轮对试验加力装置及轮轨试验系统的制作方法

本发明属于轨道车辆轮对试验技术领域，尤其涉及一种轮对试验加力装置及轮轨试验系统。

背景技术：

轨道车辆轮对试验装置主要通过轨道轮模拟无限长的轨道，用驱动电机直接驱动轨道轮带动被试轮对进行运转，并通过作动器对轮对进行垂向加载模拟列车实际运行状态。试验过程中可以通过横向和纵向动器进行激振，研究滚振条件下轮轴、轴承、轴箱、齿轮箱、电机等部件的性能；通过负载电机对被试轮对施加反向力矩，实现模拟列车线路运行牵引和制动过程中的各种复杂状态；同时采集出速度、加速度、轮轨力以及纵、横向位移，经过一系列的计算分析，对新型轮对钢轨材质/匹配关系、擦伤轮对、不均匀磨耗轮对、轮对偏载等不同状态下的轮轨关系进行试验研究。

目前，国际上比较著名轮对试验装置是意大利卢西尼轮对试验台、德国db轮对试验台以及日本研制的轮对试验台，以上轮对试验装置由于考虑到垂向作动器及其负载(如用于直接向车辆轮对接触的工艺构架)过于笨重，以及采用惯常技术手段(如第一导轨或丝杠并结合电机的形式)费时费力(为了保证运动精度，需要预先进行调试)并且成本高等难题，因此采用将垂向作动器的位置固定，进而实现对固定轨距的轮对进行性能测试。

然而，随着人们对轨道车辆应用领域及性能要求的多元化程度不断提高，轨道车辆的型号不断增多，同时满足不同型号车辆的轮对轮距种类不断增多，从而使得完成轨道车辆轮对性能试验所需要的试验装置数量越来越多，进而显著影响了试验的效率，因此如何能够使一台轨道车辆轮对试验装置适用不同轨距轮对的性能测试，以提高试验效率，是国内外迫切需要解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明针对现有的轨道车辆轮对试验装置由于无法高效调节施加于车辆轮对垂向加载力的位置，因此导致不能适用于不同轨距轮对性能测试的技术问题，提出一种能够高效调节施加于车辆轮对垂向加载力位置，并且能够降低试验成本的轮对试验加力装置，以及应用轮对试验加力装置的轮轨试验系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种轮对试验加力装置，包括沿垂向设置的第一作动器，以及可支撑第一作动器的支撑梁，支撑梁沿横向设置，其特征在于：支撑梁上连接有可带动第一作动器沿横向移动的支撑组件，支撑组件包括可沿横向移动的滚动体，可与滚动体沿横向同步移动的第一支撑件，可举升第一支撑件的弹性件，第二支撑件，以及可将第一支撑件固定于支撑梁上的锁紧件；滚动体的外圆周面与支撑梁的顶面压接，弹性件的一端作用于滚动体，弹性件的另一端作用于第一支撑件，第一支撑件与第二支撑件固定连接，第二支撑件位于支撑梁的下方，第二支撑件与第一作动器固定连接，锁紧件锁紧时第一支撑件与支撑梁固定连接，锁紧件松开后第一支撑件在弹性件的张力作用下向上平移并脱离支撑梁。

作为优选，弹性件沿垂向设置，弹性件的底部与滚动体压接，弹性件的顶部与第一支撑件压接，第一支撑件包括与弹性件压接的第一支撑部，以及可与支撑梁固定连接的第二支撑部，第一支撑部与第二支撑部固定连接，锁紧件设置于第二支撑部上。

作为优选，锁紧件位于支撑梁沿纵向的侧方，锁紧件沿垂向的一端与第二支撑部可拆卸连接，锁紧件沿垂向的另一端与第二支撑件可拆卸连接，锁紧件锁紧时第二支撑部的底部与支撑梁的顶部压接，第二支撑件的顶部与支撑梁的底部压接，锁紧件松开后第二支撑部底部与支撑梁顶部之间形成有空隙，第二支撑件的底部与锁紧件压接。

作为优选，锁紧件包括螺栓，以及与螺栓螺纹连接的螺母，第二支撑部沿垂向开设有第一通孔，第二支撑件沿垂向开设有第二通孔，螺栓的螺杆套接于第一通孔及第二通孔内并与螺母螺纹连接，螺栓的头部与第二支撑部的顶部压接，螺母与第二支撑件的顶部压接。

作为优选，锁紧件与支撑梁可拆卸连接，锁紧件锁紧时第二支撑部与支撑梁固定连接，第二支撑件的顶部与支撑梁底部之间形成有空隙。

作为优选，锁紧件为紧固螺钉，第二支撑部开设有第三通孔，支撑梁开设有与第三通孔同轴的螺纹孔，紧固螺钉的杆部套接于第三通孔内并与支撑梁的螺纹孔螺纹连接，紧固螺钉的头部与第二支撑部压接。

一种轮轨试验系统，包括上述轮对试验加力装置，第一作动器的下方设置有可支撑轨道车辆轮对的轨道轮组件，轨道轮组件包括基座，可支撑轨道车辆轮对一侧车轮的第一支撑单元，以及可支撑轨道车辆轮对另一侧车轮的第二支撑单元，第一支撑单元及第二支撑单元均设置于基座的顶部。

作为优选，第一支撑单元包括固定安装于基座顶部的固定座，以及安装于固定座上且可转动的第一轨道轮，第一轨道轮的侧面与纵向平行；轨道轮组件还包括第一导轨，第一导轨沿横向设置，第二支撑单元包括可沿第一导轨直线运动的滑动座，以及安装于滑动座上且可转动的第二轨道轮，第二轨道轮与第一轨道轮同轴。

作为优选，轮轨试验系统还包括可与第一轨道轮及第二轨道轮同步转动的惯性轮组件，惯性轮组件包括设置于基座顶部的支撑座，以及可转动的惯性轮，惯性轮安装于支撑座上，第一轨道轮连接有可驱动第一轨道轮转动的电机，电机连接有控制器，控制器用于控制电机的转速。

作为优选，控制器与电机之间连接有变频器，控制器通过控制变频器调节电机的转速。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明轮对试验加力装置通过设置第一支撑件、第二支撑件、锁紧件、弹性件及滚动体，在对车辆轮对试验前，由于锁紧件处于未锁紧状态，因此第一支撑件在弹性件的作用下沿垂向向上移动，并与支撑梁相脱离，继而仅需较小的力便能使第一支撑件能够随滚动体沿横向移动，同时通过第二支撑件带动第一作动器沿横向移动，直至使第一作动器加载力的作用点符合试验要求，此外，在第一作动器沿横向移动前，仅需通过调节滚动体的方向即可实现第一作动器准确的横向移动，因此本发明轮对试验加力装置能够高效调节施加于车辆轮对垂向加载力的位置，进而能够应用于不同轨距轮对的性能测试，同时能够降低试验成本。

2、本发明轮轨试验系统通过设置第一支撑单元、第二支撑单元及第一导轨，将第一支撑单元固定于基座上，并使第二支撑单元沿横向的位置可调，从而能够针对轨道车辆轮对的不同轮距，调节轨道轮轮距，以适应对不同轮距轨道车辆轮对的支撑，进而提高了轮轨试验系统的通用性，提高了轮轨试验系统的试验效率，同时降低了轮轨试验系统的试验成本。

3、本发明轮轨试验系统通过设置惯性轮组件、电机、变频器及控制器，由于试验过程中对单轮对施加的垂向载荷并非整数，因此需通过电惯量模拟控制方法控制变频电机来模拟列车运行中的惯量，以弥补机械惯量存在的级差问题，即通过采用电惯量模拟技术与机械惯量相结合共同构成制动负载，进而实现对列车运行惯量的无级调节，进而不但有效的降低了制动试验的能耗问题，而且实现了针对不同工况下列车运行惯量的精确模拟，即提高了系统模拟的真实性。

附图说明

图1为本发明轮对试验加力装置的整体结构示意图；

图2为图1中a部分的局部放大结构示意图；

图3为本发明轮对试验加力装置的立体结构示意图；

图4为锁紧件一种实施例的结构示意图；

图5为本发明轮轨试验系统工作原理示意图；

图6为本发明滑动座与第一导轨及导向槽轨位置及连接关系示意图；

图7为本发明模拟列车运行惯量的工作原理示意图；

以上各图中：1、第一作动器；2、支撑梁；3、支撑组件；301、滚动体；302、弹性件；303、第一支撑件；3031、第一支撑部；3032、第二支撑部；304、第二支撑件；305、锁紧件；3051、螺栓；3052、螺母；4、轨道轮组件；401、第一导轨；402、基座；403、第一支撑单元；4031、固定座；4032、第一轨道轮；404、第二支撑单元；4041、滑动座；4042、第二轨道轮；5、惯性轮组件；501、支撑座；502、惯性轮；5021、第一转动轮；5022、第二转动轮；6、电机；7、扭矩传感器；8、变频器；9、控制器；10、加力组件；1001、移动梁；1002、加力件；11、立柱；12、第二导轨；13、第二作动器；14、手轮；15、导向槽轨；16、刻度尺；17、电磁离合器。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所述的横向为图1所示的水平方向，本发明所述的垂向为图1所示的竖直方，本发明所述的纵向为垂直于图1所示的方向，同时术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1至图3，一种轮对试验加力装置，包括沿垂向(即图1所示的竖直方向)设置的第一作动器1，以及可支撑第一作动器1的支撑梁2，支撑梁2沿横向(即图1所示的水平方向)设置，支撑梁2上连接有可带动第一作动器1沿横向移动的支撑组件3，支撑组件3包括可沿横向移动的滚动体301，可与滚动体301沿横向同步移动的第一支撑件303，可举升(即抬高)第一支撑件303的弹性件302，第二支撑件304，以及可将第一支撑件303固定于支撑梁2上的锁紧件305，即第一支撑件303通过锁紧件305与支撑梁2可拆卸连接。

进一步参见图1至图3，滚动体301的外圆周面与支撑梁2的顶面压接，依靠滚动体301的转动实现支撑组件3沿横向移动的功能；弹性件302的一端作用于滚动体301，以通过滚动体301支撑于支撑梁2上，弹性件302的另一端作用于第一支撑件303，弹性件302的弹力借助于支撑梁2的支撑，实现对第一支撑件303的举升，即实现第一支撑件303相对于支撑梁2的垂向移动，弹性件302将第一支撑件303抬高后，第一支撑件303脱离与支撑梁2的接触，并与滚动体301一起沿横向移动；第一支撑件303与第二支撑件304固定连接，第二支撑件304位于支撑梁2的下方，第二支撑件304与第一作动器1固定连接，以保证第一支撑件303通过第二支撑件304带动第一作动器1同步移动；锁紧件305锁紧时第一支撑件303与支撑梁2固定连接，锁紧件305松开后第一支撑件303在弹性件302的弹力作用下向上平移并脱离支撑梁2，锁紧件305既能够克服弹性件302的弹力将第一支撑件303与支撑梁2接触并固定连接，也能够使释放第一支撑件303的自由度，并实现第一支撑件303与支撑梁2的脱离。

本发明轮对试验加力装置通过设置第一支撑件303、第二支撑件304、锁紧件305、弹性件302及滚动体301，在对车辆轮对试验前，由于锁紧件305处于未锁紧状态，因此第一支撑件303在弹性件302的作用下沿垂向向上移动，并与支撑梁2相脱离，继而仅需较小的力便能使第一支撑件303能够随滚动体301沿横向移动，同时通过第二支撑件304带动第一作动器1沿横向移动，直至使第一作动器1加载力的作用点符合试验要求，此外，在第一作动器1沿横向移动前，仅需通过调节滚动体301的方向即可实现第一作动器1准确的横向移动，因此本发明轮对试验加力装置能够高效调节施加于车辆轮对垂向加载力的位置，进而能够应用于不同轨距轮对的性能测试，同时能够降低试验成本。

针对上述弹性件302与第一支撑件303的结构及连接关系，其可以为：参见图1至图2，弹性件302沿垂向设置，弹性件302的底部与滚动体301压接，弹性件302的顶部与第一支撑件303压接，第一支撑件303包括与弹性件302压接的第一支撑部3031，以及可与支撑梁2固定连接的第二支撑部3032，第一支撑部3031与第二支撑部3032固定连接，锁紧件305与第二支撑部3032可拆卸连接。

具体的，如图1至图2所示，弹性件302为弹簧(或橡胶圈)，第一支撑部3031为倒u形套结构，第一支撑部3031套接于弹性件302外，弹性件302的底部可压接有导向活塞，导向活塞套接于第一支撑部3031内，并能够在第一支撑部3031内部沿垂向直线移动，以保证弹性件302沿垂向的直线移动，滚动体301为滚轮(或滚筒)，滚动体301设置于弹性件302的下方，并承受来自弹性件302向下的弹力，导向活塞的顶部与弹性件302的底部压接，导向活塞的底部与滚动体301固定连接，弹性件302的顶部与第一支撑部3031内壁的顶部压接；第二支撑部3032为板状结构，第二支撑部3032与第一支撑部3031一体化连接(或焊接)，第二支撑部3032是第一支撑件303直接与支撑梁2直接接触的部分，第二支撑部3032的底面与支撑梁2的顶面压接，并通过锁紧件305固定于支撑梁2上。

进一步如图1和图2所示，弹性件302可设置为四个，四个弹性件302围成矩形，以起到对第二支撑部3032较好的支撑作用，并使第一作动器1移动时保持平稳。

针对上述锁紧件305与第二支撑部3032及第二支撑件304之间的连接关系，参见图1至图3，其可以为：锁紧件305位于支撑梁2沿纵向的侧方，锁紧件305沿垂向的一端与第二支撑部3032可拆卸连接，锁紧件305沿垂向的另一端与第二支撑件304可拆卸连接，锁紧件305锁紧时第二支撑部3032的底部与支撑梁2的顶部压接，第二支撑件304的顶部与支撑梁2的底部压接，锁紧件305松开后若没有弹性件302的作用，第二支撑件304会在其自重及第一作动器1的重力作用下向下移动，继而使第二支撑件304的顶部与支撑梁2的底部之间形成有空隙，而本案在弹性件302的作用下，第二支撑件304的顶部始终保持与支撑梁2的底部接触或保持有空隙，第二支撑件304的底部与锁紧件305保持压接，锁紧件305松开所产生的空隙发生在第二支撑部3032底部与支撑梁2顶部之间，即此时第二支撑部3032底部与支撑梁2顶部之间形成有空隙。

具体的，如图1至图3所示，锁紧件305包括螺栓3051，以及与螺栓3051螺纹连接的螺母3052，第二支撑部3032沿垂向开设有第一通孔，第二支撑件304沿垂向开设有第二通孔，第一通孔及第二通孔同轴，螺栓3051的螺杆套接于第一通孔及第二通孔内并与螺母3052螺纹连接，螺栓3051的头部与第二支撑部3032的顶部压接，螺母3052与第二支撑件304的顶部压接，通过旋转螺母3052使螺母3052与螺栓3051松开(螺母3052仍留在螺栓3051上)，继而在弹性件302的作用下使第二支撑件304顶部与支撑梁2底部接触或保持有空隙，并且使螺母3052与第二支撑件304的顶部保持压接，同时螺栓3051的头部与第二支撑部3032的顶部之间形成有间隙。

针对上述锁紧件305与第二支撑部3032及第二支撑件304之间的连接关系，参见图4，其还可以为：锁紧件305与支撑梁2可拆卸连接，锁紧件305锁紧时第二支撑部3032与支撑梁2固定连接，第二支撑件304的顶部与支撑梁2底部之间形成有空隙；锁紧件305松开(将锁紧件305从支撑梁2上卸下)后在弹性件302的作用下第二支撑部3032及第二支撑件304向上移动，直至第二支撑件304达到稳定，此时第二支撑部3032底部与支撑梁2顶部之间形成有空隙。

具体的，如图1至图4所示，锁紧件305为紧固螺钉，第二支撑部3032开设有第三通孔，支撑梁2开设有与第三通孔同轴的螺纹孔，锁紧件305锁紧时紧固螺钉的杆部套接于第三通孔内并与支撑梁2的螺纹孔螺纹连接，紧固螺钉的头部与第二支撑部3032压接，第二支撑件304顶部与支撑梁2底部之间形成有空隙；锁紧件305松开(从支撑梁2上卸下)后第二支撑部3032及第二支撑件304在弹性件302的作用下向上移动，直至第二支撑件304达到稳定，此时第二支撑部3032底部与支撑梁2顶部之间形成有空隙。

作为优选的，如图1和图3所示，第一作动器1的个数设置为两个，两个第一作动器1沿横向并排设置，同时支撑组件3对应于第一作动器1也设置为两个，用于分别对相应第一作动器1的支撑，本发明通过将第一作动器1设置为两个，调节作用力位置时，通过调节两个第一作动器1间的相对位置使作用力作用于轮对轴箱中间位置。

另外，第一作动器1可以为气体作动器、液压作动器或电动作动器其中之一种。

为了进一步实现对轮对轴箱作用力的施加，如图1和图3所示，支撑梁2沿横向的两端均连接有立柱11，立柱11沿横向且靠近支撑梁2的侧部设置有第二导轨12，第二导轨12沿垂向设置，第二导轨12沿横向的一端与立柱11固定连接，第二导轨12沿横向的另一端与支撑梁2的端部滑动连接，第一作动器1的底部固定连接有可与轮对轴箱接触的加力组件10，加力组件10将第一作动器1的力传递给轮对轴箱，加力组件10包括沿横向设置的移动梁1001，移动梁1001的顶部与第一作动器1的底部固定连接，移动梁1001的底部连接有可与与轮对轴箱接触的加力件1002。本发明通过设置第二导轨12使支撑梁2带动加力组件10向下运动，进而使加力件1002与轮对轴箱发生接触并对轮对轴箱产生作用力。

为了模拟轨道车辆蛇行时的受力状态，如图1所示，上述移动梁1001沿横向的两侧均设置有第二作动器13，第二作动器13沿横向设置，第二作动器13支撑于立柱11上，第二作动器13的动力输出端正对移动梁1001沿横向的两端。

本发明进一步提出了一种轮轨试验系统，包括如上所述的轮对试验加力装置，在此不细述；参见图5和图6，第一作动器1的下方设置有可支撑轨道车辆轮对的轨道轮组件4，轨道轮组件4包括基座402，可支撑轨道车辆轮对一侧车轮的第一支撑单元403，以及可支撑轨道车辆轮对另一侧车轮的第二支撑单元404，第一支撑单元403及第二支撑单元404均设置于基座402的顶部。

为了进一步提高轮轨试验系统的通用性，参见图5，第一支撑单元403包括固定安装于基座402顶部的固定座4031，以及安装于固定座4031上且可转动的第一轨道轮4032，第一轨道轮4032的侧面与纵向(垂直于图1所示的方向)平行；轨道轮组件4还包括第一导轨401，第一导轨401沿横向设置，第二支撑单元404包括可沿第一导轨401直线运动的滑动座4041，以及安装于滑动座4041上且可转动的第二轨道轮4042，第二轨道轮4042与第一轨道轮4032同轴。

本发明轮轨试验系统通过设置第一支撑单元403、第二支撑单元404及第一导轨401，将第一支撑单元403固定于基座上，并使第二支撑单元404沿横向的位置可调，从而能够针对轨道车辆轮对的不同轮距，调节轨道轮轮距，以适应对不同轮距轨道车辆轮对的支撑，进而提高了轮轨试验系统的通用性，提高了轮轨试验系统的试验效率，同时降低了轮轨试验系统的试验成本。

具体的，如图5和图6所示，上述第一导轨401优选为丝杠，滑动座4041，与第一导轨401通过丝杠副连接；为了便于操作，第一导轨401同轴连接有手轮14，手轮14与第一导轨401固定连接，通过转动手轮14带动第一导轨401转动，继而带动滑动座4041移动；为了保证轨道轮调整精度及两轨道轮之间的平行度要求，基座402顶部沿横向开设有导向槽轨15，导向槽轨15设置有两个，两个导向槽轨15分别位于第一导轨401沿纵向的两侧方，滑动座4041的底部对应于导向槽轨设置有凸起(起滑块的作用)，滑动座4041的凸起与导向槽轨滑动配合，此外，在基座402顶部设置有刻度尺16，刻度尺16沿横向设置，刻度尺16用于测量第一轨道轮4032及第二轨道轮4042之间的轮距。

进一步，为了能够模拟列车运行中的惯量，以进行轨道轮刹车性能测试试验，如图5和图7所示，本发明轮轨试验系统还包括可与第一轨道轮4032及第二轨道轮4042同步转动的惯性轮组件5，惯性轮组件5包括设置于基座402顶部的支撑座501，以及可转动的惯性轮502，惯性轮502安装于支撑座501上，第一轨道轮4032连接有可驱动第一轨道轮4032转动的电机6，电机6连接有控制器9，控制器9用于控制电机6的转速，控制器9优选为plc，同时第一轨道轮4032及第二轨道轮4042之间连接有联轴器，根据轨道车辆轮对的不同轮距更换不同尺寸的联轴器。轨道轮刹车性能测试试验时，通过控制器9带动电机6转动，继而带动第一轨道轮4032、第二轨道轮4042及惯性轮502转动至目标转速，继而在刹车过程中通过电机6及惯性轮502提供满足试验要求的模拟惯量。

为了能够精确模拟列车运行中的惯量，以提高轨道轮刹车性能测试试验的准确性，如图7所示，控制器9与电机6之间连接有变频器8，控制器9通过控制变频器8调节电机6的转速，优选的，电机6的动力输出端连接有扭矩传感器7，扭矩传感器7与变频器电连接，以将扭矩信号传递给变频器8，变频器8与控制器9电连接以将扭矩信号传递给控制器9，通过设置扭矩传感器7，实现对电机6的动力输出端扭矩输出值的时时监控，并将扭矩信号传递给变频器8及控制器9，以便于控制器9通过变频器8对电机6转速的时时调节。

本发明轮轨试验系统通过设置惯性轮组件5、电机6、变频器8及控制器9，由于试验过程中对单轮对施加的垂向载荷并非整数，因此需通过电惯量模拟控制方法控制变频电机来模拟列车运行中的惯量，以弥补机械惯量存在的级差问题，即通过采用电惯量模拟技术与机械惯量相结合共同构成制动负载，进而实现对列车运行惯量的无级调节，进而不但有效的降低了制动试验的能耗问题，而且实现了针对不同工况下列车运行惯量的精确模拟，即提高了系统模拟的真实性。

为了实现既能进行轨道轮刹车性能测试试验，由能进行轨道轮加速测试试验，如图7所示，电机6优选为双输出轴电机，电机6的一个输出轴与第一轨道轮4032的转轴连接，电机6的另一个输出轴连接有电磁离合器17，电磁离合器17的另一端与惯性轮502连接，轨道轮加速测试试验时，轮轨试验系统首先通过电磁离合器17脱离与惯性轮502，然后通过控制器9及变频器8控制电机6转动，继而带动第一轨道轮4032及第二轨道轮4042以试验要求的加速度转动，直至上升到试验目标转速；轨道轮刹车性能测试试验时，轮轨试验系统首先通过电磁离合器17装合惯性轮502，然后通过控制器及变频器控制电机转动，继而带动第一轨道轮4032、第二轨道轮4042及惯性轮502上升到试验目标转速，最后在轨道轮刹车过程中，轮轨试验系统还需通过电机6及惯性轮502提供满足试验要求的模拟惯量。

进一步，为了方便惯性轮惯量的组合，如图5和图7所示，惯性轮502包括第一转动轮5021以及第二转动轮5022，第二转动轮5022可拆卸地连接于第一转动轮5021沿轴向的侧部，第二转动轮5022与第一转动轮5021同轴,试验前通过更换不同重量及尺寸的第二转动轮5022来改变惯性轮502的惯量，以适应模拟列车运行惯量的要求，进而提高了轮轨试验系统的工作效率。