变轨距轮对综合性能试验台的制作方法

本发明涉及轨道车辆动态仿真与测试领域，尤其涉及一种变轨距轮对综合性能试验台。

背景技术：

随着全球经济一体化进程的加快，各国及各地区之间的贸易往来日益频繁，跨国间及跨地区间的客货运输飞速发展，在众多的运输方式中，铁路运输以其运量大、安全、快捷及对环境污染小的优势，成为国际联运中首选的运输工具，但是由于各个国家的铁路运输保持着多种轨距的现状，解决铁道车辆在轨距不同区间的直通运行势在必行。

在上述情况下，变轨距轮对应运而生，变轨距轮对有多种形式，无论其形式如何，在投入实际使用前，均需要对其进行抽检，获取其变轨中的各项性能指标，从而检验其可靠性及内部零部件匹配性等。目前国内还没有针对变轨距轮对综合性能试验装置的相关研究。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术所存在的缺陷，提供一种可以模拟实际可变轨距轮对变轨的过程，并且可以对变轨距轮对的载荷、变轨力值和解锁力值等进行实时检测的试验台，以满足对不同轨距间转换的可变轨距轮对的综合性能检测的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种变轨距轮对综合性能试验台，用于对可变轨距轮对进行综合性能测试，包括：

龙门架，包括底座、立柱和横梁；所述底座水平设置在地面上；所述横梁通过所述立柱水平架设在所述底座上方；所述横梁上具有第一导轨；

变轨装置，设置在所述底座上，包括：变轨驱动机构、两个轨道承载机构和两个承载轨；所述变轨驱动机构驱动所述轨道承载机构产生沿所述第一导轨的投影方向的相向或相对运动，用以改变所述两个承载轨之间的间距，从而改变承载于所述两个承载轨之上的可变轨距轮对的两个车轮的轮距；

两组车轮顶升解锁装置，设置于所述底座上，分立所述变轨装置的两侧；每组车轮顶升解锁装置包括顶升装置和解锁装置；所述顶升装置用于抬升或下降所述可变轨距轮对的轴箱的高度，所述解锁装置用以解锁或锁紧所述轴箱的锁紧机构，从而解锁或锁定所述可变轨距轮对的两个车轮在所述可变轨距轮对的轮轴上的横向移动；

车轮驱动装置，设置在所述第一导轨上，用以驱动所述车轮按照设定的速度跑合；

当所述可变轨距轮对进入所述承载轨，所述限位装置将所述轴箱固定，外部电液伺服控制系统控制接收第一控制信号控制所述顶升油缸上升，所述可变轨距轮对被顶举；所述外部电液伺服控制系统接收第二控制信号控制所述车轮驱动装置与所述车轮摩擦；所述外部电液伺服控制系统接收第三控制信号控制所述解锁装置与所述轴箱的锁紧机构契合，使得所述轴箱的锁紧机构解锁，并实时检测解锁力值；所述外部电液伺服控制系统接收第四控制信号控制所述变轨驱动机构驱动所述两个轨道承载机构产生沿所述第一导轨的投影方向的相向或相对运动，以实现变轨，并实时检测变轨力值。

优选的，所述顶升装置包括顶升油缸和顶升横梁；所述顶升油缸包括第一缸筒、第一活塞和第一活塞杆；所述第一缸筒的底部与所述底座固定；所述第一缸筒的顶部具有第一动力输出孔；所述第一活塞设置在所述第一缸筒内，所述第一活塞杆穿设于所述第一动力输出孔中，所述第一活塞杆的底端与所述第一活塞的顶面相连，所述第一活塞杆的顶端伸出所述第一缸筒外；所述顶升横梁的上表面具有限位装置，用以固定所述可变轨距轮对的轴箱，所述顶升横梁的下表面具有固定装置，用以与所述第一活塞杆的顶端固定；

所述解锁装置包括解锁滑块、解锁油缸和解锁推杆；所述解锁油缸的底部与所述顶升横梁固定，所述解锁推杆设置在所述解锁油缸内；所述解锁滑块设置在所述解锁推杆的顶端，并露出所述顶升横梁的上表面之上，用以解锁或锁紧所述轴箱的锁紧机构，从而解锁或锁定所述可变轨距轮对的两个车轮在所述可变轨距轮对的轮轴上的横向移动；

所述变轨驱动机构设置在两个轨道承载机构之间，所述两个承载轨分别设置在一个轨道承载机构上，且所述承载轨的设置方向与所述第一导轨的投影方向垂直。

优选的，每个所述轨道承载机构包括导轨安装座、两根第二导轨、第二导轨滑块、横移底座、横移夹板和第一力传感器；

所述导轨安装座与所述底座固定，所述两根第二导轨分别设置于所述导轨安装座上，且每根所述第二导轨设置的方向与所述第一导轨的投影方向平行，所述第二导轨滑块安装于每根所述第二导轨上；所述横移底座固定在所述第二导轨滑块的上表面；所述第一力传感器的底部与所述横移底座相连，顶部与所述横移夹板固定，用以检测所述变轨力值。

进一步优选的，所述变轨驱动机构包括驱动机构安装座、减速电机、伺服电机、两根传动轴、多个支承座、两根丝杠和两个丝母；

所述驱动机构安装座与所述底座固定；

所述减速电机安装于所述驱动机构安装座上；

所述伺服电机与所述减速电机连接；

所述两根传动轴分别设置在所述减速电机的两侧；所述支承座设置在所述导轨安装座内；

每根所述丝杠的第一端穿设在所述支承座内，第二端穿过所述支承座与所述传动轴的第一端连接；

每个所述丝母安装于每个所述丝杠上，且每个所述丝母的上表面与一个所述轨道承载机构固定。

优选的，所述顶升装置还包括多根导向杆；每根所述导向杆的底端与所述底座固定，顶端与所述顶升横梁相连，用于引导所述顶升横梁的垂直运动。

优选的，所述车轮驱动装置具体包括:电机安装座、驱动电机、摩擦轮、油缸和第一导轨滑块；

所述第一导轨滑块安装于所述第一导轨上；

所述电机安装座固定在所述第一导轨滑块上；

所述驱动电机固定在与所述电机安装座上；

所述驱动电机的电机轴上固定有所述摩擦轮；

所述油缸的顶端与所述电机安装座紧固连接，底端与所述横梁连接。

优选的，每个所述解锁装置还包括第二力传感器；所述第二力传感器设置在所述解锁滑块上，用以检测所述解锁力值。

优选的，所述变轨距轮对综合性能试验台还包括引导轨装置，所述引导轨装置用于引导所述可变轨距轮对推送至所述承载轨上。

优选的，所述变轨距轮对综合性能试验台还包括一对制动夹钳支承装置，每个所述制动夹钳支承装置包括：夹钳支承安装座、第三导轨、夹钳支承座、第三导轨滑块、限位止挡和制动夹钳；

所述夹钳支承安装座安装于所述底座上且设置在所述承载轨的一端；所述第三导轨固定在所述夹钳支承安装座上，且所述第三导轨的设置方向与所述承载轨的设置方向相同；所述第三导轨滑块安装于所述第三导轨上；所述夹钳支承座垂直固定于所述第三导轨滑块的上表面；所述限位止挡设置在所述第三导轨的两端；所述夹钳支承座的顶端具有所述固定部，所述制动夹钳固定在所述固定部上；所述制动夹钳用以对所述车轮进行制动。

优选的，所述变轨距轮对综合性能试验台还包括一对垂直加载装置，每个所述垂直加载装置包括加载油缸、第三力传感器和载荷施加底座；所述加载油缸包括第二缸筒、第二活塞和第二活塞杆；所述第二缸筒的底部与所述横梁固定；所述第二缸筒的顶部具有第二动力输出孔；所述第二活塞设置在所述第二缸筒内，所述第二活塞杆穿设于所述第二动力输出孔中，所述第二活塞杆的底端与所述第二活塞的顶面相连，所述第二活塞杆的顶端伸出所述第二缸筒外；所述第三力传感器的第一表面与所述第二活塞杆的顶端相连；所述第三力传感器的第二表面与所述载荷施加底座相接；所述第三力传感器用以检测通过所述载荷施加底座对所述轴箱施加的载荷。

本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台，将多种试验功能综合到同一个试验装置，在车轮顶升解锁装置和车轮驱动装置的辅助下，采用变轨驱动机构驱动轨道承载机构产生相向或相对运动，改变了两个承载轨之间的间距；通过轨道承载机构的带动，承载在轨道承载机构上的可变轨距轮对的两个车轮的轮距发生了改变，实现了变轨的过程。在变轨的过程中，通过对解锁力值、变轨力值的实时检测，可以更加准确了解可变轨距轮对的各项指标，为可变轨距轮对的综合性能的改进提供了可靠的理论依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的主视图；

图2为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的变轨装置的主视图；

图3为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的变轨装置的侧视图；

图4为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的顶升装置的结构图；

图5为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的解锁装置的结构图；

图6为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的车轮驱动装置的结构图；

图7为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的引导轨装置的结构图；

图8为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的右视图；

图9为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的制动夹钳支承装置的结构图；

图10为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的垂向加载装置的结构图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台，用于对不同轨距间转换的可变轨距轮对进行综合性能测试。

图1为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的主视图。如图1所示，该变轨距轮对综合性能试验台包括：龙门架1、变轨装置2、两组车轮顶升解锁装置3和车轮驱动装置4。

龙门架1是整个试验台的支撑机构，包括底座11、立柱12和横梁13。底座11水平设置在地面上；立柱12垂直设置于底座11的两侧；立柱12的底部与底座11固定连接；横梁13通过立柱12水平架设在底座11的上方。横梁13上具有第一导轨131，方便车轮驱动装置4的悬吊。

可变轨距轮对100包括车轴101、两个车轮102和两个轴箱103。两个车轮102对称安装在车轴101的两端，每个车轮102上具有锁紧装置，两个轴箱103对称安装在车轴101的轴颈上，每个轴箱103上具有锁紧机构(图中未示出)，通过锁紧机构对锁紧装置的开锁和锁定，实现对可变轨距轮对100的解锁和锁定，只在解锁状态下，可变轨距轮对100的轮距可以改变。

需要说明的是，该变轨距轮对综合性能试验台可以对不同轨距之间转换的可变轨距轮对进行综合性能测试。在本实施例中仅以可在1453mm和1520mm两种轨距之间转换的可变轨距轮对100为例加以解释本发明的技术方案，并不用来限定本发明的保护范围。

变轨装置2是可变轨距轮对100实现变轨的主要动力驱动和承载机构，图2为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的变轨装置的主视图。结合图1和图2，变轨装置2设置在底座11上，包括：变轨驱动机构21、两个轨道承载机构22和两个承载轨23。

变轨驱动机构21设置在两个轨道承载机构22之间，两个承载轨23分别设置在每个轨道承载机构22上，且承载轨23的设置方向与第一导轨131的投影方向垂直。在可变轨距轮对100变轨时，变轨驱动机构21驱动轨道承载机构22沿第一导轨131的投影方向进行相向或相对运动，以改变两个承载轨23之间的间距，从而改变承载于两个承载轨23之上的可变轨距轮对100的两个车轮102之间的轮距。具体的，当轨道承载机构22沿第一导轨131的投影方向的进行相向运动时，两个承载轨23之间的间距变大，从而可变轨距轮对100的两个车轮102之间的轮距变大；反之，当轨道承载机构22沿第一导轨131的投影方向的进行相对运动时，两个承载轨23之间的间距变小，从而可变轨距轮对100的两个车轮102之间的轮距变小。

在一个具体的实施例中，每个轨道承载机构22包括导轨安装座221、两根第二导轨222、第二导轨滑块223、横移底座224、横移夹板225和第一力传感器226。

导轨安装座221与底座11固定。两根第二导轨222分别设置于导轨安装座221上，且每根第二导轨222设置的方向与第一导轨131的投影方向平行，第二导轨滑块223安装于每根第二导轨222上。

横移底座224固定在第二导轨滑块223的上表面，第二导轨滑块223设置在每根第二导轨222上。每根第二导轨222上的第二导轨滑块223的数量，在本发明中不做限定，只要其满足在变轨的过程中，带动承载于其上的机构沿第二导轨222平稳滑动的要求即可。

为了实时检测可变轨距轮对100的变轨力值，每个轨道承载机构22还设置有第一力传感器226，例如具体可以采用应变管式力传感器。其底部与横移底座224固定相连，顶部与横移夹板225相接，承载轨23下表面具有可以通过横移夹板225的底面并穿入应变管式力传感器内的机构，在变轨的过程中，通过传递车轮102对横移夹板225的挤压力至应变管式力传感器的应变片，从而能够实时检测变轨力值。

横移夹板225上承载有承载轨23。为使横移夹板225带动可变轨距轮对100变轨的同时还能起横向限位作用，横移夹板225优选采用“凹”字形结构。

轨道承载机构22通过变轨驱动机构21提供变轨的动力。图3为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的变轨装置的侧视图。结合图2和图3，在一个具体的实施例中，变轨驱动机构21包括驱动机构安装座211、减速电机212、伺服电机213、两根传动轴214、多个支承座215、两根丝杠216和两个丝母217。

驱动机构安装座211与底座11固定。伺服电机213通过与减速电机212固定连接安装于驱动机构安装座211上。多个支承座215具体为四个，每个导轨安装座221内设置有两个，需要说明的是，此处的个数仅为举例说明，并不用于限定本发明的保护范围，可以根据不同的变轨需求而定。两根传动轴214分别设置在减速电机212的两侧。每根丝杠216的一端与传动轴214连接，另一端穿设在两个支承座215内。每个丝母217安装于每个丝杠216上，且每个丝母217的上表面与一个轨道承载机构22固定。传动轴214与减速电机212、丝杠216之间的连接，优选采用联轴节218进行连接。

在变轨的过程中，伺服电机213通过减速机212、联轴节218、传动轴214驱动两侧丝杠216同时转动，两侧丝杠216分别驱动两侧丝母217做横向运动，从而带动横移底座224、横移夹板225、第一力传感器226和承载轨23跟随第二导轨滑块223，沿第二导轨222做横向运动，实现轨距的调整功能。

本实施例提供的两组车轮顶升解锁装置3，用于在外部电液伺服控制系统的控制下为变轨提供辅助工作。再如图1所示，两组车轮顶升解锁装置3设置于底座11上，分立变轨装置2的两侧；每组车轮顶升解锁装置3包括顶升装置31和解锁装置32，解锁装置32设置在顶升装置31的上方。

图4为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的顶升装置的结构图。如图4所示，顶升装置31包括顶升油缸311和顶升横梁312。

顶升油缸311包括第一缸筒3111、第一活塞(图中未示出)和第一活塞杆3112。第一缸筒3111的底部与底座11固定；第一缸筒3111的顶部具有第一动力输出孔(图中未示出)；第一活塞设置在第一缸筒3111内，第一活塞杆3112穿设于第一动力输出孔中，第一活塞杆3112的底端与第一活塞的顶面相连，第一活塞杆3112的顶端伸出第一缸筒3111外，与顶升横梁312固定。

顶升横梁312主要为轴箱103和解锁装置32提供支撑和固定的作用，在本实施例中，顶升横梁312采用箱体结构。顶升横梁312的上表面具有限位装置3121，具体的，限位装置3121可以为横向止挡31211和纵向止挡31212，通过横向止挡31211和纵向止挡31212对可变轨距轮对100的轴箱103进行横向和纵向的紧固约束，从而实现了对车轮102的约束定位，使车轮102稳固在承载轨23上。顶升横梁312的下表面具有固定装置3122，第一活塞杆3112的顶端通过固定装置3122与顶升横梁312固定，在顶升装置31顶举可变轨距轮对100的过程中，以防第一活塞杆3112发生滑动。

在一个优选的方案中，顶升装置31还设置有顶升底座313和多根导向杆314。顶升底座313与底座11固定；每根导向杆314的底端可与顶升底座313固定，顶端与顶升横梁312相连，在第一活塞杆3112上下运动时引导顶升横梁312只能竖直上下移动。顶升底座313的设置，除了对顶升装置31起固定作用外，还有利于顶升装置31在该试验台上的拆装和更换。

解锁装置32可以随顶升装置31一起运动，对轴箱103起顶举或下落的辅助功能，也可以单独运动，对轴箱103起解锁和锁紧作用。图5为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的解锁装置的结构图，如图5所示，解锁装置32包括解锁滑块321、解锁油缸322和解锁推杆(图中未示出)。

结合图1和图5，解锁油缸322的底部与顶升横梁312固定，解锁推杆设置在解锁油缸322内；解锁滑块321设置在解锁推杆的顶端，并露出顶升横梁312的上表面之上，以解锁或锁紧轴箱103的锁紧机构，从而解锁或锁定可变轨距轮对100上的锁紧装置，实现两个车轮102沿轮轴101的横向移动。为了准确掌握可变轨距轮对100的解锁性能，作为优选方案，在每个解锁装置32上还设置有第二力传感器323；第二力传感器323设置在解锁滑块321上，在本实施例中，第二力传感器323与解锁滑块321的底部相接，感应轴箱103上的锁紧机构对解锁滑块321的推力，从而能够实时检测解锁力值。

车轮驱动装置4可以驱动可变轨距轮对100以不同的速度跑合，完成不同速度下的变轨试验和单独跑合试验。图6为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的车轮驱动装置的结构图。如图6所示，车轮驱动装置4悬吊在第一导轨131上，车轮驱动装置4具体包括:电机安装座41、驱动电机42、摩擦轮43、油缸44和第一导轨滑块45。

第一导轨滑块45安装于第一导轨131上；电机安装座41固定在第一导轨滑块45上；驱动电机42固定在与电机安装座41上，在本实施例中，如图5所示，驱动电机42固定在电机安装座41的侧壁上；驱动电机42的电机轴上固定有摩擦轮43；油缸44的顶端与电机安装座41紧固连接，底端与横梁13连接，在车轮驱动装置4工作时，油缸44带动驱动电机42和摩擦轮43跟随第一导轨滑块45沿第一导轨131横向移动，使得摩擦轮43与车轮102发生摩擦，从而驱动车轮102的跑合。

当可变轨距轮对100被推送至承载轨23时，限位装置3121将轴箱103固定，外部电液伺服控制系统控制接收第一控制信号控制第一活塞杆3112上升，可变轨距轮对100的轴箱103被顶举，轴箱103负载；外部电液伺服控制系统接收第二控制信号控制车轮驱动装置4与车轮102摩擦，驱动车轮102按照一定的速度跑合；外部电液伺服控制系统接收第三控制信号控制解锁推杆上升带动解锁滑块321与轴箱103的锁紧机构契合，使得轴箱103的锁紧机构解锁，并通过解锁滑块321上的第二传感器324实时检测解锁力值；外部电液伺服控制系统接收第四控制信号控制变轨驱动机构21驱动两个轨道承载机构22产生沿第一导轨131的投影方向的相向或相对运动，当车轮102到达预设轨距的位置时，解锁滑块321复位，使得轴箱103的锁紧机构锁闭，此时，车轮102被锁紧，实现变轨，并通过设置在横移夹板225底面的第一传感器226实时检测变轨力值。在顶升油缸311的作用下，第一活塞杆3112下降，车轮102负载。

为了引导可变轨距轮对100推送至承载轨23上，在一个优选的方案中，变轨距轮对综合性能试验台还包括引导轨装置5。图7为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的引导轨装置的结构图。如图7所示，引导轨装置5包括：引导轨安装座51和引导轨52。引导轨安装座51设置于底座11的一侧；引导轨52安装于引导轨安装座51上，且引导轨52与承载轨23相接。在一个更优选的方案中，为方便可变轨距轮对100被顺利推送至承载轨23上，不会在引导轨52与承载轨23相接的地方发生滑动脱轨，在引导轨安装座51靠近承载轨23的一端设置有耐磨板安装座53，耐磨板54安装于耐磨板安装座53上。

图8为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的侧视图，图9为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的制动夹钳支承装置的结构图。结合图8和图9所示，该变轨距轮对综合性能试验台还包括一对制动夹钳支承装置6，每个制动夹钳支承装置6包括：夹钳支承安装座61、第三导轨62、夹钳支承座63、第三导轨滑块64、限位止挡65和制动夹钳66。

夹钳支承安装座61安装于底座11上且设置在承载轨23的一端。第三导轨62固定在夹钳支承安装座61上，且第三导轨62的设置方向与承载轨23的设置方向相同。

夹钳支承座63垂直固定在安装于第三导轨62上的第三导轨滑块64的上表面。制动夹钳66固定在夹钳支承座63顶端的固定部67上，且制动夹钳66上有导向机构(图中未示出)可以跟随车轮102横向移动，以实现对随轨距变化的不同车轮102的制动。

夹钳支承座63可以随第三导轨滑块64沿第三导轨62的方向移动，方便不同的可变轨距轮对100的制动夹钳66的移动。

第三导轨62的两端还设置有限位止挡65，防止制动夹钳支承座63在移动的过程中脱出试验台。

为方便夹钳支承座63在第三导轨62上的固定，第三导轨滑块64上还设置有导轨锁68。

为了模拟可变轨距轮对100在实际的负载情况下的变轨及测定可变轨距轮对100的载荷，再如图1所示，变轨距轮对综合性能试验台还设置有悬挂在横梁13上且与两组车轮顶升解锁装置3分别对准设置的一对垂直加载装置7。图10为本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台的垂向加载装置的结构图。如图10所示，每个垂直加载装置7包括加载油缸71、第三力传感器72和载荷施加底座73。

加载油缸71包括第二缸筒711、第二活塞(图中未示出)和第二活塞杆。第二缸筒711的底部与横梁13固定；第二活塞设置在第二缸筒711内。第二活塞杆穿设于第二缸筒711的顶部的第二动力输出孔(图中未示出)中，第二活塞杆的底端与第二活塞的顶面相连，第二活塞杆的顶端伸出第二缸筒711外。

第三力传感器72的第一表面与第二活塞杆的顶端相连；第三力传感器72的第二表面与载荷施加底座73相接；第三力传感器72可以检测通过载荷施加底座73对所述轴箱103施加的载荷，从而能够实时检测可变轨距轮对100的载荷。

载荷施加底座73的设置可以增大加载油缸71与轴箱103的受力面积，方便加载油缸71对轴箱103施加载荷。

本发明实施例提供的变轨距轮对综合性能试验台，将多种试验功能综合到同一个试验装置，在车轮顶升解锁装置和车轮驱动装置的辅助下，采用变轨驱动机构驱动轨道承载机构产生相向或相对运动，改变了两个承载轨之间的间距；通过轨道承载机构的带动，承载在轨道承载机构上的可变轨距轮对的两个车轮的轮距发生了改变，实现了变轨的过程。在变轨的过程中，通过对解锁力值、变轨力值的实时检测，可以更加准确了解可变轨距轮对的各项指标。此外，通过垂向加载装置和制动夹钳支承装置的设置，模拟其负载时的变轨及制动过程，并实时检测可变轨距轮对的载荷。综上，对可变轨距轮对的解锁力值、变轨力值和载荷等的检测，有利于了解可变轨距轮对的可靠性、内部零部件匹配性等综合性能，为其改进提供了可靠的理论依据。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。