一种在平面轨道上模拟倾斜轨道上车辆运行状态的方法

摘要

本发明公开了一种在平面轨道上模拟倾斜轨道上车辆运行状态的方法，属于倾斜轨道机械运输技术领域。所采取的技术方案是：在水平面上铺设长度＞50m的直线轨道(17)，直线轨道(17)上放置模拟矿车(7)；直线轨道(17)两端分别设置下龙门架(1)和上龙门架(13)；通过下龙门架(1)和上龙门架(13)分别设置模拟矿车(7)的下配重牵引装置和上配重牵引装置，即下配重牵引装置为下配重(3)通过下滑轮组(2)、下导向轮(4)后由下配重钢丝绳(6)牵引模拟矿车(7)，上配重牵引装置为上配重(16)通过上滑轮组(14)、上导向轮(12)后由上配重钢丝绳(15)牵引模拟矿车(7)；在该轨道上配重(16)的一侧设置牵引绞车(10)；牵引绞车(10)通过上牵引钢丝绳(9)牵引模拟矿车(7)让模拟矿车(7)在直线轨道(17)上运行，用于模拟在倾斜轨道上的被模拟列车的运行状况。

说明书

技术领域

本发明分开一种在平面轨道上模拟倾斜轨道上车辆运行状态的方法，属倾斜轨道机械运 输技术领域。

背景技术

2010年6月14日，申请人本人向国家知识产权局提交了名称为“一种倾斜井巷轨道运 输防跑车方法”的发明专利，申请号201010208024.8，授权公告号CN101857042B。该发明专 利公开了一种倾斜井巷轨道运输防跑车方法。

该技术方案中未提及倾斜井巷倾角为多少，在实际应用中，倾斜井巷的倾角对制动装置 的灵敏性和可靠性影响十分突出。倾斜轨道铺设在倾斜井巷的底板上，一般倾斜轨道的倾角 和倾斜井巷的倾角一样。简单地说，倾斜井巷的倾角越大，钩头车的重力在倾斜井巷的倾斜 方向的分力就越大，而钩头车制动装置克服牵引钢丝绳的摩擦力所需的拉力就越小，因此制 动装置的灵敏性和可靠性就越高。

由于不同倾角的倾斜井巷，钩头车克服牵引钢丝绳的摩擦力所需的拉力还随牵引绞车的 规格型号、轨道布置方式、钢丝绳的规格型号以及在倾斜轨道上运行的列车的载重和运行状 态等诸多因素有关，其大小很难用公式定量地精确地计算出来。为了精确把握制动装置的灵 敏性和可靠性，必须采用倾斜井巷轨道运输模拟的方式进行测定。

但是，对不同倾角的倾斜井巷轨道运输的模拟，搭建不同的现场模拟环境，成本较高， 难点较大，又不便于操作。

发明内容

本发明旨在提供一种在平面轨道上模拟倾斜轨道上车辆运行状态的方法，通过倾斜井巷 轨道车辆受力情况的分析和测定，将这些受力情况折算在平面轨道上运行的车辆上，在平面 轨道上模拟倾斜轨道上车辆运行状态，达到只用一种平面轨道就可以模拟不同倾角的倾斜井 巷上车辆的运行状况的目的。

为了达到上述的目的，本发明所采取的技术方案是：在水平面上铺设长度＞50m的直线轨 道，直线轨道上放置模拟矿车；直线轨道两端分别设置下龙门架和上龙门架；通过下龙门架 和上龙门架分别设置模拟矿车的下配重牵引装置和上配重牵引装置，即下配重牵引装置为下 配重通过下滑轮组、下导向轮后由下配重钢丝绳牵引模拟矿车，上配重牵引装置为上配重通 过上滑轮组、上导向轮后由上配重钢丝绳牵引模拟矿车；在该轨道上配重的一侧设置牵引绞 车；牵引绞车通过上牵引钢丝绳牵引模拟矿车让模拟矿车在直线轨道上运行，用于模拟在倾 斜轨道上的被模拟列车的运行状况。

理论基础：力是使物体运动状态变化的原因，物体的运动状态及运动性质由加速度、速 度等物理量描述。因此物体的运动过程也通过这些物理量的变化反映出来。这种以分析力得 出其它物理量变化规律的方法称为动力学方法，也是分析物理过程的重要方法。

实际模拟：

模拟矿车与被模拟列车的质量相同。

下龙门架上和上龙门架上分别设置滑轮组，滑轮组的省力倍数分别等于模拟矿车跑动长 度和各自龙门架有效高度的比率。

牵引绞车模拟在倾斜井巷上部布置的提升绞车。

上配重牵引装置模拟钢丝绳的摩擦力，该摩擦力在倾斜轨道模拟点处实测获得；下配重 牵引装置模拟被模拟列车的重力在倾斜方向的分力和被模拟列车的滚动摩擦力的合力；被模 拟列车的滚动摩擦力的方向和被模拟列车运动方向相反，数值是被模拟列车的重力在倾斜轨 道方向的分力和被模拟列车在倾斜轨道处运行的滚动摩擦系数的积。

由于倾斜井巷提升系统设置钩头车的目的是为了在钩头车的重力在倾斜方向上的分力作 用下将钩头车顺利地下放到倾斜井巷的下车场，因此钩头车的重力在倾斜方向上的分力应大 于钢丝绳的最大摩擦力，所以，以下论述都是在该前提下进行的。

模拟时，主要出于考察制动装置的灵敏性和可靠性，如果分别模拟出被模拟列车空载时 和重载时进行制动的最容易实现的极点和最困难实现的极点，其制动装置符合要求，从而推 断在被模拟列车在其它载荷在其它位置也是满足要求的，则说明其灵敏性和可靠性也满足要 求。因此，找出制动的最容易实现的极点和最困难实现的极点十分重要。

对于制动装置的灵敏性，制动装置内部弹簧的弹簧系数越大越好，弹簧系数越大，制动 力就越大，制动时间就越短，制动装置的动作越灵敏；对于制动装置的可靠性，制动装置内 部弹簧的弹簧系数越小越好，弹簧系数越小，制动力就越小，制动时间就越长，误动作的机 率就越小，制动装置就越可靠。

钩头上一旦安装了某一制动装置，该制动装置内部弹簧就不能改变。分析可知，在被模 拟列车空载时和重载时分别进行制动时，最容易实现的极点都是在倾斜轨道运输线的上部车 场竖曲线与倾斜轨道的接点处，而最困难实现的极点都是在轨道运输线的倾斜轨道与下部车 场竖曲线的接点处。

在被模拟列车空载时和重载时进行制动的比较，由于重载制动前牵引绞车的钢丝绳受到 最大牵引力的作用，制动装置内部弹簧处于压缩状态相对空载来说更容易保证，也就是说制 动装置的可靠性越高；不管是空载不是重载，制动装置发生制动，制动装置内部弹簧克服钢 丝绳与钩头车之间的拉力，使牵引钢丝绳与钩头车的相对位置发生变化即距离变小进行制动， 而钢丝绳的摩擦力远小于钩头车重力在倾斜方向上的分力，即制动装置内部弹簧主要克服的 是钢丝绳的摩擦力，该摩擦力只与钢丝绳的长度有关，与在被模拟列车是空载还是重载关系 不大。也就是说，单纯考虑牵引钢丝绳与钩头车的相对位置发生变化，制动装置的灵敏性与 在被模拟列车是空载还是重载关系不大。

在被模拟列车上行时和下行时进行制动的比较，由于上行时倾斜轨道上被模拟列车发生 跑车事故存在由上行变为停止再变为下行的过程，相对于下行时被模拟列车直接下行跑车， 反应时间要长，在相同制动时间的情况下，制动时被模拟列车滚动长度要短，制动装置的灵 敏性要高。

在被模拟列车上行或下行的变速区间进行制动的比较，因为被模拟列车上行减速或下行 加速时，被模拟列车的重力在倾斜方向的分力大于钢丝绳对钩头车的拉力，所以当发生断绳 跑车事故时制动装置的灵敏性会降低；相反，因为被模拟列车下行减速或上行加速时，被模 拟列车的重力在倾斜方向的分力小于钢丝绳对钩头车的拉力，所以当发生断绳跑车事故时制 动装置的灵敏性会增加。

在被模拟列车牵引钢丝绳发生断裂位置时进行制动的比较，由于制动装置内部弹簧克服 牵引钢丝绳摩擦力和使钢丝绳与钩头车相对位置发生变化的质量加速度所需的拉力，因此， 钢丝绳在牵引绞车滚筒固定处发生断裂要比钢丝绳在与钩头车联接处发生断裂，制动装置的 可靠性和灵敏性都要低。

综上，钢丝绳在牵引绞车滚筒固定处发生断裂，在被模拟列车只有一辆钩头并处于下行 加速且下行到倾斜轨道与下部车场竖曲线的接点处时，制动装置的可靠性最差，制动装置的 灵敏性最低。

本发明的效果显著：

1、在一个平面轨道上可以对不同倾角的倾斜轨道中运行的不同载重的列车运行到每一 点的运行状况进行模拟，大大降低产品工业性试验的难度，为产品适应不同倾角的倾斜井巷 工业化生产提供了保障。

2、分别模拟空载时和重载时制动的最容易实现的极点和最困难实现的极点是否符合灵 敏性和可靠性的要求，进而推断在被模拟列车在其它载荷在其它位置时制动装置灵敏性和可 靠性是否满足要求，这种模拟方法降低了工业性试验的难度。

3、该模拟倾斜轨道上车辆运行状态的方法通过实测获得的钢丝绳的摩擦力，巧妙解决了 试验时用理论无法精确计算钢丝绳摩擦力的难题，使工业性试验的结果更真实可信。

4、该模拟倾斜轨道上车辆运行状态的方法利用滑轮组巧妙解决了模拟列车牵引长度和配 重落差之间的匹配问题，大大降低了龙门架的高度，节约了成本。

附图说明

附图为在平面轨道上模拟倾斜轨道上车辆运行状态的方法的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的结构。

附图中：1.下龙门架，2.下滑轮组，3.下配重，4.下导向轮，5.枕木，6.下配重钢丝绳， 7.模拟矿车，8.制动装置，9.上牵引钢丝绳，10.牵引绞车，11.固定架，12.上导向轮，13. 上龙门架，14.上滑轮组，15.上配重钢丝绳，16.上配重，17.直线轨道，18.制动轨，。

如图所示，在水平面上铺设长度＞50m的直线轨道17，直线轨道17上放置模拟矿车7； 直线轨道17两端分别设置下龙门架1和上龙门架13；通过下龙门架1和上龙门架13分别设 置模拟矿车7的下配重牵引装置和上配重牵引装置，即下配重牵引装置为下配重3通过下滑 轮组2、下导向轮4后由下配重钢丝绳6牵引模拟矿车7，上配重牵引装置为上配重16通过 上滑轮组14、上导向轮12后由上配重钢丝绳15牵引模拟矿车7；在该轨道上配重16的一侧 设置牵引绞车10；牵引绞车10通过上牵引钢丝绳9牵引模拟矿车7让模拟矿车7在直线轨 道17上运行，用于模拟在倾斜轨道上的被模拟列车的运行状况。

所述的模拟矿车7，与被模拟列车的质量相同。

所述的下滑轮组2和上滑轮组14，分别设置在直线轨道17两端的下龙门架1和上龙门 架13上，滑轮组的省力倍数等于模拟矿车7有效跑动长度和各自龙门架有效高度的比率。

所述的牵引绞车10，模拟在倾斜井巷上部布置的提升绞车。

所述的下配重3，模拟被模拟列车的重力在倾斜方向的分力和列车滚动摩擦力的合力； 列车滚动摩擦力的方向与在倾斜轨道模拟点处被模拟列车的运动方向相反，数值是被模拟列 车重力在倾斜轨道垂直方向的分力和被模拟列车在倾斜轨道上运行的滚动摩擦系数的积，因 被模拟列车在倾斜轨道上运行的滚动摩擦系数很小，故该滚动摩擦力忽略不计；在忽略下配 重牵引装置自身系统摩擦力和被模拟列车滚动摩擦力的情况下，下配重3的配重为被模拟列 车重力在倾斜方向的分力和下滑轮组2的省力倍数的积。

所述的上配重16，模拟钢丝绳的摩擦力，该摩擦力在倾斜井巷模拟点处实测获得；在忽 略上配重牵引装置自身系统摩擦力的情况下，上配重16的配重为实测获得的钢丝绳的摩擦力 和上滑轮组14的省力倍数的积。

所述的实测获得的钢丝绳的摩擦力，因在模拟制动时，制动力必然产生钢丝绳和被模拟 列车之间的距离的相对缩短，且被模拟列车在倾斜井巷在倾斜方向的分力远大于钢丝绳的摩 擦力，故实测获得的钢丝绳的摩擦力为模拟点钢丝绳的最大摩擦力，即钢丝绳在牵引绞车滚 筒固定处发生断裂时的摩擦力。

现被模拟列车只有一辆钩头并处于下行加速且下行到倾斜轨道与下部车场竖曲线的接点 处的运行状态：

第一步，将与被模拟的钩头车质量相同的模拟矿车7牵引到上配重牵引装置一侧靠牵引 装置附近，锁紧牵引绞车。

第二步，在模拟矿车7上、直线轨道17上、上牵引钢丝绳9上安装传感器及测量仪器。

第三步，计算空载时钩头车重力在倾斜轨道与下部车场竖曲线的接点处在顷斜巷道倾斜 方向的分力，该分力和下滑轮组2的省力倍数的积作为下配重3的配重，钩头车在行驶过程 中的滚动摩擦力忽略不计。

第四步，测定倾斜轨道与下部车场竖曲线的接点处钢丝绳的最大摩擦力，该摩擦力和上 滑轮组14的省力倍数的积作为上配重的配重，上配重牵引装置的系统摩擦力忽略不计。

第五步，按照被模拟的提升系统设计的提升速度图及力图确定下行加速段提升绞车的拉 力。

第六步，松开牵引绞车10并将牵引绞车10的拉力调至第五步确定拉力，运行3秒，停 车；模拟矿车7运行时，由模拟矿车7上、直线轨道17上和上牵引钢丝绳9上安装的传感器 及测量仪器实时记录测量数据。

第七步，分析测量数据得出在平面轨道上模拟倾斜轨道上车辆运行状态。