专利名称：跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学模型，特别涉及一种跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型。
背景技术：
目前城市轨道交通行业正在高速发展，所需的相关人才越来越多，全国各地开设轨道交通车辆相关专业的高职院校也越来越多，而城轨车辆的基础知识培训媒介单一，有限，主要有各种类型城轨列车的静态列车认知教学模型、多媒体教学软件、各种比例的车辆设备模型等。现有的轨道交通列车教学模型一般性质较为单一，多偏向外观认知教学，主要形式有1、静态列车认知教学模型，要么是列车模型，要么是独立的列车转向架模型，整合在一起的模型内部结构均可视的较少；2、可简单电动的教学模型，但驱动过程不可见，并无实质教学意义；3、现有的列车模型可简单的通过电力驱动但驱动过程不可见，并无实质教学意义；4、现有的列车模型主要有接触网式和第三轨式列车，没有车辆内部结构设计具体的单轨列车模型。
实用新型内容本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型。本实用新型通过以下技术方案实现一种跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，包括列车模块、供电模块以及轨道，列车模块滚动连接在所述轨道上；列车模块包括可拆卸的车体、转向架，转向架连接在车体底部，供电模块包括第一接触轨及第二接触轨，第一接触轨及第二接触轨分别设置在轨道的轨道梁两侧，分别用于供电和回流，转向架滚动连接在第一接触轨及第二接触轨上，在运动状态中，第一接触轨将电流传输至转向架上，之后电流再回流至另一侧的第二接触轨，构成完整的牵引供电网。较佳的，转向架包括转向架本体、若干行走轮、若干导向轮、第一受流器和第二受流器、齿轮箱以及电机；行走轮设置在转向架本体中间位置，并与轨道的顶面滚动连接，导向轮设置在转向架本体的四个角上，并与轨道的轨道梁的侧面滚动连接，第一受流器和第二受流器设置在转向架本体两侧下方，并分别与第一接触轨和第二接触轨滑动连接，电机设置在转向架本体的两侧，并连接齿轮箱，齿轮箱连接行走轮。较佳的，转向架还包括行走辅助轮、导向辅助轮、稳定辅助轮、中央悬挂装置以及制动装置，导向辅助轮、稳定辅助轮分别对应设置在导向轮、稳定轮的一侧，行走辅助轮设置在转向架前后两侧，中央悬挂装置包括空气弹簧和中心销，连接在转向架与列车的底部之间，制动装置设置在齿轮箱上。较佳的，跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型还包括一模型基座，固定连接在轨道底侧。[0010]较佳的，模型基座上设置有一接线箱。较佳的，轨道内部设置有用于数据传输的若干通信线缆，通信线缆连接到接线箱内。较佳的，跨接线箱包括用于远程控制的DDC控制器和调压模块，连接在通信线缆上。较佳的，跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型还包括用于连接一用户终端的标准RS485接口。相较于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于能够局部表达机车动力、电气设备等结构细节的同时，高仿真实际机车的电力牵引方案进行受电传动驱动设计，并且保证可行走性良好，性能稳定以及可控性，可实现就地和远程两级控制功能。由于软件的可二次开发性和可升级性，通过远程控制功能实现模型与软件的结合应用，丰富了表达手段和可开发的功能，便于后期的功能拓展和二次开发。
图1为本实用新型一实施例的跨坐式单轨列车侧视图；图2为本实用新型一实施例单节车体与转向架的装配关系图；图3为本实用新型一实施的跨坐式单轨列车正视图；图4为本实用新型一实施例的轨道梁截面图；图5为本实用新型一实施例的转向架侧视图；图6为本实用新型一实施例的转向架俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。请参考图1，本实施例提供一种跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型两节跨坐式单轨列车的列车模块1、轨道2、模型基座3。模型压缩后整体尺寸规格1853mm(长)X 200mm (宽)X 333m (高)；轨道长度IOOOOmm ;底座规格IOOOOmm (长)X 400mm(宽)X 700mm(高);支撑模型的模型基座3为钢木结构，表面为铝塑板材料，背部开门。模型基座用3于支撑整个车站模型以及集中模型内所有信号线，信号线接入接线箱内，接线箱可挂置在模型底座背面，也可另外单独放置，接线箱配齐模型所需的DDC控制器、电源、接线端子、继电器、调压模块等所需的电气设备，并提供与用户终端相连的通信接口，通信接口采用标准的RS485接口，并通过测试软件测试列车调速控制后开发软硬件接口给用户，实现用户的测控端软件功能的自行开发，满足综合性课题设计和高阶教学需要。DDC(DirectDigital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。DDC系统的组成通常包括中央控制设备、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。通过DDC控制器和调压模块实现远程控制，和无级别的调速控制，实现列车的起动、加速、巡航、惰性、制动驾驶过程，并可采集供电电压数据，通过软件可仿真还原成列车行驶信息。跨座式单轨列车转向架结构特殊，走行装置独特，由橡胶轮胎完成稳定、导向、驱动作用。橡胶轮胎在发挥其缓冲效果的同时，由于较高的粘着力，使车辆具有较高的加速、减速性能。跨座式单轨列车的重心在轨道梁上方，运行时车辆跨坐在轨道梁上。跨座式单轨列车主要是转向架结构和所依据的力学原理与普通铁路列车不同。两个行走轮属“随遇不稳定”模式。因此，跨座式转向架需要设置2个稳定轮从侧面抱住轨道梁，由此产生一个附加横向力以保证车辆的稳定性。跨座式转向架的另一特点行走轮由橡胶轮胎取代铁道车辆的钢制车轮；由4个导向轮从侧面抱住轨道梁，实现铁道车辆车轮踏面斜度的自动对中导向作用。稳定轮和导向轮也使用橡胶轮胎，每个转向架共使用10个橡胶轮胎。为了防止车轮失气，行走轮、导向轮、稳定轮都分别备有辅助轮。请参考图2，列车模块包括可拆卸的车体11、转向架12，转向架连接在所述车体底部。请参考图4，轨道2的轨道梁22两侧设置有接触轨21，内部设置有通信线缆23。转向架滚动连接在两个接触轨21上，在运动状态，轨道一侧的用于供电的接触轨21将电流传输至转向架12上，再回流至另一侧的用于回流的接触轨21，构成完整的牵引供电网。请参照图5和图6，转向架12包括转向架本体301，构架俯视呈“目”字形；行走辅助轮302，位于转向架构架前后两侧，共2个，起到行走轮308漏气时起到辅助安全作用；导向轮303，位于转向架四个角共4个，与轨道梁22侧面接触，起到转向导向作用，紧靠每个导向轮303的下方是实心的导向辅助轮，起到导向轮漏气时辅助安全作用；受流器304，位于转向架本体301两侧下方，与轨道梁上的接触轨接触受流，是模型列车在行进过程中进行动态取流，仿真实际受流效果，传动过程通过局部拆装设计后效果实时可视；稳定轮305，位于转向架12中间两侧共2个，与轨道梁22侧面接触，起到行车稳定作用，结构与导向轮303类似，区别是稳定轮305的辅助轮在其上方；电机306，位于转向本体301架中间两侧，共2个，通过联轴节与齿轮箱310连接；中央悬挂装置的空气弹簧307，空气弹簧307由胶囊和叠层橡胶堆等组成。左右空气弹簧307与油压减振器组合起来发挥其缓冲、减振效果；行走轮308，与轨道2接触，橡胶轮胎在发挥其缓冲效果的同时，由于较高的粘着力，使车辆具有较高的加速、减速性能，行走轮308前后共两组，每组2个；中央悬挂装置的中心销309，中心销309通过4枚螺栓与车体底架紧固，中心销309座通过4个牵引橡胶堆与转向架本体301相连，这样就实现了车体11与转向架12的连接，并传递纵向力；齿轮箱310，采用弧形锥齿轮二级减速箱，分别连接电机306和驱动轴；制动盘311，基础制动装置，采用盘形制动，安装在齿轮减速箱上。本实用新型集车辆结构的认知教学、车辆机电设备的认知教学、车辆牵引供电的认知教学、车辆受电传动过程的认知教学、车辆控制和模拟驾驶软件的高阶开发教学于一体。模型按照1:15比例设计，分别设计轨道梁、车体和转向架及机电设备三部分图纸，并进行三维建模。基于ProEngineer Wildfire4. O三维设计软件开发完成了三维模型建模设计跨座式单轨的外观结构，单轨列车的轨道梁，轨道梁上的接触轨，转向架上的构架、行走轮、导向轮、稳定轮、辅助轮、电机、减速箱、制动盘、中央悬挂装置、减振装置、受流器等等。建模后进行三维装配测试和拆装设计测试。另外可基于KeyShot2工业渲染软件实现三维建模模型的渲染资料输出，并基于通用第三方视频输出软件输出模型车及转向架等设备的三维解构动画，基于三维建模设计渲染输出的图片、视频动画等多媒体资料可用于结构合理性测试分析，也可用于多媒体教学所需的教学资料。通过三维文件直接进行模型的零部件三维数控加工，打磨，上色上漆，组装，完成后的列车模型除了供电制式不可仿真外，可完全仿真以下真实列车受电驱动及传动过程通过下轨道梁侧面的电车线输出牵引直流电，列车动车转向架受流器通过与轨道梁接触轨接触受电，受电电力送至列车模型转向架上的牵引电机，驱动电机转动，电机伸出的驱动轴经联轴器与齿轮箱的锥形齿轮连接，经锥形齿轮2级减速后，借助于空心轴和橡胶联轴器驱动轮对。牵引电回流则由另一侧的受流器传到至轨道梁的另一侧接触轨回流。这一传动过程完全贴近实际。模型转向架部分可拆装设计，模型驱动可控。记录测试结果，选择列车模型行驶时各传动部件都比较稳定的速度范围和供电电压范围，再选择更合适的牵引电机装备到转向架的电机架上。测试结果建议选用适用的供电电压范围为DC0-24V，电流和功耗根据实际电机型号做测试记录。列车模型电力驱动稳定性测试过程中对车辆传动部件和受流部件(特别是与受流器、电机和齿轮箱这几个部件)进行改进，增加行驶过程中的稳定性。保证组织的模型机械结构稳定后，给模型配置DDC控制器和调压模块，分别用于远程控制通信和模型无级调速。通信接口采用标准的RS485通信接口。通过VB. NET计算机编程语言完成列车远程控制测试软件的开发，达到可控制列车的起动、牵引、巡航、惰行、制动功能，以及供电电压数据的采集上传。开发标准软硬件接口，供学员自行在远程终端上开发所需课题软件，作为进一步高阶的专业教学或课题研究所用，比如可开发司机信息显示屏显示界面功能，如驾驶台上显示最大允许速度、当前速度、目标点距离、目标点速度、模式显示、进站离站信息、车门信息、屏蔽门信息、ATP状态信息等等。另外除了司机信息显示屏显示界面的功能外，可以模拟实现司机室的各种电气仪表操作按钮通过软件界面实现模拟操作功能，如屏蔽门自动、PSL功能模式的选择操作，紧急停车按钮操作，ATP、ATO模式选择操作等等。模型的设计和制作需要非常精致，特别是列车受电和传动部分涉及的相关设备模型如轨道梁、接触轨、受流器、转向架、电机、齿轮箱、以及转向架上的所有设备，需要将这些模型进行三维建模，并在三维建模下进行装配测试，保证传动设备、驱动设备间的配合无问题，以及列车在轨道梁上的行走稳定，模型设备的主体和装配需要熟练的模型制作师手工打造，各个零部件通过三维建模后直接三维数控加工完成。高仿真电力驱动列车演示模型目的在于集车辆结构的认知教学、车辆机电设备的认知教学、车辆牵引供电的认知教学、车辆受电传动过程的认知教学、车辆控制和模拟驾驶软件的高阶开发教学整合于一体，即集各种认知教学和课题设计性质的高阶领域教学于一体，满足高等院校的学员进行车辆方面的综合性教学这一目的，而不需要通过多个功能教学媒介分别独立教学。这样车辆教学模型具软件、硬件和测控多方面的元素，同样使得教学过程具备趣味性和创新性。该设计思路可延伸至其他类型的城轨车辆模型设计，如悬挂接触式和第三轨接触式城轨列车。以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
权利要求1.一种跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，包括列车模块、供电模块以及轨道，所述列车模块滚动连接在所述轨道上； 所述列车模块包括可拆卸的车体、转向架，所述转向架连接在所述车体底部； 所述供电模块包括第一接触轨及第二接触轨，所述第一接触轨及第二接触轨分别设置在所述轨道的轨道梁两侧，分别用于供电和回流，所述转向架滚动连接在所述第一接触轨及第二接触轨上，在运动状态中，所述第一接触轨将电流传输至所述转向架上，之后所述电流再回流至另一侧的所述第二接触轨，构成完整的牵引供电网。
2.如权利要求1所述的跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，所述转向架包括转向架本体、若干行走轮、若干导向轮、第一受流器和第二受流器、齿轮箱以及电机；所述行走轮设置在所述转向架本体中间位置，并与所述轨道的顶面滚动连接，所述导向轮设置在所述转向架本体的四个角上，并与所述轨道的轨道梁的侧面滚动连接，所述第一受流器和第二受流器设置在所述转向架本体两侧下方，并分别与所述第一接触轨和第二接触轨滑动连接，所述电机设置在所述转向架本体的两侧，并连接所述齿轮箱，所述齿轮箱连接所述行走轮。
3.如权利要求2所述的跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，所述转向架还包括行走辅助轮、导向辅助轮、稳定辅助轮、中央悬挂装置以及制动装置，所述导向辅助轮、稳定辅助轮分别对应设置在所述导向轮、稳定轮的一侧，所述行走辅助轮设置在所述转向架前后两侧，所述中央悬挂装置包括空气弹簧和中心销，连接在所述转向架与所述列车的底部之间，所述制动装置设置在所述齿轮箱上。
4.如权利要求1所述的跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，所述跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型还包括一模型基座，固定连接在所述轨道底侧。
5.如权利要求4所述的跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，所述模型基座上设置有一接线箱。
6.如权利要求5所述的跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，所述轨道的内部设置有用于数据传输的若干通信线缆，所述通信线缆连接到所述接线箱内。
7.如权利要求6所述的跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，所述跨接线箱包括用于远程控制的DDC控制器和调压模块，连接在所述通信线缆上。
8.如权利要求4所述的跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，其特征在于，所述跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型还包括用于连接一用户终端的标准RS485接口。
专利摘要一种跨坐式单轨高仿真电力驱动列车演示模型，包括列车模块、供电模块以及轨道，列车模块滚动连接在轨道上；列车模块包括可拆卸的车体、转向架，转向架连接在车体底部，供电模块包括设置两个在轨道的轨道梁两侧用于供电和回流的接触轨，转向架滚动连接在两个接触轨上，在运动状态，轨道一侧的用于供电的接触轨将电流传输至转向架上，再回流至另一侧的用于回流的接触轨，构成完整的牵引供电网。
文档编号G09B25/02GK202905001SQ201220570419
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者奚弘之, 许俊龙, 刘正琨, 杨飞, 何应坚 申请人:浙江中控科教仪器设备有限公司