高速列车转向架舱内流场状态测试装置及方法

摘要

本发明属于铁路车辆领域，公开了一种高速列车转向架舱内流场状态测试装置及方法，转向架四周由裙板和端板组成，测试装置包括：均匀设置在裙板和端板内壁上的多个测试点、安装在转向架舱内的多个摄像装置、通过管道与转向架内腔连通的烟雾发生器、以及设置在转向架顶部的一个或多个烟雾出口，每个测试点均连接有试带，测试点的距离大于试带长度的两倍。本发明具有以下好处：测试方法简单有效，能够真实呈现转向架舱内的空气流动状态；测试设备结构简单，试验成本低，可操作性好；通过观察荧光试线，实时监测记录端板及裙板处的气流流向；通过烟雾发生器向转向架舱内发射彩色烟雾，实时监测记录转向架仓内区域的气体流动状况。

说明书

技术领域

本发明涉及铁路车辆技术领域，特别涉及高速列车转向架舱内流 场状态测试装置及方法。

背景技术

高速列车在风雪环境中运行时，转向架区域会有积雪结冰的现 象，为了解决转向架区域的积雪结冰问题，需要掌握转向架舱内空气 的流动状况，而转向架舱两侧端板以及两侧裙板处的气流流向对确定 防积雪改进方案的制定极为重要。由于转向架内部结构极为复杂，使 得转向架舱内的空气流动状态也极为复杂。通过仿真计算的方法虽然 可以获得转向架舱内的流场状况，但是仿真计算时，受到计算条件的 限制，会对转向架的结构进行简化处理，计算结果难免会与转向架舱 内真实的空气流动状态存在一定的差异，不利于确定防积雪改进方案 的确定，导致转向架内积雪结冰无法彻底清除。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：为解决高速列车在风雪环境中行驶 时，转向架舱内容易有积雪结冰，需要根据转向架内气流的流动状态 进行改进，以便减少冰雪结冰现象的发生；通过仿真计算虽然可以得 到空气流动的模拟状态，但是由于转向机内部结构复杂，受到计算条 件的限制，需要对转向架的模型进行简化处理，才能完成仿真计算， 得到的结果与转向架舱内气流的真实流动状态必然存在差异，对于防 积雪改进方案的确定有很大的影响，无法实现彻底防止积雪结冰的问 题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高速列车转向架舱内 流场状态测试装置，包括：均匀设置在转向架四周的裙板和端板内壁 上的多个测试点、安装在转向架舱内的多个摄像装置、通过管道与转 向架内腔连通的烟雾发生器、以及设置在转向架顶部的一个或多个烟 雾出口，每个测试点均连接有试带，测试点的距离大于试带长度的两 倍；烟雾发生器用于向转向架舱内喷射烟雾，摄像头用于捕获试带的 偏转状态以及烟雾的运动状态。

其中，所述试带为软质条状结构，其一端固定在测试点处，另一 端自由垂下，可以随气流的运动发生摆动。

其中，所述试带上涂有荧光层。

其中，所述摄像装置上设有补光单元，所述补光单元用于使得所 述摄像装置能获取到清晰的图像或视频。

其中，烟雾发生器设置在转向架舱外，并通过管道与转向架舱连 通。

其中，所述烟雾发生器喷出的烟雾为彩烟。

高速列车转向架舱内流场状态测试方法，包括以下步骤：

S1：在列车运行状态下，开启摄像装置，拍摄端板和裙板内壁上 各测试点处试带的偏转方向；

S2：根据步骤S1的拍摄结果，分析测试点处气流的运动状态；

S3：打开烟雾发生器与摄像装置，烟雾发生器喷出的烟雾通过管 道进入转向架舱，并随着转向架舱内的气流移动，最终通过烟雾出口 排出；摄像装置实时拍摄烟雾的运动状态；

S4：根据步骤S3拍摄到的烟雾运动状态，分析获得烟雾在转向 架舱内的运动轨迹。

其中，在步骤S1与S3中，补光单元根据转向架内的光照情况， 自动开启或关闭。

优选的，所述步骤S1与S3同时进行。

优选的，所述步骤S1与S3独立进行。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：

1)测试方法简单安全有效，能够真实呈现转向架舱内的空气流 动状态；

2)测试设备结构简单，试验成本低，试验成效好，测点布置简 单可操作性好；

3)通过观察荧光试线，可实时监测记录转向架舱两侧端板及两 侧裙板处的气流流向；

4)通过彩烟发射装置向转向架舱内发射彩烟，根据烟雾的运动 轨迹实时监测记录转向架仓内区域的气体流动状况。

附图说明

图1是本发明高速列车转向架舱内流场状态测试装置的俯视结构 示意图；

图2是本发明摄像装置与测试点在转向架上的分布示意图；

图3是本发明烟雾发生器与转向架的位置关系图；

图4是本发明烟雾出口在转向架上的分布示意图。

其中，1、转向架；2、裙板；3、端板；4、测试点；5、摄像装 置；6、烟雾发生器；7、烟雾出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-4所示，本发明高速列车转向架舱内流场状态测试装置及 方法，其中，高速列车转向架舱内流场状态测试装置是用于侧视转向 架舱内气体流场状态的，包括：多条固定在裙板2和端板3内侧壁上的 试带、设置在转向架舱内的摄像装置5、设置在转向架舱外侧并通过 管道与转向架舱连通的烟雾发生器6、以及设置在转向架1顶部的一个 或多个烟雾出口7，在裙板2和端板3的内壁上选择多个均匀分布的测 试点4，每个测试点4都连接有试线，试线为软质条状物，优选使用布 条、丝带等；为便于观测，可在试带上涂一层荧光层。试线的一端固 定在测试点4上，另一端自然垂下，可以随着气流运动；为避免试带 相互缠绕，将测试点4设定为大于试带两倍长度。

试带的偏转状态是指：试带在气流吹动下相对自然下垂状态的偏 转方向，能够表示出气体向前或向后流动即可；烟雾的运动状态是指： 烟雾从进入转向架舱到从烟雾出口离开的这一段时间段内，烟雾的运 动轨迹，该运动轨迹由不同时间点拍摄的图像或视频进行处理得到。

由于烟雾发生器6体积较大，放在转向架舱内会对转向架舱内气 流的运动产生较大的影响，影响测量数据；因此将烟雾发生器6设置 在转向架舱外，并通过管道与转向架舱连通。烟雾发生器6可以喷出 带有色彩的烟雾，烟雾通过管道进入转向架舱后，随着舱内气体一起 流动，最终通过转向架1顶部的烟雾出口7排出。

摄像装置5可自由转动，便于调整方向，获取清晰地、试带飘动 或烟雾流动的视频或照片，用于分析转向架1内流场的分布状态。摄 像装置5设有补光单元，在转向架舱内光线较暗、无法获得清晰的照 片时，开启补光单元，为摄像装置5补充光线。摄像装置5可以根据具 体情况选择合适的位置进行固定，以便获得最佳的拍摄角度。

本发明还公布了一种利用上述装置、对转向架舱内流场的状态进 行测试的、高速列车转向架舱内流场状态测试方法，包括以下步骤：

S1：在列车运行状态下，开启摄像装置5，拍摄端板3和裙板2 内壁上各测试点4处试带的偏转方向；偏转方向可以表示测试点4处 气流的整体流动方向，比如向前或向后。

S2：根据步骤S1的拍摄结果，分析测试点4处气流的运动状态； 即通过照片或视频中各测试点4处试带的偏转方向，分析获得转向架 1的端板3和裙板2内壁处的气体流动方向。

S3：打开烟雾发生器6与摄像装置5，喷出的烟雾通过管道进入 转向架舱，烟雾随着转向架舱内的气流移动，最终通过烟雾出口7排 出；在烟雾经过转向架舱的过程中，摄像装置5实时拍摄烟雾的运动 状态；

S4：根据步骤S3拍摄到的烟雾在不同时间点的运动状态，分析 获得烟雾在转向架舱内的运动轨迹，获得转向架舱内的流场状态。

考虑到天气变化以及夜晚光线较差等因素，在步骤S1与S3进行 的过程中，补光单元实时检测转向架舱内的光线强度，根据转向架1 内的光照情况，自动开启或关闭，为摄像装置5补充光线，以便获取 到最清晰的视频或照片，提高测试的准确度。

测试时，可以选择步骤S1与S3同时进行，即可测得转向架舱内 完整的流场状态；如果确有必要，也可以独立执行步骤S1或步骤S3， 即只测量其中之一，比如不通烟雾，只观察试带的偏转情况，测量裙 板2和端板3内壁处的气体流动状态。

由以上实施例可以看出，本发明通过在转向架舱内设置试带和摄 像装置5，并通过管道向转向架舱内通入有色烟雾，可以直接观察到 转向架舱内气体的流动过程；通过摄像装置5实时记录试带和烟雾的 运动状态，可以得到转向架舱内真实的流场状态；由于测试是在行驶 中的高速列车的转向架舱内进行，所有数据都是实时采集得到的，无 需对转向架1进行简化、模拟计算，通过简单的处理，就可以得到转 向架舱内的真实流场状态。试带可以是布料、丝带等常见的材质，为 便于观察，可在试带上涂覆一层荧光粉，形成荧光层，操作简单；试 带直接粘在转向架1内壁上，测试装置结构简单，制作成本较低；体 积较大方的烟雾发生器6设置在转向架舱外，避免对转向架舱内的流 场造成影响。整套测试结构简单，测试方法容易操作，只需打开烟雾 发生器6，然后将拍摄到的结果进行处理，就能够得到转向架舱内流 场的状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。