地铁受流器环形实验台的整体技术设计

王立哲

摘 要：随着大城市地面交通日益拥挤，地铁越来越受到中国大中小城市的青睐。本文针对当前国内受流器动态特性研究欠缺的情况，提出了研究受流器动态特性的环形实验台的整体设计、各组成部分详细的技术参数设计，并验证该设计合理性。该设计可以为受流器动态特性的研究提供一定的技术参考。

关键词：地铁 ；受流器；环形实验台；技术设计

以地铁为主体的城市轨道交通设施，由于其1）节约土地、降噪；2）减少地面交通干扰，节约运营时间；3）节能环保的优点，愈加备受城市管理者和普通市民的青睐[ 1 ]。随着国内城市轨道交通的大规模建设，第三轨受流器在城轨车辆上的应用越来越广泛。第三轨受流器就是一种集电装置，它在地铁线路的带电路轨上接触并滑行，从而把电力传到列车上。第三轨供电在全球许多国家很早就有运用，目前在我国的地铁车辆上也广为使用[ 2 ]。

与受流器在国内的广泛运用形成对比的是我国关于受流器研究还尚处于相对滞后的状态，由于缺乏用于检测受流器和第三轨间动态交互作用的实验台，国内目前主要集中在受流器和第三轨静态交互作用中压力等数据的测量与研究[ 3 ]。因此本文针对用于研究受流器与第三轨间动态特性的受流器环形实验台提出相关方案及技术参数的设计，为今后国内受流器环形实验台的研发提供一个设计方案的参考。

1 受流器环形实验台整体方案设计

1.1 环形轨道方案

安装在环形实验台上的环形轨道是依据BRECKNELL WILLIS公司设计的第三轨截面建立的。实验台的环形轨道采用辐条连接方式与传动轴固定，这样可以使铁轨在有垂向振动的条件下仍然可以平稳绕着的传动轴中心旋转而不会产生偏移摇晃。传动装置的转动带动环形轨道旋转，固定的受流器与轨道接触并产生相对运动，即模拟受流器在列车运行过程中在第三轨上的滑动。

1.2 实验台传动方案

基于齿轮传动有：1）效率高；2）结构紧凑；3）工作可靠、寿命长；4）传动比稳定等特点[ 7 ]。V带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振的特点。设计环形实验台机械传动装置选用V带传动和齿轮传动。

1.3 受流器作动装置方案

受流器作动装置要仿真车辆运行过程中的垂向振动，作动器可以满足这一设计要求。作动器是一种以液压油为动力源的摆动机构，在生活中多种需要摆动机构的场合得到了广泛的应用。本文选择电液伺服作动器来模拟车体的垂向振动。电液伺服作动器通过对负载施加可控的推、拉等作用力，实现对负载的速度、方向、位移、力的控制。

2 受流器环形实驗台技术设计

2.1 电动机技术设计

由于实验台进行工程实验的过程中，其所在工作条件相比于安装在地铁车辆上工作的情况好很多，本文选用有着效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠特点的三相异步电动机（电压380V，Y系列）。

2.2 环形轨道技术设计

综合考虑实验台直径对实验效果、建造成本、占用空间等因素后，选择实验台环形轨道模型直径为3.5m。环形轨道型号是3000A轨，采用钢铝复合；轨道硬度：钢带硬度130～170 HB，符合的标准： DIN EN 10088-1。其尺寸与重量参数具体为：轨高—70mm；轨底宽—45mm，钢带有效接触面宽≥60mm，重量≤15kg/m，环轨直径—4m。

2.3 传动机构总体技术设计

由电动机的选择确定总传动比为：12.166，V带的传动比范围为i1=2～4，圆柱齿轮传动传动比范围i2=3～5，而且在带传动和圆柱齿轮组成的传动装置中，应使带传动比小于齿轮传动比。

选择圆柱齿轮的传动比i2=4，则i1=3.042，符合各自传动比应符合的范围，且满足带传动比小于齿轮传动比，即i带高速轴（2.09kW）低速轴（2.007kW）实验台轴（1.987kW）；根据电动机轴的转速及传动比，利用n2=n1/i分别计算其余轴的转速为：高速轴（466.798r/min）低速轴（116.7r/min）实验台轴（116.7r/min）；根据电动机轴转矩，分别计算其余轴的转矩为：高速轴（42.758N·m）低速轴（164.240N·m）实验台轴（162.60N·m）。

2.4 带传动技术设计

带轮材料依据其工作条件及材料强度、成本的要求，选用灰铸铁，HT200；带轮设计功率Pd由电机轴输入功率与工作情况系数求得Pd=KAP=2.42kW；带传动类型根据设计功率及电机轴转速取Z型V带；考虑带的弯曲应力及带传动有效拉力的影响，初选小带轮基准直径dd1=80mm>Z型小带轮最小基准直径，依据传动比可知大带轮基准直径dd2=250mm；经校验传动比误差为3.8%<5%，符合传动比要求；带速V=■=5.948m/s'，满足5m/s