CN108760358A - 一种用于轨道车辆转向架的冰雪风洞*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，包括冷库***和设置于其内的实验***，实验***包括用于放置车体模型的路基模型、用于驱动车体模型上转向架的车轮的驱动装置和用于向转向架吹送冰雪的冰雪输送装置，冰雪输送装置的输出端将冰雪沿着路基模型向转向架吹送。本发明可用于研究轨道交通车辆转向架区域的高速低温流场特性，在转向架和前方混合雪粒的气流速度相匹配的转动工况下，模拟转向架区域的冰雪运动、相变过程，明确转向架区域积雪结冰问题的机理。

Description

一种用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种高速低温、用于研究轨道车辆转向架区域低温流场特性的冰雪风洞***。

背景技术

高速列车在雪天运行时，线路上的积雪由于转向架区域扰流的影响会被卷起，进入列车转向架区域并形成积雪、积冰。转向架区域诸如牵引电机、齿轮箱、制动装置等部件为发热部件，热量将积雪迅速融化，融化后的液态水在强冷空气中迅速结冰附着在转向架其他设备表面，其中堆积在转向架区域的积雪在发热部件如制动装置上融化、结冰，导致制动或缓解动作失效，对列车安全运行造成严重影响，轻则列车被迫降速运行或者停运，重则可能造成列车脱轨、倾覆等安全事故，因此高速列车转向架防积雪结冰研究迫在眉睫。针对风吹雪问题，目前可用的研究方法是风雪两相流风洞试验。由于雪粒子不遵循相似准则，风洞实验中必须采用全尺寸转向架，而目前国内外低温风洞尺寸均不能满足全尺寸转向架风雪实验要求，此外现有低温风洞缺少轨道车辆转向架轮对的驱动装置，不能模拟轮对转动对转向架区域流场、雪粒子运动轨迹以及制动闸片甩水轨迹的影响。因此，适用于轨道交通车辆转向架低温积雪结冰实验平台的研发亟待开展。

发明内容

本发明目的在于提供一种可用于研究轨道交通车辆转向架的高速低温流场特性的风洞试验***，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，包括冷库***和设置于其内的实验***，所述实验***包括用于放置车体模型的路基模型、用于驱动所述车体模型上转向架的车轮的驱动装置和用于向所述转向架吹送冰雪的冰雪输送装置，所述冰雪输送装置的输出端将冰雪沿着所述路基模型向所述转向架吹送。

进一步的，所述冰雪输送装置包括冰雪输送风道和造雪***，所述冰雪输送风道内设置有喷发风机，所述造雪***包括造雪机，所述造雪机将其制造的冰雪输送到所述冰雪输送风道内所述喷发风机的前方。

进一步的，所述造雪机与所述冰雪输送风道的连接处设置有从上向下贯通到所述冰雪输送风道的多个传送蜗杆，所述传送蜗杆沿着与所述冰雪输送风道的输送方向垂直均布，所述传送蜗杆将所述造雪机产生的冰雪均匀输送到所述喷发风机的前端。

进一步的，所述冰雪输送装置还包括用于回收冰雪的冰雪回收风道，所述冰雪回收风道与冰雪输送风道相互连通且分别设置于所述车体模型的两端，所述冰雪回收风道内设置有用于抽吸回收冰雪的回收风机。

进一步的，所述冰雪输送风道的输出口为覆盖所述车体模型和路基模型之间间隙的矩形输出口，且冰雪输送风道的向其输出口呈外径减小的缩口设置。

进一步的，所述冰雪回收风道与冰雪输送风道通过一设置在冷库***内顶部的连接风道连接，所述冰雪回收风道与所述连接风道连接的拐角处的下方还设置有冰雪回收仓，所述回收风机设置于所述冰雪回收仓和连接风道之间，所述冰雪回收仓通过一清理蜗杆与所述造雪***连接。

进一步的，所述驱动装置包括两组驱动轮对，所述驱动轮对与所述路基模型的轨道对齐，所述车体模型的车轮设置于驱动轮对上，以使所述驱动轮对带动车轮同步转动。

进一步的，所述路基模型和驱动装置均设置在一可自动进出所述冷库***的移动平台上，所述冷库***设置有供所述移动平台进出的移动库门，所述移动库门上设置有用于实验人员进出的检修库门，所述检修库门上设置有观测窗，所述观测窗设置有双层有机玻璃，靠近冷库***内侧的有机玻璃上涂有低温防雾材料层。

进一步的，所述车体模型与路基模型参照实际车体、实际路基1：1设置。

进一步的，所述冰雪输送风道的输出风速最高为56m/s，所述冷库***的最低设置温度为-25℃，且所述喷发风机和回收风机在所述冷库***制冷前开始旋转。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明可用于研究轨道交通车辆转向架区域的高速低温流场特性，在转向架和前方混合雪粒的气流速度相匹配的转动工况下，模拟转向架区域的冰雪运动、相变过程，明确转向架区域积雪结冰问题的机理，同时，本发明的高速低温冰雪风洞***，能够局部模拟真实比例转向架模型在高速低温环境下的流场特性，通过低温冷库的制冷作用，调控温度、湿度等试验环境，同时在试验段前后两侧运行高速风机，制造循环高速气流，并从外部冷库外输送冰雪，混合到高速气流中，模拟转向架区域的风雪环境。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例公开的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***的整体方案轴测示意图；

图2是本发明优选实施例公开的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***的试验原理示意图；

图3是本发明优选实施例公开的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***的试验***(不含造雪***)的轴测示意图；

图4是本发明优选实施例公开的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***的移动平台进出风洞示意图；

图5是本发明优选实施例公开的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***的转向架模拟区域轴测示意图；

图6是本发明优选实施例公开的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***的试验***(包括造雪***)的轴测示意图。

图例说明：

1、冷库***；2、车体模型；3、路基模型；4、转向架；5、冰雪输送风道；6、造雪***；7、喷发风机；8、造雪机；9、传送蜗杆；10、冰雪回收风道；11、回收风机；12、矩形输出口；13、连接风道；14、冰雪回收仓；15、清理蜗杆；16、驱动轮对；17、轨道；18、移动平台；19、移动库门；20、观测窗；22、维护舱门；23、清雪舱门；24、控制室；25、压缩机；26、检修库门；27、排水管；28、风洞支座；29、车轮；30、冰雪送入口；31、冰雪输出口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-图6所示，本发明公开了一种用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，包括冷库***1(兼具制冷、调节湿度、照明等多种功能，制冷用的压缩机25安装在冷库***1的外壁上)和设置于其内的实验***(均通过控制室24完成各试验参数的控制)，其中，冷库***1是整个风洞试验***的运行环境营造主体，一方面作为试验的场地，主要试验用仪器设备均置于其中，是整个试验***的载体；另一方面，通过制冷设备，模拟试验环境温度，需具有较好的冷却降温及保温效果，使冷库***1内部形成隔离于外部环境的、独立低温环境体系。其中，冷库***1的库体结构主体为库板，选用聚氨酯材料外加保温材料，可形成-25—0℃的保温条件，具有耐腐蚀、抗老化、阻燃、无毒、轻质价廉、坚固耐压、可靠美观等特点。实验***包括用于放置车体模型2(包含转向架4)的路基模型3、用于驱动车体模型2上转向架4的车轮29的驱动装置和用于向转向架4吹送冰雪的冰雪输送装置，冰雪输送装置的输出端将冰雪沿着路基模型3向转向架4吹送，从而模拟高速列车的雪天运行外部环境。冰雪输送装置包括冰雪输送风道5和造雪***6，冰雪输送风道5内设置有喷发风机7，造雪***6包括造雪机8，造雪机8设置在冷库***1的外侧，通过冷库***1上的冰雪送入口30送入内部，造雪机8将其制造的冰雪输送到冰雪输送风道5内喷发风机7的前方。在本实施例中，造雪机8与冰雪输送风道5的连接处设置有从上向下贯通到冰雪输送风道5内的多个传送蜗杆9，传送蜗杆9沿着冰雪输送风道5的宽度方向均匀布置，当传送蜗杆9启动时，可以将造雪机8产生的冰雪通过输送管道均匀输送到冰雪输送风道5的上方，然后通过传送蜗杆9向下输送，其中传送蜗杆9在输送过程中，冰雪首先粘附在传送蜗杆9的齿的间隙中向下运动，然后喷发风机7喷出的高压风冲击传送蜗杆9，从而将齿的间隙中的冰雪其冲散成均匀风雪两相流，避免通过输送管道直接输送的容易堵塞和冰雪成团喷发风机7无法吹散的问题，当传送蜗杆9停止时，造雪机8与冰雪输送风道5的连接处即关闭，不仅起到了输送冰雪的开关作用，同时还能够起到均匀输送的作用。

在本实施例中，为了在冷库***1有限的空间内实现气流、冰雪的循环利用，冰雪输送装置还包括用于回收冰雪的冰雪回收风道10，冰雪回收风道10与冰雪输送风道5相互连通且分别设置于车体模型2的两端，冰雪回收风道10内设置有用于抽吸回收冰雪的回收风机11。

进一步，为了实现冰雪输送风道5的输出口的风雪能够形成与实际工况一样的稳定的冰雪气流，冰雪输送风道5的输出口为覆盖车体模型2和路基模型3之间间隙的矩形输出口12，通过矩形输出口12的整流作用，从而使冰雪气流能够平稳过渡，避免输出气流内部的紊乱，且冰雪输送风道5的向其输出口呈外径减小的缩口设置，从而起到进一步增大气流速度的效果。同时，在冰雪气流的回收过程中，冰雪回收风道10与冰雪输送风道5通过一设置在冷库***1内顶部的连接风道13连接，同时，为了避免转向架4流出的冰雪中较大的颗粒(转向架4的发热部件将冰雪融化后在冷空气中转变为体积、质量较大的冰块，不符合冰雪输送风道5内对冰雪的要求)的干扰，冰雪回收风道10与连接风道13连接的拐角处的下方还设置有冰雪回收仓14，冰雪回收仓14通过一清理蜗杆15与造雪***6连接(从冷库***1的冰雪输出口31输出)，较大的冰雪颗粒冰雪回收仓14碰撞后落入冰雪回收仓14的底部，然后通过清理蜗杆15(蛟龙输送机构的一部分)实现回收利用，同时，特别注意，回收风机11设置在冰雪回收仓14和连接风道13之间，而不设置在冰雪回收风道10内，避免从转向架4流出冰块撞击破坏回收风机11的叶片，为了便于清理各处的冰雪，连接风道13、冰雪回收仓14和冰雪回收风道10内均设置有清雪舱门23，且均通过风洞支座28支撑安装在冷库***1的底面上。

在本实施例中，驱动装置包括两组驱动轮对16，驱动轮对16与路基模型3的轨道17对齐从而模拟转向架4的实际运动情况，车体模型2的车轮29设置于驱动轮对16上，以使驱动轮对16带动车轮29同步转动，从而模拟转向架4的车轮29转动对转向架区域流场、雪粒子运动轨迹以及制动闸片甩水轨迹的影响，即可以模拟车轮转动-冰雪吹入的实际工况。

在本实施例中，路基模型3和驱动装置均设置在一可自动进出冷库***1的移动平台18上，冷库***1设置有供移动平台18进出的移动库门19，在本实施例中，由于试验过程中移动库门19的短期开闭会造成冷库***1内模拟环境的破坏，故此，在移动库门19上设置一小型的检修库门26，便于处理试验过程中的不停车的情况下的进入。而为方便车体模型2的运输、移动，移动平台18为一气垫搬运装置(气垫搬运装置效率高、成本低、承载重量大、可精准定位、沿任意方向旋转，气囊和气室内的气压一般可达0.1～0.35MPa，不断补充足够的压缩空气可使气垫单元保持0.025～0.25毫米的离地间隙)，车体模型2进出冷库***1时，移动库门19整体侧向平移打开，车体模型2、路基模型3被送入冷库***1进行试验，同时，供移动平台18上还设置有维护舱门22和排水管27，排水管27与转向架4下方的路基模型3的表面连接，用于实验过程后转向架4冰雪融化水的排放。

同时，为了便于动态观测整个风洞试验的试验结果，移动库门19上设置有观测窗20，观测窗20设置有双层有机玻璃，靠近冷库***1内侧的有机玻璃上涂有低温防雾材料层，其中，防雾材料可以是市面上常规的房屋涂层或者特制的防雾材料涂层。

在本实施例中，由于雪粒子不遵循相似准则，风洞实验中必须采用全尺寸设置，车体模型2与路基模型3参照实际车体、实际路基1：1设置。

为了与实际工况匹配，冰雪输送风道5的输出风速最高为56m/s，冷库***1的最低设置温度为-25℃，且喷发风机7和回收风机11在冷库***1制冷前开始旋转，从而可以涵盖绝大部分极限外部条件，在本实施例中，喷发风机7和回收风机11采用轴流式风机，其中，喷发风机7和回收风机11的叶片附件设置有液氮冷却***，防止的风机叶片在高速旋转过程中产生大量热，导致冰雪输送风道5和冰雪回收风道10内的温度上升。

当本发明的冰雪风洞***工作时，喷发风机7、回收风机11和驱动轮对16预先给定初始工作状态。控制室24通过控制***对整个冰雪风洞***进行降温，喷发风机7、回收风机11和驱动轮对16不能停车。当冷库***1的温度达到试验需求所设定好的温度、湿度等环境条件后，逐步调整喷发风机7、回收风机11和驱动轮对16转速至试验需求转速。此时，转向架4上的相关部件上的发热装置开始工作。准备工作完成后，传送蜗杆9开始转动工作，均匀连续地将造雪机8产生的冰雪送入冰雪输送风道5内，此时，喷发风机7将冰雪吹向转向架4开始进行仿真试验，后方的回收风机11将流出转向架4的冰雪回收，一部分较大颗粒的冰雪碰撞到冰雪回收仓14的避免后落下，另一部分可以循环利用的、质量较轻的冰雪通过连接风道13输送回冰雪输送风道5，实现循环利用，节约了整个风洞***的能量。同时，操作人员可通过移动库门19的防雾玻璃观察试验情况，直至完成了高速低温冰雪流的全部试验过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，包括冷库***(1)和设置于其内的实验***，所述实验***包括用于放置车体模型(2)的路基模型(3)、用于驱动所述车体模型(2)上转向架(4)的车轮(29)的驱动装置和用于向所述转向架(4)吹送冰雪的冰雪输送装置，所述冰雪输送装置的输出端将冰雪沿着所述路基模型(3)向所述转向架(4)吹送。

2.根据权利要求1所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述冰雪输送装置包括冰雪输送风道(5)和造雪***(6)，所述冰雪输送风道(5)内设置有喷发风机(7)，所述造雪***(6)包括造雪机(8)，所述造雪机(8)将其制造的冰雪输送到所述冰雪输送风道(5)内所述喷发风机(7)的前方。

3.根据权利要求2所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述造雪机(8)与所述冰雪输送风道(5)的连接处设置有从上向下贯通到所述冰雪输送风道(5)内的多个传送蜗杆(9)，所述传送蜗杆(9)沿着与所述冰雪输送风道(5)的输送方向垂直均布，所述传送蜗杆(9)将所述造雪机(8)产生的冰雪均匀输送到所述喷发风机(7)的前端。

4.根据权利要求2所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述冰雪输送装置还包括用于回收冰雪的冰雪回收风道(10)，所述冰雪回收风道(10)与冰雪输送风道(5)相互连通且分别设置于所述车体模型(2)的两端，所述冰雪回收风道(10)内设置有用于抽吸回收冰雪的回收风机(11)。

5.根据权利要求2所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述冰雪输送风道(5)的输出口为覆盖所述车体模型(2)和路基模型(3)之间间隙的矩形输出口(12)，且所述冰雪输送风道(5)向其输出口呈外径减小的缩口设置。

6.根据权利要求4所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述冰雪回收风道(10)与冰雪输送风道(5)通过一设置在冷库***(1)内顶部的连接风道(13)连接，所述冰雪回收风道(10)与所述连接风道(13)连接的拐角处的下方还设置有冰雪回收仓(14)，所述回收风机(11)设置于所述冰雪回收仓(14)和连接风道(13)之间，所述冰雪回收仓(14)通过一清理蜗杆(15)与所述造雪***(6)连接。

7.根据权利要求1-5任一所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述驱动装置包括两组驱动轮对(16)，所述驱动轮对(16)与所述路基模型(3)的轨道(17)对齐，所述车体模型(2)的车轮(29)设置于驱动轮对(16)上，以使所述驱动轮对(16)带动车轮(29)同步转动。

8.根据权利要求7所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述路基模型(3)和驱动装置均设置在一可自动进出所述冷库***(1)的移动平台(18)上，所述冷库***(1)设置有供所述移动平台(18)进出的移动库门(19)，所述移动库门(19)上设置有用于实验人员进出的检修库门(26)，所述检修库门(26)上设置有观测窗(20)，所述观测窗(20)设置有双层有机玻璃，靠近冷库***(1)内侧的有机玻璃上涂有低温防雾材料层。

9.根据权利要求1所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述车体模型(2)与路基模型(3)参照实际车体、实际路基1：1设置。

10.根据权利要求4或6所述的用于轨道车辆转向架的冰雪风洞***，其特征在于，所述冰雪输送风道(5)的输出风速最高为56m/s，所述冷库***(1)的最低设置温度为-25℃，且所述喷发风机(7)和回收风机(11)在所述冷库***(1)制冷前开始旋转。