一種組合式軌道輪及冷卻裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種組合式軌道輪及其冷卻裝置，特別涉及一種具有雙軌結(jié)構(gòu)的組合式軌道輪及配套使用的冷卻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道輪是線性(軌道)渦流制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和磁軌制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵核心部件之一，它與試驗(yàn)用制動(dòng)電磁鐵相互作用，產(chǎn)生制動(dòng)力，將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量并耗散，實(shí)現(xiàn)減速和制動(dòng)。
[0003]一般渦流或磁軌制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的軌道輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常具有一個(gè)圓盤(pán)形軌道，并且采用一體式結(jié)構(gòu)，如我國(guó)專(zhuān)利CN2415359Y(2001年)和CN100395131C(2008年)公開(kāi)的渦流制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，以及國(guó)外的同類(lèi)試驗(yàn)臺(tái)。這種軌道輪在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)禍流制動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化，但卻無(wú)法承受列車(chē)同等制動(dòng)負(fù)載下高速制動(dòng)引起的高溫，用于磁軌制動(dòng)試驗(yàn)則難以解決磨損和更換問(wèn)題，因此一般只適用于縮比試驗(yàn)臺(tái)及中低速試驗(yàn)，而無(wú)法滿足高速、大功率的1:1試驗(yàn)要求。
[0004]渦流制動(dòng)和磁軌制動(dòng)是軌道交通車(chē)輛的兩種輔助制動(dòng)方式。渦流制動(dòng)利用磁感應(yīng)原理，即金屬導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)會(huì)感應(yīng)出電渦流，由電渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使原來(lái)的主磁場(chǎng)發(fā)生畸變，生成切向的制動(dòng)力，在不接觸的情況下實(shí)現(xiàn)列車(chē)的制動(dòng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，可分為線性(軌道)渦流制動(dòng)和旋轉(zhuǎn)(盤(pán)式)渦流制動(dòng)兩種類(lèi)型。渦流制動(dòng)具有無(wú)機(jī)械磨損、無(wú)噪聲、無(wú)氣味、制動(dòng)力可控等突出優(yōu)點(diǎn)，既可用于快速制動(dòng)或緊急制動(dòng)，又可用于常用制動(dòng)，可減小制動(dòng)距離，提高行車(chē)安全性，并可減少機(jī)械制動(dòng)的磨耗，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性良好。線性渦流制動(dòng)不依賴于輪軌粘著，在高速區(qū)段可發(fā)揮較大的制動(dòng)力。因此，渦流制動(dòng)是一種先進(jìn)、有效的高速列車(chē)制動(dòng)方式，目前已在國(guó)外的高速列車(chē)上應(yīng)用。
[0005]磁軌制動(dòng)是通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)向架上的電磁鐵或永久磁鐵，在磁吸力的作用下與鋼軌接觸并產(chǎn)生正壓力，則列車(chē)運(yùn)行時(shí)與鋼軌表面產(chǎn)生摩擦力，達(dá)到制動(dòng)的目的。磁軌制動(dòng)也屬于非粘著制動(dòng)方式，并且制動(dòng)磁鐵對(duì)鋼軌面具有清掃作用，使輪軌粘著系數(shù)略有增加。但它是通過(guò)與鋼軌的摩擦實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的，因而存在機(jī)械磨損。磁軌制動(dòng)在國(guó)外被廣泛地應(yīng)用在客車(chē)、動(dòng)車(chē)組、機(jī)車(chē)和城軌車(chē)輛上，近年來(lái)國(guó)內(nèi)城軌車(chē)輛也開(kāi)始應(yīng)用。
[0006]渦流制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和磁軌制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是為渦流制動(dòng)、磁軌制動(dòng)的研究與性能試驗(yàn)而設(shè)計(jì)、建造的試驗(yàn)裝置，具有驅(qū)動(dòng)調(diào)速、制動(dòng)、控制、數(shù)據(jù)采集與分析等功能。軌道輪是這兩種試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵核心部件，它是用圓盤(pán)形軌道來(lái)模擬實(shí)際線路上的鋼軌，承受被試件所施加的制動(dòng)力及由此產(chǎn)生的溫升，同時(shí)又作為試驗(yàn)慣量的一部分，參與模擬試驗(yàn)所需的制動(dòng)質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種雙軌組合式結(jié)構(gòu)的軌道輪，并帶有專(zhuān)門(mén)的冷卻裝置，既可用于軌道車(chē)輛渦流制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，又可用于磁軌制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，特別適用于高速列車(chē)渦流制動(dòng)或磁軌制動(dòng)1:1試驗(yàn)。
[0008]本發(fā)明從傳熱、機(jī)械強(qiáng)度和使用性三方面進(jìn)行綜合研究，設(shè)計(jì)了一種雙軌組合式結(jié)構(gòu)的軌道輪，可帶有特殊設(shè)計(jì)的冷卻裝置。該軌道輪在一個(gè)輪體上組合安裝兩個(gè)圓盤(pán)式軌道，并可實(shí)現(xiàn)盤(pán)式軌道的現(xiàn)場(chǎng)更換，較好地解決了高速制動(dòng)散熱、制動(dòng)電磁鐵布置和磨損更換等問(wèn)題，滿足強(qiáng)度要求，可以1:1再現(xiàn)制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。
[0009]其基本原理是，軌道輪的外圓部分按照標(biāo)準(zhǔn)鋼軌軌頭的尺寸和形狀設(shè)計(jì)，以便模擬實(shí)際鋼軌，與試驗(yàn)電磁鐵相互作用。軌道輪既作為制動(dòng)能量的承載與傳遞者，同時(shí)又是試驗(yàn)慣量的組成部分。因此，既要擁有較大的熱容量和耐熱性，又要具有高強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡性能，才能實(shí)現(xiàn)高速、大功率制動(dòng)試驗(yàn)。
[0010]進(jìn)行1:1高速制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，制動(dòng)能量非常大，這些能量絕大部分需要通過(guò)軌道輪轉(zhuǎn)化成熱量而散發(fā)。因?yàn)橹苿?dòng)能量與速度的平方成正比，列車(chē)速度的提高往往帶來(lái)制動(dòng)能量的大幅增加，所以產(chǎn)生的熱量也隨之快速增長(zhǎng)。又因?yàn)檐壍垒喌闹荛L(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際線路上的軌長(zhǎng)，制動(dòng)過(guò)程處于不斷被“加熱”的狀態(tài)，且渦流制動(dòng)存在“集膚”效應(yīng)，沒(méi)有足夠的散熱時(shí)間，所以一般會(huì)產(chǎn)生巨大的溫升。若增加軌道輪直徑，在同等軸重情況下，試驗(yàn)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將大幅增加，則設(shè)備的復(fù)雜性和制造費(fèi)用將急劇上升，所以軌道輪直徑受到一定限制而無(wú)法隨意選擇，軌道輪溫升的改善十分有限。另外，制動(dòng)電磁鐵需要沿著圓形軌道安裝，因長(zhǎng)度較大而存在布置、調(diào)整困難，試驗(yàn)誤差過(guò)大等問(wèn)題。
[0011]為實(shí)現(xiàn)高速列車(chē)渦流或磁軌制動(dòng)1:1試驗(yàn)的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:軌道輪設(shè)計(jì)成雙軌形式，如附圖1所示，即一套軌道輪裝置具有兩組圓盤(pán)式軌道，則在直徑不變的條件下周長(zhǎng)增加一倍，而且盤(pán)式軌道外端面可設(shè)計(jì)出散熱筋，因此散熱面積大大增加。制動(dòng)電磁鐵則可分為兩列布置和安裝，分別與兩組軌道對(duì)齊。其特征在于:整套裝置采用分體組合結(jié)構(gòu)，至少由輪體、兩組盤(pán)式軌道、連接螺栓、鍵和銷(xiāo)軸組成。所述輪體采用強(qiáng)度較高的合金鋼材料或?qū)嵯禂?shù)較大的銅合金材料制造；所述盤(pán)式軌道采用與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌相同或相近的材料制造，外圓形狀和尺寸均與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌頂部一致，其與所述輪體通過(guò)鍵和螺栓連接，并帶有防松墊片；每組盤(pán)式軌道均設(shè)計(jì)為2?4瓣，通過(guò)銷(xiāo)軸和螺栓連接成一體，鋼軌磨損(如進(jìn)行多次磁軌制動(dòng))后可方便地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)更換。
[0012]此外，還設(shè)計(jì)了一套強(qiáng)制冷卻裝置，可用于高速渦流制動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程。其主要由C形或U形冷卻噴管、進(jìn)水管路、連接法蘭、三通及流體控制和測(cè)量部件組成。其特征在于:冷卻噴管設(shè)計(jì)為C形或U形，沿盤(pán)式軌道圓周布置，且噴管面向軌道側(cè)均布噴孔，通過(guò)控制可向軌道輪表面均勻噴射冷卻介質(zhì)，形成陣列射流，控制軌道輪溫升。冷卻介質(zhì)可以是水或其它冷卻液體，流量可通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，通過(guò)栗及液位計(jì)或液位開(kāi)關(guān)等可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的循環(huán)。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0014]軌道輪承擔(dān)制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化任務(wù)，產(chǎn)生的熱能絕大部分存儲(chǔ)在軌道輪中。由于制動(dòng)過(guò)程中軌道輪被反復(fù)“加熱”，因此一般軌道輪溫升較大，特別是高速試驗(yàn)時(shí)制動(dòng)能量很大，會(huì)導(dǎo)致很高的溫升，若無(wú)特殊設(shè)計(jì)，則一般材料將無(wú)法承受。本發(fā)明所述雙軌組合式軌道輪，在直徑相同的情況下，軌道周長(zhǎng)增加一倍，還可以在盤(pán)式軌道端面設(shè)計(jì)出散熱筋，則散熱面積大幅增加，因此可承受較高的制動(dòng)能量，提高試驗(yàn)速度。冷卻裝置的作用，是加強(qiáng)軌道輪的對(duì)流散熱，使大量的熱能通過(guò)冷卻系數(shù)較大的介質(zhì)耗散，有效抑制軌道輪的溫升，因此試驗(yàn)速度可大大提高。仿真計(jì)算表明，在正常試驗(yàn)通風(fēng)對(duì)流條件下，所述組合式軌道輪至少可承受19t軸重、速度達(dá)350km/h的常用制動(dòng)和快速制動(dòng)所引起的溫升。采用所述冷卻裝置的條件下，則可實(shí)現(xiàn)軸