重载列车车钩智能三态试验装置及其试验方法

摘要

本发明为一种重载列车车钩智能三态试验装置及试验方法，属于铁路车辆车钩的连挂和摘解技术领域。本发明装置包括机件系统、动力传动系统和电气控制系统，机件系统主要由固定支架、模具面板、冲击座和车钩组成，动力传动系统包括两套传动机构，一套为开锁和全开试验传送动力，另一套为闭锁试验传送动力，电气控制系统主要用于控制传动机构进行动作。通过本发明所述模具可以智能、快速、直观地自动演示车钩的三态过程，使员工们能简便直观、通俗易懂的了解和掌握车钩的组成结构和车钩三态的动作原理，为实现对铁路货车车辆车钩的技术检查和故障处理奠定基础。

说明书

技术领域

本发明属于铁路车辆技术领域，特别涉及铁路车辆车钩的连挂和摘解，具体是一种重载列车车钩智能三态试验装置及其试验方法。

背景技术

随着国能铁路新车型、新技术的不断引进，为了顺应国能铁路快速发展的要求，更好的服务于国能铁路，只有不断提高员工的技术业务水平，为此我们需要进一步提高创新意识，丰富员工培训手段，激发员工的学习兴趣从而更好的提高教学质量，全面提升员工综合技能水平。

铁路车辆的连挂和分离是靠车钩的连挂和摘解实现的，而车钩的连挂和摘解过程即为车钩的三态动作过程，大部分员工对车钩的结构及其连挂、摘解原理的学习和掌握还不甚透彻，为此我们急需设计一种车钩三态的试验装置，员工通过在装置上对车钩三态的过程进行试验，从而能够更加充分的对铁路车辆的连挂和分离进行学习认识，以提高综合技能水平。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种重载列车车钩智能三态试验装置及其演示方法。本发明装置及方法是以车钩缓冲装置为基础，利用既有的铁路货车车钩，通过技术改进将其研发成为可以智能化、自动化对车钩三态工作原理进行试验的模具，使员工们简便直观、通俗易懂的了解和掌握车钩的组成结构和车钩三态的动作原理，促使员工的综合技能得到加强。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种重载列车车钩智能三态试验装置，包括机件系统、动力传动系统和电气控制系统；

机件系统包括固定支架、模具面板、冲击座和车钩，模具面板安装在固定支架的顶部，冲击座安装在固定支架上位于模具面板下方的位置处，车钩的钩头固定在冲击座上；车钩的钩头内设有钩舌销、下锁销、下锁销杆、锁铁组成、下锁销转轴、钩舌及钩舌推铁，钩舌头部通过钩舌销与钩头铰接，下锁销的上端通过下锁销杆与锁铁组成的下端连接，钩舌推铁水平安装并设于锁铁组成的内侧；

动力传动系统包括安装在固定支架上的两套独立的传动机构，第一套传动机构包括安装有减速器的步进电机I、动力摆臂I、活动推杆I和弧形连杆，步进电机I由电气控制系统驱动，动力摆臂I的一端连接在步进电机I减速器的输出端上，动力摆臂I的另一端与活动推杆I的一端连接，活动推杆I的另一端与弧形连杆的一端连接，弧形连杆的另一端与车钩的下锁销转轴连接；第二套传动机构包括安装有减速器的步进电机II、动力摆臂II、活动推杆II、连接微调螺栓和可调连杆，步进电机II由电气控制系统驱动，动力摆臂II的一端连接在步进电机II减速器的输出端上，动力摆臂II的另一端与活动推杆II的一端连接，活动推杆II的另一端与可调连杆的一端之间通过连接微调螺栓连接，可调连杆的另一端与车钩的钩舌销连接。

进一步的，电气控制系统安装在固定支架上，其包括电源、电源驱动、转换控制器、步进控制器I和步进控制器II，电源分别与转换控制器及电源驱动连接，转换控制器分别与步进控制器I及步进控制器II连接，电源驱动分别与步进电机I和步进电机II连接。

进一步的，本发明装置还包括语音控制系统，语音控制系统通过继电器与转换控制器连接。语音控制系统主要由智能语音控制装置、音响、语音控制器组成；语音控制系统通过继电器与电气控制系统23中的转换控制器连接，由智能语音控制装置接收、处理及传达语音指令，由转换控制器、音响及语音控制器实现与三态机械动作同步。

进一步的，本发明装置还包括照明装置，照明装置安装在车钩内部。

进一步的，模具面板上安装有计算机显示器和控制面板，控制面板分别与电气控制系统、语音控制系统、照明装置及计算机显示器相连。

进一步的，第一套传动机构中，步进电机I采用立式安装，其轴向沿水平方向设置，动力摆臂I在竖向平面内转动，活动推杆I的一端开设有沿其长度方向设置的第一滑槽，该端通过螺栓与动力摆臂I铰接连接，螺栓滑动卡置在第一滑槽内，活动推杆I的另一端延设有弯头；弯头通过螺栓与弧形连杆的一端铰接连接，弧形连杆包括弧形杆段，弧形杆段的一端通过螺栓与活动推杆I上的弯头铰接连接，另一端向弧形杆段的圆心处折弯有直杆段，直杆段的另一端与下锁销转轴固定连接；

第二套传动机构中，步进电机II采用坐式安装，其轴向沿竖直方向设置，动力摆臂II在水平平面内转动，活动推杆II的一端开设有沿其长度方向设置的第二滑槽，该端通过螺栓与动力摆臂II铰接连接，螺栓滑动卡置在第二滑槽内，活动推杆II的另一端底部固定有调节螺母；可调连杆的一端底部固定有调节螺母，另一端与钩舌销固定连接；连接微调螺栓包括连接块，连接块的两端分别固定有螺杆，并且两侧的螺杆分别螺纹连接在活动推杆II和可调连杆上的调节螺母内。

本发明还提供了上述重载列车车钩智能三态试验装置的试验方法，包括如下步骤：

1）闭锁位置：利用电气控制系统驱动步进电机II，再经动力摆臂II、活动推杆II、连接微调螺栓及可调连杆使钩舌尾部绕钩舌销旋转而转入车钩的钩锁腔内，锁铁组成以自重落下，锁铁组成卡在钩舌尾部侧面及钩锁腔侧壁面之间，挡住钩舌使之不能张开；同时，由于下锁销顶部的定位突缘的支点作用，使下锁销带动下锁销杆向钩锁腔后壁偏转，下锁销的下部防跳台偏于钩锁腔后壁的防跳台下起防跳作用，形成闭锁位置；

2）开锁位置：通过电气控制系统驱动步进电机I，再经动力摆臂I、活动推杆I及弧形连杆带动下锁销转轴旋转，同时下锁销杆、下锁销沿着下锁销孔上移，使下锁销向钩锁腔内转动，脱离防跳位置并带动锁铁组成上移，越过钩舌尾部；由于锁铁组成头部偏重，其腿部向后偏移，动力摆臂I复位时，锁铁组成腿部坐在钩舌推铁上，使锁铁组成不能落下，形成开锁位置；

3）全开位置：通过电气控制系统驱动步进电机I，由闭锁位置或开锁位置转动动力摆臂I至最大行程处，带动锁铁组成充分上移，锁铁组成的腿部向后转动并踢动钩舌推铁，使钩舌推铁以其轴转动，钩舌推铁踢动钩舌尾部侧面，使钩舌以钩舌销为轴张开，形成全开位置。

进一步的，全开位置演示过程中，利用电气控制系统驱动步进电机I，再经动力摆臂I、活动推杆I、弧形连杆及下锁销转轴使钩舌以钩舌销为轴迅速张开，加快全开锁过程。

本发明具有如下有益效果：

1）通过本发明装置可以智能、快速、直观地对车钩的三态过程进行试验，使员工们能简便直观、通俗易懂的了解和掌握车钩的组成结构和车钩三态的动作原理，为铁路运输生产现场车钩的连挂和摘解打下实践基础；

2）本发明装置的动力传动系统是由电气控制系统自动控制，精确度高，可重复操作及演示；

3）本发明装置可用于试验不同规格型号的车钩，通用性强；

4）本发明装置结构紧凑，拆卸方便，既可作为实验室内的教学模具，也可作为铁路一线的试验模具。

附图说明

此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明装置的结构主视图。

图2为本发明装置的结构侧视图。

图3为本发明装置的结构俯视图。

图4为本发明装置中第一套传动机构的结构示意图。

图5为本发明装置中第二套传动机构的结构示意图。

图6为本发明装置中车钩三态示意图。

图7为本发明装置的控制系统示意图。

图中：1-固定支架、2-模具面板、3-冲击座、4-车钩、5-底座、6-步进电机I、7-动力摆臂I、8-活动推杆I、9-弧形连杆、9-1-弧形杆段、9-2-直杆段、10-第一滑槽、11-弯头、12-步进电机II、13-动力摆臂II、14-活动推杆II、15-连接微调螺栓、16-可调连杆、17-第二滑槽、18-调节螺母、19-连接块、20-螺杆、21-计算机显示器、22-控制面板、23-电气控制系统；

a-钩舌销、b-下锁销杆、c-下锁销、d-锁铁组成、e-下锁销转轴、f-钩舌、g-钩舌推铁；

（A）-闭锁状态、（B）-全开状态、（C）-开锁状态。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合参考附图并结合实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例中采用17型重载列车车钩进行说明，该车钩由钩头、钩身及钩尾三部分组成，车钩前端粗大的部分为钩头，钩头内设有钩舌销、下锁销、下锁销杆、锁铁组成、下锁销转轴、钩舌及钩舌推铁，如图6所示，钩舌头部通过钩舌销与钩头铰接，下锁销的上端通过下锁销杆与锁铁组成的下端连接，钩舌推铁水平安装并设于锁铁组成的内侧；车钩中部为钩身，车钩后部为钩尾，在钩尾上开有垂直钩尾销孔，以便与钩尾框联结。

车钩三态包含闭锁位置、开锁位置、全开位置，如图6所示，其中，（A）表示闭锁状态、（B）表示全开状态、（C）表示开锁状态。锁闭位置：为两车钩互相连挂时所处的位置；开锁位置：为摘解车辆时的预备位置；全开位置：为车钩再次连挂的准备位置。

重载列车车钩智能三态试验装置，包括机件系统、动力传动系统、电气控制系统23、语音控制系统、照明装置。

机件系统是智能车钩三态试验自动演示教学模具的基础部分，也是零部件组成最多的部分，机件系统包括固定支架1、模具面板2、冲击座3和车钩4，如图1至图3所示，固定支架1的底部固定有底座5，模具面板2安装在固定支架1的顶部，冲击座3安装在固定支架1上位于模具面板2下方的位置处，车钩4的钩头固定在冲击座3上；车钩4的钩头内设有钩舌销a、下锁销c、下锁销杆b、锁铁组成d、下锁销转轴e、钩舌f及钩舌推铁g，钩舌f头部通过钩舌销a与钩头铰接，下锁销c的上端通过下锁销c杆与锁铁组成d的下端连接，钩舌推铁g水平安装并设于锁铁组成d的内侧。

动力传动系统将电机运转时所产生的机械能通过杠杆部件直接作用在锁头内对应配件上，从而达到车钩三态试验自动演示的目的，在此动力传动系统中采用杠杆直联方式进行传动，主要原因是杠杆直联传动具有力学仿真度高、定位准、精度高、稳固牢靠等优点，在传动过程中不但偏移量小，而且还能高效利用电机输出功率；动力传动系统包括安装在固定支架1上的两套独立的传动机构，即：第一套传动机构和第二套传动机构，第一套传动机构为开锁和全开试验传送动力，第二套传动机构为闭锁试验传送动力；

如图4所示，第一套传动机构包括安装有减速器的步进电机I 6、动力摆臂I 7、活动推杆I 8和弧形连杆9，步进电机I 6由电气控制系统23驱动，动力摆臂I 7的一端连接在步进电机I 6减速器的输出端上，动力摆臂I 7的另一端与活动推杆I 8的一端连接，活动推杆I 8的另一端与弧形连杆9的一端连接，弧形连杆9的另一端与车钩4的下锁销c转轴连接；具体的：步进电机I 6采用立式安装，其轴向沿水平方向设置，动力摆臂I 7在竖向平面内转动，活动推杆I 8的一端开设有沿其长度方向设置的第一滑槽10，该端通过螺栓与动力摆臂I 7铰接连接，螺栓滑动卡置在第一滑槽10内，活动推杆I 8的另一端延设有弯头11；弯头11通过螺栓与弧形连杆9的一端铰接连接，弧形连杆9包括弧形杆段9-1，弧形杆段9-1的一端通过螺栓与活动推杆I 8上的弯头11铰接连接，另一端向弧形杆段9-1的圆心处折弯有直杆段9-2，直杆段9-2的另一端与下锁销c转轴固定连接；

如图5所示，第二套传动机构包括安装有减速器的步进电机II 12、动力摆臂II13、活动推杆II 14、连接微调螺栓15和可调连杆16，步进电机II 12由电气控制系统23驱动，动力摆臂II 13的一端连接在步进电机II 12减速器的输出端上，动力摆臂II 13的另一端与活动推杆II 14的一端连接，活动推杆II 14的另一端与可调连杆16的一端之间通过连接微调螺栓15连接，可调连杆16的另一端与车钩4的钩舌销a连接；具体的，步进电机II 12采用坐式安装，其轴向沿竖直方向设置，动力摆臂II 13在水平平面内转动，活动推杆II 14的一端开设有沿其长度方向设置的第二滑槽17，该端通过螺栓与动力摆臂II 13铰接连接，螺栓滑动卡置在第二滑槽17内，活动推杆II 14的另一端底部固定有调节螺母18；可调连杆16的一端底部固定有调节螺母18，另一端与钩舌销a固定连接；连接微调螺栓15包括连接块19，连接块19的两端分别固定有螺杆20，并且两侧的螺杆20分别螺纹连接在活动推杆II 14和可调连杆16上的调节螺母18内。

电气控制系统23为整个演示教学模具动力来源的枢纽部分，它可将电能通过整套系统转化成所需的动能，为车钩三态试验的自动演示提供足够、可靠的动力；如图7所示，电气控制系统23安装在固定支架1上，其包括电源、电源驱动、转换控制器、步进控制器I和步进控制器II，电源分别与转换控制器及电源驱动连接，转换控制器分别与步进控制器I及步进控制器II连接，电源驱动分别与步进电机I和步进电机II连接；其中，转换控制器作为电气控制系统23的总体控制部件，负责协调、控制指令的执行使整个试验过程连贯统一；步进控制器的作用是在得到转换控制器发出的指令后，实现步进电机运转更稳定及不同动作的时长控制；整个电气控制系统23的工作原理就是在接收到动作指令后，通过转换控制器协调、控制的流向，实现整个试验过程中步进电机及语音控制系统的动作控制，使试验满足协调统一的要求。

由于只有动作观察并不能全方位的诠释车钩三态试验的动作原理，为了能够更好的诠释车钩三态试验的动作原理，进一步的加深学习人员对车钩三态试验动作原理的深层次了解，在装置中加装了语音控制系统，语音控制系统主要由智能语音控制装置、音响、语音控制器组成；语音控制系统通过继电器与电气控制系统23中的转换控制器连接，由智能语音控制装置接收、处理及传达语音指令，由转换控制器、音响及语音控制器实现与三态机械动作同步。这样通过语音控制即可将车钩三态试验的步骤以及动作原理随着每一步试验进行有针对性的讲解，即在演示时，通过标准语言，唤醒智能语音控制装置，通过语言下达车钩三态演示指令，智能语音控制装置接收到指令后，通过电气控制系统23中的转换控制器启动动力系统及语音控制器，实现开锁、闭锁、全开动作及语音的播报。

为了便于观察钩头内部各配件的动作过程，在车钩内部安装照明装置，照明装置采用LED灯排，LED灯排能从不同角度将车钩内部零件进行全方位映射，并利用不同颜色的油漆将车钩的各配件涂抹成各不相同的颜色以便于区分，以此来增强视觉效果，方便学习人员更好的观察学习。

模具面板2上安装有计算机显示器21和控制面板22，控制面板22分别与电气控制系统23、语音控制系统、照明装置及计算机显示器21相连；为更深入展示车钩各配件结构及在车钩三态试验的动作过程，特意在控制面板22上增设计算机显示器21，可同步展播车钩立体爆炸图及车钩三态试验动画，不留视觉死角，做到全面演示教学。

上述重载列车车钩智能三态试验装置可实现车钩的连挂或摘解，使车辆因需要可处于连接或分离的状态，其具体演示方法，包括如下步骤：

1）闭锁位置：利用电气控制系统23驱动步进电机II 12，再经动力摆臂II 13、活动推杆II 14、连接微调螺栓15及可调连杆16使钩舌尾部绕钩舌销a旋转而转入车钩4的钩锁腔内，锁铁组成d以自重落下，锁铁组成d卡在钩舌尾部侧面及钩锁腔侧壁面之间，挡住钩舌使之不能张开；同时，由于下锁销c顶部的定位突缘的支点作用，使下锁销c带动下锁销c杆向钩锁腔后壁偏转，下锁销c的下部防跳台偏于钩锁腔后壁的防跳台下起防跳作用，形成闭锁位置；

2）开锁位置：通过电气控制系统23驱动步进电机I 6，再经动力摆臂I 7、活动推杆I 8及弧形连杆9带动下锁销c转轴旋转，同时下锁销c杆、下锁销c沿着下锁销c孔上移，使下锁销c向钩锁腔内转动，脱离防跳位置并带动锁铁组成d上移，越过钩舌尾部；由于锁铁组成d头部偏重，其腿部向后偏移，动力摆臂I复位时，锁铁组成d腿部坐在钩舌推铁g上，使锁铁组成d不能落下，形成开锁位置；

3）全开位置：通过电气控制系统23驱动步进电机I 6，由闭锁位置或开锁位置转动动力摆臂I 7至最大行程处，带动锁铁组成d充分上移，锁铁组成d的腿部向后转动并踢动钩舌推铁g，使钩舌推铁g以其轴转动，钩舌推铁g踢动钩舌尾部侧面，使钩舌以钩舌销a为轴张开，形成全开位置。

上述演示方法中，全开位置演示过程时，利用电气控制系统23驱动步进电机I 6，再经动力摆臂I 7、活动推杆I 8、弧形连杆9及下锁销c转轴使钩舌以钩舌销a为轴迅速张开，加快全开锁过程，原因是下锁销c转轴与下锁销c杆连接，下锁销c转轴转动会带动下锁销c杆，下锁销c杆推动锁铁组成d，锁铁组成d推动推铁，推铁再推动钩舌尾部，使钩舌以钩舌销a为轴转动。

上面是对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。