[發明專利]高速列車制動盤泵風效應及動態散熱特性試驗裝置

有效

• 申請號: 201310060446.9
• 申請日: 2013-02-26
• 公開（公告）號: CN103175700A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 左建勇;朱曉宇
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01M17/08
• 分類號: G01M17/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于鐵道車輛技術領域，涉及測試試驗與控制技術，尤其是高速列車制動盤泵風效應及動態散熱特性的試驗裝置，該試驗裝置可用于研究鐵路高速列車在模擬的制動環境中制動盤的泵風效應及制動盤溫度場分布規律，為開發新型制動盤提供測試試驗平臺。

技術背景

《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》（2006-2020年），已將高速軌道交通系統、高效運輸技術裝備列入了優先主題。提出“重點研究開發高速軌道交通控制和調速系統、車輛制造、線路建設和系統集成等關鍵技術，形成系統成套技術，開展工程化運行試驗，掌握運行控制、線路建設和系統集成技術”。隨著中國高速鐵路和客運專線的快速發展，高速輪軌動車組將成為我國高速運輸的主流交通工具。

隨著我國高速列車速度的不斷提高，研究和掌握高速列車關鍵技術已逐漸成為相關研究、生產單位的主要任務之一，其中研究高速列車制動盤在高速情況下的制動性能越來越受重視。高速列車制動盤的泵風效應及制動盤溫度場分布呈現新的特點，關乎制動盤的使用壽命，研制開發功耗小、熱容量高、壽命長的制動盤非常必要。國內關于高速列車制動盤的試驗裝置主要以1:1熱容試驗與摩擦副匹配試驗為主，如鐵道科學研究院等。沒有關于高速列車制動盤泵風效應的試驗裝置，也沒有用于制動盤動態散熱特性的試驗裝置。沒有考慮高速情況下，空氣流場對制動盤泵風及散熱的影響。

發明內容

本發明的目的是針對高速列車制動盤在制動過程中呈現的泵風效應及溫升變化特性，提供一種高速列車制動盤泵風效應及動態散熱特性的試驗裝置。通過該裝置能夠：（1）通過控制風機轉速及風門大小，用以模擬制動盤在制動過程中不同運行速度下的空氣流場作用，通過試驗可以測量得到制動盤的泵風功耗等參數。（2）通過電機控制模擬制動盤在制動過程的轉動狀態，基于非接觸式平面渦流感應加熱方式來模擬制動盤在制動過程中的熱載荷輸入。通過試驗獲取制動盤動態散熱規律，為分析、優化制動盤結構提供依據。（3）通過控制風機轉速及風門大小，用以模擬制動盤在制動過程中不同運行速度下的空氣流場作用，通過試驗研究多種空氣流場情況下的制動盤動態散熱特性及制動盤的溫升分布規律。

為實現上述目的，本發明解決方案如下：

系統由固定單元、制動盤驅動與檢測單元、被測制動盤與試驗測試單元、熱載荷輸入單元、風載荷輸入與檢測單元、控制單元組成。制動盤驅動與檢測單元、固定單元連接，可實現不同制動初速、不同制動模式下的真實的制動盤轉動狀態模擬，以及制動盤所受轉矩大小參數的檢測。作為試驗被測對象，被測制動盤安裝在制動盤驅動與檢測單元上，測試參數主要包括制動盤各表面的瞬態溫度大小。熱載荷輸入單元安裝在固定單元，主要通過非接觸式平面渦流感應加熱方式來模擬制動盤在制動過程中的熱載荷輸入，避免采用閘片摩擦方式造成的磨損影響。風載荷輸入與檢測單元與固定單元連接，主要用來真實模擬被測對象周圍的空氣流場作用。系統可實現制動盤泵風功耗、動態散熱規律試驗。

固定單元的固定架與地基固接，用于支撐和連接伺服電機帶動的制動盤。

制動盤驅動與檢測單元用于實現對被測制動盤按照設定轉速進行控制調節。制動盤兩端通過軸承與固定架相連，并用扣件扣緊，螺釘固定。制動盤驅動單元固定于支撐臺上，其包括伺服電機、聯軸器、減速離合器、2個光電編碼器。伺服電機經過編碼器、聯軸器、減速離合器與制動盤一端連接，伺服電機對制動盤進行驅動，一個光電編碼器用于測量電機轉速。另一個編碼器與制動盤另一端相連，用于測量制動盤轉速。

被測制動盤與試驗測試單元主要包括被測的制動盤、試驗樣件制動盤、5個紅外溫度傳感器組成。被測的制動盤與試驗樣件制動盤均可通過螺栓方式安裝在制動盤驅動軸的同一位置，試驗時先安裝試驗樣件制動盤獲得對照參數后，再更換上被測的制動盤進行試驗測試。5個紅外溫度傳感器用于檢測試驗過程中制動盤表面2個不同徑向位置及其對稱面相同位置的溫度變化，以及散熱筋處的溫度變化。5個紅外溫度傳感器的監測結果經過濾波、AD轉換后輸入到工業控制計算進行顯示、分析與存儲。