CN113465951B - 一种转向架动力学性能模拟试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向架动力学性能模拟试验台及试验方法，该试验台包括控制单元、第一驱动电机、第二驱动电机以及至少一个轨道模拟单元，每个轨道模拟单元又包括底座梁、大位移横移装置、冲角调整装置、超高调整装置以及轨道轮对装置，通过冲角调整装置和大位移横移装置之间、超高调整装置和冲角调整装置之间的相互转动来模拟转向架通过不同半径、不同超高的曲线，通过轨道轮对装置来模拟轨道激励，从而实现了在试验室内模拟转向架在轨道上的实际运行状态，为转向架在不同冲角、不同超高以及不同曲线半径条件下的动力学性能测试提供支撑。

Description

一种转向架动力学性能模拟试验台及试验方法

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种转向架动力学性能模拟试验台及试验方法。

背景技术

目前，国内轨道交通行业蓬勃发展，对列车的速度、安全等方面提出了更高的要求。转向架作为列车的主要部件，其动力学性能直接影响列车运营时的安全性和可靠性。转向架的轮对踏面廓形、悬挂件参数等均对转向架性能有显著影响。

为保证转向架在运营过程中的安全性和可靠性，需对转向架的性能进行试验验证。例如公开号为CN108106867A，名称为一种转向架动态性能试验台的专利文献，该试验台能够模拟线路垂向不平顺、横向不平顺的扰动及车辆在曲线线路环境下的运动状态，但是不具备模拟转向架在曲线线路超高的功能。又例如授权公告号为CN101865783B，名称为轨道车辆转向架性能参数综合检测台的专利文献，该检测台测试的性能参数是动力学参数的一部分，但是该检测台无车轮滚动功能，无法模拟线路的垂向、横向不平顺对转向架动力学性能的影响。

目前国内的转向架动力学性能模拟试验台架尚无法全方面地模拟转向架在不同冲角、不同轨道超高、不同轨道曲线半径条件下的动力学性能。

另，针对本发明提及的专业名词，本领域技术人员通常认定如下：

轨道冲角是指列车在直线线路上运行时轮对前进方向与轨道中心线切线的夹角或在曲线线路上运行时轮对轴线与轨道曲线径向方向的夹角；

轨道超高是指铁路曲线轨道上外轨与内轨的高度差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转向架动力学性能模拟试验台及试验方法，以解决现有转向架动力学性能模拟时，无法全方面地模拟转向架在不同冲角、不同轨道超高、不同轨道曲线半径条件下的动力学性能的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种转向架动力学性能模拟试验台，包括控制单元、第一驱动电机、第二驱动电机以及轨道模拟单元；所述第一驱动电机通过传动链与所述轨道模拟单元一侧的轨道轮轴连接，所述第二驱动电机通过传动链与所述轨道模拟单元另一侧的轨道轮轴连接；

所述轨道模拟单元的数量与转向架的轮对数量对应，所述转向架通过地面反力架固定且转向架各车轮踏面位于对应轨道模拟单元的轨道轮上；所述控制单元控制第一驱动电机和第二驱动电机提供动力源，该动力源通过传动链转换成扭矩和转速并传递给轨道模拟单元，以轨道轮的圆周运动模拟无限长轨道；所述轨道模拟单元在施加在轨道轮上的位移激励作用下模拟轨道的不同冲角、不同超高状态，且在第一驱动电机、第二驱动电机以及传动链的作用下所述轨道模拟单元两侧的轨道轮以一定速度差运行，模拟列车通过曲线半径时内外轨车轮的速度差，实现曲线通过功能的模拟。

进一步地，所述传动链包括多个同步单元和差速单元；所述同步单元与所述轨道模拟单元一一对应；每个所述同步单元均包括第一同步齿轮箱和第二同步齿轮箱；所述差速单元包括第三同步齿轮箱、差速齿轮箱、离合器以及第四同步齿轮箱；所述第一同步齿轮箱通过万向联轴器与对应轨道模拟单元一侧的轨道轮轴连接，所述第二同步齿轮箱通过万向联轴器与对应轨道模拟单元另一侧的轨道轮轴连接；相邻两个同步单元的第一同步齿轮箱之间、第二同步齿轮箱之间分别连接；所述第三同步齿轮箱与与其相邻同步单元的第一同步齿轮箱连接，所述第四同步齿轮箱与相邻同步单元的第二同步齿轮箱连接，所述第三同步齿轮箱、差速齿轮箱、离合器以及第四同步齿轮箱依次连接。

进一步地，每个所述轨道模拟单元均包括底座梁、大位移横移装置、冲角调整装置、超高调整装置以及轨道轮对装置；所述大位移横移装置固定在所述底座梁上；所述冲角调整装置与所述大位移横移装置之间可绕中心轴相对转动，实现冲角调整；所述超高调整装置的两侧分别与所述冲角调整装置啮合连接，所述轨道轮对装置设于所述超高调整装置上。

进一步地，所述大位移横移装置包括箱型梁、以及与所述箱型梁连接的横向作动器；在所述箱型梁的上表面设有环形凸台，所述冲角调整装置具有光滑下表面，所述冲角调整装置设于所述环形凸台上；所述箱型梁的下表面通过螺栓与所述底座梁固定连接；所述横向作动器在控制指令下带动所述箱型梁做横向运动。

进一步地，在所述冲角调整装置的上表面设有与所述超高调整装置外表面相适配的凹槽，在所述凹槽的两侧均设有由电机驱动的旋转齿轮；在所述超高调整装置外表面的两侧分别设有与对应旋转齿轮啮合的齿条。

进一步地，所述轨道轮对装置包括两个轨道轮对模块，每个所述轨道轮对模块均包括机架、拐臂、设于所述机架内的轨道轮、轨道轮轴和U型支架、以及设于所述超高调整装置内的第一激振作动器和第二激振作动器；所述轨道轮同轴设于所述轨道轮轴上，所述轨道轮轴的两端分别设于所述U型支架的两端；所述第一激振作动器与所述U型支架连接，所述第二激振作动器通过拐臂与所述轨道轮轴的一端连接。

本发明还提供一种转向架动力学性能模拟试验方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待试验转向架的轴距和轨距以及线路的超高、曲线半径调整如上所述的转向架动力学性能模拟试验台并固定；

步骤2：将待试验转向架与反力架固定连接，且转向架各车轮踏面位于对应轨道模拟单元的轨道轮上；

步骤3：控制第一驱动电机和第二驱动电机动作，通过传动链将扭矩和转速传递给轨道模拟单元，以模拟轨道和不同曲线内外轨车轮的速度差；同时控制横向作动器、第一激振作动器和第二激振作动器施加激励，模拟轨道的不平顺。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所提供的一种转向架动力学性能模拟试验台及试验方法，可以通过试验台实现线路轨道超高、轨道曲线半径、轨道不平顺以及转向架在轨道曲线上的冲角，模拟了转向架在实际轨道上的运行状态，从而模拟转向架在不同冲角、不同超高、轨道不平顺以及不同曲线半径条件下的动力学性能，为转向架的动力学性能验证、优化提供支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中转向架动力学性能模拟试验台的结构示意图；

图2是本发明实施例中轨道模拟单元的结构示意图；

图3是本发明实施例中轨道轮对装置的结构示意图；

其中，1-第一驱动电机，2-第一同步齿轮箱，3-第二驱动电机，4-第二同步齿轮箱，5-万向联轴器，6-轨道模拟单元，61-底座梁，62-大位移横移装置，621-箱型梁，622-横向作动器，623-环形凸台，63-冲角调整装置，631-电机，632-旋转齿轮的固定轴，64-超高调整装置，65-轨道轮对装置，651-轨道轮，652-机架，653-轨道轮轴，654-U型支架，655-拐臂，656-第二激振作动器，657-第一激振作动器，7-第三同步齿轮箱，8-第四同步齿轮箱，9-差速齿轮箱，10-离合器，11-转向架轮对，12-构架，13-假车体。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例所提供的一种转向架动力学性能模拟试验台，可以对轴式为B0或C0的机车、城轨及动车组转向架进行动力学性能模拟，试验时转向架通过假车体13与试验台两端的反力架固定且转向架各车轮踏面落在轨道模拟单元6的轨道轮651上。

本实施例中，该试验台包括控制单元、第一驱动电机1、第二驱动电机3以及三个轨道模拟单元6；第一驱动电机1通过传动链与轨道模拟单元6一侧的轨道轮轴653连接，第二驱动电机3通过传动链与轨道模拟单元6另一侧的轨道轮轴653连接。

轨道模拟单元6的数量与转向架的轮对数量对应，转向架与地面反力架固定连接且转向架各车轮踏面位于对应轨道模拟单元6的轨道轮651上；控制单元控制第一驱动电机1和第二驱动电机3提供动力源，该动力源通过传动链转换成扭矩和转速并传递给轨道模拟单元6，以轨道轮的圆周运动模拟无限长轨道；轨道模拟单元6在施加在轨道轮651上的位移激励作用（第一激振作动器657和第二激振作动器656的作用）下模拟轨道的不同冲角、不同超高状态，且在第一驱动电机1、第二驱动电机3以及传动链的作用下轨道模拟单元6两侧的两个轨道轮651以一定速度差运行，模拟轨道列车通过曲线时内外轨车轮的速度差，实现了在试验室内模拟转向架在实际轨道上的运行状态，从而模拟转向架在不同冲角、不同超高、轨道不平顺以及不同曲线半径条件下的动力学性能，为转向架的动力学性能验证、优化提供支撑。

如图1所示，传动链包括三个同步单元和一差速单元；同步单元与轨道模拟单元6一一对应；每个同步单元均包括第一同步齿轮箱2和第二同步齿轮箱4；差速单元包括第三同步齿轮箱7、差速齿轮箱9、离合器10以及第四同步齿轮箱8；第一同步齿轮箱2通过万向联轴器5与对应轨道模拟单元6一侧的轨道轮轴653连接，第二同步齿轮箱4通过万向联轴器5与对应轨道模拟单元6另一侧的轨道轮轴653连接；相邻两个同步单元的第一同步齿轮箱2之间、第二同步齿轮箱4之间分别连接；第三同步齿轮箱7与与其相邻同步单元的第一同步齿轮箱2连接，第四同步齿轮箱8与相邻同步单元的第二同步齿轮箱4连接，第三同步齿轮箱7、差速齿轮箱9、离合器10以及第四同步齿轮箱8依次连接。

每个轨道模拟单元6均有两个轨道轮651，对应也有两个轨道轮轴653，在第一驱动电机1的作用下，动力源依次通过第一同步齿轮箱2和万向联轴器5与轨道模拟单元6一侧的轨道轮轴653连接，在第二驱动电机3的作用下，动力源依次通过第二同步齿轮箱4和万向联轴器5与轨道模拟单元6另一侧的轨道轮轴653连接，第一同步齿轮箱2和万向联轴器5、第二同步齿轮箱4和万向联轴器5分别将扭矩和转速传递给轨道模拟单元6中对应的轨道轮轴653，用以模拟无限长的轨道；同时在第一驱动电机1、第二驱动电机3和差速齿轮箱9的控制下可以实现两轨道轮以一定的速度差运行，模拟不同曲线内、外轨车轮速度的差异。

如图2所示，每个轨道模拟单元6均包括底座梁61、大位移横移装置62、冲角调整装置63、超高调整装置64以及轨道轮对装置65；底座梁61为整个轨道模拟单元6的基础支撑梁，在底座梁61的上表面设有T型槽，大位移横移装置62通过螺栓固定在底座梁61的T型槽内；冲角调整装置63与大位移横移装置62之间可绕中心轴相对转动；超高调整装置64的两侧分别与冲角调整装置63啮合连接，轨道轮对装置65设于超高调整装置64上。轨道模拟单元6通过冲角调整装置63和大位移横移装置62之间、超高调整装置64和冲角调整装置63之间的相互转动来模拟转向架通过不同半径、不同超高的曲线，通过轨道轮对装置65来模拟轨道激励，从而实现了在试验室内模拟转向架在轨道上的实际运行状态，为转向架在不同冲角、不同超高、不同等级线路不平顺以及不同曲线半径条件下的动力学性能测试提供支撑。

本实施例中，大位移横移装置62包括箱型梁621、以及与箱型梁621连接的横向作动器622；在箱型梁621的上表面设有环形凸台623，冲角调整装置63下表面为具有低摩擦系数的光滑表面，冲角调整装置63设于环形凸台623上且在外力作用下冲角调整装置63可绕环形凸台623中心转动；箱型梁621的下表面通过螺栓固定在底座梁61的T型槽内；横向作动器622在控制指令下带动箱型梁621做横向运动，该控制指令由控制单元或其他控制装置发出。通过安装在冲角调整装置的电缸驱动力作用下，冲角调整装置63在环形凸台623上绕环形凸台623中心转动，实现了轨道模拟单元6在水平面上的转动模拟，模拟了转向架通过曲线时的冲角。

如图2所示，本实施例中，在冲角调整装置63的上表面设有与超高调整装置64外表面相适配的凹槽，在凹槽的两侧均设有由电机631驱动的旋转齿轮；在超高调整装置64外表面的两侧分别设有与对应旋转齿轮啮合的齿条。驱动旋转齿轮的电机631可采用步进电机，步进电机由控制单元或其他控制装置来控制，当电机631驱动旋转齿轮转动时，由于旋转齿轮与齿条的啮合带动超高调整装置64及其上方的轨道轮对装置65在竖直平面上移动，从而调整轨道的超高，模拟了不同轨道超高条件。

冲角调整装置63、超高调整装置64均为框架式结构，中空部分用于安装轨道轮对装置65的激振作动器。如图3所示，轨道轮对装置65包括两个轨道轮对模块，每个轨道轮对模块均包括机架652、拐臂655、设于机架652内的轨道轮651、轨道轮轴653和U型支架654、以及设于超高调整装置64内的第一激振作动器657和第二激振作动器656；轨道轮651同轴设于轨道轮轴653上，轨道轮轴653的两端分别设于U型支架654的两端；第一激振作动器657与U型支架654连接，第二激振作动器656通过拐臂655与轨道轮轴653的一端连接。

轨道轮651通过两端的轨道轮轴653支撑在U型支架654顶部两侧，第一激振作动器657通过U型支架654向轨道轮651施加垂向激励，第二激振作动器656通过拐臂655将垂向激励转化为横向激励并作用在轨道轮轴653上。机架652为轨道轮对模块的外壳，用于保护轨道轮651旋转及第一激振作动器657、第二激振作动器656运动时无其他物侵入，同时通过调整两个轨道轮对模块之间的间距来调整轨道模拟单元6的间距，以适应不同轨距的转向架。轨道轮651采用模块化设计，通过更换不同轨道轮651圆周廓形可模拟不同型面的轨道。

本实施例中，横向作动器622、激振作动器均采用油缸形式，通过油缸推动整个转向架动力学性能模拟试验台按照特定位移曲线前行，以实现曲线弯道模拟。

轨道模拟单元6通过螺栓将底座梁61、大位移横移装置62、冲角调整装置63、超高调整装置64、轨道轮对装置65连接成一个整体，在底座梁61上表面安装有导向滑槽。

本实施例还提供一种转向架动力学性能模拟试验方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待试验转向架的轴距和轨距以及线路的超高、曲线半径调整如上所述的转向架动力学性能模拟试验台并固定；

步骤2：将待试验转向架与反力架固定连接，且转向架各车轮踏面位于对应轨道模拟单元6的轨道轮651上；

步骤3：控制第一驱动电机1和第二驱动电机3动作，通过传动链将扭矩和转速传递给轨道模拟单元6，以模拟轨道和不同曲线内外轨车轮的速度差；同时控制横向作动器622、第一激振作动器657和第二激振作动器656施加激励，模拟轨道的不平顺激励。

转向架落于试验台上，横向和纵向通过转向架二系悬挂及中心销与假车体13固定，垂向通过转向架轮对11接触支撑，向轨道模拟单元6输入轨道激励及转速完成转向架动力学性能试验。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种转向架动力学性能模拟试验台，其特征在于：包括控制单元、第一驱动电机、第二驱动电机以及轨道模拟单元；所述第一驱动电机通过传动链与所述轨道模拟单元一侧的轨道轮轴连接，所述第二驱动电机通过传动链与所述轨道模拟单元另一侧的轨道轮轴连接；

所述轨道模拟单元的数量与转向架的轮对数量对应，所述转向架通过地面反力架固定且转向架各车轮踏面位于对应轨道模拟单元的轨道轮上；所述控制单元控制第一驱动电机和第二驱动电机提供动力源，该动力源通过传动链转换成扭矩和转速并传递给轨道模拟单元，以轨道轮的圆周运动模拟无限长轨道；所述轨道模拟单元在施加在轨道轮上的位移激励作用下模拟轨道的不同冲角、不同超高状态，且在第一驱动电机、第二驱动电机以及传动链的作用下所述轨道模拟单元两侧的轨道轮以一定速度差运行，模拟列车通过曲线时内外轨车轮的速度差；

每个所述轨道模拟单元均包括底座梁、大位移横移装置、冲角调整装置、超高调整装置以及轨道轮对装置；

所述大位移横移装置固定在所述底座梁上；所述冲角调整装置与所述大位移横移装置之间可绕中心轴相对转动；所述超高调整装置的两侧分别与所述冲角调整装置啮合连接，所述轨道轮对装置设于所述超高调整装置上。

2.如权利要求1所述的转向架动力学性能模拟试验台，其特征在于：所述传动链包括多个同步单元和一差速单元；所述同步单元与所述轨道模拟单元一一对应；

每个所述同步单元均包括第一同步齿轮箱和第二同步齿轮箱；所述差速单元包括第三同步齿轮箱、差速齿轮箱、离合器以及第四同步齿轮箱；所述第一同步齿轮箱通过万向联轴器与对应轨道模拟单元一侧的轨道轮轴连接，所述第二同步齿轮箱通过万向联轴器与对应轨道模拟单元另一侧的轨道轮轴连接；相邻两个同步单元的第一同步齿轮箱之间、第二同步齿轮箱之间分别连接；所述第三同步齿轮箱与与其相邻同步单元的第一同步齿轮箱连接，所述第四同步齿轮箱与相邻同步单元的第二同步齿轮箱连接，所述第三同步齿轮箱、差速齿轮箱、离合器以及第四同步齿轮箱依次连接。

3.如权利要求1所述的转向架动力学性能模拟试验台，其特征在于：所述大位移横移装置包括箱型梁、以及与所述箱型梁连接的横向作动器；在所述箱型梁的上表面设有环形凸台，所述冲角调整装置具有光滑下表面，所述冲角调整装置设于所述环形凸台上；所述箱型梁的下表面通过螺栓与所述底座梁固定连接；所述横向作动器在控制指令下带动所述箱型梁做横向运动。

4.如权利要求1所述的转向架动力学性能模拟试验台，其特征在于：在所述冲角调整装置的上表面设有与所述超高调整装置外表面相适配的凹槽，在所述凹槽的两侧均设有由电机驱动的旋转齿轮；在所述超高调整装置外表面的两侧分别设有与对应旋转齿轮啮合的齿条。

5.如权利要求1所述的转向架动力学性能模拟试验台，其特征在于：所述轨道轮对装置包括两个轨道轮对模块，每个所述轨道轮对模块均包括机架、拐臂、设于所述机架内的轨道轮、轨道轮轴和U型支架、以及设于所述超高调整装置内的第一激振作动器和第二激振作动器；所述轨道轮同轴设于所述轨道轮轴上，所述轨道轮轴的两端分别设于所述U型支架的两端；所述第一激振作动器与所述U型支架连接，所述第二激振作动器通过拐臂与所述轨道轮轴的一端连接。

6.一种转向架动力学性能模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据待试验转向架的轴距和轨距以及线路的超高、曲线半径调整如权利要求1~5中任一项所述的转向架动力学性能模拟试验台并固定；

步骤2：将待试验转向架与反力架固定连接，且转向架各车轮踏面位于对应轨道模拟单元的轨道轮上；

步骤3：控制第一驱动电机和第二驱动电机动作，通过传动链将扭矩和转速传递给轨道模拟单元，以模拟轨道和不同曲线内外轨车轮速度差；同时控制横向作动器、第一激振作动器和第二激振作动器施加激励，模拟轨道的不平顺。

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