專利名稱：一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)鐵路尤其高速鐵路進(jìn)入了快速發(fā)展階段。高速鐵路超越了常規(guī)鐵路的技術(shù)范疇，是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)、多學(xué)科組成的系統(tǒng)工程。高速鐵路的高速輪軌關(guān)系問題直接影響到機(jī)車牽引功率的發(fā)揮、輪軌表面損傷、列車運(yùn)行穩(wěn)定性、列車制動(dòng)等方面，是高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。列車的運(yùn)行是由輪軌相互作用產(chǎn)生的牽引和制動(dòng)粘著摩擦力而實(shí)現(xiàn)的，車輪在軌道上高速滾動(dòng)，由于車輪踏面的錐度及軌道彎道、坡道等多種因素影響，存在著不同形式的蠕滑現(xiàn)象，同時(shí)由于輪軌之間的牽引和制動(dòng)粘著摩擦力的作用，使得輪軌之間的作用成為一種最為復(fù)雜的滾動(dòng)形式，其相互作用過程是一個(gè)很復(fù)雜的摩擦學(xué)過程。實(shí)踐表明，根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)，還很難單憑理論來評(píng)估高速輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能，一般來說都需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，以獲得可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用以指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計(jì)。線路運(yùn)用試驗(yàn)雖然具有較高的可靠性，但其費(fèi)用大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)正常的鐵路運(yùn)營(yíng)影響大，同時(shí)也難以控制運(yùn)用條件。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)可以控制運(yùn)用條件，也可把許多復(fù)雜的因素分別加以研究，從而獲得較為精確、詳盡的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)方便地模擬出高速運(yùn)動(dòng)中的輪軌關(guān)系及其摩擦磨損情況，且該裝置自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單方便、測(cè)量精度高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。從而為高速鐵路輪軌的設(shè)計(jì)生產(chǎn)與維護(hù)提供更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其構(gòu)成是底座的右部設(shè)有可沿垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座上安裝有右直流電動(dòng)機(jī)，右直流電動(dòng)機(jī)軸的左端通過右升變速齒輪箱與鋼軌模擬盤相連接；右直流電動(dòng)機(jī)軸的右端連接有右光電編碼器；底座的左部設(shè)有立座，立座上安裝有左直流電動(dòng)機(jī)，左直流電動(dòng)機(jī)軸的右端通過左升變速齒輪箱及萬向聯(lián)軸器與模擬車輪的軸連接，左直流電動(dòng)機(jī)軸的左端連接左光電編碼器；模擬車輪位于鋼軌模擬盤的正上方，模擬車輪的軸通過軸承安裝于軸承座上，軸承座的上端依次通過三維力傳感器、可橫向移動(dòng)的支架與立座上的垂向激振作動(dòng)器連接， 軸承座的側(cè)面則與立座上的橫向加載電動(dòng)缸連接。本發(fā)明的工作過程和原理是轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)座調(diào)整模擬車輪與模擬鋼軌盤的沖角，以模擬出車輪轉(zhuǎn)彎時(shí)的彎道曲線半徑。開啟左、右直流電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)模擬車輪與模擬鋼軌盤按設(shè)定轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于左直流電動(dòng)機(jī)是通過萬向聯(lián)軸器與模擬車輪相連，使得模擬車輪既能沿其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)車輪整體又能在一定范圍內(nèi)沿各個(gè)方向偏移及轉(zhuǎn)動(dòng)，也即左直流電動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)不妨礙其各個(gè)方向上載荷的加載。保證了垂向激振動(dòng)作器可以垂向向模擬車輪加壓，同時(shí)垂向激振動(dòng)作器又是通過可橫向移動(dòng)的支架與模擬車輪相連，使得橫向加載電動(dòng)缸能夠從軸承座的側(cè)面向模擬車輪施加橫向壓力。啟動(dòng)垂向激振動(dòng)作器，使支架、軸承座及模擬車輪向下移動(dòng)，模擬車輪接觸到鋼軌模擬盤；然后，按試驗(yàn)要求通過垂向激振動(dòng)作器向模擬車輪施加設(shè)定的垂向力和垂向激振頻率，模擬列車運(yùn)行時(shí)因車體重量向車輪施加的垂向力，即因軌道縱向不平順產(chǎn)生的車輪垂向振動(dòng)；同時(shí)，啟動(dòng)橫向加載電動(dòng)缸，向模擬車輪施加橫向作用力，模擬車輛拐彎時(shí)產(chǎn)生的離心力等橫向作用力，從而可完整的實(shí)現(xiàn)各種工況下的高速輪軌接觸行為的模擬。實(shí)驗(yàn)過程中，通過三維力傳感器采集并傳送模擬輪軌受到的垂向力、橫向力、切向力(摩擦力)。 實(shí)驗(yàn)完成后，通過對(duì)采集到數(shù)據(jù)的處理可分析不同工況下的輪軌接觸行為，如垂向力、橫向力、切向力之間的變化關(guān)系；并可對(duì)模擬車輪和鋼軌模擬盤的表面摩擦磨損情況進(jìn)行進(jìn)一步的觀察與分析測(cè)試。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是一、模擬車輪和鋼軌模擬盤分別通過左、右升變速齒輪箱與左、右直流電動(dòng)機(jī)相連接，可模擬出高速輪軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，其輪軌間的相對(duì)線速度最高可達(dá)到400km/h，能滿足高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)的要求。二、左直流電動(dòng)機(jī)通過萬向聯(lián)軸器與模擬車輪相連，使得模擬車輪既能沿其軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)車輪整體又能在一定范圍內(nèi)沿各個(gè)方向偏移及轉(zhuǎn)動(dòng)。加之垂向激振作動(dòng)器又是通過可橫向移動(dòng)的支架與模擬車輪相連，從而能夠通過垂向激振作動(dòng)器和橫向加載電動(dòng)缸對(duì)模擬車輪進(jìn)行垂向力和垂向振動(dòng)加載及橫向力的加載。從而在實(shí)驗(yàn)室里能較真實(shí)地模擬出各種工況下的高速輪軌關(guān)系行為。試驗(yàn)機(jī)最大垂向力加載達(dá)15kN，最大橫向力達(dá)5kN，最大頻率可到20Hz，能滿足高速列車多種輪軌接觸行為的實(shí)驗(yàn)研究。三、該實(shí)驗(yàn)裝置轉(zhuǎn)座能在底座平臺(tái)上沿垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使模擬車輪與輪盤之間形成一定沖角，從而能實(shí)現(xiàn)多種曲線輪軌關(guān)系的模擬。四、左、右直流電動(dòng)機(jī)軸端均連接有光電編碼器，從而可對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確測(cè)量并反饋控制，模擬車輪和鋼軌模擬盤的轉(zhuǎn)速精確，使得測(cè)量數(shù)據(jù)與結(jié)果更加精確、可靠。上述的底座位于鋼軌模擬盤正前方的部位，設(shè)置有手動(dòng)切削機(jī)床。這樣，當(dāng)鋼軌模擬盤發(fā)生磨損后，可以方便的通過手動(dòng)切削機(jī)床的切削機(jī)構(gòu)對(duì)軌盤的表面進(jìn)行切削修復(fù)，修復(fù)后即可進(jìn)行新的模擬實(shí)驗(yàn)，一個(gè)軌盤可進(jìn)行多次試驗(yàn)，降低了試驗(yàn)成本。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖(去掉了前方的手動(dòng)切削機(jī)床)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的手動(dòng)切削機(jī)床和鋼軌模擬盤的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例過程中垂向力、摩擦系數(shù)、模擬車輪表面損傷SEM微觀測(cè)量結(jié)果。其中圖(a)和(b)中橫軸為鋼軌模擬盤循環(huán)次數(shù)，縱軸分別為垂向力和摩擦系數(shù)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例圖I示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其構(gòu)成是底座18的右部設(shè)有可沿垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)座29，轉(zhuǎn)座29上安裝有右直流電動(dòng)機(jī)4，右直流電動(dòng)機(jī)4軸的左端通過右升變速齒輪箱5與鋼軌模擬盤6相連接；右直流電動(dòng)機(jī)4軸的右端連接有右光電編碼器32 ；底座18的左部設(shè)有立座19，立座19上安裝有左直流電動(dòng)機(jī)I，左直流電動(dòng)機(jī)I軸的右端通過左升變速齒輪箱2及萬向聯(lián)軸器11與模擬車輪3的軸連接，左直流電動(dòng)機(jī)I軸的左端連接左光電編碼器31 ；模擬車輪3位于鋼軌模擬盤6的正上方，模擬車輪3的軸通過軸承安裝于軸承座 3A上，軸承座3A的上端依次通過三維力傳感器25、可橫向移動(dòng)的支架10與立座19上的垂向激振作動(dòng)器17連接，軸承座3A的側(cè)面則與立座19上的橫向加載電動(dòng)缸13連接。圖2示出，本實(shí)施例的底座18位于鋼軌模擬盤6正前方的部位，設(shè)置有手動(dòng)切削機(jī)床30。本發(fā)明實(shí)施時(shí)，模擬車輪3和鋼軌模擬盤6分別由真實(shí)的車輪鋼和鋼軌鋼制造而成，這樣能更真實(shí)的模擬再現(xiàn)高速輪軌材料的損傷特性。本發(fā)明的轉(zhuǎn)座29的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以是各種現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如在轉(zhuǎn)座20的底部設(shè)置與底座18的垂軸配合的軸孔；同時(shí)在底座18上設(shè)有穿過轉(zhuǎn)座29弧形槽的定位螺桿，定位螺桿上端設(shè)置擰緊螺母。本發(fā)明的可橫向移動(dòng)的支架10的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是各種現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如 支架10由上、下兩層構(gòu)成，上層的底部設(shè)有與下層上部的滑槽配合的滑塊。圖3為采用本例的裝置進(jìn)行的一次高速輪軌實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果。由圖(a)、(b)可見，該實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)出的垂向力基本穩(wěn)定，其值約為170N，測(cè)量得到的摩擦系數(shù)(切向力與垂向力之比)隨鋼軌模擬盤循環(huán)次數(shù)變化呈現(xiàn)先降低后穩(wěn)定的趨勢(shì)，其值約為O. 39 ;實(shí)驗(yàn)后對(duì)模擬車輪表面損傷進(jìn)行了 SEM微觀分析，如圖(c)所示，結(jié)果表明模擬車輪表面出現(xiàn)了較為明顯的剝離損傷痕跡。
權(quán)利要求
1.一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其構(gòu)成是底座(18)的右部設(shè)有可沿垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)座(29)，轉(zhuǎn)座(29)上安裝有右直流電動(dòng)機(jī)(4)，右直流電動(dòng)機(jī)(4)軸的左端通過右升變速齒輪箱(5)與鋼軌模擬盤(6)相連接；右直流電動(dòng)機(jī)(4)軸的右端連接有右光電編碼器(32)；底座(18)的左部設(shè)有立座(19)，立座(19)上安裝有左直流電動(dòng)機(jī)(I)，左直流電動(dòng)機(jī) ⑴軸的右端通過左升變速齒輪箱⑵及萬向聯(lián)軸器(11)與模擬車輪⑶的軸連接，左直流電動(dòng)機(jī)(I)軸的左端連接左光電編碼器(31)；模擬車輪(3)位于鋼軌模擬盤(6)的正上方，模擬車輪(3)的軸通過軸承安裝于軸承座(3A)上，軸承座(3A)的上端依次通過三維力傳感器(25)、可橫向移動(dòng)的支架(10)與立座(19)上的垂向激振作動(dòng)器(17)連接，軸承座(3A)的側(cè)面則與立座(19)上的橫向加載電動(dòng)缸(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的底座(18) 位于鋼軌模擬盤(6)正前方的部位，設(shè)置有手動(dòng)切削機(jī)床(30)。
全文摘要
一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其構(gòu)成是底座的右部設(shè)有轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座上安有右直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)軸的左端通過右升變速齒輪箱與鋼軌模擬盤相連，軸的右端則連接有右光電編碼器；底座的左部設(shè)有立座，立座上安有左直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)軸的右端通過左升變速齒輪箱及萬向聯(lián)軸器與模擬車輪的軸連接，軸的左端則連接有左光電編碼器；模擬車輪位于鋼軌模擬盤正上方，模擬車輪的軸安裝于軸承座上，軸承座依次通過三維力傳感器、支架與立座上的垂向激振作動(dòng)器連接，軸承座側(cè)面與立座上的橫向加載電動(dòng)缸連接。該試驗(yàn)裝置能方便地模擬出高速運(yùn)動(dòng)中的輪軌關(guān)系及其摩擦磨損情況，且其自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單方便、測(cè)量精度高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。
文檔編號(hào)G01M17/10GK102607869SQ201210081480
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者劉啟躍, 周仲榮, 朱旻昊, 王文健, 石心余 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)