一种轨道车辆速度模拟实验装置及工况模拟方法与流程

1.本发明属于轨道车辆的传感器系统检测技术领域，具体涉及一种轨道车辆速度模拟实验装置及工况模拟方法。


背景技术：

2.轨道车辆的牵引力大小控制、制动力大小控制、车辆紧急制动、车辆限速及车门零速保护功能及车辆特殊工况的判定，均需结合车辆速度来实现判定的，速度采集是整车安全保护控制的关键因素之一，所以在车辆生产调试过程中对速度传感器的功能及车辆特殊工况下的保护功能测试尤为重要。
3.地铁车辆普遍采用霍尔式传感器，霍尔式传感器能通过非接触式测量的方式采集车辆速度，当车辆车轮每转一圈，霍尔式传感器根据连接车轮的轴箱齿轮转动经过传感器探头的齿数输出相应数量的脉冲；车辆根据单位时间内接收的脉冲数量推算车轮角速度，再依据车辆轮径值计算车辆当前速度。
4.而随着传感器技术发展，地铁车辆速度传感器均升级为复合式传感器，可同时采集速度及转向；而现有的速度模拟试验装置功能单一，无法满足新一代的地铁车辆的速度检测需要；因此，如果设计一种能够对车辆速度以及多种运行工况进行模拟的装置，成为了有待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决轨道车辆不同车速和不同行进方向的模拟以及对运行过程中的工况进行模拟的问题，本方案提供了一种轨道车辆速度模拟实验装置及工况模拟方法。
6.本发明所采用的技术方案为：一种轨道车辆速度模拟实验装置，包括电源、拟速转轮、拟速电机和驱动电路；拟速转轮由所述拟速电机驱动，并由轨道车辆上的速度传感器进行速度检测；电源通过驱动电路向电性连接拟速电机；所述驱动电路包括有调速旋钮和切换开关；所述切换开关用于切换拟速电机的转动方向；所述调速旋钮用于调节拟速电机的转动速度。
7.可选的：还包括底座，底座上设置有电机安装座，所述拟速电机固定在电机安装座上。
8.可选的：所述底座的上方设置有罩盖，所述该罩盖上设置有传感器检测孔，在传感器检测孔处设置有导向柱，在导向柱上滑动连接有传感器座；所述速度传感器与传感器座可拆卸连接，并自传感器检测孔伸至拟速转轮处。
9.可选的：所述传感器检测孔的孔沿的两个相对侧分别设置有一个导向柱，传感器座同时与两个导向柱滑动连接。
10.可选的：所述底座呈u型，电源采用蓄电池并安装到底座的内底部；切换开关和调速旋钮安装在所述底座的侧壁上。
11.可选的：模拟车轮打滑工况的实验方法：包括以下步骤：
s11：将多个速度传感器匹配安装连接到一个所述速度模拟实验装置上；多个速度传感器分别用于检测不同位置的轮轴速度；s12：操作轨道车辆，使其处于快速制动检测，并缓解停放制动；s13：操作速度模拟实验装置的切换开关，使各个拟速转轮的转向相同和转速相同，且转速达到设定值；s14：调节任意一个速度模拟实验装置的调速旋钮，使对应的拟速转轮的转速下降。
12.可选的：所述拟速转轮为齿轮，所述齿轮的四周均布有轮齿；所述s14步骤中，若轨道车辆的车速检测系统处于正常使用状态，轨道车辆将判断为车轮打滑，并将打开对应防滑阀排风以降低制动力。
13.可选的：模拟车轮异常磨耗工况的实验方法：包括以下步骤：s21：将多个速度传感器匹配安装连接到一个所述速度模拟实验装置上；多个速度传感器分别用于检测不同位置的轮轴速度；s22：将任意一个速度模拟实验装置内的拟速转轮更换为缺齿轮；所述缺齿轮的周向上设置有缺失齿位；s23：操作轨道车辆，使其处于惰行状态，并缓解停放制动；s24：操作速度模拟实验装置的切换开关，使各个拟速转轮的转向和转速均相同，且转速达到设定值。
14.可选的：所述s24步骤中，若轨道车辆的车速检测系统处于正常使用状态，轨道车辆将延时报警并提示轮径差过大，自动实施紧急制动封锁牵引。
15.可选的：模拟车轴震动工况的实验方法：包括以下步骤：s31：将多个速度传感器匹配安装连接到一个所述速度模拟实验装置上；多个速度传感器分别用于检测不同位置的轮轴速度；s32：将至少一个速度模拟实验装置内的拟速转轮更换为偏心齿轮；所述偏心齿轮上设置有孔，使得偏心齿轮的重心偏离其轴心；s33：操作轨道车辆，使其处于惰行状态，并缓解停放制动；s34：操作速度模拟实验装置的切换开关，使各个拟速转轮的转向和转速均相同，且转速达到设定值；若轨道车辆的车速检测系统处于正常使用状态，则通过轨道车辆制动系统ptu可查看对应轴速度传感器返回数据具有明显的波动。
16.本发明的有益效果为：1.本方案中提供了一种轨道车辆速度模拟实验的装置，能够模拟轨道车辆在行进过程中的不同车速和不同行进方向，从而能够试验处轨道车辆内的相应的传感器系统以及包括制动系统或报警系统在内的反馈控制系统等线路的安全性和可靠性；2.本实验装置采用可充电的蓄电池，从而省去更换电池或外接电源的的繁琐，使装置的整体性更强，并且外观更加简洁，携带使用方便，续航能力增强；3.本方案中的传感器座能够配合带刻度的导向柱，准确调整速度传感器与拟速转轮的轮齿之间的距离，从而满足不同型号速度传感器对检测距离的要求；调速旋钮能够准确调节出拟速电机的转速，实现速度传感器采集数据的准确性测试；切换快关可控制内部
马达转正反转切换，实现速度传感器转向采集功能测试；4.通过不同的不走以及异形齿轮结构的设计，能够配合基础功能可实现车辆多工况模拟；从而全方位的测试轨道车辆内相应的车载系统的稳定性和可靠性。
附图说明
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.图1是本方案中的实验装置的结构图；图2是实验装置的内部结构图；图3是正常齿轮的结构图；图4是缺齿齿轮的结构图；图5是偏心齿轮的结构图；图6是偏心缺齿齿轮的结构图；图7是实验装置控制电路结构图。
19.附图说明：1-拟速转轮；2-电机安装座；3-蓄电池；4-底座；5-切换开关；6-调速旋钮；7-罩盖；8-传感器座；9-导向柱；10-拟速电机；11-缺失齿位；12-月牙孔；13-观察孔；14-传感器检测孔；15-充电器。
20.实施例1如图1至图7所示，本实施例设计了一种轨道车辆速度模拟实验装置，包括电源、拟速转轮1、拟速电机10、底座4、盖罩和驱动电路等结构。
21.其中，拟速转轮1由所述拟速电机10驱动，并由轨道车辆上的速度传感器进行速度检测。
22.底座4上设置有电机安装座2，所述拟速电机10固定在电机安装座2上，所述底座4呈u型。电源通过驱动电路向电性连接拟速电机10；电源采用蓄电池3并安装到底座4的内底部。
23.所述驱动电路包括有调速旋钮6和切换开关5，切换开关5和调速旋钮6安装在所述底座4的侧壁上；所述切换开关5用于切换拟速电机10的转动方向；所述调速旋钮6用于调节拟速电机10的转动速度。
24.罩盖7呈倒u字形，并且能够盖设到所述底座4的上方，罩盖7与底座4配合能够形成完整的外壳结构，在所述该罩盖7的顶面上设置有传感器检测孔14，所述传感器检测孔14的孔沿的两个相对侧分别设置有一个导向柱9，在导向柱9上滑动连接有传感器座8；，传感器座8同时与两个导向柱9滑动连接，所述速度传感器与传感器座8可拆卸连接，并自传感器检测孔14伸至拟速转轮1处。
25.在罩盖7的侧壁上可设置观察孔13，用于观察罩盖7内部拟速转轮1的转动情况，以及观察拟速转轮1与传感器检测孔14的相对位置。
26.拟速转轮1可以包括多种结构，具体可以包括正常齿轮、缺齿齿轮、偏心齿轮、偏心缺齿齿轮等；使用不同拟速转轮1可以具有不同的用途，并模拟不同工况下的轨道车辆运
行。
27.使用轨道车辆速度模拟实验装置进行车速检测时，其工作原理为：拟速转轮1的轮齿的齿顶接近速度传感器的探头时，造成磁场增强现象，使得速度传感器向轨道车辆车载的数据处理器返回高电压；而齿顶远离探头时，造成磁场减弱现象，速度传感器向数据处理器返回低电压；根据高电压脉冲数计算齿数，故车辆速度=2π*车轮直径*（单位时间内采集齿数/齿轮总齿数）。其车辆速度可以根据车载的制动系统ptu查看传感器反馈数据，从而获得车速信息。
28.实施例2使用实施例1中的轨道车辆速度模拟实验装置模拟车轮打滑工况的实验方法：包括以下步骤：s11：将多个速度传感器匹配安装连接到一个所述速度模拟实验装置上；多个速度传感器分别用于检测不同位置的轮轴速度；s12：操作轨道车辆，使其处于快速制动检测，并缓解停放制动；s13：操作速度模拟实验装置的切换开关5，使各个拟速转轮1的转向相同和转速相同，且转速达到设定值；s14：调节任意一个速度模拟实验装置的调速旋钮6，使对应的拟速转轮1的转速下降。
29.所述拟速转轮1为齿轮，所述齿轮的四周均布有轮齿；所述s14步骤中，若轨道车辆的车速检测系统处于正常使用状态，轨道车辆将判断为车轮打滑，并将打开对应防滑阀排风以降低制动力。
30.其模拟的原理在于：在车辆施加机械制动时，轨道车辆的车轮将会依靠轮轨黏着系数获得黏着力使车辆缓慢减速，而当打滑现象发生时，车轮与轨道之间的黏着力丢失，进而导致相应的轮轴直接受制动夹钳的制动压力更大，使得轮轴的转速迅速下降，甚至抱死；此时，车载的传感器系统对基础数据检测处理结果为：“单轴减速度过大”，而如果多个轮轴中的一个轮轴速度差异过大，则可以判断为该轮轴所连接的车轮打滑。
31.实施例3使用实施例1中的轨道车辆速度模拟实验装置模拟车轮异常磨耗工况的实验方法：包括以下步骤：s21：将多个速度传感器匹配安装连接到一个所述速度模拟实验装置上；多个速度传感器分别用于检测不同位置的轮轴速度；s22：将任意一个速度模拟实验装置内的拟速转轮1更换为缺齿轮；所述缺齿轮的周向上设置有缺失齿位11；s23：操作轨道车辆，使其处于惰行状态，并缓解停放制动；s24：操作速度模拟实验装置的切换开关5，使各个拟速转轮1的转向和转速均相同，且转速达到设定值。
32.可选的：所述s24步骤中，若轨道车辆的车速检测系统处于正常使用状态，轨道车辆将延时报警并提示轮径差过大，自动实施紧急制动封锁牵引。
33.其工作原理在于：车辆速度=2π*车轮直径*（单位时间内采集齿数/齿轮总齿数）；当车辆轮径值为预先设定好的固定值时；在车辆正常行驶过程中，包括车辆无打滑现象时，
各轴车轮线速度一致，所以当轮径一致时，各轴角速度也应一致，即是单位时间内采集的齿数应一致，并且车辆默认为各车轮轴的角速度始终一致，转速由轨道车辆的牵引系统的电机进行控制，在牵引系统未报故障情况下，转速不会存在差异。在上述基础上，当车辆计算出的某一轴线速度长时间存在差值，即是单位时间内检测到齿数存在差值，并且该差值超过允许的上限时，即判断为轮径差过大，然后需要有轨道车辆实行自动的或者人工操作的紧急制动封锁牵引。
34.此外，该车轮异常磨耗工况的模拟亦可称为齿轮箱机械损伤模拟，实际故障发生时需要技术人员根据现场情况判断。
35.实施例4使用实施例1中的轨道车辆速度模拟实验装置模拟车轴震动工况的实验方法：包括以下步骤：s31：将多个速度传感器匹配安装连接到一个所述速度模拟实验装置上；多个速度传感器分别用于检测不同位置的轮轴速度；s32：将至少一个速度模拟实验装置内的拟速转轮1更换为偏心齿轮；所述偏心齿轮上设置有孔，使得偏心齿轮的重心偏离其轴心；s33：操作轨道车辆，使其处于惰行状态，并缓解停放制动；s34：操作速度模拟实验装置的切换开关5，使各个拟速转轮1的转向和转速均相同，且转速达到设定值；若轨道车辆的车速检测系统处于正常使用状态，则通过轨道车辆制动系统ptu可查看对应轴速度传感器返回数据具有明显的波动。
36.其工作原理为：拟速转轮1选用偏心齿轮并转动时，利用其旋转产生的离心力得到激振力，振动频率与转速成正比；振动会改变速度传感器与拟速转轮1之间的间隙，使传感器向数据处理器返回的电压波形出现波动，影响数据处理器对高低电平的识别。需要注意的是：车轮的震动这一工况多发生于车辆转弯过程中，表现为有爬轨迹象，该工况发生时，易导致脱轨，可以通过施加轮缘润滑得以解决。
37.此外，当拟速转轮1选用偏心缺齿齿轮时，可以车轴震动和车轮异常磨耗两个工况混同作用下的情景，上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。