一种列车空气制动摩擦副模拟平台

1.本实用新型属于轨道载具领域，具体涉及一种列车空气制动摩擦副模拟平台。


背景技术：

2.随着城市的快速发展，城市交通发展迅速，其中轨道交通作为缓解城市交通压力的重要因素之一，其安全可靠性成为热点，而制动性能为影响轨道交通载具安全的关键因素之一。
3.为缓解交通压力，地铁运行速度不断提高，运行线路站间距较短，制动减速大、制动距离较短、制动比较频繁，目前，轨道交通载具的制动方式主要采用空气制动方式，该方式的具体实施方式分为三种：采用闸瓦与轮对踏面的摩擦制动、轴盘端面与制动面的摩擦制动以及轮盘端面和制动面的摩擦制动，并基于相应的物理参数得到摩擦系数，如此，就能以摩擦系数为基础，对空气制动过程中温度、硬件损耗进行有效地分析，从而对轨道交通载具作出对应的改造以提升其效率和安全性。
4.列车制动试验平台就是专门用来进行列车空气制动性能测试试验的设备，它能够在试验室内模拟出列车实际的运行工况，对制动盘、闸瓦、闸片进行各项性能测试。试验台以列车制动盘、闸片、闸瓦为试验对象，使其在制动试验台上承受与其在列车上实际制动过程中承受的相同的力，并满足列车真实试验运行和制动条件。
5.目前,国内外已建成的制动摩擦性能试验台，大多是综合性的摩擦性能试验台，其优点是：可以进行不同车型、不同型式的基础制动装置的制动摩擦性能试验，有的还可以通过控制温度、风速等一些因素，模拟不同自然条件下的制动摩擦性能试验。
6.但上述的试验平台建造成本高，投资昂贵，且试验制动摩擦副形式较为单一，现有的列车摩擦制动试验台大多针对特定的一种摩擦制动方式，即闸瓦-踏面制动、制动面-轴盘端面制动以及制动面-轮盘端面制动其中的一种，如若对不同制动摩擦副形式进行研究，需要对试验平台进行拆卸，无形之中增加了试验平台的使用成本，并且由于经装配后的相关部件不可避免地产生装配误差，导致所采集的数据与实际数据存在较大误差，不能真实还原列车的制动过程。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种列车空气制动摩擦副模拟平台，该列车空气制动摩擦副模拟平台能够无需对平台部件进行拆卸，任意地实现空气制动三种摩擦副模拟的便利切换，从而大大降低试验平台的使用成本，同时具有稳定的高模拟精度，能够真实还原列车的制动过程。
8.为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案为：
9.一种列车空气制动摩擦副模拟平台，其特征在于，包括：模拟轮轴组件，包括驱动电机、设置在驱动电机的输出端的模拟车轴以及均设置在模拟车轴上的模拟轮对和模拟轴盘；轮盘制动组件，包括轮盘闸片，轮盘闸片具有朝向模拟轮对端面的轮盘制动摩擦面；轴
盘制动组件，包括轴盘闸片，轴盘闸片具有朝向模拟轴盘端面的轴盘制动摩擦面；闸瓦制动组件，包括制动闸瓦，制动闸瓦具有朝向模拟轮对的踏面的闸瓦制动摩擦面；以及控制气路，与轮盘制动组件、轴盘制动组件以及闸瓦制动组件均连接，控制气路包括可控气阀组件，其中，控制气路用于通过可控气阀组件驱动轮盘闸片、轴盘闸片以及制动闸瓦中的至少一个动作，从而在模拟轮轴组件形成用于模拟制动的至少一个摩擦副。
10.优选地，模拟轮对、模拟轴盘的数量均为两个，两个模拟轴盘设置在两个模拟轮对之间，轮盘制动组件、轴盘制动组件以及闸瓦制动组件的数量均为两个。
11.进一步地，每个轮盘制动组件包括两个轮盘闸片，每个轮盘制动组件的两个轮盘制动摩擦面沿模拟车轴的延伸方向分别位于模拟轮对的两侧，每个轴盘制动组件包括两个轴盘闸片，每个轴盘制动组件的两个轴盘制动摩擦面沿模拟车轴的延伸方向分别位于模拟轴盘的两侧，每个制动闸瓦组件包括一个制动闸瓦，闸瓦制动摩擦面沿模拟轮对的径向位于模拟轮对的近旁。
12.再进一步地，控制气路还包括制动风缸，可控气阀组件包括第一可控阀、第二可控阀、第三可控阀以及第四可控阀，第一可控阀为一进两出电磁阀，输入端与制动风缸连通，两个输出端分别与第二可控阀、第三可控阀连通，第二可控阀为一进两出电磁阀，输入端与第一可控阀的一个输出端连通，两个输出端分别与两个轮盘制动组件连通，每个输出端用于驱动同个轮盘制动组件的两个轮盘闸片相向或者相背运动，第三可控阀为一进三出电磁阀，输入端与第一可控阀的另一个输出端连通，一个输出端与第四可控阀连通，作为直通输出端，其余两个输出端分别与两个闸瓦制动组件连通，两个输出端中的每个用于驱动同个闸瓦制动组件的制动闸瓦朝向或者远离模拟轮对的踏面运动，第四可控阀为一进两出电磁阀，输入端与直通输出端连通，两个输出端分别与两个轴盘制动组件连通，每个输出端用于驱动同个轴盘制动组件的两个轴盘闸片相向或者相背运动。
13.再进一步地，轮盘制动组件还包括用于同步驱动两个轮盘闸片的轮盘制动缸，轮盘制动缸的输出端具有第一压力传感器，轴盘制动组件还包括用于同步驱动两个轴盘闸片的轴盘制动缸，轴盘制动缸的输出端具有第二压力传感器，闸瓦制动组件还包括用于驱动制动闸瓦的闸瓦制动缸，闸瓦制动缸的输出端具有第三压力传感器。
14.优选地，模拟轮轴组件还包括至少一个与模拟车轴同轴设置的蓄能飞轮，蓄能飞轮与模拟车轴可离合地设置。
15.优选地，模拟轮轴组件还包括设置在模拟车轴上的扭矩传感器。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.1.因为本实用新型的列车空气制动摩擦副模拟平台包括：模拟轮轴组件，包括模拟车轴和设置在模拟车轴上的模拟轮对和模拟轴盘；轮盘制动组件，包括轮盘闸片，轮盘闸片具有朝向模拟轮对端面的轮盘制动摩擦面；轴盘制动组件，包括轴盘闸片，轴盘闸片具有朝向模拟轴盘端面的轴盘制动摩擦面；闸瓦制动组件，包括制动闸瓦，制动闸瓦具有朝向模拟轮对的踏面的闸瓦制动摩擦面；控制气路，与轮盘制动组件、轴盘制动组件以及闸瓦制动组件均连接，控制气路包括可控气阀组件，控制气路用于通过可控气阀组件驱动轮盘闸片、轴盘闸片以及制动闸瓦中的至少一个动作，从而在模拟轮轴组件形成用于模拟制动的至少一个摩擦副，即通过控制部控制能够在驱动轮盘闸片对模拟轮对进行制动面-轮盘端面制动形式的模拟、驱动轴盘闸片对模拟轴盘进行制动面-轴盘端面制动形式的模拟以及驱动
制动闸瓦对模拟轮对的踏面进行闸瓦-踏面制动形式的模拟三种形式工况中的一种或几种进行切换模拟，而无需拆卸任何装配元件，因此，本实用新型能够无需对平台部件进行拆卸，任意地实现空气制动三种摩擦副模拟的便利切换，从而大大降低试验平台的使用成本，同时具有稳定的高模拟精度，能够真实还原列车的制动过程。
18.2.因为本实用新型的控制气路还包括制动风缸，可控气阀组件包括第一可控阀、第二可控阀、第三可控阀以及第四可控阀，第一可控阀为一进两出电磁阀，输入端与制动风缸连通，两个输出端分别与第二可控阀、第三可控阀连通，第二可控阀为一进两出电磁阀，输入端与第一可控阀的一个输出端连通，两个输出端常开且分别与两个轮盘制动组件连通，每个输出端用于驱动同个轮盘制动组件的两个轮盘闸片相向或者相背运动，第三可控阀为一进三出电磁阀，输入端与第一可控阀的另一个输出端连通，一个输出端与第四可控阀连通，作为直通输出端，其余两个输出端分别与两个闸瓦制动组件连通，两个输出端中的每个用于驱动同个闸瓦制动组件的制动闸瓦朝向或者远离模拟轮对的踏面运动，第四可控阀为一进两出电磁阀，输入端与直通输出端连通，两个输出端常开且分别与两个轴盘制动组件连通，每个输出端用于驱动同个轴盘制动组件的两个轴盘闸片相向或者相背运动，因此，本实用新型能够通过四个可控阀方便地实现控制气路对三种空气制动模拟方式的切换，而无需拆卸任意平台部件。
19.3.因为本实用新型的模拟轮轴组件还包括至少一个与模拟车轴同轴设置的蓄能飞轮，蓄能飞轮与模拟车轴可离合地设置，因此，本实用新型通过将模拟车轴离合设置蓄能飞轮增加模拟车轴模拟转动时的惯量，从而能够通过具有不同旋转惯量的模拟车轴对处在不同载荷工况下的列车进行准确模拟。
附图说明
20.图1为本实用新型的实施例的列车空气制动摩擦副模拟系统的平面示意图；
21.图2为本实用新型的实施例的列车空气制动摩擦副模拟系统的立体示意图；
22.图3为本实用新型的实施例的轮盘制动组件的立体示意图；
23.图4为本实用新型的实施例的制动闸瓦的示意图；
24.图5为本实用新型的实施例的控制气路的气管连接示意图。
25.图中：100、列车控制制动摩擦副模拟系统，100a、安装平台，100b、列车空气制动摩擦副模拟平台，10、模拟轮轴组件，11、驱动电机，12、模拟车轴，13、模拟轮对，14、模拟轴盘，15、蓄能飞轮，16、扭矩传感器，20、轮盘制动组件，21、轮盘制动缸，22、轮盘制动支杆，23、轮盘闸片，23a、轮盘制动摩擦面，30、轴盘制动组件，40、闸瓦制动组件，41、制动闸瓦，41a、闸瓦制动摩擦面，50、控制气路，51、制动风缸，51a、驱动输入气管，52、第一可控阀，52a、第一中间气管，52b、第二中间气管，53、第二可控阀，53a、轮盘制动输入气管，54、第三可控阀，54a、直通气管，54b、闸瓦制动输入气管，55、第四可控阀、55a、轴盘制动输入气管，60a、控制台，611、热成像仪，612、热电偶。
具体实施方式
26.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型的一种列车空气制动摩擦副模拟平台作具体阐述，需要说
明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
27.如图1和图2所示，本实施例中的列车空气制动摩擦副模拟系统100，包括安装平台100a、安装在安装平台100a上的模拟轮轴组件10、轮盘制动组件20、轴盘制动组件30以及闸瓦制动组件40、控制气路50以及控制部(附图中未示出)，具体地，轮盘制动组件20、轴盘制动组件30以及闸瓦制动组件40的数量均为两个。
28.其中，安装平台100a、模拟轮轴组件10、轮盘制动组件20、轴盘制动组件30、闸瓦制动组件40以及控制气路50为列车空气制动摩擦副模拟平台100b。
29.模拟轮轴组件10用于模拟轨道载具的车轮对，包括驱动电机11、模拟车轴12、模拟轮对13、模拟轴盘14、蓄能飞轮15以及扭矩传感器16，具体地，模拟轮对11、模拟轴盘12的数量均为两个。
30.模拟车轴12设置在驱动电机11的输出端，具体地，轮盘制动组件20均设置在模拟车轴12的一侧，轴盘制动组件30和闸瓦制动组件40均设置在模拟车轴12的另一侧。
31.两个模拟轮对13对称且同轴安装在模拟车轴12上，两个模拟轴盘12对称且同轴安装在模拟车轴12上，并且两个模拟轴盘12设置在两个模拟轮对11之间，具体地，模拟轮对13、轮盘制动组件20以及闸瓦制动组件40一一对应，模拟轴盘12和轴盘制动组件30一一对应。
32.蓄能飞轮15的数量至少为一个，同轴且可离合地安装在模拟车轴12上，具体地，当驱动电机11驱动模拟车轴12旋转时，通过离合改变模拟轮轴组件10中的蓄能飞轮15的数量，使得模拟轮轴组件10的惯量发生变化，即旋转的蓄能飞轮15能够带来模拟轮轴组件10中额外的能量增加，相关的公式表达为：
[0033][0034]
其中：j为蓄能飞轮15的转动惯量；ω为飞轮的角速度。
[0035]
从而，能够通过具有不同旋转惯量的模拟车轴对处在不同载荷工况下的列车进行准确模拟。
[0036]
具体地，蓄能飞轮15位于远离驱动电机11的模拟车轴12的一端的近旁，在本实施例中，通过模拟车轴12上耦合的蓄能飞轮15的数量能够使模拟轮轴组件10模拟列车空载状态即列车满载状态两种状态。
[0037]
扭矩传感器16用于实时采集模拟车轴12上的扭矩数值，扭矩传感器16设置在模拟车轴12上，具体的，扭矩传感器16位于模拟车轴12的侧部近旁且位于两个模拟轴盘14之间。
[0038]
如图3所示，轮盘制动组件20包括轮盘制动缸21、轮盘制动支杆22以及呈杆状的轮盘闸片23。
[0039]
每个轮盘制动组件20的轮盘闸片23的数量为两个，且每个轮盘闸片23的具有朝向模拟轮对13端面的轮盘制动摩擦面23a，每个轮盘制动组件20的两个轮盘制动摩擦面23a沿模拟车轴12的延伸方向分别位于模拟轮对13的两侧，轮盘制动缸23用于同步驱动两个轮盘闸片23，从而通过使得两个轮盘制动摩擦面23a对模拟轮对13的端面形成夹持形式的摩擦副，进而对制动面-轮盘端面制动的空气制动模式进行模拟，并且轮盘制动缸21的输出端具有第一压力传感器(附图中未示出)，该第一压力传感器用于采集轮盘制动缸21对轮盘闸片
23的驱动力数据，即轮盘制动摩擦面23a对模拟轮对13的端面形成的正压力值。
[0040]
具体地，轮盘制动缸21具有两个输出端，两个轮盘闸片23的一端分别设置在上述两个输出端上，轮盘制动支杆22的两端分别固设在两个轮盘闸片23的中部并分别使得两个轮盘制动支杆22形成对称的杠杆结构，两个轮盘制动摩擦面23a均位于两个轮盘闸片23的另一端，从而当轮盘制动缸21同步驱动两个轮盘闸片23运动时，两个轮盘制动摩擦面23a朝向模拟轮对13相向或者相背运动。
[0041]
轴盘制动组件30包括轴盘制动缸、轴盘制动支杆以及呈杆状的轴盘闸片。
[0042]
每个轴盘闸片23的具有朝向模拟轴盘14端面的轴盘制动摩擦面，每个轴盘制动组件30的两个轴盘制动摩擦面沿模拟车轴12的延伸方向分别位于模拟轴盘14的两侧，轴盘制动缸用于同步驱动两个轴盘闸片，从而通过使得两个轴盘制动摩擦面对模拟轴盘14的端面形成夹持形式的摩擦副，进而对制动面-轴盘端面制动的空气制动模式进行模拟，并且轴盘制动缸的输出端具有第二压力传感器(附图中未示出)，该第二压力传感器用于采集轴盘制动缸对轴盘闸片的驱动力数据，即轴盘制动摩擦面对模拟轴盘14的端面形成的正压力值。
[0043]
具体地，轴盘制动组件30及其包含元件的结构与轮盘制动组件20的数量、结构均相同，即与图3所示相同。
[0044]
如图4所示，闸瓦制动组件包括闸瓦制动缸(附图中未示出)和制动闸瓦41。
[0045]
每个制动闸瓦组件包括一个制动闸瓦41，制动闸瓦41具有朝向模拟轮对13的踏面的闸瓦制动摩擦面41a，闸瓦制动摩擦面41a沿模拟轮对13的径向位于模拟轮对13的近旁，闸瓦制动缸用于驱动制动闸瓦41，从而通过使得闸瓦制动摩擦面41a对模拟轮对13的踏面形成紧贴形式的摩擦副，进而对闸瓦-踏面制动的空气制动模式进行模拟，并且闸瓦制动缸的输出端具有第三压力传感器(附图中未示出)，该第三压力传感器用于采集闸瓦制动缸对制动闸瓦41的驱动力数据，即闸瓦制动摩擦面对模拟轮对13的踏面形成的正压力值。
[0046]
具体地，根据以上采集的扭矩和与摩擦模拟时产生的正压力值，基于下述表达式，可以求得模拟得到对应特定空气摩擦形式的制动面的摩擦系数：
[0047][0048]
其中，μ为摩擦系数，t为基于扭矩传感器16采集到的模拟车轴12的实时转矩得到的模拟制动时的制动转矩，f为对应预定模拟制动形式的有关摩擦副涉及的正压力值(即轮盘制动摩擦面23a对模拟轮对13的端面形成的正压力值、轴盘制动摩擦面对模拟轴盘14的端面形成的正压力值以及闸瓦制动摩擦面对模拟轮对13的踏面形成的正压力值)，r为被制动件的平均摩擦半径。
[0049]
如图5所示，控制气路50与轮盘制动组件20、轴盘制动组件30以及闸瓦制动组件40均连接。
[0050]
控制气路50包括制动风缸51和可控气阀组件，可控气阀组件包括第一可控阀52、第二可控阀53、第三可控阀54以及第四可控阀55。
[0051]
具体地，第一可控阀52为一进两出电磁阀，输入端通过驱动输入气管51a与制动风缸51连通，两个输出端的一个通过第一中间气管52a与第二可控阀53的输入端连通，另一个通过第二中间气管52b与第三可控阀54的输入端连通，第二可控阀53为一进两出电磁阀，两个输出端常开且分别与两个轮盘制动组件20连通，每个输出端用于驱动同个轮盘制动组件
20的两个轮盘闸片23相向或者相背运动；第三可控阀54为一进三出电磁阀，一个输出端通过直通气管54a与第四可控阀54的输入端连通，并作为直通输出端，其余两个输出端分别与两个闸瓦制动组件40连通，两个输出端中的每个用于驱动同个闸瓦制动组件40的制动闸瓦41朝向或者远离模拟轮对13的踏面运动，第四可控阀55为一进两出电磁阀，两个输出端常开且分别与两个轴盘制动组件30连通，每个输出端用于驱动同个轴盘制动组件30的两个轴盘闸片相向或者相背运动。
[0052]
控制部与可控气阀组件信号连接，控制部包括采集组件和处理单元，处理单元包括处理器和存储器，存储器用于存储处理程序，处理器用于执行处理程序，具体地，控制部设置在控制台60a的内部。
[0053]
控制部用于通过控制可控气阀组件使得控制气路50驱动轮盘闸片23、轴盘闸片以及制动闸瓦41中的至少一个动作，从而在模拟轮轴组件10形成用于模拟制动的至少一个摩擦副，具体的，控制台60a上具有三个模式按钮(附图中未示出)，每个模式按钮对应一种控制制动方式，模式按钮通过按压启动相关的空气制动模拟过程，并且模式按钮可单独操作亦可组合操作。
[0054]
处理程序包括轮盘制动模拟程序、轮盘离散温度点采集程序、轴盘制动模拟程序、轴盘离散温度点采集程序、闸瓦制动模拟程序以及闸瓦离散温度点采集程序。
[0055]
处理器根据外部指令或者内部信号执行轮盘制动模拟程序，轮盘制动模拟程序控制第一可控阀的一个输出端开启、第一可控阀的另一个输出端关闭；轮盘离散温度点采集程序与轮盘制动模拟程序同步启动，轮盘离散温度点采集程序用于将第一热电偶反馈的轮盘制动摩擦面的温度数据实时读入存储器，从而根据温度数据与前述得到的对应摩擦系数得到与模拟制动面-轮盘端面制动方式对应的温度特性曲线，具体地，处理器根据按压模式按钮触发的内部信号执行轮盘制动模拟程序。
[0056]
处理器根据外部指令或者内部信号执行轴盘制动模拟程序，轴盘制动模拟程序控制第一可控阀的一个输出端关闭、第一可控阀的另一个输出端开启、第三可控阀的其余两个输出端关闭以及直通输出端开启；轴盘离散温度点采集程序与轴盘制动模拟程序同步启动，轴盘离散温度点采集程序用于将第二热电偶反馈的轴盘制动摩擦面的温度数据实时读入存储器，从而根据温度数据与前述得到的对应摩擦系数得到与模拟制动面-轴盘端面制动方式对应的温度特性曲线，具体地，处理器根据按压模式按钮触发的内部信号执行轴盘制动模拟程序。
[0057]
处理器根据外部指令或者内部信号执行闸瓦制动模拟程序，闸瓦制动模拟程序控制第一可控阀的一个输出端关闭、第一可控阀的另一个输出端开启、直通输出端关闭以及第三可控阀的其余两个输出端开启；闸瓦离散温度点采集程序与闸瓦制动模拟程序同步启动，闸瓦离散温度点采集程序用于将第三热电偶反馈的闸瓦制动摩擦面的温度数据实时读入存储器，从而根据温度数据与前述得到的对应摩擦系数得到与模拟闸瓦-踏面制动方式对应的温度特性曲线，具体地，处理器根据按压模式按钮触发的内部信号执行闸瓦制动模拟程序。
[0058]
采集组件包括热成像仪611和多个热电偶612，多个热电偶612按放置元件的不同分为第一热电偶(附图中未示出)、第二热电偶(附图中未示出)以及第三热电偶(附图中未示出)。
[0059]
热成像仪611设置在模拟车轴的近旁并且热成像仪611位于在两个模拟轴盘14之间,热成像仪611用于对模拟空气制动而在系统内形成热场分布数据进行探测采集，第一热电偶设置在轮盘制动摩擦面23a上，第二热电偶设置在轴盘制动摩擦面上，第三热电偶设置在闸瓦制动摩擦面41a上。
[0060]
第一热电偶、第二热电偶以及第三热电偶均为多个，将轮盘制动摩擦面23a对模拟轮对13的端面的制动力方向作为轮盘制动方向，多个第一热电偶沿轮盘制动方向均匀分布；将轴盘制动摩擦面对模拟轴盘14的端面的制动力方向作为轴盘制动方向，多个第二热电偶沿轴盘制动方向均匀分布；将闸瓦制动摩擦面41a对模拟轮对13的踏面的制动力方向作为闸瓦制动方向，多个第三热电偶沿闸瓦制动方向均匀分布，由于该多个热电偶的放置位置点均沿相应的制动力方向均匀分布，从而使得多个位置点的温度数据准确地体现了制动过程中制动面因制动力产生的温度分布特性。
[0061]
上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。