[发明专利]高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性试验装置

说明书

技术领域

本发明属于铁道车辆技术领域，涉及测试试验与控制技术，尤其是高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性的试验装置，该试验装置可用于研究铁路高速列车在模拟的制动环境中制动盘的泵风效应及制动盘温度场分布规律，为开发新型制动盘提供测试试验平台。

技术背景

《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006-2020年），已将高速轨道交通系统、高效运输技术装备列入了优先主题。提出“重点研究开发高速轨道交通控制和调速系统、车辆制造、线路建设和系统集成等关键技术，形成系统成套技术，开展工程化运行试验，掌握运行控制、线路建设和系统集成技术”。随着中国高速铁路和客运专线的快速发展，高速轮轨动车组将成为我国高速运输的主流交通工具。

随着我国高速列车速度的不断提高，研究和掌握高速列车关键技术已逐渐成为相关研究、生产单位的主要任务之一，其中研究高速列车制动盘在高速情况下的制动性能越来越受重视。高速列车制动盘的泵风效应及制动盘温度场分布呈现新的特点，关乎制动盘的使用寿命，研制开发功耗小、热容量高、寿命长的制动盘非常必要。国内关于高速列车制动盘的试验装置主要以1:1热容试验与摩擦副匹配试验为主，如铁道科学研究院等。没有关于高速列车制动盘泵风效应的试验装置，也没有用于制动盘动态散热特性的试验装置。没有考虑高速情况下，空气流场对制动盘泵风及散热的影响。

发明内容

本发明的目的是针对高速列车制动盘在制动过程中呈现的泵风效应及温升变化特性，提供一种高速列车制动盘泵风效应及动态散热特性的试验装置。通过该装置能够：（1）通过控制风机转速及风门大小，用以模拟制动盘在制动过程中不同运行速度下的空气流场作用，通过试验可以测量得到制动盘的泵风功耗等参数。（2）通过电机控制模拟制动盘在制动过程的转动状态，基于非接触式平面涡流感应加热方式来模拟制动盘在制动过程中的热载荷输入。通过试验获取制动盘动态散热规律，为分析、优化制动盘结构提供依据。（3）通过控制风机转速及风门大小，用以模拟制动盘在制动过程中不同运行速度下的空气流场作用，通过试验研究多种空气流场情况下的制动盘动态散热特性及制动盘的温升分布规律。

为实现上述目的，本发明解决方案如下：

系统由固定单元、制动盘驱动与检测单元、被测制动盘与试验测试单元、热载荷输入单元、风载荷输入与检测单元、控制单元组成。制动盘驱动与检测单元、固定单元连接，可实现不同制动初速、不同制动模式下的真实的制动盘转动状态模拟，以及制动盘所受转矩大小参数的检测。作为试验被测对象，被测制动盘安装在制动盘驱动与检测单元上，测试参数主要包括制动盘各表面的瞬态温度大小。热载荷输入单元安装在固定单元，主要通过非接触式平面涡流感应加热方式来模拟制动盘在制动过程中的热载荷输入，避免采用闸片摩擦方式造成的磨损影响。风载荷输入与检测单元与固定单元连接，主要用来真实模拟被测对象周围的空气流场作用。系统可实现制动盘泵风功耗、动态散热规律试验。

固定单元的固定架与地基固接，用于支撑和连接伺服电机带动的制动盘。

制动盘驱动与检测单元用于实现对被测制动盘按照设定转速进行控制调节。制动盘两端通过轴承与固定架相连，并用扣件扣紧，螺钉固定。制动盘驱动单元固定于支撑台上，其包括伺服电机、联轴器、减速离合器、2个光电编码器。伺服电机经过编码器、联轴器、减速离合器与制动盘一端连接，伺服电机对制动盘进行驱动，一个光电编码器用于测量电机转速。另一个编码器与制动盘另一端相连，用于测量制动盘转速。

被测制动盘与试验测试单元主要包括被测的制动盘、试验样件制动盘、5个红外温度传感器组成。被测的制动盘与试验样件制动盘均可通过螺栓方式安装在制动盘驱动轴的同一位置，试验时先安装试验样件制动盘获得对照参数后，再更换上被测的制动盘进行试验测试。5个红外温度传感器用于检测试验过程中制动盘表面2个不同径向位置及其对称面相同位置的温度变化，以及散热筋处的温度变化。5个红外温度传感器的监测结果经过滤波、AD转换后输入到工业控制计算进行显示、分析与存储。