CN116519340A - 一种气动力作用下列车运行性能试验台 - Google Patents

Abstract

一种气动力作用下列车运行性能试验台，具有左侧底座、右侧底座、单节列车、加载第一至第八立柱、第一至第五加载框、多个橡胶垫、四个气动阻力模拟器、气动升力第一模拟装置、气动升力第二模拟装置、横向第一作动器、横向第二作动器、侧滚第一至第四作动器、摇头第一作动器、摇头第二作动器等。本发明的试验台工作可靠，通过试验台能模拟列车运行时受到的气动阻力、气动升力、侧向力、摇头力矩和侧滚力矩，从而达到气动力作用下实车运行状态模拟试验的目的，解决了难以模拟列车在实际线路上运行时所受气动力的问题，它能用于高速列车、重载列车及城市轨道交通系统的空气动力学试验，便于进行车辆选型、列车提速等科学研究。

Description

一种气动力作用下列车运行性能试验台

技术领域

本发明涉及一种列车运行性能测试设备，特别涉及一种轨道车辆的气动力作用下列车运行性能试验台。

背景技术

近年来，我国高速铁路的发展非常迅猛，轮轨列车在线运营速度已经超过300km/h。随着高速列车运行速度的逐步提高，列车与地面、列车与隧道及周围环境的相互作用十分剧烈,列车空气动力学方面的问题日益突出，一些空气动力问题越来越凸显出来，包括气动阻力、横风效应、会车效应、隧道效应和气动噪声等。提高高速列车的运行安全性、降低高速列车的气动阻力是急需解决的问题。研究结果表明，当高速列车运行速度超过300km/h时，其气动阻力占总阻力的80％以上因此，开展以上空气动力学问题试验，对于提高列车的运行速度、安全性、稳定性和舒适性以及节能降耗等具有非常重要的现实意义。

长期以来，针对高速列车空气动力学实验，研究列车空气动力效应的方法有实车线路试验、模型试验和数值模拟。

列车的实车线路试验，以实际列车在线路上进行试验，能够真实、完整地反映气动力影响下列车运行性能，但试验规模庞大、成本昂贵，试验参数不好调节，且需占用线路，影响正常列车的运行，较难开展极端工况下的现场试验，容易产生安全隐患。列车的模型试验多采用缩小的比例模型加上对实际运行环境的模拟，从而获得列车的气动特性，因为易于控制、能实现更多工况的研究而比实车线路测试更为方便和有效，但模型试验的车体尺寸效应、惯性效应难以反映，特别是轮轨接触无法详细考虑，小比例模型，尺寸缩小后非线性力学现象容易发生变化，偏离真实情况，而且比例模型到1:1实尺模型之间的力学关系如何高精度转换也存在难度，且一些模型试验台造价昂贵，通过对列车动力学模型施加气动力的仿真方法，尽管能够实现气动效应下的列车运行性能研究，但由于车辆动力学模型多采用多体动力学进行简化，实际车辆中存在的诸多非线性动力学和复杂振动问题难以准确反映。

相关专利文献： CN110617977A公开了一种兼具在轨运行能力的列车制动试验台，包括主体、框架和受电弓；所述主体包括支撑板、安装架、驱动电机、负载电机、第一减速器、第二减速器、驱动轮组、从动轮组、传动模块和电池模块；所述安装架中间设置有安装板，所述安装板一端延伸有第一轮架，另一端延伸有第二轮架；所述第一轮架和第二轮架分别通过支撑柱与支撑板连接；所述驱动电机、负载电机、第一减速器、第二减速器和电池模块分别安...装在安装板上；所述驱动轮组通过轴承安装在第一轮架上；所述从动轮组通过轴承安装在第二轮架上。CN207396064U公开了一种用于桥隧过渡段列车气动力试验的试验装置，包括互相连接的桥梁模型和隧道模型；桥梁模型和隧道模型均通过支架固定于地面并位于同一高度，桥梁模型和隧道模型上均设有无砟轨道板组件；气流隔离板通过支撑架固定于隧道模型的出口，其与隧道洞口表面平齐，并与轨道方向垂直。隧道模型的两侧均设有一个支撑架；所述支撑架包括互相连接形成三角形支架的竖杆、斜杆和横杆。CN102032993A公开了一种高速列车轮轨接触应力试验台，其台架上设置有安装轮对的左、右轮架，轮对的轮轴通过轴承安装在左、右轮架上；轮轴的左端还通过动载离合器与减速机的输出轴相连，减速机的输入轴通过连轴器与驱动电机轴相连，轮轴的右端通过静载离合器与静载伺服电机输出轴相连，静载伺服电机通过伺服电机架安装在台架上；应变检测装置安装在轮对上，应变检测装置与无线传输装置相连，无线传输装置发出的信号由数据处理装置接收处理。

以上这些技术并未很好地解决模拟列车在实际线路上运行时所受气动力的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动力作用下列车运行性能试验台，它工作可靠，通过试验台能模拟列车运行时受到的气动阻力、气动升力、侧向力、摇头力矩和侧滚力矩，从而达到气动力作用下实车运行状态模拟试验的目的，以解决难以模拟列车在实际线路上运行时所受气动力的问题，它能用于高速列车、重载列车及城市轨道交通系统的空气动力学试验，便于进行车辆选型、列车提速等科学研究。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种气动力作用下列车运行性能试验台，具有左侧底座、右侧底座、单节列车，左侧底座、右侧底座位于所述试验台底端左右两侧，皆为T型槽形，左侧底座、右侧底座皆固定（固结）在地基上；单节列车具有四对车轮；其技术方案在于所述的气动力作用下列车运行性能试验台还具有加载第一立柱、加载第二立柱、加载第三立柱、加载第四立柱、加载第五立柱、加载第六立柱、加载第七立柱、加载第八立柱、第一加载框、第二加载框、第三加载框、第四加载框、第五加载框、多个橡胶垫、四个气动阻力模拟器、气动升力第一模拟装置、气动升力第二模拟装置、横向第一作动器、横向第二作动器、侧滚第一作动器、侧滚第二作动器、侧滚第三作动器、侧滚第四作动器、摇头第一作动器、摇头第二作动器；

每对所述车轮的底端设有一个气动阻力模拟器，所述加载第一立柱、加载第二立柱、加载第三立柱、加载第四立柱皆（通过螺栓）固定在右侧底座上，加载第五立柱、加载第六立柱、加载第七立柱、加载第八立柱皆（通过螺栓）固定在左侧底座上；

所述第一加载框、第二加载框、第三加载框、第四加载框、第五加载框沿单节列车横向分布并呈纵向方向套装在单节列车的车身上，且第一加载框、第二加载框、第三加载框、第四加载框、第五加载框与单节列车之间皆安装有橡胶垫。

上述技术方案中，优选的技术方案可以是，摇头第一作动器的底座固定安装在加载第一立柱的侧壁上，摇头第二作动器的底座固定安装在加载第八立柱的侧壁上，侧滚第一作动器的底座固定安装在加载第二立柱的侧壁上，侧滚第二作动器的底座固定安装在加载第四立柱的侧壁上，侧滚第三作动器的底座固定安装在加载第五立柱的侧壁上，侧滚第四作动器的底座固定安装在加载第七立柱的侧壁上，横向第一作动器的底座固定安装在加载第三立柱的侧壁上，横向第二作动器的底座固定安装在加载第六立柱的侧壁上。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述第三加载框的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面经过单节列车的质心，第一加载框、第五加载框分别位于单节列车的前后两端且相对于经过单节列车的质心的并垂直于单节列车的横向轴线的竖向截面呈对称设置，第二加载框位于第一加载框和第三加载框之间，第四加载框位于第三加载框和第五加载框之间，第二加载框和第四加载框相对于经过单节列车的质心的并垂直于单节列车的横向轴线的竖向截面呈对称设置；第一加载框的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面与加载第一立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面共面，第二加载框的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面与加载第二立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面、加载第五立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面共面，第三加载框的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面与加载第三立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面、加载第六立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面共面，第四加载框的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面与加载第四立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面、加载第七立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面共面，第五加载框的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面与加载第八立柱的垂直于单节列车的横向轴线的中部竖向截面共面。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，本发明的试验台还具有第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳、第四钢丝绳、第五钢丝绳、第六钢丝绳和第七钢丝绳。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述加载第一立柱的侧壁上、加载第二立柱的侧壁上、加载第三立柱的侧壁上、加载第四立柱的侧壁上、加载第五立柱的侧壁上、加载第六立柱的侧壁上、加载第七立柱的侧壁上、加载第八立柱的侧壁上均设有两条竖向开口槽，摇头第一作动器的底座固定安装在加载第一立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第一立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将摇头第一作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第一立柱的侧壁上；摇头第二作动器的底座固定安装在加载第八立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第八立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将摇头第二作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第八立柱的侧壁上；摇头第一作动器的质心、摇头第二作动器的质心与单节列车的质心处于同一高度位置（处于同一水平高度），摇头第一作动器的动力输出端与第一钢丝绳的一端固定连接，第一钢丝绳的另一端与第一加载框的侧壁固定连接，摇头第二作动器的动力输出端与第七钢丝绳的一端固定连接，第七钢丝绳的另一端与第五加载框的侧壁固定连接，即通过第一、七钢丝绳将摇头第一作动器、摇头第二作动器分别与第一加载框、第五加载框相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，摇头第一作动器、摇头第二作动器可分别沿加载第一立柱上的竖向开口槽和加载第八立柱上的竖向开口槽上下移动，确保第一、七钢丝绳始终水平拉直。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述侧滚第一作动器的底座固定安装在加载第二立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第二立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第一作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第二立柱的侧壁上；侧滚第二作动器的底座固定安装在加载第四立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第四立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第二作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第四立柱的侧壁上，侧滚第一作动器的质心、侧滚第二作动器的质心处于同一高度位置；侧滚第一作动器的动力输出端与第二钢丝绳的一端固定连接，第二钢丝绳的另一端与第二加载框的侧壁固定连接，侧滚第二作动器的动力输出端与第四钢丝绳的一端固定连接，第四钢丝绳的另一端与第四加载框的侧壁固定连接，即通过第二、四钢丝绳将侧滚第一作动器、侧滚第二作动器分别与第二加载框、第四加载框相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，侧滚第一作动器、侧滚第二作动器可分别沿加载第二立柱上的竖向开口槽和加载第四立柱上的竖向开口槽上下移动，确保第二、四钢丝绳始终水平拉直。侧滚第三作动器的底座固定安装在加载第五立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第五立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第三作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第五立柱的侧壁上；侧滚第四作动器的底座固定安装在加载第七立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第七立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第四作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第七立柱的侧壁上，侧滚第三作动器的质心、侧滚第四作动器的质心处于同一高度位置，侧滚第一作动器的质心和侧滚第三作动器的质心共用一个竖向截面且该竖向截面垂直于单节列车的横向轴线，侧滚第三作动器的质心所处的位置高于侧滚第一作动器的质心所处的位置，侧滚第二作动器的质心和侧滚第四作动器的质心共用一个竖向截面且该竖向截面垂直于单节列车的横向轴线，侧滚第四作动器的质心所处的位置高于侧滚第二作动器的质心所处的位置，侧滚第三作动器的动力输出端与第五钢丝绳的一端固定连接，第五钢丝绳的另一端与第二加载框的侧壁固定连接，侧滚第四作动器的动力输出端与第六钢丝绳的一端固定连接，第六钢丝绳的另一端与第四加载框的侧壁固定连接，即通过第五、六钢丝绳将侧滚第三作动器、侧滚第四作动器分别与第二加载框、第四加载框相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，侧滚第三作动器、侧滚第四作动器可分别沿加载第五立柱上的竖向开口槽和加载第七立柱上的竖向开口槽上下移动，确保第五、六钢丝绳始终水平拉直。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述横向第一作动器的底座固定安装在加载第三立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第三立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将横向第一作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第三立柱的侧壁上；横向第二作动器的底座固定安装在加载第六立柱的侧壁上的结构是，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第六立柱的侧壁上的所述竖向开口槽而将横向第二作动器的底座可拆卸地固定安装在加载第六立柱的侧壁上，横向第一作动器的质心、横向第二作动器的质心与单节列车的质心处于同一高度位置且这三个质心共线，横向第一作动器的动力输出端与第三钢丝绳的一端固定连接，第三钢丝绳的另一端与第三加载框的侧壁固定连接，即通过第三钢丝绳将横向第一作动器与第三加载框相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，横向第一作动器可沿加载第三立柱上的竖向开口槽上下移动，确保第三钢丝绳始终水平拉直。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述气动升力第一模拟装置、气动升力第二模拟装置分别安装在第一加载框的下方和第五加载框的下方；气动升力第一模拟装置、气动升力第二模拟装置皆具有鱼腹板、两个承载轮、与两个承载轮一一相对应的两个支撑杆、与两个支撑杆一一相对应的两个垂向作动器，鱼腹板上具有球形铰连杆和横向开口槽；两个支撑杆的上端穿过鱼腹板上的横向开口槽而形成两个伸出端，所述两个伸出端上各安装一个承载轮，两个垂向作动器的底座皆通过螺栓固定在地基上，两个垂向作动器的动力输出端分别通过螺栓与两个支撑杆的下端固定连接；气动升力第一模拟装置中，球形铰连杆上端的球内嵌于第一加载框的底端的球形槽中而使鱼腹板与第一加载框相连接；气动升力第二模拟装置中，球形铰连杆上端的球内嵌于第五加载框的底端的球形槽中而使鱼腹板与第五加载框相连接。

上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，每个所述气动阻力模拟器具有用以支撑一对所述车轮的两个轨道轮、轮轴、基架、与轮轴同步旋转的两个轮盘、两个线圈绕组，两个轮盘皆为金属圆盘，所述两个轨道轮固定安装于轮轴上，能相对于基架转动的轮轴由基架限位支撑；两个轮盘固定安装在轮轴上，每个所述轮盘周围设置有一个线圈绕组。

本发明提供了一种气动力作用下列车运行试验台试验台，采用旋转涡流制动器原理模拟列车运行时受到的气动阻力（在轨道轮轮轴上的金属圆盘周围布置线圈绕组，线圈绕组通电后产生磁场，金属圆盘在磁场中切割磁力线时产生动生电势与电流金属盘中的电流在磁场中受到力的作用，阻止其运动，此外导体中电流产生热功率，热功率所做的功使列车动能减少，从而达到减速制动的效果），松开锁紧作动器（横向、侧滚、摇头）的定位螺栓（螺栓螺母连接件中的螺栓），沿各加载立柱上的竖向开口槽调节作动器位置，以模拟列车所受侧向力、侧滚力矩、摇头力矩，通过气动升力模拟装置可模拟列车受到的气动升力，从而获得气动力作用下列车运行性能。

本发明的试验过程是：本发明的试验过程是：首先通过空气动力学仿真分析，获得试验工况下作用在车体上的主要气动力，之后通过天车将试验的单节列车放到试验台上，安装好橡胶垫和各加载框（第一至第五加载框）；通过相应侧向力加载立柱（加载第三立柱、加载第六立柱）上的竖向开口槽调整横向作动器位置，固定横向作动器；通过摇头力矩加载立柱（加载第一立柱、加载第八立柱）上竖向开口槽调整摇头作动器位置，固定摇头作动器；通过侧滚加载立柱（加载第二立柱、加载第四立柱、加载第五立柱、加载第七立柱）上竖向开口槽调整侧滚作动器位置，固定侧滚作动器；通过四个侧滚作动器加载模拟列车所受侧滚力矩；连接各作动器与车体对应位置上的加载框；根据仿真得到的列车所受气动阻力、侧向力、摇头力矩、侧滚力矩、气动升力，来设定各作动器的目标作用力；单节列车通过转向架电机带动轮对转动，车轮对也带动轨道轮轮对转动，在车辆起动运行过程中给线圈绕组通电，通过调节不同速度下的电流大小，从而模拟气动阻力；通过一个横向作动器加载模拟侧向力至目标气动侧向力；通过两个摇头作动器加载至目标气动摇头力矩；通过气动升力模拟装置上的垂向作动器加载，模拟列车所受气动升力；通过整个试验台综合作用达到模拟列车运行中的气动力环境的作用效果，从而实现气动力下列车运行性能试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本试验台试验对象为足尺单节车辆，可更好反映气动力作用下车辆尺度效应、惯性效应，采用作动器和旋转涡流装置模拟列车运行时所受气动力，为列车气动效应下的运行安全性及整车动力学试验提供了新的方向。

二、本试验台通过作动器（横向、摇头、侧滚、垂向）与旋转涡流机构的配合使用，可以模拟列车在实际线路上运行时所受气动力，能够面向多种空气动力学作用的列车走行试验条件。

三、本试验台一定程度上考虑了足尺的轮轨接触关系。

四、本试验台轨道轮、金属盘，线圈绕组均可根据车辆与钢轨类型进行更换，作动器（横向，侧滚、摇头、垂向）可根据车辆试验条件调整输出载荷，可面向高速列车、重载列车、城市轨道交通车辆等装备走行部进行研究。

综上所述，本发明提供了一种气动力作用下列车运行性能试验台，它工作可靠，能通过试验台上的各种气动力模拟装置模拟列车运动状态下所受气动阻力，气动升力、侧向力、侧滚力矩和摇头力矩，可实现复杂气动力环境下列车的走行安全及动态性能试验，从而达到气动力作用下实车运行状态模拟试验的目的，解决了难以模拟列车在实际线路上运行时所受气动力的问题，本发明的实车气动效应试验的空气动力学试验台，能用于气动力作用下高速列车、重载列车及城市轨道交通轮轨系统的运行性能试验，便于进行车辆选型、列车提速、安全防护等科学研究。经试验，与相关的研究列车空气动力效应的装置（试验台）相比，同等试验条件下，本发明的试验成本降低了16%以上。

附图说明

图1为本发明所述气动力作用下列车运行性能试验台的结构示意图（主视图）。

图2为本发明所述气动力作用下列车运行性能试验台的结构示意图（俯视图）。

图3为本发明所述气动力作用下列车运行性能试验台的结构示意图（左视图）。

图4图1中沿A-A线的剖视图。

图5图1中沿B-B线的剖视图。

图6为本发明中鱼腹版的结构示意图（俯视图）。

实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明的气动力作用下列车运行性能试验台，具有左侧底座4a、右侧底座4b、单节列车6，左侧底座4a、右侧底座4b位于所述试验台底端左右两侧，皆为T型槽形，左侧底座、右侧底座皆固定（固结）在地基上。单节列车6具有四对车轮61。本发明的技术方案在于所述的气动力作用下列车运行性能试验台还具有加载第一立柱1a、加载第二立柱1b、加载第三立柱1c、加载第四立柱1d、加载第五立柱1e、加载第六立柱1f、加载第七立柱1g、加载第八立柱1h、第一加载框2a、第二加载框2b、第三加载框2c、第四加载框2d、第五加载框2e、多个橡胶垫11、四个气动阻力模拟器5、气动升力第一模拟装置3a、气动升力第二模拟装置3b、横向第一作动器9a、横向第二作动器9b、侧滚第一作动器8a、侧滚第二作动器8b、侧滚第三作动器8c、侧滚第四作动器8d、摇头第一作动器7a、摇头第二作动器7b、第一钢丝绳10a、第二钢丝绳10b、第三钢丝绳10c、第四钢丝绳10d、第五钢丝绳10e、第六钢丝绳10f和第七钢丝绳10g。

每对所述车轮61的底端设有一个气动阻力模拟器5，所述加载第一立柱1a、加载第二立柱1b、加载第三立柱1c、加载第四立1d皆通过螺栓固定在右侧底座4b上，加载第五立柱1e、加载第六立柱1f、加载第七立柱1g、加载第八立柱1h皆通过螺栓固定在左侧底座4a上。所述第一加载框2a、第二加载框2b、第三加载框2c、第四加载框2d、第五加载框2e沿单节列车6横向（均匀）分布并呈纵向方向套装在单节列车6的车身上，且第一加载框2a、第二加载框2b、第三加载框2c、第四加载框2d、第五加载框2e与单节列车6之间皆安装有橡胶垫11。其中，第三加载框2c的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面经过单节列车6的质心，第一加载框2a、第五加载框2e分别位于单节列车6的前后两端且相对于经过单节列车6的质心的并垂直于单节列车6的横向轴线的竖向截面呈对称设置，第二加载框2b位于第一加载框2a和第三加载框2c之间，第四加载框2d位于第三加载框2c和第五加载框2e之间，第二加载框2b和第四加载框2d相对于经过单节列车6的质心的并垂直于单节列车6的横向轴线的竖向截面呈对称设置。第一加载框2a的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面与加载第一立柱1a的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面共面，第二加载框2b的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面与加载第二立柱1b的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面、加载第五立柱1e的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面共面，第三加载框2c的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面与加载第三立柱1c的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面、加载第六立柱1f的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面共面，第四加载框2d的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面与加载第四立柱1d的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面、加载第七立柱1g的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面共面，第五加载框2e的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面与加载第八立柱1h的垂直于单节列车6的横向轴线的中部竖向截面共面。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，摇头第一作动器7a的底座固定安装在加载第一立柱1a的侧壁上，具体是加载第一立柱1a的侧壁上、加载第二立柱1b的侧壁上、加载第三立柱1c的侧壁上、加载第四立柱1d的侧壁上、加载第五立柱1e的侧壁上、加载第六立柱1f的侧壁上、加载第七立柱1g的侧壁上、加载第八立柱1h的侧壁上均设有两条竖向开口槽，四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第一立柱1a的侧壁上的所述竖向开口槽而将摇头第一作动器12a的底座可拆卸地固定安装在加载第一立柱1a的侧壁上。摇头第二作动器7b的底座固定安装在加载第八立柱1h的侧壁上，具体是四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第八立柱1h的侧壁上的所述竖向开口槽而将摇头第二作动器7b的底座可拆卸地固定安装在加载第八立柱1h的侧壁上，摇头第一作动器7a的质心、摇头第二作动器7b的质心与单节列车6的质心处于同一高度位置（处于同一水平高度），摇头第一作动器7a的动力输出端与第一钢丝绳10a的一端固定连接，第一钢丝绳10a的另一端与第一加载框2a的侧壁固定连接，摇头第二作动器7b的动力输出端与第七钢丝绳10g的一端固定连接，第七钢丝绳10g的另一端与第五加载框2e的侧壁固定连接，即通过第一、七钢丝绳将摇头第一作动器7a、摇头第二作动器7b分别与第一加载框2a、第五加载框2e相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，摇头第一作动器7a、摇头第二作动器7b可分别沿加载第一立柱1a上的竖向开口槽和加载第八立柱1h上的竖向开口槽上下移动，确保第一、七钢丝绳始终水平拉直。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，侧滚第一作动器8a的底座固定安装在加载第二立柱1b的侧壁上，具体是四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第二立柱1b的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第一作动器8a的底座可拆卸地固定安装在加载第二立柱1b的侧壁上，侧滚第二作动器8b的底座固定安装在加载第四立柱1d的侧壁上，具体是四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第四立柱1d的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第二作动器8b的底座可拆卸地固定安装在加载第四立柱1d的侧壁上，侧滚第一作动器8a的质心、侧滚第二作动器8b的质心处于同一高度位置，侧滚第一作动器8a的动力输出端与第二钢丝绳10b的一端固定连接，第二钢丝绳10b的另一端与第二加载框2b的侧壁固定连接，侧滚第二作动器8b的动力输出端与第四钢丝绳10d的一端固定连接，第四钢丝绳10d的另一端与第四加载框2d的侧壁固定连接，即通过第二、四钢丝绳将侧滚第一作动器8a、侧滚第二作动器8b分别与第二加载框2b、第四加载框2d相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，侧滚第一作动器8a、侧滚第二作动器8b可分别沿加载第二立柱1b上的竖向开口槽和加载第四立柱1d上的竖向开口槽上下移动，确保第二、四钢丝绳始终水平拉直。

侧滚第三作动器8c的底座固定安装在加载第五立柱1e的侧壁上，具体是四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第五立柱1e的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第三作动器8c的底座可拆卸地固定安装在加载第五立柱1e的侧壁上，侧滚第四作动器8d的底座固定安装在加载第七立柱1g的侧壁上，具体是四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第七立柱1g的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第四作动器8d的底座可拆卸地固定安装在加载第七立柱1g的侧壁上，侧滚第三作动器8c的质心、侧滚第四作动器8d的质心处于同一高度位置，侧滚第一作动器8a的质心和侧滚第三作动器8c的质心共用一个竖向截面且该竖向截面垂直于单节列车6的横向轴线，侧滚第三作动器8c的质心所处的位置高于侧滚第一作动器8a的质心所处的位置，侧滚第二作动器8b的质心和侧滚第四作动器8d的质心共用一个竖向截面且该竖向截面垂直于单节列车6的横向轴线，侧滚第四作动器8d的质心所处的位置高于侧滚第二作动器8b的质心所处的位置，侧滚第三作动器8c的动力输出端与第五钢丝绳10e的一端固定连接，第五钢丝绳10e的另一端与第二加载框2b的侧壁固定连接，侧滚第四作动器8d的动力输出端与第六钢丝绳10f的一端固定连接，第六钢丝绳10f的另一端与第四加载框2d的侧壁固定连接，即通过第五、六钢丝绳将侧滚第三作动器8c、侧滚第四作动器8d分别与第二加载框2b、第四加载框2d相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，侧滚第三作动器8c、侧滚第四作动器8d可分别沿加载第五立柱1e上的竖向开口槽和加载第七立柱1g上的竖向开口槽上下移动，确保第五、六钢丝绳始终水平拉直。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，横向第一作动器9a的底座固定安装在加载第三立柱1c的侧壁上，具体是四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第三立柱1c的侧壁上的所述竖向开口槽而将横向第一作动器9a的底座可拆卸地固定安装在加载第三立柱1c的侧壁上。横向第二作动器9b的底座固定安装在加载第六立柱1f的侧壁上，具体是四个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第六立柱1f的侧壁上的所述竖向开口槽而将横向第二作动器9b的底座可拆卸地固定安装在加载第六立柱1f的侧壁上，横向第一作动器9a的质心、横向第二作动器9b的质心与单节列车6的质心处于同一高度位置且这三个质心共线，横向第一作动器9a的动力输出端与第三钢丝绳10c的一端固定连接，第三钢丝绳10c的另一端与第三加载框2c的侧壁固定连接，即通过第三钢丝绳将横向第一作动器9a与第三加载框2c相连接，松开各螺栓螺母连接件中的螺母，横向第一作动器9a可沿加载第三立柱1c上的竖向开口槽上下移动，确保第三钢丝绳始终水平拉直。本发明中横向第二作动器9b的动力输出端与第三加载框2c之间不设置钢丝绳，是因为钢丝绳只能提供单一方向的拉力，故在模拟列车所受侧向力时，将第三钢丝绳10c连接在第三加载框2c与横向第一作动器之间，或连接在第三加载框2c与横向第二作动器之间来模拟列车所受侧向力。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，气动升力第一模拟装置3a、气动升力第二模拟装置3b分别安装在第一加载框2a的下方和第五加载框2e的下方。气动升力第一模拟装置3a、气动升力第二模拟装置3b皆具有鱼腹板303、两个承载轮301、与两个承载轮一一相对应的两个支撑杆304、与两个支撑杆一一相对应的两个垂向作动器302。鱼腹板303上具有球形铰连杆305和横向开口槽306；两个支撑杆304的上端穿过鱼腹板303上的横向开口槽306而形成两个伸出端，所述两个伸出端上各安装一个承载轮301，两个垂向作动器302的底座皆通过螺栓固定在地基上，两个垂向作动器302的动力输出端分别通过螺栓与两个支撑杆304的下端固定连接。气动升力第一模拟装置3a中，球形铰连杆305上端的球内嵌于第一加载框2a的底端的球形槽中而使鱼腹板303与第一加载框2a相连接。气动升力第二模拟装置3b中，球形铰连杆305上端的球内嵌于第五加载框2e的底端的球形槽中而使鱼腹板303与第五加载框2e相连接。气动升力第一模拟装置3a、气动升力第二模拟装置3b的工作过程是：当列车所受气动升力为向上时，垂向作动器302施加向上的载荷传递到支撑杆304，然后通过承载轮301将向上的载荷施加到第一加载框2a和第五加载框2e上，从而模拟向上的气动升力；当列车所受气动升力为向下时，垂向作动器302施加向下的载荷传递到支撑杆304，然后然后通过承载轮301将向下的载荷传递到鱼腹板303上，鱼腹板303通过球形铰连杆305将向下的载荷施加到第一加载框2a和第五加载框2e上。每个所述气动阻力模拟器5具有用以支撑一对所述车轮61的两个轨道轮52、轮轴55、基架51、与轮轴同步旋转的两个轮盘54、两个线圈绕组53，两个轮盘54皆为金属圆盘，所述两个轨道轮52固定安装于轮轴55上，能相对于基架51转动的轮轴55由基架51限位支撑；两个轮盘54固定安装在轮轴55上，每个所述轮盘54周围设置有一个线圈绕组53。上述各加载立柱、各加载框可以由钢板焊接而成，基架51、轮盘54、鱼腹板303可以由钢板加工而成，轮轴55、轨道轮52、承载轮301、支撑杆304可以由圆钢加工而成。

本发明通过建立气动力作用下列车运行性能试验台，通过气动力施加装置对高速列车运行中所受气动力进行加载和控制，开展不同气动力条件下的高速列车动力学性能试验研究，掌握列车气动力对运行性能的影响规律，可为车辆选型和列车提速等提供试验场所和参考依据。

本发明的以上实施例提供了一种气动力作用下列车运行性能试验台，它工作可靠，能通过试验台上的各种气动力模拟装置模拟列车运动状态下所受气动阻力，气动升力、侧向力、侧滚力矩和摇头力矩，可实现复杂气动力环境下列车的走行安全及动态性能试验，从而达到气动力作用下实车运行状态模拟试验的目的，解决了难以模拟列车在实际线路上运行时所受气动力的问题，本发明的实车气动效应试验的空气动力学试验台，能用于气动力作用下高速列车、重载列车及城市轨道交通轮轨系统的运行性能试验，便于进行车辆选型、列车提速、安全防护等科学研究。经试验，与相关的研究列车空气动力效应的装置（试验台）相比，同等试验条件下，本发明的试验成本降低了16%以上。

Claims (10)

1.一种气动力作用下列车运行性能试验台，具有左侧底座（4a）、右侧底座（4b）、单节列车（6）；单节列车（6）具有四对车轮（61）；其特征在于所述的气动力作用下列车运行性能试验台还具有加载第一立柱（1a）、加载第二立柱（1b）、加载第三立柱（1c）、加载第四立柱（1d）、加载第五立柱（1e）、加载第六立柱（1f）、加载第七立柱（1g）、加载第八立柱（1h）、第一加载框（2a）、第二加载框（2b）、第三加载框（2c）、第四加载框（2d）、第五加载框（2e）、多个橡胶垫（11）、四个气动阻力模拟器（5）、气动升力第一模拟装置（3a）、气动升力第二模拟装置（3b）、横向第一作动器（9a）、横向第二作动器（9b）、侧滚第一作动器（8a）、侧滚第二作动器（8b）、侧滚第三作动器（8c）、侧滚第四作动器（8d）、摇头第一作动器（7a）、摇头第二作动器（7b）；

每对所述车轮（61）的底端设有一个气动阻力模拟器（5），所述加载第一立柱（1a）、加载第二立柱（1b）、加载第三立柱（1c）、加载第四立柱（1d）皆固定在右侧底座（4b）上，加载第五立柱（1e）、加载第六立柱（1f）、加载第七立柱（1g）、加载第八立柱（1h）皆固定在左侧底座（4a）上；

所述第一加载框（2a）、第二加载框（2b）、第三加载框（2c）、第四加载框（2d）、第五加载框（2e）沿单节列车（6）横向分布并呈纵向方向套装在单节列车（6）的车身上，且第一加载框（2a）、第二加载框（2b）、第三加载框（2c）、第四加载框（2d）、第五加载框（2e）与单节列车（6）之间皆安装有橡胶垫（11）。

2.根据权利要求1所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于摇头第一作动器（7a）的底座固定安装在加载第一立柱（1a）的侧壁上，摇头第二作动器（7b）的底座固定安装在加载第八立柱（1h）的侧壁上，侧滚第一作动器（8a）的底座固定安装在加载第二立柱（1b）的侧壁上，侧滚第二作动器（8b）的底座固定安装在加载第四立柱（1d）的侧壁上，侧滚第三作动器（8c）的底座固定安装在加载第五立柱（1e）的侧壁上，侧滚第四作动器（8d）的底座固定安装在加载第七立柱（1g）的侧壁上，横向第一作动器（9a）的底座固定安装在加载第三立柱（1c）的侧壁上，横向第二作动器（9b）的底座固定安装在加载第六立柱（1f）的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于第三加载框（2c）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面经过单节列车（6）的质心，第一加载框（2a）、第五加载框（2e）分别位于单节列车（6）的前后两端且相对于经过单节列车（6）的质心的并垂直于单节列车（6）的横向轴线的竖向截面呈对称设置，第二加载框（2b）位于第一加载框（2a）和第三加载框（2c）之间，第四加载框（2d）位于第三加载框（2c）和第五加载框（2e）之间，第二加载框（2b）和第四加载框（2d）相对于经过单节列车（6）的质心的并垂直于单节列车（6）的横向轴线的竖向截面呈对称设置。

4.根据权利要求1所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于第一加载框（2a）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面与加载第一立柱（1a）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面共面，第二加载框（2b）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面与加载第二立柱（1b）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面、加载第五立柱（1e）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面共面，第三加载框（2c）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面与加载第三立柱（1c）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面、加载第六立柱（1f）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面共面，第四加载框（2d）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面与加载第四立柱（1d）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面、加载第七立柱（1g）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面共面，第五加载框（2e）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面与加载第八立柱（1h）的垂直于单节列车（6）的横向轴线的中部竖向截面共面。

5.根据权利要求1所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于它还具有第一钢丝绳（10a）和第七钢丝绳（10g），加载第一立柱（1a）的侧壁上、加载第二立柱（1b）的侧壁上、加载第三立柱（1c）的侧壁上、加载第四立柱（1d）的侧壁上、加载第五立柱（1e）的侧壁上、加载第六立柱（1f）的侧壁上、加载第七立柱（1g）的侧壁上、加载第八立柱（1h）的侧壁上均设有两条竖向开口槽，摇头第一作动器（7a）的底座固定安装在加载第一立柱（1a）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第一立柱（1a）的侧壁上的所述竖向开口槽而将摇头第一作动器（7a）的底座可拆卸地固定安装在加载第一立柱（1a）的侧壁上；

摇头第二作动器（7b）的底座固定安装在加载第八立柱（1h）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第八立柱（1h）的侧壁上的所述竖向开口槽而将摇头第二作动器（7b）的底座可拆卸地固定安装在加载第八立柱（1h）的侧壁上；摇头第一作动器（7a）的质心、摇头第二作动器（7b）的质心与单节列车（6）的质心处于同一高度位置，摇头第一作动器（7a）的动力输出端与第一钢丝绳（10a）的一端固定连接，第一钢丝绳（10a）的另一端与第一加载框（2a）的侧壁固定连接，摇头第二作动器（7b）的动力输出端与第七钢丝绳（10g）的一端固定连接，第七钢丝绳（10g）的另一端与第五加载框（2e）的侧壁固定连接。

6.根据权利要求5所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于它还具有第二钢丝绳（10b）、第四钢丝绳（10d）、第五钢丝绳（10e）和第六钢丝绳（10f），侧滚第一作动器（8a）的底座固定安装在加载第二立柱（1b）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第二立柱（1b）的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第一作动器（8a）的底座可拆卸地固定安装在加载第二立柱（1b）的侧壁上；侧滚第二作动器（8b）的底座固定安装在加载第四立柱（1d）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第四立柱（1d）的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第二作动器（8b）的底座可拆卸地固定安装在加载第四立柱（1d）的侧壁上，侧滚第一作动器（8a）的质心、侧滚第二作动器（8b）的质心处于同一高度位置；

侧滚第一作动器（8a）的动力输出端与第二钢丝绳（10b）的一端固定连接，第二钢丝绳（10b）的另一端与第二加载框（2b）的侧壁固定连接，侧滚第二作动器（8b）的动力输出端与第四钢丝绳（10d）的一端固定连接，第四钢丝绳（10d）的另一端与第四加载框（2d）的侧壁固定连接。

7.根据权利要求6所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于侧滚第三作动器（8c）的底座固定安装在加载第五立柱（1e）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第五立柱（1e）的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第三作动器（8c）的底座可拆卸地固定安装在加载第五立柱（1e）的侧壁上；侧滚第四作动器（8d）的底座固定安装在加载第七立柱（1g）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第七立柱（1g）的侧壁上的所述竖向开口槽而将侧滚第四作动器（8d）的底座可拆卸地固定安装在加载第七立柱（1g）的侧壁上；

侧滚第三作动器（8c）的质心、侧滚第四作动器（8d）的质心处于同一高度位置，侧滚第一作动器（8a）的质心和侧滚第三作动器（8c）的质心共用一个竖向截面且该竖向截面垂直于单节列车（6）的横向轴线，侧滚第三作动器（8c）的质心所处的位置高于侧滚第一作动器（8a）的质心所处的位置，侧滚第二作动器（8b）的质心和侧滚第四作动器（8d）的质心共用一个竖向截面且该竖向截面垂直于单节列车（6）的横向轴线，侧滚第四作动器（8d）的质心所处的位置高于侧滚第二作动器（8b）的质心所处的位置，侧滚第三作动器（8c）的动力输出端与第五钢丝绳（10e）的一端固定连接，第五钢丝绳（10e）的另一端与第二加载框（2b）的侧壁固定连接，侧滚第四作动器（8d）的动力输出端与第六钢丝绳（10f）的一端固定连接，第六钢丝绳（10f）的另一端与第四加载框（2d）的侧壁固定连接。

8.根据权利要求5所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于它还具有第三钢丝绳（10c），横向第一作动器（9a）的底座固定安装在加载第三立柱（1c）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第三立柱（1c）的侧壁上的所述竖向开口槽而将横向第一作动器（9a）的底座可拆卸地固定安装在加载第三立柱（1c）的侧壁上；横向第二作动器（9b）的底座固定安装在加载第六立柱（1f）的侧壁上的结构是，数个螺栓螺母连接件中的螺栓分别穿过加载第六立柱（1f）的侧壁上的所述竖向开口槽而将横向第二作动器（9b）的底座可拆卸地固定安装在加载第六立柱（1f）的侧壁上，横向第一作动器（9a）的质心、横向第二作动器（9b）的质心与单节列车（6）的质心处于同一高度位置且这三个质心共线，横向第一作动器（9a）的动力输出端与第三钢丝绳（10c）的一端固定连接，第三钢丝绳（10c）的另一端与第三加载框（2c）的侧壁固定连接。

9.根据权利要求1所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于气动升力第一模拟装置（3a）、气动升力第二模拟装置（3b）分别安装在第一加载框（2a）的下方和第五加载框（2e）的下方；气动升力第一模拟装置（3a）、气动升力第二模拟装置（3b）皆具有鱼腹板（303）、两个承载轮（301）、与两个承载轮一一相对应的两个支撑杆（304）、与两个支撑杆一一相对应的两个垂向作动器（302），鱼腹板（303）上具有球形铰连杆（305）和横向开口槽（306）；两个支撑杆（304）的上端穿过鱼腹板（303）上的横向开口槽（306）而形成两个伸出端，所述两个伸出端上各安装一个承载轮（301），两个垂向作动器（302）的底座皆通过螺栓固定在地基上，两个垂向作动器（302）的动力输出端分别通过螺栓与两个支撑杆（304）的下端固定连接；气动升力第一模拟装置（3a）中，球形铰连杆（305）上端的球内嵌于第一加载框（2a）的底端的球形槽中而使鱼腹板（303）与第一加载框（2a）相连接；气动升力第二模拟装置（3b）中，球形铰连杆（305）上端的球内嵌于第五加载框（2e）的底端的球形槽中而使鱼腹板（303）与第五加载框（2e）相连接。

10.根据权利要求1所述的气动力作用下列车运行性能试验台，其特征在于每个所述气动阻力模拟器（5）具有用以支撑一对所述车轮（61）的两个轨道轮（52）、轮轴（55）、基架（51）、与轮轴同步旋转的两个轮盘（54）、两个线圈绕组（53），两个轮盘（54）皆为金属圆盘，所述两个轨道轮（52）固定安装于轮轴（55）上，能相对于基架（51）转动的轮轴（55）由基架（51）限位支撑；两个轮盘（54）固定安装在轮轴（55）上，每个所述轮盘（54）周围设置有一个线圈绕组（53）。