一种组合式轨道轮及冷却装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种组合式轨道轮及其冷却装置，特别涉及一种具有双轨结构的组合式轨道轮及配套使用的冷却装置。
【背景技术】
[0002]轨道轮是线性(轨道)涡流制动试验台和磁轨制动试验台的关键核心部件之一，它与试验用制动电磁铁相互作用，产生制动力，将制动能量转化为热量并耗散，实现减速和制动。
[0003]一般涡流或磁轨制动试验台的轨道轮结构简单，通常具有一个圆盘形轨道，并且采用一体式结构，如我国专利CN2415359Y(2001年)和CN100395131C(2008年)公开的涡流制动试验台，以及国外的同类试验台。这种轨道轮在一定条件下能够实现祸流制动的能量转化，但却无法承受列车同等制动负载下高速制动引起的高温，用于磁轨制动试验则难以解决磨损和更换问题，因此一般只适用于缩比试验台及中低速试验，而无法满足高速、大功率的1:1试验要求。
[0004]涡流制动和磁轨制动是轨道交通车辆的两种辅助制动方式。涡流制动利用磁感应原理，即金属导体在磁场中运动时，导体内会感应出电涡流，由电涡流产生的磁场使原来的主磁场发生畸变，生成切向的制动力，在不接触的情况下实现列车的制动。根据结构形式，可分为线性(轨道)涡流制动和旋转(盘式)涡流制动两种类型。涡流制动具有无机械磨损、无噪声、无气味、制动力可控等突出优点，既可用于快速制动或紧急制动，又可用于常用制动，可减小制动距离，提高行车安全性，并可减少机械制动的磨耗，运行经济性良好。线性涡流制动不依赖于轮轨粘着，在高速区段可发挥较大的制动力。因此，涡流制动是一种先进、有效的高速列车制动方式，目前已在国外的高速列车上应用。
[0005]磁轨制动是通过安装在转向架上的电磁铁或永久磁铁，在磁吸力的作用下与钢轨接触并产生正压力，则列车运行时与钢轨表面产生摩擦力，达到制动的目的。磁轨制动也属于非粘着制动方式，并且制动磁铁对钢轨面具有清扫作用，使轮轨粘着系数略有增加。但它是通过与钢轨的摩擦实现制动的，因而存在机械磨损。磁轨制动在国外被广泛地应用在客车、动车组、机车和城轨车辆上，近年来国内城轨车辆也开始应用。
[0006]涡流制动试验台和磁轨制动试验台是为涡流制动、磁轨制动的研究与性能试验而设计、建造的试验装置，具有驱动调速、制动、控制、数据采集与分析等功能。轨道轮是这两种试验台的关键核心部件，它是用圆盘形轨道来模拟实际线路上的钢轨，承受被试件所施加的制动力及由此产生的温升，同时又作为试验惯量的一部分，参与模拟试验所需的制动质量。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种双轨组合式结构的轨道轮，并带有专门的冷却装置，既可用于轨道车辆涡流制动试验台，又可用于磁轨制动试验台，特别适用于高速列车涡流制动或磁轨制动1:1试验。
[0008]本发明从传热、机械强度和使用性三方面进行综合研究，设计了一种双轨组合式结构的轨道轮，可带有特殊设计的冷却装置。该轨道轮在一个轮体上组合安装两个圆盘式轨道，并可实现盘式轨道的现场更换，较好地解决了高速制动散热、制动电磁铁布置和磨损更换等问题，满足强度要求，可以1:1再现制动能量转化过程。
[0009]其基本原理是，轨道轮的外圆部分按照标准钢轨轨头的尺寸和形状设计，以便模拟实际钢轨，与试验电磁铁相互作用。轨道轮既作为制动能量的承载与传递者，同时又是试验惯量的组成部分。因此，既要拥有较大的热容量和耐热性，又要具有高强度和良好的动平衡性能，才能实现高速、大功率制动试验。
[0010]进行1:1高速制动试验时，制动能量非常大，这些能量绝大部分需要通过轨道轮转化成热量而散发。因为制动能量与速度的平方成正比，列车速度的提高往往带来制动能量的大幅增加，所以产生的热量也随之快速增长。又因为轨道轮的周长远远小于实际线路上的轨长，制动过程处于不断被“加热”的状态，且涡流制动存在“集肤”效应，没有足够的散热时间，所以一般会产生巨大的温升。若增加轨道轮直径，在同等轴重情况下，试验所需的转动惯量将大幅增加，则设备的复杂性和制造费用将急剧上升，所以轨道轮直径受到一定限制而无法随意选择，轨道轮温升的改善十分有限。另外，制动电磁铁需要沿着圆形轨道安装，因长度较大而存在布置、调整困难，试验误差过大等问题。
[0011]为实现高速列车涡流或磁轨制动1:1试验的目的，本发明所采用的技术方案是:轨道轮设计成双轨形式，如附图1所示，即一套轨道轮装置具有两组圆盘式轨道，则在直径不变的条件下周长增加一倍，而且盘式轨道外端面可设计出散热筋，因此散热面积大大增加。制动电磁铁则可分为两列布置和安装，分别与两组轨道对齐。其特征在于:整套装置采用分体组合结构，至少由轮体、两组盘式轨道、连接螺栓、键和销轴组成。所述轮体采用强度较高的合金钢材料或导热系数较大的铜合金材料制造；所述盘式轨道采用与标准钢轨相同或相近的材料制造，外圆形状和尺寸均与标准钢轨顶部一致，其与所述轮体通过键和螺栓连接，并带有防松垫片；每组盘式轨道均设计为2?4瓣，通过销轴和螺栓连接成一体，钢轨磨损(如进行多次磁轨制动)后可方便地实现现场更换。
[0012]此外，还设计了一套强制冷却装置，可用于高速涡流制动试验过程。其主要由C形或U形冷却喷管、进水管路、连接法兰、三通及流体控制和测量部件组成。其特征在于:冷却喷管设计为C形或U形，沿盘式轨道圆周布置，且喷管面向轨道侧均布喷孔，通过控制可向轨道轮表面均匀喷射冷却介质，形成阵列射流，控制轨道轮温升。冷却介质可以是水或其它冷却液体，流量可通过电动调节阀、流量计和计算机自动控制，通过栗及液位计或液位开关等可实现介质的循环。
[0013]本发明的技术效果如下:
[0014]轨道轮承担制动能量转化任务，产生的热能绝大部分存储在轨道轮中。由于制动过程中轨道轮被反复“加热”，因此一般轨道轮温升较大，特别是高速试验时制动能量很大，会导致很高的温升，若无特殊设计，则一般材料将无法承受。本发明所述双轨组合式轨道轮，在直径相同的情况下，轨道周长增加一倍，还可以在盘式轨道端面设计出散热筋，则散热面积大幅增加，因此可承受较高的制动能量，提高试验速度。冷却装置的作用，是加强轨道轮的对流散热，使大量的热能通过冷却系数较大的介质耗散，有效抑制轨道轮的温升，因此试验速度可大大提高。仿真计算表明，在正常试验通风对流条件下，所述组合式轨道轮至少可承受19t轴重、速度达350km/h的常用制动和快速制动所引起的温升。采用所述冷却装置的条件下，则可实现轴