一种转向架在轨道上运行的全尺寸脱轨机理试验台

摘要

一种转向架在轨道上运行的全尺寸脱轨机理试验台，它在铁路轨道的外侧设有牵引车导轨、牵引车导轨与牵引小车的车轮配合，转向架置于牵引小车内，且转向架的前后经钢丝绳与牵引小车相连；铁路轨道前方的驱动装置通过钢丝绳与牵引小车的前端相连；牵引小车左侧部位的前、后两个横向电动缸的缸杆分别通过各自的横向钢丝绳与转向架左侧的前、后轴箱连接；牵引小车前部的左、右两个纵向电动缸的缸杆分别通过各自的纵向钢丝绳与转向架的构架相连。该试验台能随意调节、改变试验参数，可进行车辆脱轨掉道的极端工况的研究，能更真实反映实际的轮轨相互作用特征；试验周期短，成本低；对确保高速、重载铁路安全运营等具有十分重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种转向架脱轨机理试验台。

背景技术

随着现代铁路列车的客运高速化和货运重载化，铁路轮轨系统动力学问题变得更加突出，脱轨事故也时有发生，高速重载运行的列车一旦脱轨将会带来非常大的灾难。虽然自从1896年法国学者Nadal提出了著名的脱轨系数判别准则以来，已经有一百多年的历史，广大铁路科研工作者都曾对脱轨问题进行了长期的研究，但到目前为止，仍尚未完全探明列车脱轨时的轮轨动态相互作用、接触几何关系及机理问题。因此为了保障高速重载列车的安全、舒适运行，进一步开展脱轨机理及轮轨接触几何关系试验研究对解决这一工程科学问题显得尤为重要。

目前为止，铁路机车车辆脱轨试验研究所采用的试验方法主要有：

一、实际车辆在特定的实际线路上脱轨试验，虽然该试验方法可进行真车实线的脱轨试验研究，但具有很多的弊端，主要有：试验中很多动态参数无法精确测量，车辆及轨道试验参数不能随意调节或改变，不能进行车辆脱轨掉道的极端工况的研究，影响线路的正常运行，试验周期长，试验成本昂贵，代价太高等等。

二、室内试验研究，又分为：

比例模型试验：采用比例模型试验的难点是对非线性轮轨关系进行精确模拟及其相似关系的理论研究，比例模型试验台相似试验结果的正确与否取决于其与实物的相似关系，除了要在几何上相似外，还要求在蠕滑力、摩擦系数等方面相似，由于非线性轮轨关系的存在，在蠕滑系数上很难得到动力学相似关系所需的相似比，因此，难以用一般的相似关系从比例模型试验台结果中精确估计全尺寸线路的脱轨状态。

全尺寸机车车辆整车滚动振动试验台，以有限半径的滚轮滚动代替钢轨进行试验。能够模拟轮对在单因素及几种因素共同作用下的爬轨脱轨过程，通常采用纯滚动试验台或者滚振结合的试验台，但都是以有限半径的滚轮代替钢轨，圆形滚轮与细长钢轨有本质的区别，这势必改变轮轨接触几何关系，导致轮轮接触状态的接触斑形状和尺寸有别于实际轮轨接触状态，从而无法反映实际的轮轨相互作用特征。

因此上述的脱轨试验方法及装置对脱轨机理研究存在明显的不足和缺点。通过发明合适的方法，实现转向架在轨道上运行的全尺寸脱轨机理试验研究，将成为高速重载列车/轨道大系统安全运行科学问题研究的重要基础，也将为列车脱轨机理与控制研究提供创新性试验平台，对确保高速、重载铁路安全运营等具有十分重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种转向架在轨道上运行的全尺寸脱轨机理试验台，该试验台能随意调节、改变试验参数，可进行车辆脱轨掉道的极端工况的研究，能更真实反映实际的轮轨相互作用特征；从而为列车脱轨机理与控制研究提供更加真实有效的试验数据；试验周期短，成本低；对确保高速、重载铁路安全运营等具有十分重要意义。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种转向架在轨道上运行的全尺寸脱轨机理试验台，包括试验用的铁路轨道、铁路轨道上放置的试验用的转向架，其特征在于：所述的铁路轨道的外侧设有牵引车导轨、牵引车导轨与牵引小车的车轮配合，转向架置于牵引小车内，且转向架的前后经钢丝绳与牵引小车相连；铁路轨道前方的驱动装置通过钢丝绳与牵引小车的前端相连；牵引小车左侧部位的前、后两个横向电动缸的缸杆分别通过各自的横向钢丝绳与转向架左侧的前、后轴箱连接；牵引小车前部的左、右两个纵向电动缸的缸杆分别通过各自的纵向钢丝绳与转向架的构架相连。

本发明的试验过程是：驱动装置通过钢丝绳驱动牵引小车沿牵引车导轨前进；同时，牵引小车再通过钢丝绳带动试验用的转向架沿铁路轨道前进。牵引小车通过其前部的左、右两个纵向电动缸向转向架持续施加左右两个独立的纵向作用力，以调节轮对的冲角；而牵引小车左侧部位的前、后横向电动缸则为转向架轮对持续提供前、后两个独立的横向激扰力(由于列车左、右两侧对称，只需研究一侧的脱轨机理，因此本发明只在左侧施加横向激扰力)；当转向架在运行过程中发生轮对脱轨时，纵向电动缸停止施加纵向作用力，横向电动缸停止施加横向激扰力，同时，驱动装置停止工作，制动轨道牵引小车。在试验过程中采用相应的仪器测试并记录横向激扰力、纵向作用力、轮对冲角、轮轨横向力、轮轨垂向力等试验参数，为列车脱轨机理与控制研究提供更加真实有效的试验数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、试验用的转向架和轨道与真实的转向架和轨道完全相同，从而实现1∶1全尺寸的脱轨机理试验。轮轨接触状态的接触斑形状和尺寸也与实际轮轨接触状态相同，能真实反映实际的轮轨相互作用特征，能够为列车脱轨机理与控制研究提供更加真实有效的试验数据。

二、试验时转向架的运行速度可控，可研究不同速度对轮对脱轨及其轮轨关系的影响；横向电动缸加载的前、后横向激扰力独立可控，方便研究轮轨横向力大小对脱轨及其轮轨关系的影响；纵向电动缸加载的左、右纵向作用力也独立可控，即轮对的冲角是可控的，能方便的研究轮对冲角大小对脱轨及其轮轨关系的影响。总之，本发明可随意调节、改变及测量车辆及轨道的试验参数；同时，由于不是真车，因此可进行车辆脱轨掉道的极端工况的研究，从而本发明能对车辆的脱轨机理进行全面深入的试验与分析研究。对确保高速、重载铁路安全运营等具有十分重要意义。

三、较之真车试验，本发明不影响列车的正常运行，试验方便、周期短、成本低，便于实施。

四、试验时，钢轨既可采用标准型面，也可以人为的设置不同形状，研究钢轨几何型面对轮对脱轨及其轮轨关系的影响；同时，扣件可以是标准扣件，也可以改变扣件结构形式，研究不同的扣件刚度对轮对脱轨及其轮轨关系的影响，从而为新型的钢轨和扣件的研发提供有效的试验依据。

上述的转向架上设置有载荷架，载荷架内放置配重。通过增加配重的数量及调整配重分布，可实现不同荷载及左、右轮均载或偏载的施加，研究不同载荷情况对轮对脱轨及其轮轨关系的影响。

上述的铁路轨道的钢轨下面设置有斜铁。这样，轨底坡大小可调，如可调节为1∶20、1∶30、1∶40，方便研究不同轨底坡对轮对脱轨及其轮轨关系的影响。

上述的牵引小车左侧的前、后部位分别设有沿牵引车导轨的外缘滚动的限位轮。这样，在牵引小车通过横向电动缸从左侧向转向架施加横向激扰力时，可以避免自身向右的大的横向运动位移，防止牵引小车脱离牵引车导轨，使试验更可靠、成本低。

上述的两个横向电动缸分别安装在牵引小车左侧部位的可前后移动的基座上。可前后移动的基座使得两个横向电动缸的加载角度可调，确保加载力的方向与轮对轴向一致，以避免产生纵向的分力，保证试验条件与参数的精确可控。

上述的驱动装置的钢丝绳绕过驱动轮后与牵引小车的前端相连，牵引小车的后端也连有钢丝绳，该钢丝绳绕过回收轮再绕在驱动装置的驱动轮上，而与牵引小车前端的钢丝绳形成闭环。形成闭环的钢丝绳长度恒定，便于调试与维护。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的俯视结构示意图。

图2为本发明实施例的主视结构示意图。

图3为图1的A-A剖视图。

图4为图3中的局部I的放大图。

图1、图2中的箭头指向的方向为前方(即列车前进的方向)。

具体实施方式

实施例

图1～3示出，本发明的一种具体实施方式是：一种转向架在轨道上运行的全尺寸脱轨机理试验台，包括试验用的铁路轨道3、铁路轨道3上放置的试验用的转向架6。铁路轨道3的外侧设有牵引车导轨4、牵引车导轨4与牵引小车5的车轮配合，转向架6置于牵引小车5内，且转向架6的前后经钢丝绳15a、15b与牵引小车5相连；铁路轨道3前方的驱动装置14通过钢丝绳2a与牵引小车5的前端相连；牵引小车5左侧部位的前、后两个横向电动缸8a、8b的缸杆分别通过各自的横向钢丝绳9a、9b与转向架6左侧的前、后轴箱11a、11b连接；牵引小车5前部的左、右两个纵向电动缸13a、13b的缸杆分别通过各自的纵向钢丝绳12a、12b与转向架6的构架相连。

本例的转向架6上设置有载荷架16，载荷架16内放置配重17。

图3、图4示出，本例的铁路轨道3的钢轨下面设置有斜铁18。

图1、图2示出，本例的牵引小车5左侧的前、后部位分别设有沿牵引车导轨4的外缘滚动的限位轮7a、7b。

图1及图3示出，本例的两个横向电动缸8a、8b分别安装在牵引小车5左侧部位的可前后移动的基座10a、10b上。

图1～2示出，本例的驱动装置14的钢丝绳2a绕过驱动轮后与牵引小车5的前端相连，牵引小车5的后端也连有钢丝绳2b，该钢丝绳2b绕过回收轮1再绕在驱动装置14的驱动轮上，而与牵引小车6前端的钢丝绳2a形成闭环。