔111；

以及模拟轮组件2，其包括固设在下平台12上的安装立柱21、设在安装立柱21顶部的模拟轮安装座22、设在下平台12上的第二驱动机构23以及为完整车轮一部分的模拟轮24，模拟轮24至少具有完整车轮的轮心以及完整车轮的部分踏面，模拟轮安装座22穿过通孔111并与模拟轮24的轮心枢接，模拟轮24的踏面能面向制动器，第二驱动机构23能穿过通孔111并驱动模拟轮24上下摆动。

其中，机械安装孔的具体数量根据实际需要而定，不同的制动器配套工装4通过相应的机械安装孔可以安装固定在上平台11上，不同型号的制动器可以安装固定在相应的制动器配套工装4上，进而通过多组机械安装孔可以用于安装不同型号的制动器，提高通用性。上平台11在空间上完全没有约束，在空间具有六个自由度，具体是沿一个正交坐标系三个坐标轴(图1中的X轴、Y和Z轴)方向的移动自由度和绕着三个坐标轴的转动自由度。使用时下平台12直接放置在平整地面上是静止不动的，以保持试验台整体的稳定性。利用第一驱动机构13驱动上平台11运动，便可以带动安装在其上的被测制动器3进行位姿调整，实现在横滚(绕X轴)、俯仰(绕Y轴)、偏航(绕Z轴)转动方向以及X轴、Y和Z轴平移方向共六个自由度的运动，以更全面地模拟制动器在实际使用过程中的多种位姿状态。需要说明的是，图1和图5中所标注的坐标系为自定义坐标系，其中X方向为行业内公认的列车行驶方向的纵向、Y方向为横向、Z为垂向。

上述的通孔111一般为方形孔，也可以根据需要采用其他的形状，以供模拟轮安装座22和第二驱动机构23穿过，使得在上平台11运动时应不会带动模拟轮24一起运动，以实现制动器相对于模拟轮24的位姿变化。上述的模拟轮24是完整车轮的一部分，模拟轮24的轮径优选与实际所选定的完整车轮的轮径相同，具体轮径大小根据实际列车的车轮而定，并保证模拟轮24的强度、硬度、表面质量等性能与实际完整车轮相近，以更好地模拟实际情况。该模拟轮24的形状近似为扇形，对应扇形的角弧度优选为锐角，以更节省空间并实现轻量化。在制动器处于制动状态时还可以通过第二驱动机构23驱动模拟轮24上下摆动来调整模拟轮24与制动器之间的摩擦力大小，以更好地进行相关试验。

由此，本实施例中的试验台，利用具有六个自由度的上平台11，能够在目前业内制动器疲劳试验标准的基础上，额外实现制动器在多个自由度下的位姿控制，能够进行制动器多种工况下的试验模拟，更加贴近制动器的真实使用情况，可获得更加真实、准确、有效的试验数据，为行业标准的进一步优化提供重要参考。同时，采用模拟轮24代替完整车轮配合试验，结构轻便、占用空间小、能源消耗低。另外，上平台11上具有多组机械安装孔，能够与多种安装方式的制动器进行对接，基本适配目前行业内常用的各型号制动器(主要适用于轨道交通领域中的制动器)，并满足其疲劳试验需求，安装便捷，通用性更强。

在具体实现方式中，如图2至图6所示，第一驱动机构13包括六个第一电动缸131，第一电动缸131的两端分别与上平台11和下平台12铰接。使得各第一电动缸131与上平台11和下平台12均存在转动自由度，进而能通过六个第一电动缸131伸缩量的协同调整进行上平台11的位姿控制。其中，第一电动缸131的两端均应通过双轴铰接结构分别与上平台11和下平台12连接，以使各第一电动缸131的端部还具有绕垂直于其轴向的两个正交方向的转动自由度，满足转动需求。

具体地，第一电动缸131的上端通过第一上铰接支座132与上平台11连接，在第一电动缸131的下端通过第一下铰接支座133与下平台12连接。第一上铰接支座132和第一下铰接支座133的结构为现有技术，均包括座体和设在座体上的铰接结构(具体采用双轴铰接结构)，该座体与对应平台紧固，该铰接结构与电动缸的对应端部连接。一般为了使得结构更加紧凑更节省空间，相邻两个第一电动缸131的上端或下端共用一个第一上铰接支座132或第一下铰接支座133，使得六个第一电动缸131大致围成多组三角形的形状。当然，各第一电动缸131的具体排布和连接方式也可以根据需要而定，只要能驱动上平台11实现六个自由度上的运动即可。

另外，对于上平台11和下平台12的形状可以根据需要而定，例如本实施例中上平台11和下平台12均为六边形的框架结构，以实现轻量化。

进一步地，由于列车实际运行时会存在两个方向的行驶，也即车轮会存在两个方向的转动，而且制动器在制动时存在很大摩擦力。为了使得本实施例的试验台可以模拟实际车轮两个方向的转动，且模拟这两个方向转动时都可以提供制动时较大的摩擦力，如图6所示，第二驱动机构23包括第二电动缸231，第二电动缸231的两端分别与模拟轮24和下平台12铰接。

上述模拟轮24的轮心一般通过转轴25与模拟轮安装座22枢接，且该转轴25的轴向平行于下平台12的台面，模拟轮24的踏面的底部与第二电动缸231铰接。通过第二电动缸231的丝杠伸出或缩回可以向上推或向下拉模拟轮24，使模拟轮24沿图6中示出的逆时针方向摆动或顺时针方向摆动；当制动器处于制动状态时，通过增大第二电动缸231向上的推力或向下的拉力，可以增大制动器与模拟轮24之间的摩擦力。因此，利用该第二电动缸231两端分别与模拟轮24和下平台12铰接的方式，不仅可以驱动模拟轮24进行一定程度的转动(即上下往复摆动)，模拟真实车轮两个方向的运动过程；而且在模拟轮24这两个方向的试验过程中，在制动器处于制动状态时可以通过第二电动缸231在0～30000N范围内调整模拟轮24与被测制动器3之间的摩擦力大小，以使该摩擦力达到试验标准要求，还可以通过第二电动缸231调节该摩擦力以观察能使模拟轮24转动时所需的摩擦力大小，以进行相应的疲劳试验。

一般第二电动缸231的上端通过第二上铰接支座232与模拟轮24连接，第二电动缸231的下端通过第二下铰接支座233与下平台12连接。这里的第二上铰接支座232和第二下铰接支座233的结构也为现有技术，包括座体和设在座体上的铰接结构，座体紧固在模拟轮24或下平台12上，铰接结构与第二电动缸231的端部连接。

进一步地，为了使试验台能适用于更多类型的制动器，如图3所示，在模拟轮24的两侧面上均可拆卸地固设有闸片调节板26，制动器的夹钳能抱紧闸片调节板26。这样，本实施例中的试验台可以适用于踏面和夹钳两种类型的制动器试验，用于踏面制动器时，制动过程中闸瓦直接抱紧模拟轮24的踏面即可；用于夹钳制动器时，制动过程中夹钳直接抱紧闸片调节板26即可。

这里的闸片调节板26是用于模拟实际使用过程中紧固在车轮上的制动盘，在安装时应保证闸片调节板26的安装位置与实际车上制动盘的位置接近，以更好地模拟实际情况。闸片调节板26的形状大致为长方形，具体闸片调节板26和模拟轮24的形状根据实际需要而定即可，并不做严格要求。不同的闸片调节板26通常具有不同的摩擦系数，以模拟摩擦副不同程度的磨损状态；所安装的闸片调节板26的摩擦系数可影响模拟轮24转动的临界摩擦力值(夹钳与闸片调节板26之间的摩擦力)以及模拟轮24转动状态下的摩擦状态，而上述的第二电动缸231可以实时自由调整摩擦副之间静摩擦力的大小。一般闸片调节板26通过螺钉紧固在模拟轮24上，可以通过拆卸螺钉对闸片调节板26进行更换。例如，某一具体试验中，需要轮流使用三种摩擦系数的闸片调节板26，以模拟制动器摩擦副之间多种摩擦条件下的工况。

本实施例中的试验台应用于夹钳制动器时，由于不同型号的夹钳制动器在制动时，其夹钳夹在闸片调节板26上的位置并不相同。为了使得该试验台能够适用于更多不同型号的夹钳制动器，如图2、图5和图6所示，模拟轮组件2还包括第三驱动机构27，第三驱动机构27能驱动模拟轮24沿平行于下平台12的台面的方向往复移动，以调整模拟轮24相对于制动器的位置，适应不同型号的夹钳制动器。

更具体地，第三驱动机构27包括设在上平台11上方的第三电动缸271，第三电动缸271的两端分别与上平台11和模拟轮安装座22铰接。在安装立柱21的顶面上固设有导轨272，在模拟轮安装座22的底部固设有滑块273，滑块273能滑动地设在导轨272上。

一般为了更便于安装和调节，该导轨272的延伸方向平行于上述的X轴，以使第三电动缸271驱动模拟轮24沿X轴水平移动。上述的安装立柱21的轴向垂直于下平台12的台面并平行于Z轴，第二电动缸231的轴线在初始时(即未向外伸出时)平行于Z轴。上述的转轴25的轴线平行与Y轴，使模拟轮24具有绕Y轴的转动自由度，能够在第二电动缸231的带动下模拟车轮的转动。当选定某种型号的夹钳制动器后，通过第三电动缸271驱动模拟轮安装座22在导轨272上进行纵向平移，便可以调整模拟轮24伸入夹钳的距离。

第三电动缸271的两端也均应通过双轴铰接结构分别与上平台11和模拟轮安装座22连接，以使各第三电动缸271的端部具有绕Z轴和Y轴这两个方向的转动自由度，由于上平台11带动制动器进行位姿调整时模拟轮24是不动的，将第三电动缸271的两端采用双轴铰接结构进行连接，可以更好地协调相对位移。具体为，第三电动缸271的缸体和丝杠分别通过第三铰接支座274和第四铰接支座275与上平台11和模拟轮安装座22连接，该第三铰接支座274和第四铰接支座275的座体分别固设在上平台11和模拟轮安装座22上，第三铰接支座274和第四铰接支座275具有双轴铰接结构并分别与第三电动缸271和该丝杠连接。

进一步地，由于踏面制动器试验过程中，制动器可能会对踏面有冲击作用，长时间不间断的冲击必然会对第三电动缸271产生不利影响，甚至会破坏第三电动缸271的关键零部件。因此，为了将试验过程中的冲击能量尽可能的消耗，使冲击力减到最小，以有效保护第三电动缸271不被损坏，如图5和图6所示，第三电动缸271的丝杠端部固设有连接杆276，并在该丝杠的端面与连接杆276之间夹设有缓冲圈277，连接杆276与模拟轮安装座22铰接，以利用缓冲圈277实现缓冲功能。

为了便于安装和连接，第三电动缸271的丝杠端部具有第一凸台2711，连接杆276上具有第二凸台2761，连接杆276的第一端穿过缓冲圈277后插设在第一凸台2711内(具体是插设在第一凸台2711端面开设的插槽中)，第一凸台2711、缓冲圈277和第二凸台2761之间通过多个螺栓紧固，以实现三者的连接固定；连接杆276的第二端则通过上述的第四铰接支座275与模拟轮安装座22连接。当然，缓冲圈277和连接杆276也可以采用其他的方式与该丝杠端部连接，本实施例仅为举例说明。

进一步地，在第一电动缸131、第二电动缸231和第三电动缸271内还封装有限位传感器(现有技术)，用于识别相应电动缸内丝杠的位移；以实时检测各缸是否超限动作。使用时还会配备相应的安全指示灯、急停按钮、抱闸锁紧等安全操作指示装置(现有技术)，当电动缸出现超限动作时，会给出相应报警信号，以保证操作安全。进而使得试验台的安全装置更加完善，能够最大限度地降低设备因操作失误而产生故障的概率，并保障操作人员的安全。

当然，对各电动缸的限位也可以采用其他的方式，例如还可以采用软限位，在相应软件程序中增加限位程序，软件本身会实时读取丝杠的位置数据，以在电动缸的行程接近限制时，自动减速到零；再例如，还可以采用突变限制，也是在软件程序中增加相应限制程序，避免出现突变速度或加速度过大的情况。

在踏面制动器试验中，由于制动器的闸瓦直接作用在模拟轮24的踏面上，产生垂直于踏面的作用力。因此，为了对被测制动器3进行加固，提高试验过程中制动器的稳定性，当试验对象为踏面制动器时，在上平台11的机械安装孔上安装有加强座14，加强座14能面向模拟轮24的踏面；该加强座14是抵靠在制动器配套工装4上的，以提高结构强度。

进一步地，制动器多工况可靠性试验台还包括气动系统5，气动系统5用于通过相应气路与制动器连接，并能对制动器中相应缸体进行充风或排风，以使制动器实现相应的常用制动、常用缓解、停放制动等功能。

详细而言，如图7至图9所示，气动系统5包括压缩空气总管路51、第一气动支路52和第二气动支路53，第一气动支路52和第二气动支路53的第一端均与压缩空气总管路51的出口端连接，第一气动支路52和第二气动支路53的第二端分别用于与制动器的常用制动缸31和停放制动缸32连接。在第一气动支路52上自其第一端向第二端依次设有第一比例调压阀521、第一方向控制阀522和第一单向节流阀523。在第二气动支路53上自其第一端向第二端依次设有第二比例调压阀531、第二方向控制阀532和第二单向节流阀533。

其中，压缩空气总管路51用于向各气动支路提供压缩空气，一般在压缩空气总管路51上自其进口端向出口端顺序设有总开关阀511、过滤器512和比例流量阀513，以控制该总管路的通断，并可以对外部气源提供的压缩空气进行流量控制及过滤，确保制动器气缸在长期工作状态下不会因压缩空气的质量不达标而产生故障。

上述的第一气动支路52和第二气动支路53分别用于控制常用制动缸31和停放制动缸32的动作，利用第一比例调压阀521和第二比例调压阀531可以对相应支路的压力进行调节；利用第一方向控制阀522和第二方向控制阀532可以控制相应支路的气流方向，以对常用制动缸31及停放制动缸32的动作实施控制。第一单向节流阀523和第二单向节流阀533可以用于调节相应支路对应缸体的动作速度，具体结构为现有技术，均是由单向阀和节流阀并联而成，该节流阀串接在相应支路中，该单向阀使得气体只能由相应支路的第二端向第一端单向流动。各支路第二端的压缩空气可分别被通入常用制动缸31和停放制动缸32，由此分别实现常用制动和停放制动功能。

具体为，第一方向控制阀522为两位三通阀并具有第一进气口P1、第一排气口T1和第一工作气口A1，第一进气口P1和第一工作气口A1串接在第一气动支路52中，且第一进气口P1和第一工作气口A1分别靠近第一比例调压阀521和第一单向节流阀523设置，第一排气口T1与外界大气连通。第二方向控制阀532为两位三通阀并具有第二进气口P2、第二排气口T2和第二工作气口A2，第二进气口P2和第二工作气口A2串接在第二气动支路53中，且第二进气口P2和第二工作气口A2分别靠近第二比例调压阀531和第二单向节流阀533设置，第二排气口T2与外界大气连通。

当第一方向控制阀522得电时，第一进气口P1与第一工作气口A1连通，压缩空气总管路51输出的压缩空气先经第一比例调压阀521进行调压，然后经第一方向控制阀522以及第一单向节流阀523中的节流阀后进入常用制动缸31，对常用制动缸31的充风，以实现常用制动功能。当第一方向控制阀522失电时，第一排气口T1与第一工作气口A1连通，常用制动缸31内的气体经第一单向节流阀523的单向阀以及第一方向控制阀522后便可以排出，以实现常用缓解功能。

当第二方向控制阀532得电时，第二进气口P2与第二工作气口A2连通，压缩空气总管路51输出的压缩空气先经第二比例调压阀531进行调压，然后经第二方向控制阀532以及第二单向节流阀533中的节流阀后进入停放制动缸32，对停放制动缸32的充风，使得停放制动缸32处于缓解状态。当第二方向控制阀532失电时，第二排气口T2与第二工作气口A2连通，停放制动缸32内的气体经第二单向节流阀533的单向阀以及第二方向控制阀532后便可以排出，使得停放制动缸32处于制动状态，实现停放制动功能。

进一步地，对于部分制动器来说还具有手动缓解装置，通过拉出该手动缓解装置的拉绳即可实现手动缓解功能。但是，现有的手动缓解功能需要操作人员手动拉、放拉绳，操作繁琐。为了使得手动缓解操作更加便利，如图7和图10所示，气动系统5还包括第三气动支路54，第三气动支路54的第一端与压缩空气总管路51的出口端连接，第三气动支路54的第二端连接有手缓解缸543，手缓解缸543用于与制动器中手缓解装置的拉绳连接。在第三气动支路54上自其第一端向第二端依次设有第三比例调压阀541和第三方向控制阀542。

其中，第三比例调压阀541用于对第三气动支路54的气压进行调节，第三方向控制阀542可以控制相应支路的气流方向，以对手缓解缸543的动作进行控制，压缩空气最终通入带有行程可调的手缓解缸543中，以通过手缓解缸543的伸缩往复运动代替人手拉、放被测制动器3拉绳的动作，实现手缓解功能自动化疲劳试验要求，简单方便。

更具体地，手缓解缸543为单出杆气缸，第三方向控制阀542为两位五通阀并具有第三进气口P3、第三排气口T3、第四排气口T4、第三工作气口A3和第四工作气口B，第三进气口P3串接在第三气动支路54中，第三排气口T3和第四排气口T4均与外界大气连通。第三工作气口A3通过相应管路与手缓解缸543的无杆腔连接，第四工作气口B通过相应管路与手缓解缸543的有杆腔连接。一般在第三排气口T3和第四排气口T4处还可以连接排气节流阀5421，可以调节缸的作动速度，以便满足试验需求。

当第三方向控制阀542得电时，第三排气口T3和第三工作气口A3连通，第三进气口P3和第四工作气口B连通，压缩空气总管路51输出的压缩空气先经第三比例调压阀541进行调压，然后经第三方向控制阀542进入有杆腔，对有杆腔充风；同时无杆腔内的气体可经第三方向控制阀542排出，使得手缓解缸543的活塞杆向内缩回，拉绳拉出。

当第三方向控制阀542失电时，第三进气口P3和第三工作气口A3连通，第四排气口T4和第四工作气口B连通，压缩空气总管路51输出的压缩空气先经第三比例调压阀541进行调压，然后经第三方向控制阀542进入无杆腔，对无杆腔充风；同时有杆腔内的气体可经第三方向控制阀542排出，使得手缓解缸543的活塞杆向外伸出，拉绳放松。

进一步地，为了便于检测各处的压力，在压缩空气总管路51的出口端连接有总压力传感器515，在第一气动支路52上且靠近其第二端的位置连接有第一压力传感器524，在第二气动支路53上且靠近其第二端的位置连接有第二压力传感器534。一般在压缩空气总管路51上且位于比例流量阀513和总压力传感器515之间还设有压力表514。

进一步地，为了便于自动控制各部件工作，制动器多工况可靠性试验台还包括控制系统6，控制系统6与第一驱动机构13、第二驱动机构23、第三驱动机构27和气动系统5均电连接。

优选地，控制系统6包括具有PLC控制器621的电气控制柜62以及具有人机交互界面的PC控制端61，PLC控制器621与PC控制端61、第一驱动机构13、第二驱动机构23、第三驱动机构27和气动系统5均电连接。

该PLC控制器621具体是与上述的第一电动缸131、第二电动缸231、第三电动缸271以及气动系统5中的总开关阀511、比例流量阀513、各压力传感器、各比例调压阀、各方向控制阀均电连接，以控制各部件的动作。控制系统6以PLC和工业以太网总线作为信号监控中心及数据处理平台，PLC通过程序命令发出目标位置，指令伺服驱动器622，伺服驱动器622控制交流伺服电机1311完成连续的轨迹运动，使位姿调整动平台1实现位姿调整。本实施例中试验台位移的控制、采集误差为±0.25mm，角度的控制、采集误差为±0.1°，气动系统5对各气路压力的采集和控制精度为1％。

整个控制系统6能够实时地将制动缸压力、各气路的气压、各电动缸位置及运动速度、疲劳试验进度等各方面参数反馈至人机交互界面。疲劳试验由控制系统6根据试验标准自动控制，根据进度自动按实验要求调整制动器位姿，并能够在适当时机提示试验人员更换闸片调节板26、调整摩擦副工况，实现智能化自动控制，稳定可靠。

整个试验台的使用过程如下：

首先，进行安装操作：由于上平台11上设有多组机械安装孔，可以用于安装不同结构的制动器配套工装4，进而满足不同种类、不同型号制动器的疲劳试验需求。将被测制动器3通过相应的制动器配套工装4安装在上平台11上后，若被测制动器3为夹钳制动器，还可以根据需要更换相应摩擦系数的闸片调节板26，根据制动器的型号可以利用第三电动缸271调节制动器与模拟轮24的距离；若被测制动器3为踏面制动器，还可以根据需要安装加强座14。

其次，调整被测制动器3相对于模拟轮24的位姿状态：试验前操作人员通过PC控制端61给定试验参数，分别对制动器姿态、制动缸充风压力、模拟摩擦力(即模拟轮24与制动器之间的摩擦力)和手缓解力(常用制动缸31的参数，即拉绳的拉力大小)等参数进行设置。

随后，PC控制端61中的控制指令传递给电气控制柜62中的PLC控制器621，PLC控制器621经过模型变换、反解、补偿运算，得出六只第一电动缸131的伸长量，通过总线传递给伺服驱动器622。最终，伺服驱动器622内部控制器得到信息并驱动第一电动缸131的伺服电机1311转动，各第一电动缸131按照指令伸缩，上平台11带动被测制动器3达到指定姿态。

接下来，可以利用控制系统6控制气动系统5工作，气动系统5前端由外部气源提供初始压力1.4MPa的压缩空气，在气动系统5内部的阀类部件控制下，由软管将高压气体分别通入制动器的常用制动缸31和停放制动缸32，由此同时满足常用及停放制动的试验需求。当被测制动器3处于制动状态时，还可以利用第二电动缸231调整摩擦力大小，以达到试验需求。进行试验时根据试验需求例如可以测摩擦力大小，测制动力大小，响应时间等，具体的试验过程为现有技术，在此不再赘述。

综上，本实施例中的试验台，具体用于对制动单元中各部件的可靠性进行测试，由机械、气动、电气、控制四大部分组成，是一种能够适配多种型号制动器、可模拟多种工况的可靠性试验台，可以模拟列车行进中车轮和制动器相对位置发生变化时制动的可靠性试验。具有如下优点：

(1)该试验台既可以适用于踏面制动器，还可以适用于夹钳制动器。位姿调整动平台1上设计有多组机械安装孔，用于安装制动器配套工装4，进而实现踏面制动单元、三点式夹钳制动单元和四点式制动单元等不同类型制动器的试验适配，并留有闸片更换空间，适配性更强，通用性更强。同时，通过第三驱动机构27可以调整模拟轮24相对于制动器的位置，使得该试验台可以适用于更多型号的夹钳制动器，适应性更广。

(2)该试验台是针对轨道交通领域中基于黏着制动方式的气动型制动器设计的可靠性试验台，在满足UIC标准中制动器疲劳试验的基本需求外，其创新之处主要在于试验台具有更多的自由度，进而能够模拟制动器实际工作过程中相对于制动盘更多的位姿状态，在多种工况下对制动器进行疲劳试验，使制动器在实验过程中更贴近真实工作状态。

现有技术中，若依据基础的制动器UIC疲劳试验标准，制动器疲劳试验时仅需要对制动器绕纵向转角0°、±1°、±2.5°三种位姿状态进行模拟，无法完全反应列车行驶过程中制动器的各种位姿状态。而采用本实施例中的试验台，在制动器可靠性试验中，位姿调整动平台1通过六台第一电动缸131的伸缩达到上平台11不同的位姿，通过制动器配套工装4固定在上平台11上的制动器可随上平台11进行横滚、偏航、俯仰三个姿态和X、Y、Z平移共6个自由度的运动，横向位移量可达±15mm，转角范围可达±3°。使得制动器在疲劳试验过程中包含绕纵向转动位姿的前提下，还额外增加了横向位移0mm、±5mm、±10mm的偏移情况，以及绕垂向转角±1°的转动情况，更加真实地模拟了制动器的实际使用情况。

(3)利用第二驱动机构23驱动模拟轮24上下往复摆动，可以模拟车轮的小幅度转动；而且采用模拟轮24代替完整车轮，节约车轮转动时的驱动能源，大幅降低了试验台的质量及占用空间。

(4)制动器的制动过程通过气动系统5实现，其动作功能包括常用制动、停放制动和手缓解三类，而且可以通过手缓解缸543的设置，代替人手拉、放被测制动器3拉绳的动作，操作更加简便。气路中的阀体可在0～10bar范围内进行压力调节，由此控制各类被测制动缸的压力及工作速度，且系统能够实时采集气路各部分压力。手缓解力在150～600N范围内可调。压力的控制、采集精度为±1％，位移的控制、采集误差为±0.25mm，角度的控制、采集误差为±0.1°，数据采集周期100ms。

(5)在控制系统6方面，试验台的控制由PLC控制器621实现，在PLC控制及伺服驱动器622的控制下，相应伺服电机接收指令，并驱动相应电动缸实现试验台各机械部分的运动。试验平台上位机具备友好人机交互界面，各压力传感器采集到的各支路的气压值可传回人机交互界面，以实时观察，同时用户指令可直观、迅速地对试验台各部分进行动作控制及压力调整。整个控制系统6稳定、反馈全面、采样合理，便于实时观察各气路及机械结构压力状况，在长时间使用下能够获得稳定的实验数据，交互界面友好。

整个试验台可更换闸片调节板26、调整模拟轮24与制动器间距、调整摩擦力大小，可满足疲劳试验中模拟不同摩擦副状态的需求，更加真实地复现制动过程，且操作简便。在具有疲劳试验基础功能的基础上，设计了能满足多种制动单元安装需求的机械安装孔、同时满足常用制动和停放制动供风需求的气路接口、摩擦力调节功能，并增强了制动器相对于制动盘位姿的调整能力，使其除了能改变制动器绕纵向转角外，还能够对横向位移以及绕垂向转角等各个自由度上的运动进行调整，最大限度地模拟制动器的实际使用情况，以获得更加真实、准确、有效的可靠性测试结果。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (15)

1.一种制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，包括：

位姿调整动平台，其包括上下间隔设置的上平台和下平台以及设在所述上平台和所述下平台之间的第一驱动机构，所述上平台具有六个自由度，所述第一驱动机构能驱动所述上平台在六个所述自由度上的运动；在所述上平台上设有多组机械安装孔，用于安装制动器；在所述上平台上还开设有通孔；

以及模拟轮组件，其包括固设在所述下平台上的安装立柱、设在所述安装立柱顶部的模拟轮安装座、设在所述下平台上的第二驱动机构以及为完整车轮一部分的模拟轮，所述模拟轮至少具有所述完整车轮的轮心以及所述完整车轮的部分踏面，所述模拟轮安装座穿过所述通孔并与所述模拟轮的轮心枢接，所述模拟轮的踏面能面向所述制动器，所述第二驱动机构能穿过所述通孔并驱动所述模拟轮上下摆动；

其中，所述第一驱动机构包括六个第一电动缸，所述第一电动缸的两端分别与所述上平台和所述下平台铰接；在所述模拟轮的两侧面上均可拆卸地固设有闸片调节板，所述制动器的夹钳能抱紧所述闸片调节板；在所述上平台的所述机械安装孔上安装有加强座，所述加强座能面向所述模拟轮的踏面。

2.如权利要求1所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述第二驱动机构包括第二电动缸，所述第二电动缸的两端分别与所述模拟轮和所述下平台铰接。

3.如权利要求2所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述模拟轮组件还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构能驱动所述模拟轮沿平行于所述下平台的台面的方向往复移动。

4.如权利要求3所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述第三驱动机构包括设在所述上平台上方的第三电动缸，所述第三电动缸的两端分别与所述上平台和所述模拟轮安装座铰接；在所述安装立柱的顶面上固设有导轨，在所述模拟轮安装座的底部固设有滑块，所述滑块能滑动地设在所述导轨上。

5.如权利要求4所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述第三电动缸的丝杠端部固设有连接杆，并在该丝杠的端面与所述连接杆之间夹设有缓冲圈，所述连接杆与所述模拟轮安装座铰接。

6.如权利要求4所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

在所述第一电动缸、所述第二电动缸和所述第三电动缸内还封装有限位传感器，用于识别相应电动缸内丝杠的位移。

7.如权利要求3所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述制动器多工况可靠性试验台还包括气动系统，所述气动系统用于通过相应气路与所述制动器连接，并能对所述制动器中相应缸体进行充风或排风。

8.如权利要求7所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述气动系统包括压缩空气总管路、第一气动支路和第二气动支路；

所述第一气动支路和所述第二气动支路的第一端均与所述压缩空气总管路的出口端连接，所述第一气动支路和所述第二气动支路的第二端分别用于与所述制动器的常用制动缸和停放制动缸连接；在所述第一气动支路上自其第一端向第二端依次设有第一比例调压阀、第一方向控制阀和第一单向节流阀；在所述第二气动支路上自其第一端向第二端依次设有第二比例调压阀、第二方向控制阀和第二单向节流阀。

9.如权利要求8所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述第一方向控制阀为两位三通阀并具有第一进气口、第一排气口和第一工作气口，所述第一进气口和所述第一工作气口串接在所述第一气动支路中，且所述第一进气口和所述第一工作气口分别靠近所述第一比例调压阀和所述第一单向节流阀设置，所述第一排气口与外界大气连通；

所述第二方向控制阀为两位三通阀并具有第二进气口、第二排气口和第二工作气口，所述第二进气口和所述第二工作气口串接在所述第二气动支路中，且所述第二进气口和所述第二工作气口分别靠近所述第二比例调压阀和所述第二单向节流阀设置，所述第二排气口与外界大气连通。

10.如权利要求8所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述气动系统还包括第三气动支路，所述第三气动支路的第一端与所述压缩空气总管路的出口端连接，所述第三气动支路的第二端连接有手缓解缸，所述手缓解缸用于与所述制动器中手缓解装置的拉绳连接；在所述第三气动支路上自其第一端向第二端依次设有第三比例调压阀和第三方向控制阀。

11.如权利要求10所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述手缓解缸为单出杆气缸，所述第三方向控制阀为两位五通阀并具有第三进气口、第三排气口、第四排气口、第三工作气口和第四工作气口，所述第三进气口串接在所述第三气动支路中，所述第三排气口和所述第四排气口均与外界大气连通；所述第三工作气口通过相应管路与所述手缓解缸的无杆腔连接，所述第四工作气口通过相应管路与所述手缓解缸的有杆腔连接。

12.如权利要求8所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

在所述压缩空气总管路上自其进口端向出口端顺序设有总开关阀、过滤器和比例流量阀。

13.如权利要求8所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

在所述压缩空气总管路的出口端连接有总压力传感器，在所述第一气动支路上且靠近其第二端的位置连接有第一压力传感器，在所述第二气动支路上且靠近其第二端的位置连接有第二压力传感器。

14.如权利要求7所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述制动器多工况可靠性试验台还包括控制系统，所述控制系统与所述第一驱动机构、所述第二驱动机构、所述第三驱动机构和所述气动系统均电连接。

15.如权利要求14所述的制动器多工况可靠性试验台，其特征在于，

所述控制系统包括具有PLC控制器的电气控制柜以及具有人机交互界面的PC控制端，所述PLC控制器与所述PC控制端、所述第一驱动机构、所述第二驱动机构、所述第三驱动机构和所述气动系统均电连接。