本发明涉及一种轨道交通模拟沙盘系统，尤其是一种基于轨道交通沙盘模型的新型牵引供电系统。
背景技术：
现有轨道交通方面沙盘商业性质严重，供电方式简陋且部分商家以赚钱为目的，不仅成本高、结构简单，性能又差，不能较好的还原真实轨道交通及铁路供电的运营状态，更不能达到教育教学及培训的目的，商业化的采用干电池或单独的轨道供电方式，接触网作为样子工程甚至不予架设接触网。商家的不负责态度不仅使学习者无法真实接触到轨道交通和铁路场景，甚至会引起误解，完全远离使用沙盘之初心。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种仿真技术实现真实轨道交通完整牵引供电回路的基于轨道交通沙盘模型的新型牵引供电系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于轨道交通沙盘模型的新型牵引供电系统，其特征在于，包括交流220v，50hz电压输出的模拟主变电所，与模拟主变电所连接的稳压电源模块，电压输入端与稳压电源模块连接的双刀双掷开关，与双刀双掷开关电压输出端连接的接触网供电电路、轨道供电电路；所述轨道交通沙盘模型的车站采用软、硬横跨结合，车辆段采用软横跨，其线路上设有分段绝缘器、锚段关节、中心锚节、馈电线、电连接器、回流线等设备及各种线路，信号标志齐全；所述接触网供电电路由受电弓从接触网取电供电给车载电路板，车载电路板通过其内部降压模块供电给模型机车的电机，最后电流经轨道回流线、接触网流向稳压电源模块构成回路；所述轨道供电电路由稳压电源模块通过两根轨道输出电流，最后通过机车转向架构成完整回路，给电力机车提供电能；所述稳压电源模块输出电压为dc0-24v；所述车载电路板设有控制列车运行状态、运行电压的主控板芯片。
进一步的技术方案在于，所述稳压电源模块输出电压为dc24v，所述内部降压模块为dc24v转dc12v降压稳压模块；所述内部降压模块由555定时器担任脉冲振荡器，555定时器的5号脚接有稳压管以获得+6v基准电压，2号脚从r7、r8组成的取样电路中获得取样电压；当2号脚电压小于+3v时，3号脚则输出高电平，使bg3、bg1、bg2饱和导通，向负载供电；与此同时，电源经r6向c2充电，当6号、7号脚电位达到+9v时；若2号脚也达到+3v以上，则3号脚输出低电平，电容经7号脚放电，开关管bg3、bg1、bg2均截止；当2号脚所接电容的电压低于+3v时，3号脚又输出高电平，如此不断反复而使输出电压值稳定于额定输出电压12v上。
进一步的技术方案在于，所述接触网供电电路的接触网结构采用多种规格的镀锡铜包钢线作为吊弦、承力索、接触线、锚段关节等电气化铁路接触网设施，并采用焊接方式架设，接触网焊接过程中以锚段关节为分界点，根据不同线路不同地段，采取分跨分段焊接架设；接触网架设采用3d打印及abs棒拼接制作硬横跨，利用真实铁路架设软横跨的技术设计图纸，利用多种规格镀锡铜包钢线进行制作软横跨，其余无岔区段均采用复合型钢柱进行架设。
进一步的技术方案在于，所述软、硬横跨上下部固定绳采用10mm镀锡铜包钢线作为骨架，8mm镀锡铜包钢线用来制作定位器、斜拉线等横跨部件，绝缘子由11mmabs棒打磨出10个间隔进行制作。
进一步的技术方案在于，所述接触网架设中的软横跨采用绝缘式软横跨，即横向承力索、上部固定绳、下部固定绳均对地绝缘；软横跨的架设主要选用镀锡钢线，在股道数较多的车辆段使用，采用双横承力索；其上部固定绳将纵向承力索的水平负载传递给支柱固定各股道的纵向承力索；下部固定绳固定对接触线按技术要求定位的定位器；上、下部固定绳只承受水平力。
进一步的技术方案在于，所述接触网架设中的硬横跨结构采用三角断面硬横梁，架设于车站进出站风雨棚范围内和区间多股道区段，结构完全按照现有车站架设的实情仿真而制。
进一步的技术方案在于，所述受电弓上方首次焊接并改进了向车载电路板供电的机车受电弓滑板。
进一步的技术方案在于，所述碳滑板为受电弓上方8mm处焊接30mm长的镀锡铜包钢线，保证了机车受电弓能够连续与接触网摩擦取电20小时以上。
进一步的技术方案在于，所述车载电路板包括作为主控板芯片的微控制器stm32f103ret6，以及可复位熔断器mf-nsmf075-2、连接器header2x2、5v稳压模块、低压差电压调节器lm117、电容元件0.47f/5.5v。
进一步的技术方案在于，所述车载电路板中包括24v转12vdc-dc降压稳压模块，可提供稳定的12v额定输出电压，可通过牵引变电远程控制模拟软件对此电压进行调节(调节范围0-12v)，以此来改变机车运行速度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用架空接触网和接触轨道两种牵引供电方式。其中，架空接触网供电方式中的接触网结构采用半补偿悬挂装置与全补偿悬挂装置，车站采用软、硬横跨结合,车辆段采用软横跨，线路上设有分段绝缘器、锚段关节、中心锚节、馈电线、电连接器、回流线等设备及各种线路、信号标志齐全，与真实运营情况完全相同。接触网接收到直流稳压电源模块输出的dc(直流)24v电压，并通过车载电路板中的降压模块将dc24v电压降至dc12v，给电力机车供电并可通过牵引变电远程控制模拟软件对电压进行调节(调节范围0-12v)，以此来改变机车运行速度，也可为信号联锁控制提供稳定的电能。采用轨道牵引供电方式，通过直流稳压电源模块、两根轨道输出电流，最后经机车转向架构成完整回路为电力机车进行供电，可通过调节直流稳压电源模块输出电压改变列车运行速度，电压调节范围为0-24v。
既能够真实还原轨道交通或铁路供电系统的基本原理及工作运营场景，以满足铁路及轨道交通相关院校、相关专业对学生的教育教学目的，又能够满足轨道交通及铁路施工、运营单位培训员工的目的，真正体现了沙盘设计之初心。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明轨道、接触网两种供电模式下工作方式的切换装置图；
图2是本发明接触网供电时电压转换的流程图；
图3是车载电路板二级dc24v转dc12v变压器模块原理框图；
图4是车载板部分电路图；
图5是本发明接触网架设中的软横跨结构示意图；
图6是本发明接触网架设中的硬横跨结构示意图；
图7是本发明接触网架设中的无岔区段接触网结构示意图；
图8-11分别是本发明机车受电弓改进滑板后的结构图。
a、接触网；b、受电弓；c、车载板；d、转向架；e、轨道1、1’闭合为轨道供电；2、2’闭合为接触网供电；1、绝缘子；2、吊弦；3、承力索；4、上固定绳；5、下固定绳；6、斜拉线；7、定位器；8、横承力索；9、接触线；10、轨道；11、支柱；12、拉杆；2-1、上框架；2-2、拉杆；2-3、碳滑板；2-4、平衡杆；2-5、取流线；2-6、下臂杆；2-7、底架；2-8、肘接电流线；2-9、绝缘子；2-10、弓头。
具体实施方式
下面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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图所示，本发明公开了一种基于轨道交通沙盘模型的新型牵引供电系统，其特征在于，包括模拟主变电所，与主变电所连接的稳压电源，电压输入端与稳压电源连接的双刀双掷开关，与双刀双掷开关电压输出端连接的接触网供电电路、轨道供电电路；所述轨道交通沙盘模型的车站采用软、硬横跨结合，车辆段采用软横跨，其线路上设有分段绝缘器、锚段关节、中心锚节、馈电线、电连接器、回流线等设备及各种线路，信号标志齐全；所述接触网供电电路由受电弓从接触网取电为车载板供电，最后经轨道回流线、接触网流向稳压电源构成回路；所述轨道供电电路由稳压电源模块通过两根轨道输出电流，最后通过机车转向架构成完整回路，给电力机车提供电能；所述稳压电源输出电压为0-24v；所述车载板设有控制列车运行状态主控板芯片。
优选地，所述稳压电源内部设有两级变压器，其分别为一级ac220v转dc24v变压器以及二级dc24v转dc12v变压器；所述二级dc24v转dc12v变压器向主控板芯片提供电源；所述二级dc24v转dc12v变压器电路由555定时器担任脉冲振荡器，555定时器的5号脚接有稳压管以获得+6v基准电压，2号脚从r7、r8组成的取样电路中获得取样电压；当2号脚电压小于+3v时，3号脚则输出高电平，使bg3、bg1、bg2饱和导通，向负载供电；与此同时，电源经r6向c2充电，当6号、7号脚电位达到+9v时；若2号脚也达到+3v以上，则3号脚输出低电平，电容经7号脚放电，开关管bg3、bg1、bg2均截止；当2号脚所接电容的电压低于+3v时，3号脚又输出高电平，如此不断反复而使输出电压值稳定于额定输出电压12v上。
优选地，所述接触网采用多种规格的镀锡铜包钢线作为吊弦、承力索、接触线、锚段关节等电气化铁路接触网设施，并采用焊接方式架设，接触网焊接过程中以锚段关节为分界点，根据不同线路不同地段，采取分跨分段焊接架设；接触网架设采用3d打印及abs棒拼接制作硬横跨，利用真实铁路架设软横跨的技术设计图纸，利用多种规格镀锡铜包钢线进行制作软横跨，其余无岔区段均采用复合型钢柱进行架设。
优选地，所述软、硬横跨上下部固定绳采用10mm镀锡铜包钢线作为骨架，8mm镀锡铜包钢线用来制作定位器、斜拉线等横跨部件，绝缘子由11mmabs棒打磨出10个间隔进行制作。
优选地，所述接触网架设中的软横跨采用绝缘式软横跨，即横向承力索、上部固定绳、下部固定绳均对地绝缘；软横跨的架设主要选用镀锡钢线，在股道数较多的车辆段使用，采用双横承力索；其上部固定绳将纵向承力索的水平负载传递给支柱固定各股道的纵向承力索；下部固定绳固定对接触线按技术要求定位的定位器；上、下部固定绳只承受水平力。
优选地，所述接触网架设中的硬横跨结构采用三角断面硬横梁，架设于车站进出站风雨棚范围内和区间多股道区段，结构完全按照现有车站架设的实情仿真而制。
优选地，所述受电弓上方首次焊接并改进了向车载电路板供电的机车受电弓滑板。
优选地，所述碳滑板为受电弓上方8mm处焊接30mm长的镀锡铜包钢线，保证机车受电弓能够连续与接触网摩擦取电20小时以上。
优选地，所述车载板包括作为主控板芯片的微控制器stm32f103ret6，以及可复位熔断器mf-nsmf075-2、连接器header2x2、5v稳压模块、低压差电压调节器lm117、电容元件0.47f/5.5v。
图1是本发明对于轨道、接触网两种供电模式下工作方式的切换装置。设计内容为，利用稳压电源模块将220v交流电输出24v的正负两路电流，利用双刀双置开关改变电流输出，当1，1闭合时，输出24v正、负电流分别至轨道两端，利用机车模型转向架的导电性能，将轨道正、负极，机车模型转向架、机车模型内部电机构成完成回路，并通过调整稳压电源模块电压的输出值，来控制机车模型电机的转速，以此来控制机车模型的运行速度。
当2，2闭合时，稳压电源模块输出24v正电流至接触网，经受电弓滑板从接触线接收电流至机车内部车载电路板，通过车载板24v转12vdc-dc降压稳压模块将电压调至12v，并输出12v负电流经转向架流向轨道回流线，回流至稳压电源模块构成供电回路，并可通过牵引变电远程控制模拟软件对电压进行调节(调节范围0-12v)，以此来改变机车运行速度，也可为信号联锁控制系统提供稳定的电能。
图2是本发明接触网供电时电压转换的流程图，220v交流电源首先经过稳压电源模块输出24v(为了满足输出轨道供电方式下所需电压，故一级降压输出24v)，当2，2'开关闭合时，受电弓取接触网24v供给车载板，车载板通过24v转12vdc-dc降压稳压模块进行二次降压将24v降为12v供给电力机车以提供车载板工作电压。
图3是车载电路板24v转12vdc-dc降压稳压模块原理框图。
此电路由555担任脉冲振荡器。555的5号脚接有稳压管以获得+6v基准电压，2号脚从r7、r8组成的取样电路中获得取样电压。当2号脚电压小于+3v时，3号脚则输出高电平，使bg3、bg1、bg2饱和导通，向负载供电。与此同时，电源经r6向c2充电，当6号、7号脚电位达到+9v时。若2号脚也达到+3v以上，则3号脚输出低电平，电容经7号脚放电，开关管bg3、bg1、bg2均截止。当2号脚所接电容的电压低于+3v时，3号脚又输出高电平，如此不断反复而使输出电压值稳定于额定输出电压12v上。
图4是本发明车载板的部分电路设计图，该设计采用mf-nsmf075-2可复位熔断器为保险装置，利用其自动复位的功能保障机车运行意外时，车体不至于受太大损伤；5v稳压模块(又称调压模块)保证输出电压可调从而控制机车运行速度；lm1117低压差电压调节器(提供电流限制和热保护)保障可调电压输出的稳定性。
图5是本发明接触网架设中的软横跨结构示意图。本发明接触网架设中的软横跨结构示意图，采用绝缘式软横跨，即横向承力索、上部固定绳、下部固定绳均对地绝缘。软横跨的架设主要选用镀锡钢线，在股道数较多(大于五股道)的车辆段使用，采用双横承力索，降低了对支柱容量的要求。其上部固定绳的作用是固定各股道的纵向承力索，并将纵向承力索的水平负载(如风力、曲线力等)传递给支柱。下部固定绳作用是固定定位器，以便对接触线按技术要求定位，并将接触线水平负载传递给支柱，上、下部固定绳只承受水平力。绝缘式软横跨的架设不仅给带电检修带来了便利，并且能够防止机车侵线，保障通车安全。
图6是本发明接触网架设中的硬横跨结构示意图，采用三角断面硬横梁，架设于车站进出站风雨棚范围内，和区间多股道区段，结构完全按照石家庄火车站架设的实情仿真而制。其优势主要表现为，提高接触网的稳定性，减少列车高速通过时接触网震动对相邻线路的接触悬挂的干扰，明显改善了受电弓的取流质量，并且降低了对支柱高度、弯距和基础承载能力的要求。
图7是本发明接触网架设中的无岔区段接触网结构示意图，其设计中每搁3cm放置吊弦，每跨长约21cm，为防止导线的张力和弛度随气温的变化较大，接触线在悬挂点受力集中，形成硬点，弹性不均匀，影响电力机车高速运行时取流不稳的缺陷。
图8-11是本发明对机车受电弓增加滑板后的受电弓各个视图，其改进大大增进受电弓使用寿命，并且能够保证机车在接触网上取流的稳定性。
本发明采用架空接触网和接触轨道两种牵引供电方式。其中，架空接触网供电方式中的接触网结构采用半补偿悬挂装置与全补偿悬挂装置，车站采用软、硬横跨结合,车辆段采用软横跨，线路上设有分段绝缘器、锚段关节、中心锚节、馈电线、电连接器、回流线等设备及各种线路、信号标志齐全，与真实运营情况完全相同。接触网接收到直流稳压电源模块输出的dc(直流)24v电压，并通过车载电路板中的降压模块将dc24v电压降至dc12v，给电力机车供电并可通过牵引变电远程控制模拟软件对电压进行调节(调节范围0-12v)，以此来改变机车运行速度，也可为信号联锁控制提供稳定的电能。采用轨道牵引供电方式，通过直流稳压电源模块、两根轨道输出电流，最后经机车转向架构成完整回路为电力机车进行供电，可通过调节直流稳压电源模块输出电压改变列车运行速度，电压调节范围为0-24v。
既能够真实还原轨道交通或铁路供电系统的基本原理及工作运营场景，以满足铁路及轨道交通相关院校、相关专业对学生的教育教学目的，又能够满足轨道交通及铁路施工、运营单位培训员工的目的，真正体现了沙盘设计之初心。