CN113340617A - 一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，包括动力机构、力载荷加载机构及支撑机构，力载荷加载机构包括第二电机、气泵、总导气管、集成喷气盘及若干分导气管，支撑机构包括平行对称布置的喷气盘支架和支撑柱，集成喷气盘固定安装于喷气盘支架上，待测轮对的车轴一端安装于集成喷气盘的出气口一侧，且与集成喷气盘同轴固定连接，若干分导气管环绕于轮对的外表面，对轮对表面施力，待测轮对的车轴另一端安装于支撑柱上，本发明提供的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，用于模拟轮对所承受的力载荷，通过气泵喷气加压的方式，可以在不磨损轮对表面的情况下对轮对施加力载荷，适用于研究力载荷对轮对造成的影响，装置简单，易于操作。

Description

一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置

技术领域

本发明属于等效力载荷加载技术领域，尤其涉及一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置。

背景技术

轮对是机车车辆安全运行的重要部件，是机车车辆上与钢轨相接触的部分，轮对的作用是保证机车车辆在钢轨上的运行和转向，承受来自机车车辆的全部静、动载荷，并且把它传递给钢轨。

我国作为著名的铁路大国，随着经济不断发展，高速列车也不断地向重载化方向发展。在追求经济发展的同时，对于列车轮对也提出了更高的要求。车轮在运行中与钢轨接触部分承受很大的压力，其接触表面产生弹性变形和很大的接触应力；在运行中，左右两轮不可避免地以不同直径在钢轨上滚动，产生滑行和车轮磨耗，故要求车轮必须具有更高的强度、硬度、耐磨性和冲击韧性。因此，轮对所承受力载荷研究对于保障列车安全运行具有重大意义。

但是，目前缺少一台可以模拟轮对受到所有力载荷的实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，用于研究力载荷对轮对的影响。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，包括动力机构、力载荷加载机构及支撑机构；

所述动力机构包括第一电机、齿轮减速器及传动轴，所述齿轮减速器的输入轴与所述第一电机的输出轴连接，所述传动轴与所述齿轮减速器的输出轴连接；

所述力载荷加载机构包括第二电机、气泵、总导气管、集成喷气盘及若干分导气管，所述第二电机与所述气泵电连接，所述第二电机用于使所述气泵内产生风压，所述总导气管的进气口与所述气泵的出气口相连，所述集成喷气盘的进气口与所述总导气管的出气口相连，所述集成喷气盘远离所述总导气管的一端沿周向开设有若干出气口，所述集成喷气盘的出气口分别连接一所述分导气管；

所述支撑机构包括平行对称布置的喷气盘支架和支撑柱，所述集成喷气盘固定安装于所述喷气盘支架上，待测轮对的车轴一端安装于所述集成喷气盘的出气口一侧，且与所述集成喷气盘同轴固定连接，若干所述分导气管环绕于轮对的外表面，对轮对表面施力，待测轮对的车轴另一端安装于所述支撑柱上，且与所述传动轴连接。

优选地，若干分导气管的出气口分别安装有一喷嘴头，所述喷嘴头包括前快门结构和后快门结构，所述前快门结构包括前端旋钮以及若干阻风叶片，若干所述阻风叶片沿周向安装于所述前端旋钮内，所述前端旋钮沿周向开设有若干第一导向槽，每个所述阻风叶片上设有与所述第一导向槽配合的第一导向轴，旋转所述前端旋钮可控制所述阻风叶片的开合大小，进而控制所述分导气管的出风截面；

所述后快门结构包括后端旋钮以及若干挡风叶片，若干所述挡风叶片沿周向安装于所述后端旋钮内，所述后端旋钮沿周向开设有若干第二导向槽，每个所述挡风叶片上设有与所述第二导向槽配合的第二导向轴，旋转所述后端旋钮可控制所述挡风叶片的闭合，进而控制所述分导气管的闭合。

优选地，所述分导气管为表面呈波纹状的可弯曲式导气管。

优选地，所述分导气管的侧壁上安装有角度固定器，所述角度固定器可调整所述分导气管的出风角度。

优选地，所述角度固定器包括同轴配合的内盖板和外盖板，所述内盖板包括相对的第一表面和第二表面，所述内盖板的第一表面固定连接于所述分导气管的侧壁上，所述内盖板的第二表面上开设有一安装槽，所述安装槽内沿径向依次嵌有弹簧、凸块及按钮，且所述弹簧靠近圆心一侧，所述凸块凸出于所述内盖板的第二表面，所述按钮可推动凸块沿径向运动；

所述外盖板贴合所述内盖板的面上开设有齿轮状的凹槽，所述凹槽与所述凸块配合连接，当需要调整所述分导气管的角度时，所述按钮推动所述凸块沿靠近圆心的方向移动，此时凸块可在所述凹槽内沿周向滑动，当所述分导气管调整到合适角度时，松开所述按钮，使得所述凸块嵌入所述凹槽的齿内，进而固定所述分导气管。

优选地，所述齿轮减速器包括第一级减速机构和第二级减速机构，所述第一级减速机构的输入轴与所述第一电机的输出轴连接，所述第一级减速机构的输出轴与所述第二级减速机构的输入轴连接，所述第二级减速机构的输出轴与所述传动轴连接。

优选地，所述第一级减速机构采用斜齿齿轮，所述第二级减速机构采用直齿齿轮。

优选地，所述力载荷加载机构还包括旋转开关阀，所述旋转开关阀设于所述气泵与所述总导气管之间，所述旋转开关阀用于调整所述气泵的风压大小。

优选地，所述总导气管采用合金钢管。

优选地，所述第一电机为无刷电机。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明提供了一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，包括动力机构、力载荷加载机构及支撑机构，动力机构包括第一电机、齿轮减速器及传动轴，力载荷加载机构包括第二电机、气泵、总导气管、集成喷气盘及若干分导气管，支撑机构包括平行对称布置的喷气盘支架和支撑柱，集成喷气盘固定安装于喷气盘支架上，待测轮对的车轴一端安装于集成喷气盘的出气口一侧，且与集成喷气盘同轴固定连接，若干分导气管环绕于轮对的外表面，对轮对表面施力，待测轮对的车轴另一端安装于支撑柱上，且与传动轴连接，本发明提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，用于模拟轮对所承受的力载荷，通过气泵喷气加压的方式，可以在不磨损轮对表面的情况下对轮对施加力载荷，适用于研究力载荷对轮对造成的影响，同时，实验装置简单，易于操作。

2)本发明提供了一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其分导气管为表面呈波纹状的可弯曲式导气管，可以改变出风端口的方向，模拟出高速列车在不同运行状态下轮对与钢轨接触位置。

3)本发明提供了一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，若干分导气管的出气口分别安装有一喷嘴头，喷嘴头包括前快门结构和后快门结构，前快门结构包括前端旋钮以及若干阻风叶片，若干阻风叶片沿周向安装于前端旋钮内，前端旋钮沿周向开设有若干第一导向槽，每个阻风叶片上设有与第一导向槽配合的第一导向轴，旋转前端旋钮可控制阻风叶片的开合大小，进而控制分导气管的出风截面；后快门结构包括后端旋钮以及若干挡风叶片，若干挡风叶片沿周向安装于后端旋钮内，后端旋钮沿周向开设有若干第二导向槽，每个挡风叶片上设有与第二导向槽配合的第二导向轴，旋转后端旋钮可控制挡风叶片的闭合，进而控制分导气管的闭合，使得实验装置可以模拟出高速列车在不同运行状态下轮对与钢轨的接触斑大小。

4)本发明提供了一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，力载荷加载机构还包括旋转开关阀，旋转开关阀设于气泵与总导气管之间，旋转开关阀用于调整气泵的风压大小，气泵内的风压大小模拟出高速列车轮对所承受的力载荷大小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的气泵的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的集成喷气盘的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的角度固定器的结构示意图；

图5为角度固定器的内盖板的结构示意图；

图6为角度固定器的外盖板的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的喷嘴头的结构示意图；

图8为喷嘴头前快门结构的后侧结构示意图；

图9为喷嘴头前快门结构的前侧结构示意图；

图10为喷嘴头后快门结构的后侧结构示意图；

图11为喷嘴头后快门结构的前侧结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的动力机构的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的齿轮减速器的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置的支撑柱的结构示意图。

附图标记说明：

1：动力机构；11：第一电机；12：齿轮减速器；121：斜齿齿轮；122：直齿齿轮；13：传动轴；14底座；15：联轴器；2：力载荷加载机构；21：第二电机；22：气泵；23：总导气管；24：集成喷气盘；25：分导气管；26：喷嘴头；261：前快门结构；2611：前端旋钮；26111：第一导向槽；2612：阻风叶片；26121：第一导向轴；262：后快门结构；2621：后端旋钮；26211：第二导向槽；2622：挡风叶片；26221：第二导向轴；27：角度固定器；271：内盖板；2711：安装槽；2712：弹簧；2713：凸块；2714：按钮；272：外盖板；2721：凹槽；28：旋转开关阀；3：支撑机构；31：喷气盘支架；32：支撑柱；4：待测轮对；41：车轴。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1至图14所示，本实施例提供了一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，包括动力机构1、力载荷加载机构2及支撑机构3；

参看图2至图3所示，力载荷加载机构2包括第二电机21、气泵22、总导气管23、集成喷气盘24及若干分导气管25，第二电机21与气泵22电连接，第二电机21用于使气泵22内产生风压，总导气管23的进气口与气泵22的出气口相连，在本实施例中，总导气管23采用合金钢管，不易变形，具有较高的强度；集成喷气盘24的进气口与总导气管23的出气口相连，集成喷气盘24远离总导气管23的一端沿周向开设有若干出气口，集成喷气盘24的出气口分别连接一分导气管25；

在本实施例中，力载荷加载机构2还包括旋转开关阀28，旋转开关阀28设于气泵22与总导气管23之间，旋转开关阀28用于调整气泵22的风压大小，根据旋转开关阀28的角度，调整出不同大小的风压，在本实施例中，将风压分为10档，每一档代表着施加不同程度的力载荷大小，具体为：

当输出风压大小为50MPa，对应力载荷为10000N，此时为第一档；

当输出风压大小为100MPa，对应力载荷为20000N，此时为第二档；

当输出风压大小为150MPa，对应力载荷为30000N，此时为第三档；

当输出风压大小为200MPa，对应力载荷为40000N，此时为第四档；

当输出风压大小为250MPa，对应力载荷为50000N，此时为第五档；

当输出风压大小为300MPa，对应力载荷为60000N，此时为第六档；

当输出风压大小为350MPa，对应力载荷为70000N，此时为第七档；

当输出风压大小为400MPa，对应力载荷为80000N，此时为第八档；

当输出风压大小为450MPa，对应力载荷为90000N，此时为第九档；

当输出风压大小为500MPa，对应力载荷为100000N，此时为第十档；

参看图3所示，在本实施例中，集成喷气盘24固定安装于喷气盘支架31上，集成喷气盘24为锥状，呈中空，其尖端为进气端，另一端为出气端，集成喷气盘24的右端中心位置开孔，开孔半径与高铁轮对轴箱轴承最外圆半径大小近似，为120mm，待测轮对车轴41的左端插入集成喷气盘24内，实现待测轮对4一侧的固定支撑，并且，在集成喷气盘24前端焊接了50个分导气管25，50个分导气管25沿圆周等角度均匀分布在集成喷气盘24的前端，分导气管25的数量是根据接触斑大小以及轮对周长推算出的，当50个分导气管25全部工作时，可以完整包裹在轮对受力表面，对轮对表面均匀施力；

参看图4至图6所示，作为本实施例的一个优选例，分导气管25为表面呈波纹状的可弯曲式导气管，波纹状结构使得分导气管25具有伸缩性，分导气管25的侧壁上安装有角度固定器27，角度固定器27可调整分导气管25的出风角度，角度固定器27包括同轴配合的内盖板271和外盖板272；

参看图5所示，内盖板271包括相对的第一表面和第二表面，内盖板271的第一表面固定连接于分导气管25的侧壁上，内盖板271的第二表面上开设有一安装槽2711，安装槽2711内沿径向依次嵌有弹簧2712、凸块2713及按钮2714，且弹簧2712靠近圆心一侧，凸块2713凸出于内盖板271的第二表面，按钮2714可推动凸块2713沿径向运动；参看图6所示，外盖板272贴合内盖板271的面上开设有齿轮状的凹槽2721，凹槽2721与凸块2713配合工作，当需要调整分导气管25的角度时，按钮2714推动凸块2713沿靠近圆心的方向移动，此时凸块2713可在凹槽2721内沿周向滑动，当分导气管25调整到合适角度时，松开按钮2714，使得凸块2713嵌入凹槽2721的齿内，进而固定分导气管25。通过在分导气管25的侧面焊接角度固定器27，防止因为过大的风压导致角度的变化，当按住角度固定器27上的按钮2714时调整角度，松开按钮2714时锁定角度，分导气管25出风端口出来的风与水平面之间的夹角为0度至90度，从而达到实验设备模拟出轮轨水平力、轮轨垂向力等不同方向的力的效果；

参看图7所示，作为本实施例的一个优选例，若干分导气管25的出气口分别安装有一喷嘴头26，喷嘴头26包括前快门结构261和后快门结构262，参看图8及图9所示，前快门结构261包括前端旋钮2611以及若干阻风叶片2612，若干阻风叶片2612沿周向安装于前端旋钮2611内，前端旋钮2611沿周向开设有若干第一导向槽26111，每个阻风叶片2612上设有与第一导向槽26111配合的第一导向轴26121，第一导向轴26121与第一导向槽26111完美配合，当转动前端旋钮2611，前端旋钮2611之上的第一导向槽26111便会带动第一导向轴26121沿第一导向槽26111的轨迹运动，控制阻风叶片2612的开合大小，进而控制分导气管25的出风截面；参看图10及图11所示，后快门结构262包括后端旋钮2621以及若干挡风叶片2622，若干挡风叶片2622沿周向安装于后端旋钮2621内，后端旋钮2621沿周向开设有若干第二导向槽26211，每个挡风叶片2622上设有与第二导向槽26211配合的第二导向轴26221，第二导向轴26221与第二导向槽26211完美配合，当转动后端旋钮2621，后端旋钮2621之上的第二导向槽26211便会带动第二导向轴26221沿第二导向槽26211的轨迹运动，控制挡风叶片2622的闭合，旋转后端旋钮2621可控制挡风叶片2622的闭合，进而控制分导气管25的闭合，前端旋钮2611负责控制出风截面，模拟出在不同运行状态下轮对与钢轨接触斑面积的改变，前端旋钮2611能够模拟出面积为90平方毫米至400平方毫米的椭圆；后端旋钮2621负责控制分导气管25的使用，当目标实验只需要使用部分喷嘴时，即可旋转后端旋钮2621对其余喷嘴进行关闭；

参看图12所示，动力机构1包括第一电机11、齿轮减速器12及传动轴13，齿轮减速器12的输入轴与第一电机11的输出轴连接，传动轴13的一端与齿轮减速器12的输出轴连接，传动轴13的另一端与待测轮对4的车轴41连接，且在本实施例中，第一电机11与齿轮减速器12、齿轮减速器12与传动轴13、传动轴13与车轴41之间均通过联轴器15进行连接，在本实施例中，第一电机11采用无刷电机；

作为本实施例的一个优选例，动力机构1还包括底座14，第一电机11及齿轮减速器12均置于底座14上；

参看图13所示，齿轮减速器12包括第一级减速机构和第二级减速机构，第一级减速机构的输入轴与第一电机的输出轴连接，第一级减速机构的输出轴与第二级减速机构的输入轴连接，第二级减速机构的输出轴与传动轴连接，作为本实施例的一个优选例，第一级减速机构采用斜齿齿轮121，第二级减速机构采用直齿齿轮122，二级圆柱斜齿轮减速器可以改变动力的传播方向，实现较大传动比的减速增距，并且具有单向传动能力，保证待测轮对4产生的反作用力不会传到电动机转轴。

支撑机构3包括平行对称布置的喷气盘支架31和支撑柱32，集成喷气盘24固定安装于喷气盘支架31上，待测轮对4的车轴41一端安装于集成喷气盘24的出气口一侧，且与集成喷气盘24同轴固定连接，若干分导气管25环绕于轮对的外表面，对轮对表面施力，待测轮对4的车轴41另一端安装于支撑柱32上，且与传动轴13连接，在本实施例中，参看图14所示，支撑柱32含有扣盖，扣盖上开有四个螺纹孔，通过螺栓与下端支撑柱32连接，通过支撑柱32与扣盖，对车轴41中的轴承进行固定，从而达到轮对支撑空转的目的；支撑柱32的底座设有螺纹孔，通过螺钉与地面固定，增加支撑柱32在使用时的稳定性。

本实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，用于模拟待测轮对4所承受的力载荷，通过气泵喷气加压的方式，可以在不磨损轮对表面的情况下对轮对施加力载荷，适用于研究力载荷对轮对造成的影响，实验装置简单，易于操作；集成喷气盘中的分导气管具有可弯曲性，可以改变出风端口的方向，模拟出高速列车在不同运行状态下轮对与钢轨接触位置；喷嘴头的截面可变性，使得实验装置可以模拟出高速列车在不同运行状态下轮对与钢轨的接触斑大小；气泵内的风压大小模拟出高速列车轮对所承受的力载荷大小，本实施例提供的一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置有效节约了实验成本，排除误差，提高实验的正确率以及效率。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，包括动力机构、力载荷加载机构及支撑机构；

所述动力机构包括第一电机、齿轮减速器及传动轴，所述齿轮减速器的输入轴与所述第一电机的输出轴连接，所述传动轴与所述齿轮减速器的输出轴连接；

所述力载荷加载机构包括第二电机、气泵、总导气管、集成喷气盘及若干分导气管，所述第二电机与所述气泵电连接，所述第二电机用于使所述气泵内产生风压，所述总导气管的进气口与所述气泵的出气口相连，所述集成喷气盘的进气口与所述总导气管的出气口相连，所述集成喷气盘远离所述总导气管的一端沿周向开设有若干出气口，所述集成喷气盘的出气口分别连接一所述分导气管；

所述支撑机构包括平行对称布置的喷气盘支架和支撑柱，所述集成喷气盘固定安装于所述喷气盘支架上，待测轮对的车轴一端安装于所述集成喷气盘的出气口一侧，且与所述集成喷气盘同轴固定连接，若干所述分导气管环绕于轮对的外表面，对轮对表面施力，待测轮对的车轴另一端安装于所述支撑柱上，且与所述传动轴连接。

2.根据权利要求1所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，若干分导气管的出气口分别安装有一喷嘴头，所述喷嘴头包括前快门结构和后快门结构，所述前快门结构包括前端旋钮以及若干阻风叶片，若干所述阻风叶片沿周向安装于所述前端旋钮内，所述前端旋钮沿周向开设有若干第一导向槽，每个所述阻风叶片上设有与所述第一导向槽配合的第一导向轴，旋转所述前端旋钮可控制所述阻风叶片的开合大小，进而控制所述分导气管的出风截面；

所述后快门结构包括后端旋钮以及若干挡风叶片，若干所述挡风叶片沿周向安装于所述后端旋钮内，所述后端旋钮沿周向开设有若干第二导向槽，每个所述挡风叶片上设有与所述第二导向槽配合的第二导向轴，旋转所述后端旋钮可控制所述挡风叶片的闭合，进而控制所述分导气管的闭合。

3.根据权利要求1所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述分导气管为表面呈波纹状的可弯曲式导气管。

4.根据权利要求3所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述分导气管的侧壁上安装有角度固定器，所述角度固定器可调整所述分导气管的出风角度。

5.根据权利要求4所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述角度固定器包括同轴配合的内盖板和外盖板，所述内盖板包括相对的第一表面和第二表面，所述内盖板的第一表面固定连接于所述分导气管的侧壁上，所述内盖板的第二表面上开设有一安装槽，所述安装槽内沿径向依次嵌有弹簧、凸块及按钮，且所述弹簧靠近圆心一侧，所述凸块凸出于所述内盖板的第二表面，所述按钮可推动凸块沿径向运动；

所述外盖板贴合所述内盖板的面上开设有齿轮状的凹槽，所述凹槽与所述凸块配合连接，当需要调整所述分导气管的角度时，所述按钮推动所述凸块沿靠近圆心的方向移动，此时凸块可在所述凹槽内沿周向滑动，当所述分导气管调整到合适角度时，松开所述按钮，使得所述凸块嵌入所述凹槽的齿内，进而固定所述分导气管。

6.根据权利要求1所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述齿轮减速器包括第一级减速机构和第二级减速机构，所述第一级减速机构的输入轴与所述第一电机的输出轴连接，所述第一级减速机构的输出轴与所述第二级减速机构的输入轴连接，所述第二级减速机构的输出轴与所述传动轴连接。

7.根据权利要求6所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述第一级减速机构采用斜齿齿轮，所述第二级减速机构采用直齿齿轮。

8.根据权利要求1所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述力载荷加载机构还包括旋转开关阀，所述旋转开关阀设于所述气泵与所述总导气管之间，所述旋转开关阀用于调整所述气泵的风压大小。

9.根据权利要求1所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述总导气管采用合金钢管。

10.根据权利要求1所述的高速列车轮对力载荷的等效加载装置，其特征在于，所述第一电机为无刷电机。

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