CN113324772A - 一种弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，包括弓网子系统和轮轨子系统，所述弓网子系统包括接触网和受电弓，所述接触网为环形结构，所述接触网包括环形结构的线网，所述线网上方通过中间连接机构与固定耳朵相连，所述固定耳朵远离限位一端固定安装有立柱。本发明区别于国内外现有的单轮单轨模拟系统，突破了四轮双轨模拟系统在环形轨道结构的通过能力及平稳性，通过对弓网子系统与轮轨子系统的合理配置，实现了缩比试验系统在环形轨道模拟不同行车速度、车辆载荷、轨道刚度及不连续支撑间距等因素对磨耗产生和发展的影响。

Description

一种弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统

技术领域

本发明涉及轨道技术领域，具体是一种弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统。

背景技术

随着社会经济的不断发展，地铁成为市民出行的主要交通工具之一，但是地铁行驶时产生的巨大振动噪声，特别在地铁小半径曲线段，让乘客的乘坐体验大幅降低，这一现象生成的主要原因便是轨道交通钢轨与车轮之间磨耗的相互作用。

同时，在地铁列车的运行过程中,保持接触网弓网之间均匀的受力关系和电气联系,才能确保整个系统运行的可靠性和稳定性，而现实中由于接触网结构弹性不足、车体振动、不同区段运行速度,以及由于设计原因导致的弓网之间接触力不平衡等原因,使接触线和受电弓滑板出现不均匀的异常磨耗,严重影响地铁列车的运行安全,并给轨道交通运维带来很大压力，因此，降低地铁运行时产生的弓网及轮轨磨耗成为了地铁运行管理部门最需要克服的技术问题之一。

为了方便对弓网与轮轨动态接触磨耗产生和发展的机理进行研究，加之线路实地测试及监测的可行性及周期性不足，因此需要相应的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统。而目前现有的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统基本为单轮单轨结构，无法实现转向架系统的四轮双轨模拟，特别是无法模拟弓网及轮轨子系统在曲线段的运行状态，不能很好地对磨耗有贡献的重要影响因素进行准确研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，包括弓网子系统和轮轨子系统，所述弓网子系统包括接触网和受电弓，所述接触网为环形结构，所述接触网包括环形结构的线网，所述线网上方通过中间连接机构与固定耳朵相连，所述固定耳朵远离限位一端固定安装有立柱，所述中间连接机构包括长螺栓，所述固定耳朵为U型，所述长螺栓固定安装在固定耳朵底部，所述长螺栓外部套设有与其滑动连接的中间连接块，所述中间连接块外部安装有与长螺栓相配合的用于调节磨耗斑痕的双向螺母，所述轮轨子系统包括设置在环形轨道基础上并与其相配合的车体转向架，所述车体转向架内侧安装有柔性拉杆，所述柔性拉杆远离车体转向架的一端与环形轨道基础的中心相连，所述受电弓一端与车体转向架上端相连，另一端与线网相连，所述立柱下端与环形轨道基础固定连接。

作为本发明的进一步技术方案：所述受电弓通过一端通过电缸与车体转向架相连，另一端通过碳滑板与线网相连。

作为本发明的更进一步技术方案：所述环形轨道基础上固定安装有轨枕，所述轨枕两端上方分别安装有内环钢轨和外环钢轨，所述内环钢轨和外环钢轨均通过减震扣件与轨枕相连，所述轨枕底部外侧安装有用于调节轨枕内外高度差的超高机构。

作为本发明的更进一步技术方案：所述环形轨道基础上开设有与轨枕相配合的用于调节轨枕间距的轨枕安装孔，所述轨枕上开设有与内环钢轨和外环钢轨相配合的扣件槽，所述减震扣件安装在扣件槽内，所述减震扣件包括轨下弹性垫、弹条、铁垫板、板下弹性垫及锚固螺栓，所述弹条用于固定内环钢轨和外环钢轨，所述锚固螺栓用于将轨枕固定在环形轨道基础上。

作为本发明的更进一步技术方案：所述车体转向架包括构架，所述构架内两端均安装有轮轴，所述轮轴外部固定安装有与内环钢轨相配合的内轮和与外环钢轨相配合的外轮，所述外轮和内轮之间安装有轮轴驱动锥齿轮箱，所述轮轴驱动锥齿轮箱套设在轮轴外部并与其固定连接，所述轮轴驱动锥齿轮箱上方固定有驱动电机，所述驱动电机的输出端与轮轴驱动锥齿轮箱相啮合并形成用于把驱动电机的垂向运动转化为轮轴的水平运动的车体驱动系统。

作为本发明的更进一步技术方案：两个所述轮轴通过用于调节两个轮轴之间夹角的轴箱座相连，所述轴箱座通过轮轴调整U型槽和轮轴反向调整U型槽与车体转向架相连，两个所述轮轴之间的夹角为0-6°，所述轮轴两端均安装有与轴箱座相配合的轴箱端盖。

作为本发明的更进一步技术方案：所述轮轴外部还安装有减震器和轴箱弹簧，所述减震器与轴箱弹簧固定在轴箱座上，所述车体转向架上还固定安装有配重块，所述配重块设置有多个，多个所述配重块通过销杆与车体转向架卡接。

作为本发明的更进一步技术方案：所述弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统还包括参数实时状态监测系统，所述参数实时状态监测系统包括车速传感器和轴温传感器，所述车速传感器和轴温传感器均安装在轮轴上。

作为本发明的更进一步技术方案：所述参数实时状态监测系统还包括悬挂振动传感器、位移传感器和力传感器，所述悬挂振动传感器安装在构架及轴箱座上并实时进行时域及频谱显示，所述位移传感器设置在构架的端头并测试车体转向架的垂向位移，所述力传感器设置在柔性拉杆与车体转向架连接处的轴向位置上。

作为本发明的更进一步技术方案：所述弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统还包括供电控制子系统和信号采集显示子系统，所述的供电控制子系统包括配电箱、环形台中心集电环、接触器、变频器、触屏电脑、工业电脑和PLC；所述信号采集显示子系统包括用于连接参数实时状态监测系统和供电控制子系统的数据采集仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：搭建了轮轨及弓网系统的1:1～1:6缩放模型，可以动态模拟缩比的四轮双轨模型在直径5-50m的环形轨道系统上以0-80km/h运转，通过对弓网子系统和轮轨子系统的合理匹配设置，可研究轮轨不同载荷、不同速度、不同支撑刚度、不同支撑间距等影响因素对磨耗产生和发展的影响，实现了对弓网与轮轨动态磨耗机理准确模拟，提高了整体系统的实用性。

附图说明

图1为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统的局部结构示意图；

图2为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统中接触网的结构示意图；

图3为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统中间连接机构的结构示意图；

图4为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统中受电弓结构示意图；

图5为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统中车体转向架的结构示意图；

图6为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统中车体转向架的俯视图；

图7为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统中轮轴的结构示意图；

图8为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统的结构示意图；

图9为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统供电控制流程示意图。

图10为弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统监控及检测系统示意图。

图中：1-接触网、101-立柱、102-固定耳朵、103-线网、104-吊板、105-长螺栓、106双向螺母、2-受电弓、201-碳滑板、202-升降电缸、3-车体转向架、301-构架、302-轮轴驱动锥齿轮箱、303-驱动电机、304-减振器、305-轴箱弹簧、306-加载配重块、307-轴箱座、308-轴箱端盖、309-轮轴调整U型槽、310-轮轴反向调整U型槽、311-轮轴、312内轮、313-外轮、4-环形轨道基础、401-超高机构、402-轨枕、403-内环钢轨、404-外环钢轨、405-减振扣件、5-柔性拉杆、601-车速传感器、602-轴温传感器、603-悬挂振动传感器、604-位移传感器、605-力传感器、701-配电箱、702-环形太中心集电环、703-接触器、704-变频器、705-触屏电脑、706-工业电脑、707-PLC、708-数据采集仪。

具体实施方式

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。

实施例1

如图1-9所示的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，包括弓网子系统和轮轨子系统，所述弓网子系统包括接触网1和受电弓2，所述接触网1为环形结构，所述接触网1包括环形结构的线网103，所述线网103上方通过中间连接机构与固定耳朵102相连，所述固定耳朵102远离限位103一端固定安装有立柱101，所述中间连接机构包括长螺栓105，所述固定耳朵102为U型，所述长螺栓105固定安装在固定耳朵102底部，所述长螺栓105外部套设有与其滑动连接的中间连接块104，所述中间连接块104外部安装有与长螺栓105相配合的用于调节磨耗斑痕的双向螺母106，即通过设置多个立柱101保证环形结构的整体稳定性，通过调整立杆101上长螺栓405上的双向螺母106的位置，可以驱动中间连接块104，使线网103与受电弓2接触偏心，弓网接触的磨耗斑痕将呈现宽域接触状态；所述轮轨子系统包括设置在环形轨道基础4上并与其相配合的车体转向架3，所述车体转向架3内侧安装有柔性拉杆5，所述柔性拉杆5远离车体转向架3的一端与环形轨道基础4的中心相连，所述受电弓2一端与车体转向架3上端相连，另一端与线网103相连，所述立柱101下端与环形轨道基础4固定连接，为保证整体成本及模拟的准确性，优选的，所述缩比试验系统的缩比范围为1:1～1:6。

进一步的，为保证受电弓2可以与线网103稳定接触，所述受电弓2通过一端通过电缸202与车体转向架3相连，另一端通过碳滑板201与线网103相连。

进一步的，所述环形轨道基础4上固定安装有轨枕402，所述轨枕402两端上方分别安装有内环钢轨403和外环钢轨404，所述内环钢轨403和外环钢轨404均通过减震扣件405与轨枕402相连，所述轨枕402底部外侧安装有用于调节轨枕402内外高度差的超高机构401，即通过减震扣件405与超高机构401配合，可调整曲线轨道不同超高，具体为，所述的超高机构（11）的高度h通过轮轨系统运行速度

、模拟环形轨道半径

及内外轨轨距l确定，即，

，其中g是重力加速度，从而调整曲线轨道不同超高；为方便整体的安装，所述环形轨道基础4上开设有与轨枕402相配合的用于调节轨枕402间距的轨枕安装孔，即通过设置安装孔来调整轨枕402之间的间距，实现不同轨道不连续支撑间距；所述轨枕402上开设有与内环钢轨403和外环钢轨404相配合的扣件槽，所述减震扣件405安装在扣件槽内，所述减震扣件405包括轨下弹性垫、弹条、铁垫板、板下弹性垫及锚固螺栓，所述弹条用于固定内环钢轨403和外环钢轨404，所述锚固螺栓用于将轨枕402固定在环形轨道基础4上，即通过调整弹性垫及板下弹性垫的厚度改变扣件的刚度，优选的，所述的减震扣件405刚度范围为0.1～500kN/mm。

所述车体转向架3包括构架301，所述构架301内两端均安装有轮轴311，所述轮轴311外部固定安装有与内环钢轨403相配合的内轮312和与外环钢轨404相配合的外轮313，优选的，所述内环钢轨403和外环钢轨404采用1:5缩比为8～60kg/m，根据环形轨道基础4超高需等效钢轨轨腰腹板的折弯锥度，匹配轮轨接触踏面设计；所述外轮313和内轮312之间安装有轮轴驱动锥齿轮箱302，所述轮轴驱动锥齿轮箱302套设在轮轴311外部并与其固定连接，所述轮轴驱动锥齿轮箱302上方固定有驱动电机303，所述驱动电机303的输出端与轮轴驱动锥齿轮箱302相啮合并形成用于把驱动电机303的垂向运动转化为轮轴311的水平运动的车体驱动系统。

进一步的，两个所述轮轴311通过用于调节两个轮轴311之间夹角的轴箱座307相连，所述轴箱座307通过轮轴调整U型槽309和轮轴反向调整U型槽310与车体转向架3相连，两个所述轮轴311之间的夹角为0-6°，所述轮轴311两端均安装有与轴箱座307相配合的轴箱端盖308，即通过轮轴调整U型槽309和轮轴反向调整U型槽310配合可进行前后轮轴0-6°的角度调整，保证车体转向架3能在环形轨道基础4上平稳通行。

进一步的，所述轮轴311外部还安装有减震器340和轴箱弹簧305，所述减震器304与轴箱弹簧305固定在轴箱座307上，优选的，所述减震器340垂向、横向及纵向阻尼均为100～5000N.s/m，所述轴箱弹簧305垂向、横向及纵向刚度分别为200～1100kN/m、1600～10000kN/m、3000～18000kN/m；所述车体转向架3上还固定安装有配重块306，所述配重块306设置有多个，多个所述配重块306通过销杆与车体转向架3卡接，即通过多个配重块306的设置可以附加轴载范围0-1000kg，可实现不同车辆轴载。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上进一步进行优化，如图9、10所示，所述弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统还包括参数实时状态监测系统，所述参数实时状态监测系统包括车速传感器601和轴温传感器602，所述车速传感器601和轴温传感器602均安装在轮轴311上。

所述参数实时状态监测系统还包括悬挂振动传感器603、位移传感器604和力传感器605，所述悬挂振动传感器603安装在构架301及轴箱座307上并实时进行时域及频谱显示，所述位移传感器604设置在构架301的端头并测试车体转向架3的垂向位移，所述力传感器605设置在柔性拉杆5与车体转向架3连接处的轴向位置上。

所述弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统还包括供电控制子系统和信号采集显示子系统，所述的供电控制子系统包括配电箱701、环形台中心集电环702、接触器703、变频器704、触屏电脑705、工业电脑706和PLC707；所述信号采集显示子系统包括用于连接参数实时状态监测系统和供电控制子系统的数据采集仪708，即所述的供电控制子系统由配电箱701到环形台中心集电环702，再到接触器703，触屏电脑705发出指令通过无线传输到工业电脑706，通过232串口连接PLC707，信号到达变频器704，控制驱动电机303；所谓的信号采集显示子系统最主要是传感器终端采集（温度、速度、位移及压电加速度）信号进入数据采集仪708，接入PLC707并传输工业电脑706，通过无线发射到触屏电脑705进行显示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，包括弓网子系统和轮轨子系统，其特征在于：所述弓网子系统包括接触网（1）和受电弓（2），所述接触网（1）为环形结构，所述接触网（1）包括环形结构的线网（103），所述线网（103）上方通过中间连接机构与固定耳朵（102）相连，所述固定耳朵（102）远离限位（103）一端固定安装有立柱（101），所述中间连接机构包括长螺栓（105），所述固定耳朵（102）为U型，所述长螺栓（105）固定安装在固定耳朵（102）底部，所述长螺栓（105）外部套设有与其滑动连接的中间连接块（104），所述中间连接块（104）外部安装有与长螺栓（105）相配合的用于调节磨耗斑痕的双向螺母（106），所述轮轨子系统包括设置在环形轨道基础（4）上并与其相配合的车体转向架（3），所述车体转向架（3）内侧安装有柔性拉杆（5），所述柔性拉杆（5）远离车体转向架（3）的一端与环形轨道基础（4）的中心相连，所述受电弓（2）一端与车体转向架（3）上端相连，另一端与线网（103）相连，所述立柱（101）下端与环形轨道基础（4）固定连接。

2.根据权利要求1所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述受电弓（2）通过一端通过电缸（202）与车体转向架（3）相连，另一端通过碳滑板（201）与线网（103）相连。

3.根据权利要求1所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述环形轨道基础（4）上固定安装有轨枕（402），所述轨枕（402）两端上方分别安装有内环钢轨（403）和外环钢轨（404），所述内环钢轨（403）和外环钢轨（404）均通过减震扣件（405）与轨枕（402）相连，所述轨枕（402）底部外侧安装有用于调节轨枕（402）内外高度差的超高机构（401）。

4.根据权利要求3所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述环形轨道基础（4）上开设有与轨枕（402）相配合的用于调节轨枕（402）间距的轨枕安装孔，所述轨枕（402）上开设有与内环钢轨（403）和外环钢轨（404）相配合的扣件槽，所述减震扣件（405）安装在扣件槽内，所述减震扣件（405）包括轨下弹性垫、弹条、铁垫板、板下弹性垫及锚固螺栓，所述弹条用于固定内环钢轨（403）和外环钢轨（404），所述锚固螺栓用于将轨枕（402）固定在环形轨道基础（4）上。

5.根据权利要求4所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述车体转向架（3）包括构架（301），所述构架（301）内两端均安装有轮轴（311），所述轮轴（311）外部固定安装有与内环钢轨（403）相配合的内轮（312）和与外环钢轨（404）相配合的外轮（313），所述外轮（313）和内轮（312）之间安装有轮轴驱动锥齿轮箱（302），所述轮轴驱动锥齿轮箱（302）套设在轮轴（311）外部并与其固定连接，所述轮轴驱动锥齿轮箱（302）上方固定有驱动电机（303），所述驱动电机（303）的输出端与轮轴驱动锥齿轮箱（302）相啮合并形成用于把驱动电机（303）的垂向运动转化为轮轴（311）的水平运动的车体驱动系统。

6.根据权利要求5所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：两个所述轮轴（311）通过用于调节两个轮轴（311）之间夹角的轴箱座（307）相连，所述轴箱座（307）通过轮轴调整U型槽（309）和轮轴反向调整U型槽（310）与车体转向架（3）相连，两个所述轮轴（311）之间的夹角为0-6°，所述轮轴（311）两端均安装有与轴箱座（307）相配合的轴箱端盖（308）。

7.根据权利要求5所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述轮轴（311）外部还安装有减震器（340）和轴箱弹簧（305），所述减震器（304）与轴箱弹簧（305）固定在轴箱座（307）上，所述车体转向架（3）上还固定安装有配重块（306），所述配重块（306）设置有多个，多个所述配重块（306）通过销杆与车体转向架（3）卡接。

8.根据权利要求1所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统还包括参数实时状态监测系统，所述参数实时状态监测系统包括车速传感器（601）和轴温传感器（602），所述车速传感器（601）和轴温传感器（602）均安装在轮轴（311）上。

9.根据权利要求8所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述参数实时状态监测系统还包括悬挂振动传感器（603）、位移传感器（604）和力传感器（605），所述悬挂振动传感器（603）安装在构架（301）及轴箱座（307）上并实时进行时域及频谱显示，所述位移传感器（604）设置在构架（301）的端头并测试车体转向架（3）的垂向位移，所述力传感器（605）设置在柔性拉杆（5）与车体转向架（3）连接处的轴向位置上。

10.根据权利要求8所述的弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统，其特征在于：所述弓网与轮轨动态接触磨耗机理模拟缩比试验系统还包括供电控制子系统和信号采集显示子系统，所述的供电控制子系统包括配电箱（701）、环形台中心集电环（702）、接触器（703）、变频器（704）、触屏电脑（705）、工业电脑（706）和PLC（707）；所述信号采集显示子系统包括用于连接参数实时状态监测系统和供电控制子系统的数据采集仪（708）。

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