申请/专利权人：中南大学;高速铁路建造技术国家工程研究中心

申请日：2019-04-12

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN109959497B

主分类号：G01M9/00

分类号：G01M9/00;G01M9/08;G01M17/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2024.06.21#著录事项变更;2019.07.26#实质审查的生效;2019.07.02#公开

摘要：本发明属于气动特性风洞试验技术领域，涉及一种横风作用下车辆动模型试验制动装置，包括风洞实验室、导轨、车辆试验模型、车辆试验模型底座以及减速段；风洞实验室以及减速段自前而后依次设置；风洞实验室以及减速段的上表面均铺设有导轨；减速段上设置有减速装置；车辆试验模型通过车辆试验模型底座设置在导轨上；车辆试验模型底座带动车辆试验模型与车辆试验模型底座同步运动；车辆试验模型底座经过风洞实验室后进入减速段，最终在减速段上的减速装置的作用下停止运动。本发明提供了一种在极短的时间内可实现快速安全制动以及可降低设计成本的横风作用下车辆动模型试验制动装置。

主权项：1.一种横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述横风作用下车辆动模型试验制动装置包括风洞实验室、导轨（4）、车辆试验模型（13）、车辆试验模型底座以及减速段；所述风洞实验室以及减速段自前而后依次设置；所述风洞实验室以及减速段的上表面均铺设有导轨（4）；所述减速段上设置有减速装置；所述车辆试验模型（13）通过车辆试验模型底座设置在导轨（4）上；所述车辆试验模型底座带动车辆试验模型（13）与车辆试验模型底座同步运动；所述车辆试验模型底座经过风洞实验室后进入减速段，最终在减速段上的减速装置的作用下停止运动；所述车辆试验模型底座包括车架纵梁（7）、车辆底部头部挡片（8）、高强度刹车片（9）、防脱轨抱轨装置（10）、运动滚轮（11）以及车架横向支撑结构（12）；所述车架纵梁（7）以及车架横向支撑结构（12）构建形成车辆试验模型（13）的支撑框架；所述车辆试验模型（13）设置在支撑框架上；所述车辆底部头部挡片（8）以及高强度刹车片（9）自前而后依次设置在支撑框架的底部；所述防脱轨抱轨装置（10）以及运动滚轮（11）分别设置在支撑框架上；所述防脱轨抱轨装置（10）环绕设置在导轨（4）的外轮廓上并与导轨（4）之间有间距；所述运动滚轮（11）置于导轨（4）上并沿导轨（4）的轴向运动；所述支撑框架底部的车辆底部头部挡片（8）以及高强度刹车片（9）进入减速段后，自前而后依次与减速段上的减速装置摩擦进而致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨（4）上；所述减速装置包括聚氨酯刹车块组；所述聚氨酯刹车块组设置在减速段上表面的导轨（4）上；所述车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块组摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨（4）上；所述聚氨酯刹车块组是一组或多组，每组聚氨酯刹车块（1）包括成对且对称设置在减速段上表面的导轨（4）上的两块聚氨酯刹车块（1）；所述车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块（1）摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨（4）上；所述聚氨酯刹车块组是多组时，相邻两组聚氨酯刹车块组之间是非连续的；所述聚氨酯刹车块（1）与车辆试验模型底座相接触的表面呈波浪状；在风洞出口处轨道外侧的制动段轨道内侧安装设置聚氨酯刹车块（1），而车辆模型车架底部前段设置头部挡片在头部挡片后方设置刹车片，车辆底部头部挡片（8）呈n型，高强度刹车片（9）为高强度钢块；所述减速装置还包括设置在减速段上表面的导轨（4）末端的尾部缓冲块（6）；所述尾部缓冲块（6）所在轴线与导轨（4）所在轴线垂直；所述尾部缓冲块（6）包括由弹性压缩缓冲板制成的壳体以及填充在壳体内部的高分子填充材料；所述尾部缓冲块（6）上设置有贯穿气流通孔。

全文数据：横风作用下车辆动模型试验制动装置技术领域本发明属于气动特性风洞试验技术领域，涉及一种制动装置，尤其涉及一种横风作用下车辆动模型试验制动装置。背景技术车辆的行车安全稳定性一直是人们广泛关注的重要问题，特别是对于目前我国高速铁路的快速与大规模的发展，速度越来越快，对于车辆的运行安全和人员的舒适性也越发受到广泛关注。而横风对于高速车辆的运行存在着重大安全隐患，目前除安装保护措施外，对于强风袭击时，基本采用停运的办法，这大大的影响了国家的经济发展与人们的出行需要，而车辆在桥梁上行驶时所遭受强风袭击的概率极高，所以对于在大风环境下车辆在桥上行车时的安全研究变得十分必要。目前横风作用下高速车-桥系统气动特性研究方法主要是物理模拟，该模拟主要依赖于风洞试验。就目前车-桥系统风洞试验研究而言，大多采用的是静态的办法，而这对于实际的车辆运行模拟而言仍存在一定的不足。为了解决这一问题，车辆动模型试验是一个相对有效的模拟方法，该方法可以真实有效准确的模拟车辆在横风作用下的气动特性。然而现在车辆动模型试验大多采用长距离减速或是拉拽的方法让车辆从移动到静止，但风洞尺寸非常有限，既要保证试验气动特性获取最佳环境，又要保证列车在试验中的速度，因此很难通过这些方法实现将车快速停止。因此如何安全稳定的将高速行驶的车辆模型在极短的距离以极其快速的时间完成制动成为了有待解决的重要难题。发明内容为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种在极短的时间内可实现快速安全制动以及可降低设计成本的横风作用下车辆动模型试验制动装置。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种横风作用下车辆动模型试验制动装置，所述横风作用下车辆动模型试验制动装置包括风洞实验室、导轨、车辆试验模型、车辆试验模型底座以及减速段；所述风洞实验室以及减速段自前而后依次设置；所述风洞实验室以及减速段的上表面均铺设有导轨；所述减速段上设置有减速装置；所述车辆试验模型通过车辆试验模型底座设置在导轨上；所述车辆试验模型底座带动车辆试验模型与车辆试验模型底座同步运动；所述车辆试验模型底座经过风洞实验室后进入减速段，最终在减速段上的减速装置的作用下停止运动。作为优选，本发明所采用的减速装置包括聚氨酯刹车块组；所述聚氨酯刹车块组设置在减速段上表面的导轨上；所述车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块组摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨上。作为优选，本发明所采用的聚氨酯刹车块组是一组或多组，每组聚氨酯刹车块包括成对且对称设置在减速段上表面的导轨上的两块聚氨酯刹车块；所述车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨上；所述聚氨酯刹车块组是多组时，相邻两组聚氨酯刹车块组之间是非连续的。作为优选，本发明所采用的聚氨酯刹车块与车辆试验模型底座相接触的表面呈波浪状。作为优选，本发明所采用的聚氨酯刹车块通过刹车安装板设置在导轨的外边缘。作为优选，本发明所采用的减速装置还包括设置在减速段上表面的导轨末端的尾部缓冲块；所述尾部缓冲块所在轴线与导轨所在轴线垂直；所述尾部缓冲块包括由弹性压缩缓冲板制成的壳体以及填充在壳体内部的高分子填充材料。作为优选，本发明所采用的尾部缓冲块上设置有贯穿气流通孔。作为优选，本发明所采用的车辆试验模型底座包括车架纵梁、车辆底部头部挡片、高强度刹车片、防脱轨抱轨装置、运动滚轮以及车架横向支撑结构；所述车架纵梁以及车架横向支撑结构构建形成车辆试验模型的支撑框架；所述车辆试验模型设置在支撑框架上；所述车辆底部头部挡片以及高强度刹车片自前而后依次设置在支撑框架的底部；所述防脱轨抱轨装置以及运动滚轮分别设置在支撑框架上；所述防脱轨抱轨装置环绕设置在导轨的外轮廓上并与导轨之间有间距；所述运动滚轮置于导轨上并沿导轨的轴向运动；所述支撑框架底部的车辆底部头部挡片以及高强度刹车片进入减速段后，自前而后依次与减速段上的减速装置摩擦进而致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨上。作为优选，本发明所提供的横风作用下车辆动模型试验制动装置还包括设置在减速段上表面的导轨底部的支撑支架。作为优选，本发明所采用的支撑支架包括纵向刚性支撑结构支架以及与纵向刚性支撑结构支架相连并与纵向刚性支撑结构支架形成框架结构的竖向刚性支撑结构支架。本发明的优点是：本发明提供了一种横风作用下车辆动模型试验制动装置，包括风洞实验室、导轨、车辆试验模型、车辆试验模型底座以及减速段；风洞实验室以及减速段自前而后依次设置；风洞实验室以及减速段的上表面均铺设有导轨；减速段上设置有减速装置；车辆试验模型通过车辆试验模型底座设置在导轨上；车辆试验模型底座带动车辆试验模型与车辆试验模型底座同步运动；车辆试验模型底座经过风洞实验室后进入减速段，最终在减速段上的减速装置的作用下停止运动。本发明所提供的横风作用下车辆动模型试验制动装置车辆模型底部车架上安装的刹车片以及沿车辆前进方向尾端的制动刹车摩擦材料，能够使车辆模型行驶至减速段轨道时受摩擦力而减速至停止。在车辆模型底架上设置整车架上制动刹车片，该制动刹车片贯穿整个车架。当车辆模型驶入到制动段时，刹车片与摩擦材料相接，且经过强大冲击，车速极具往下下降直至停止。本发明能够使多线运行的车辆模型在强烈横风下在极短的距离内从高速情况下转而实现安全制动，能够在保持车辆安全停止的情况下同时保证各系统正常且有效运转，其通过高强度制动增阻的方式有效实现了将横风作用下高速行驶的高速车辆模型安全有效制动，这种方式能够有利于短距离试验轨道设置，在瞬间降低能够有效与风洞结合，降低了设计成本，提高了制动安全性，有效成功实现了横风作用下移动车辆模型车-桥系统试验。本发明能够使车辆在横风作用下高速运行时，在极短的时间几秒内实现快速有效安全制动且不会对车-桥系统及其所附属的各类设备产生任何破坏，干扰的横风作用下车辆气动特性模拟动模型试验制动方法及其制动装置，其通过高强度制动增阻的方法有效实现了将横风作用下高速行驶的高速车辆模型安全有效制动，这种方式能够有利于短距离试验轨道设置。附图说明图1是本发明所采用的减速段的结构示意图；图2是本发明所采用的车辆试验模型底座的结构示意图；图3是本发明所采用的车辆试验模型减速段+底座的结构示意图；图4是本发明所采用的车辆试验模型底座的剖视结构示意图；图5是本发明所采用的聚氨酯刹车块的剖视结构示意图；图6是本发明所采用的减速段的俯视结构原理示意图；其中：1-聚氨酯刹车块；2-纵向刚性支撑结构支架；3-竖向刚性支撑结构支架；4-导轨；5-刹车安装板；6-尾部缓冲块；7-车架纵梁；8-车辆底部头部挡片；9-高强度刹车片；10-防脱轨抱轨装置；11-运动滚轮；12-车架横向支撑结构；13-车辆试验模型。具体实施方式本发明提供了一种横风作用下车辆动模型试验制动装置，横风作用下车辆动模型试验制动装置包括风洞实验室、导轨4、车辆试验模型13、车辆试验模型底座以及减速段；风洞实验室以及减速段自前而后依次设置；风洞实验室以及减速段的上表面均铺设有导轨4；减速段上设置有减速装置；车辆试验模型13通过车辆试验模型底座设置在导轨4上；车辆试验模型底座带动车辆试验模型13与车辆试验模型底座同步运动；车辆试验模型底座经过风洞实验室1后进入减速段，最终在减速段上的减速装置的作用下停止运动。减速装置包括聚氨酯刹车块组；聚氨酯刹车块组设置在减速段上表面的导轨4上；车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块组摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨4上。参见图6，聚氨酯刹车块组是一组或多组，每组聚氨酯刹车块1包括成对且对称设置在减速段上表面的导轨4上的两块聚氨酯刹车块1；车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块1摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨4上；聚氨酯刹车块组是多组时，相邻两组聚氨酯刹车块组之间是非连续的。参见图4，聚氨酯刹车块1与车辆试验模型底座相接触的表面呈波浪状；参见图1，聚氨酯刹车块1通过刹车安装板5设置在导轨4的外边缘，减速装置还包括设置在减速段上表面的导轨4末端的尾部缓冲块6；尾部缓冲块6所在轴线与导轨4所在轴线垂直；尾部缓冲块6包括由弹性压缩缓冲板制成的壳体以及填充在壳体内部的高分子填充材料，尾部缓冲块6上设置有贯穿气流通孔。参见图2以及图4，本发明所采用的车辆试验模型底座包括车架纵梁7、车辆底部头部挡片8、高强度刹车片9、防脱轨抱轨装置10、运动滚轮11以及车架横向支撑结构12；车架纵梁7以及车架横向支撑结构12构建形成车辆试验模型13的支撑框架；车辆试验模型13设置在支撑框架上；车辆底部头部挡片8以及高强度刹车片9自前而后依次设置在支撑框架的底部；防脱轨抱轨装置10以及运动滚轮11分别设置在支撑框架上；防脱轨抱轨装置10环绕设置在导轨4的外轮廓上并与导轨4之间有间距；运动滚轮11置于导轨4上并沿导轨4的轴向运动；支撑框架底部的车辆底部头部挡片8以及高强度刹车片9进入减速段后，自前而后依次与减速段上的减速装置摩擦进而致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨4上。参见图1和图3，横风作用下车辆动模型试验制动装置还包括设置在减速段上表面的导轨4底部的支撑支架；支撑支架包括纵向刚性支撑结构支架2以及与纵向刚性支撑结构支架2相连并与纵向刚性支撑结构支架2形成框架结构的竖向刚性支撑结构支架3。本发明所提供的横风作用下车辆动模型试验制动装置，用于高速行驶车辆模型的制动，使其在几秒时间内从高速降低直至停止，在车辆模型运行轨道的发射方向尾端设置制动段，该制动段结合轨道设置摩阻材料，使车辆模型运行至该段轨道时受摩擦力的作用产生巨大冲击而减速停止。在车辆模型的车架上设置制动刹车块，该制动刹车模块固接于车辆底架上，当车辆模型经过制动段时，制动刹车块与摩阻材料之间相互运动，产生摩擦，在制动刹车块与摩阻材料经受巨大冲击后进行减速停止制动。在运行轨道发射方向尾端制动段轨道内侧分别设置摩阻材料，摩阻材料是达到一定厚度的耐磨高分子高质阻隔材料，在车辆模型底架的下部设置车辆底部头部挡片8，高强度刹车片9，车辆底部头部挡片8设置在车架最前端，高强度刹车片9装在于底架上，和摩阻材料接触，摩擦制动致使模型降速停止。横风作用由中南大学风洞实验室低速段所进行模拟提供，制动装置安装于风洞两端的外侧与安装于风洞内的试验段相连。制动段在轨道内侧采用多组、间隔、对称安装摩阻材料，刹车块之间间距根据车辆车架底部的头部挡片与刹车片冲击力大小及接触先后合理安装。摩阻材料为聚氨酯刹车块1。摩阻材料通过安装于轨道内侧，通过高强螺栓固定在底部支撑架上。车辆底部头部挡片8和高强度刹车片9一体成型，坚固耐冲击。本发明所提供的横风作用下车辆动模型试验制动装置，双向对开的轨道和轨道上运行的车辆模型，产生横风的风洞，支撑轨道的支撑钢架，支撑钢架上两侧的桥梁模型；车辆模型底部车架上设置头部挡片和刹车片，轨道内侧设置摩阻材料，车辆模型运行至制动段时，头部挡片和刹车片先后与摩阻材料接触，降速直至停止。试验轨道包括两列对开的加速段，试验段和制动段，摩阻材料设置在风洞外部与试验段相连接位置的制动段，车辆运行方向的尾端，头部挡片和刹车片在进入制动段后与摩阻材料接触。在制动段的末端采用设置弹性压缩缓冲块，弹性压缩缓冲板包括高分子填充材料，且对缓冲块进行开孔，能够进行气体流通。该横横风作用下车辆动模型试验制动装置主要采用在短时间内通过冲击、摩擦逐级减速并制动停止的方式来实现车辆模型在几秒内从高速运行降速直至停止。该横风作用下气动特性动模型试验制动装置分为两个部分，车底架部分和制动段部分，两个部分相互摩擦实现停止制动。该装置是用于从加速段出发以极高速度驶过试验段进入制动段实现降速制动停车。在风洞出口处轨道外侧的制动段轨道内侧安装设置聚氨酯刹车块1，而车辆模型车架底部前段设置头部挡片在头部挡片后方设置刹车片，车辆底部头部挡片8呈n型，高强度刹车片9为高强度钢块，由于车辆模型的高速运行，头部挡片率先与聚氨酯刹车块1接触，挤压，产生强大的冲击力和摩擦力，使高速运行的车辆模型的速度降低直至停止。制动段通过改变聚氨酯刹车块1实现多级制动，采用改变聚氨酯块的大小、间距实现减速。制动段从风洞试验段外开始设置聚氨酯刹车块1，聚氨酯刹车块1根据车的底座来进行间距与大小设置，车辆可以在前一段聚氨酯刹车块1进行滑动，由松到紧。在保障车辆摩擦阻止滑动的同时，而非产生一次巨大冲击，导致车体破坏。经过试验，速度高达数百公里每小时的车辆模型在经过制动段后能够在短距离内安全停车，制动段轨道内侧间的聚氨酯刹车块1组之间同过分设八级保持合适的间隔，降速停车。常规情况下，上述多级减速组能够完成减速并制动，能够实现车辆模型在高速下通过试验段后安全降速停车制动，同时为防止车辆模型因刹车块损耗等原因产生制动效果降低、实效时，为防止车辆模型冲出轨道发生破坏产生安全事故，在制动段的尾端设置高分子弹性压缩缓冲块，该缓冲块通过设置外框架箱体将可吐吸功能的对箱体进行填充，车辆高速冲入时，可起安全防护作用的同时，保障该缓冲块自身的安全稳定。为更方便车辆从制动段脱离，聚氨酯刹车块1优先选择带波浪纹断面，由于空气的间隙致使车辆能够轻松从制动段分离，提高实验效率。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

权利要求：1.一种横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述横风作用下车辆动模型试验制动装置包括风洞实验室、导轨4、车辆试验模型13、车辆试验模型底座以及减速段；所述风洞实验室以及减速段自前而后依次设置；所述风洞实验室以及减速段的上表面均铺设有导轨4；所述减速段上设置有减速装置；所述车辆试验模型13通过车辆试验模型底座设置在导轨4上；所述车辆试验模型底座带动车辆试验模型13与车辆试验模型底座同步运动；所述车辆试验模型底座经过风洞实验室1后进入减速段，最终在减速段上的减速装置的作用下停止运动。2.根据权利要求1所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述减速装置包括聚氨酯刹车块组；所述聚氨酯刹车块组设置在减速段上表面的导轨4上；所述车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块组摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨4上。3.根据权利要求2所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述聚氨酯刹车块组是一组或多组，每组聚氨酯刹车块1包括成对且对称设置在减速段上表面的导轨4上的两块聚氨酯刹车块1；所述车辆试验模型底座与聚氨酯刹车块1摩擦致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨4上；所述聚氨酯刹车块组是多组时，相邻两组聚氨酯刹车块组之间是非连续的。4.根据权利要求3所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述聚氨酯刹车块1与车辆试验模型底座相接触的表面呈波浪状。5.根据权利要求4所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述聚氨酯刹车块1通过刹车安装板5设置在导轨4的外边缘。6.根据权利要求5所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述减速装置还包括设置在减速段上表面的导轨4末端的尾部缓冲块6；所述尾部缓冲块6所在轴线与导轨4所在轴线垂直；所述尾部缓冲块6包括由弹性压缩缓冲板制成的壳体以及填充在壳体内部的高分子填充材料。7.根据权利要求6所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述尾部缓冲块6上设置有贯穿气流通孔。8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述车辆试验模型底座包括车架纵梁7、车辆底部头部挡片8、高强度刹车片9、防脱轨抱轨装置10、运动滚轮11以及车架横向支撑结构12；所述车架纵梁7以及车架横向支撑结构12构建形成车辆试验模型13的支撑框架；所述车辆试验模型13设置在支撑框架上；所述车辆底部头部挡片8以及高强度刹车片9自前而后依次设置在支撑框架的底部；所述防脱轨抱轨装置10以及运动滚轮11分别设置在支撑框架上；所述防脱轨抱轨装置10环绕设置在导轨4的外轮廓上并与导轨4之间有间距；所述运动滚轮11置于导轨4上并沿导轨4的轴向运动；所述支撑框架底部的车辆底部头部挡片8以及高强度刹车片9进入减速段后，自前而后依次与减速段上的减速装置摩擦进而致使车辆试验模型底座最终停滞在减速段上表面的导轨4上。9.根据权利要求8所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述横风作用下车辆动模型试验制动装置还包括设置在减速段上表面的导轨4底部的支撑支架。10.根据权利要求9所述的横风作用下车辆动模型试验制动装置，其特征在于：所述支撑支架包括纵向刚性支撑结构支架2以及与纵向刚性支撑结构支架2相连并与纵向刚性支撑结构支架2形成框架结构的竖向刚性支撑结构支架3。

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