專利名稱：火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備。
背景技術(shù)：
疲勞現(xiàn)象廣泛存在于航空、航天、機械、交通、電力等領(lǐng)域，它是金屬構(gòu)件斷裂的主要形式之一。最早引起人們關(guān)注的疲勞問題可追溯到19世紀20年代發(fā)生于鐵路機車、路軌、金屬橋梁的破壞現(xiàn)象。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，疲勞強度問題的重要性也表現(xiàn)的越來越突出。一系列災難性的飛機空難事故、列車脫軌事故、核電站爆炸事故，很多經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)都是由疲勞破壞造成的。時至今日，疲勞失效問題始終是困擾許多工程領(lǐng)域中關(guān)系到安全性與經(jīng)濟性的一個重要因素，而疲勞分析也成為人們所關(guān)注的一個重要課題。旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞是多種單一模式(如彎曲疲勞、拉扭疲勞等)相耦合的復雜疲勞，它廣泛存在于交通運輸設備、機械裝備和器械等旋轉(zhuǎn)體零部件中，形成重大的安全隱患?；疖囕嗇S是鐵道機車車輛的關(guān)鍵部件之一，它直接關(guān)系到列車運行安全。輪軸在運行中承受復雜的交變載荷和軸頸端部的對稱彎曲應力，在與車輪成過盈配合的軸頸表面上或其它過盈配合的部位會產(chǎn)生疲勞損傷。長期危及行車安全的車軸端部的冷切斷裂，其實質(zhì)就是疲勞破壞。疲勞試驗機是測試金屬或非金屬材料疲勞壽命和疲勞強度的一種測試設備。目前，國內(nèi)外大多數(shù)疲勞試驗機均為軸向拉壓式、平面彎曲式或固定頻率的簡單旋轉(zhuǎn)彎曲式標準式設備。而可以調(diào)頻的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機尤其是能模擬火車輪軸實際工況的疲勞試驗機十分少見。因此，有效地針對火車輪軸進行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的模擬，研制更加接近實際工況的試驗設備，對進一步揭示輪軸的疲勞特性和損傷機制，為有效的提高輪軸的抗疲勞損傷性能，更好地進行輪軸防護，提高高速列車輪軸使用壽命和車輛運行的安全性提供試驗依據(jù)，具有十分重要的意義。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有疲勞試驗機無法模擬火車輪軸的實際工況，進行疲勞損傷試驗的不足，提供一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，該試驗設備能方便地模擬火車輪軸在承受復雜交變載荷作用下的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞損傷，得到火車輪軸在旋轉(zhuǎn)彎曲作用下的疲勞壽命、疲勞強度；從而為提高輪軸的抗疲勞損傷性能，更好地進行輪軸防護， 提高高速列車輪軸使用壽命和車輛運行的安全性，提供更可靠更準確的試驗依據(jù)。本實用新型通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)，一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，其組成是本實用新型的工作過程和原理是機座、機座上安裝有受數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制的電主軸、電主軸經(jīng)聯(lián)軸器與充有冷卻油的軸箱的輸入端相連，軸箱的輸出端連接彈簧夾頭；彈簧夾頭夾持輪軸試樣的軸；[0008]聯(lián)軸器的旁邊安裝有轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)數(shù)傳感器；輪軸試樣的輪與下方的從動輪接觸，從動輪的軸通過雙排軸承安裝在從動輪支架上，從動輪支架的底板四角下方固定有導套，導套內(nèi)套有導柱，導柱的下部固定在傳感器座上，傳感器座固定在機座上；傳感器座的中部上表面安裝有和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相連的壓力傳感器，壓力傳感器的螺紋孔與調(diào)節(jié)立柱相連，調(diào)節(jié)立柱上端部與從動輪支架的底板下表面接觸，調(diào)節(jié)立柱的中部設有自鎖螺紋環(huán)。本實用新型的工作過程和原理是將與實際輪軸過盈配合應力相同的輪軸試樣夾持在彈簧夾頭上，并使輪軸試樣與模擬軌道的從動輪對中；調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)立柱，使輪軸試樣的輪與從動輪接觸并使傳感器到達預定的載荷Ptl后鎖緊自鎖螺紋環(huán)，開啟無級調(diào)速的電主軸并經(jīng)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的控制使輪軸試樣以預定的轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)運行，然后通過輪軸試樣的軸端上方的加載設備以設定的加載波形、載荷峰峰值F-F、應力比R、頻率f向輪軸試樣的軸端加載，進行模擬火車實際工況下的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗。在輪軸試樣進行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗的同時，通過分別安裝在加載設備和傳感器座上的壓力傳感器，及聯(lián)軸器旁的轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)數(shù)傳感器，采集數(shù)據(jù)并傳入數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)存儲。試驗完成后，讀出存儲的數(shù)據(jù)，分析即可得到火車輪軸在不同工況下的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞壽命、疲勞強度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是一、電主軸驅(qū)動輪軸試樣轉(zhuǎn)動，模擬火車輪軸的旋轉(zhuǎn)，無級調(diào)速的電主軸由調(diào)速變頻器控制，調(diào)速范圍約為60 3600r/min，與列車的實際轉(zhuǎn)速接近(以高速列車^OKm/h 運行為例，輪軸轉(zhuǎn)動角速度約為1850r/min)；加載設備從輪軸的軸端進行垂向加載，模擬輪軸的實際載重，并通過從動輪模擬軌道。從而本實用新型模擬的工況與火車輪軸的實際工況接近，能方便地更真實的模擬火車輪軸在承受復雜交變載荷作用下的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞損傷，更真實地得到火車輪軸在旋轉(zhuǎn)彎曲作用下的疲勞壽命、疲勞強度，表面損傷和疲勞裂紋擴展速率等；從而為提高輪軸的抗疲勞損傷性能，更好地進行輪軸防護，提高高速列車輪軸使用壽命和車輛運行的安全性，提供更可、靠更準確的試驗依據(jù)。二、試驗時，由數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制電主軸的轉(zhuǎn)速及載荷的施加，并由其自動讀取轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)、壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)，操作簡單方便，自動化程度高，試驗的認為誤差小，試驗結(jié)果精確、可靠。三、彈簧夾頭可夾持多種尺寸和形狀的輪軸比例試樣，能對不同的輪軸試樣進行試驗，從而可以模擬不同尺寸和規(guī)格的火車輪軸，適用范圍廣。上述的從動輪支架調(diào)節(jié)立柱上端部與從動輪支架底板下表面接觸的具體結(jié)構(gòu)為 調(diào)節(jié)立柱上端部的凹槽內(nèi)設有頂出鋼球，頂出鋼球的上部與從動輪支架的底板下表面的凹槽配合。這樣，保證了上部受力均勻且受力方向始終豎直向上，避免面受力可能產(chǎn)生的傾斜。上述的從動輪支架在輪軸試樣的軸端部下方的部位安裝有限位器，限位器與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相連。[0021]這樣，當輪軸試樣斷裂或繞度達到預設值時，輪軸的軸端接觸到限位器，限位器觸發(fā)、控制系統(tǒng)控制電主軸停止運轉(zhuǎn)，確保整個設備與試驗的安全。上述的冷卻油的油路由油箱、冷卻油泵、進油管、軸箱、回油管和油箱依次相連構(gòu)成。這樣，采用循環(huán)油冷卻效果良好，使得設備在高速運行狀態(tài)下能保證良好的散熱， 不會導致軸箱內(nèi)的機械軸和滾動軸承處因局部溫度過高而損壞設備，另外采用油冷卻在保證散熱良好的同時，還能起到潤滑機械軸的雙重功效。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的描述。

圖1是本實用新型實施例的試驗設備的示意圖；圖2是本實用新型實施例試驗設備的傳感器底座及其上方所有零部件的放大結(jié)構(gòu)示意具體實施方式
實施例圖1、圖2示出，本實用新型的一種具體實施方式
是，一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，其組成是機座1、機座1上安裝有受數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)20控制的電主軸2、電主軸2經(jīng)聯(lián)軸器3與充有冷卻油18的軸箱4的輸入端相連，軸箱4的輸出端連接彈簧夾頭8 ；彈簧夾頭8夾持輪軸試樣的軸6 ；聯(lián)軸器3的旁邊安裝有轉(zhuǎn)速傳感器14和轉(zhuǎn)數(shù)傳感器15 ；輪軸試樣的輪7與下方的從動輪10接觸，從動輪10的軸11通過雙排軸承22安裝在從動輪支架21上，從動輪支架21的底板23四角下方固定有導套四，導套四內(nèi)套有導柱M，導柱M的下部固定在傳感器座沈上，傳感器座沈固定在機座1上；傳感器座沈的中部上表面安裝有和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)20相連的壓力傳感器 13，壓力傳感器13的螺紋孔與調(diào)節(jié)立柱27相連，調(diào)節(jié)立柱27上端部與從動輪支架21的底板23下表面接觸，調(diào)節(jié)立柱27的中部設有自鎖螺紋環(huán)觀。圖2示出，本例的調(diào)節(jié)立柱27上端部與從動輪支架底板23下表面接觸的具體結(jié)構(gòu)為調(diào)節(jié)立柱27上端部的凹槽內(nèi)設有頂出鋼球25，頂出鋼球25的上部與從動輪支架21 的底板23下表面的凹槽配合。圖1示出，本例的從動輪支架21在輪軸試樣的軸6端部下方的部位安裝有限位器 9，限位器9與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)20電連接。圖1還示出，本例的冷卻油18的油路由油箱19、冷卻油泵17、進油管16、軸箱4、 回油管12和油箱19依次相連構(gòu)成。顯然，本實用新型的輪軸試樣是輪7與軸6的過盈裝配體，其過盈量可根據(jù)火車的實際工況確定輪軸試樣與實際火車輪軸的尺寸比例可做到不大于1 4。輪軸裝配后接觸應力與它們之間過盈量的關(guān)系可由Lame應力公式(1)計算得到[0038]
編=嘗卜6) j..........................................(ι)式中E-彈性模量；Δ -實際過盈量；r-軸試樣直徑；R-輪試樣外徑；為避免冷裝配帶來的表面損傷，輪軸試樣也可以通過熱裝配完成，通過下面的公式(2)可計算溫度與尺寸變化間的關(guān)系A(chǔ)T = -............................................................(2)
ra這樣，可以完成不同比例輪軸試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗，可以根據(jù)所需的接觸應力推出理想過盈量的大小，然后輪軸試樣配合面間的接觸壓應力可以根據(jù)輪與軸的最終加工尺寸，配對選擇合適的實際過盈量進行裝配，以滿足不同要求的火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲試驗。
權(quán)利要求1.一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，其組成是機座(1)、機座(1)上安裝有受數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)00)控制的電主軸O)、電主軸 (2)經(jīng)聯(lián)軸器( 與充有冷卻油(18)的軸箱的輸入端相連，軸箱的輸出端連接彈簧夾頭(8)；彈簧夾頭(8)夾持輪軸試樣的軸(6)；聯(lián)軸器(3)的旁邊安裝有轉(zhuǎn)速傳感器(14)和轉(zhuǎn)數(shù)傳感器(15)；輪軸試樣的輪(7)與下方的從動輪(10)接觸，從動輪(10)的軸(11)通過雙排軸承 (22)安裝在從動輪支架上，從動輪支架的底板四角下方固定有導套(四)， 導套09)內(nèi)套有導柱(M)，導柱04)的下部固定在傳感器座06)上，傳感器座06)固定在機座⑴上；傳感器座06)的中部上表面安裝有和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)00)相連的壓力傳感器 (13)，壓力傳感器(1 的螺紋孔與調(diào)節(jié)立柱(XT)相連，調(diào)節(jié)立柱(XT)上端部與從動輪支架的底板下表面接觸，調(diào)節(jié)立柱(XT)的中部設有自鎖螺紋環(huán)08)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，其特征在于所述的調(diào)節(jié)立柱(XT)上端部與從動輪支架的底板下表面接觸的具體結(jié)構(gòu)為調(diào)節(jié)立柱(XT)上端部的凹槽內(nèi)設有頂出鋼球(25)，頂出鋼球05)的上部與從動輪支架的底板下表面的凹槽配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，其特征在于所述的從動輪支架在輪軸試樣的軸(6)端部下方的部位安裝有限位器(9)，限位器(9)與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)00)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，其特征在于，所述的冷卻油(18)的油路由油箱(19)、冷卻油泵(17)、進油管(16)、軸箱(4)、回油管(12)和油箱(19)依次相連構(gòu)成。
專利摘要一種火車輪軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的試驗設備，其組成是機座上安裝有受數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制的電主軸、電主軸經(jīng)聯(lián)軸器、充有冷卻油的軸箱與彈簧夾頭相連；彈簧夾頭夾持輪軸試樣的軸；聯(lián)軸器旁有轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)數(shù)傳感器；輪軸試樣的輪與下方的從動輪接觸，從動輪的軸安裝在從動輪支架上，從動輪支架的導套套合在傳感器座的導柱上；傳感器座的壓力傳感器的螺紋孔與調(diào)節(jié)立柱相連，調(diào)節(jié)立柱上端部與從動輪支架的底板下表面接觸，調(diào)節(jié)立柱的中部設有自鎖螺紋環(huán)。該試驗設備能方便地模擬火車輪軸在承受復雜交變載荷作用下的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞損傷，從而為提高輪軸的抗疲勞損傷性能，更好地進行輪軸防護，提供更可靠更準確的試驗依據(jù)。
文檔編號G01N3/34GK201974342SQ20112007289
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者周仲榮, 宋川, 彭金方, 朱旻昊, 沈明學, 莫繼良, 蔡振兵 申請人:西南交通大學