專利名稱：一種高速輪軌模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速輪軌模擬實驗裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國鐵路尤其高速鐵路進入了快速發(fā)展階段。高速鐵路超越了常規(guī)鐵路的技術(shù)范疇，是一項綜合性強、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車牽引功率的發(fā)揮、輪軌表面損傷、列車運行穩(wěn)定性、列車制動等方面，是高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。列車的運行是由輪軌相互作用產(chǎn)生的牽引和制動粘著摩擦力而實現(xiàn)的，車輪在軌道上高速滾動，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，同時由于輪軌之間的牽引和制動粘著摩擦力的作用，使得輪軌之間的作用成為一種最為復(fù)雜的滾動形式，其相互作用過程是一個很復(fù)雜的摩擦學(xué)過程。實踐表明，根據(jù)現(xiàn)有的知識，還很難單憑理論來評估高速輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能，一般來說都需要進行大量的試驗研究，以獲得可靠的試驗數(shù)據(jù)用以指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計。線路運用試驗雖然具有較高的可靠性，但其費用大、持續(xù)時間長，對正常的鐵路運營影響大，同時也難以控制運用條件。室內(nèi)模擬實驗可以控制運用條件，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、詳盡的實驗數(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驗裝置，該試驗裝置能在實驗室內(nèi)方便地模擬出高速運動中的輪軌關(guān)系及其摩擦磨損情況，且該裝置自動化程度高、操作簡單方便、測量精度高、試驗數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。從而為高速鐵路輪軌的設(shè)計生產(chǎn)與維護提供更可靠的試驗數(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驗裝置，其構(gòu)成是底座的右部設(shè)有可沿垂軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座上安裝有右直流電動機，右直流電動機軸的左端通過右升變速齒輪箱與鋼軌模擬盤相連接；右直流電動機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機，左直流電動機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，左直流電動機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、可橫向移動的支架與立座上的垂向激振作動器連接， 軸承座的側(cè)面則與立座上的橫向加載電動缸連接。本發(fā)明的工作過程和原理是轉(zhuǎn)動轉(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)彎時的彎道曲線半徑。開啟左、右直流電動機分別驅(qū)動模擬車輪與模擬鋼軌盤按設(shè)定轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，由于左直流電動機是通過萬向聯(lián)軸器與模擬車輪相連，使得模擬車輪既能沿其軸轉(zhuǎn)動，同時車輪整體又能在一定范圍內(nèi)沿各個方向偏移及轉(zhuǎn)動，也即左直流電動機在驅(qū)動其轉(zhuǎn)動的同時不妨礙其各個方向上載荷的加載。保證了垂向激振動作器可以垂向向模擬車輪加壓，同時垂向激振動作器又是通過可橫向移動的支架與模擬車輪相連，使得橫向加載電動缸能夠從軸承座的側(cè)面向模擬車輪施加橫向壓力。啟動垂向激振動作器，使支架、軸承座及模擬車輪向下移動，模擬車輪接觸到鋼軌模擬盤；然后，按試驗要求通過垂向激振動作器向模擬車輪施加設(shè)定的垂向力和垂向激振頻率，模擬列車運行時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；同時，啟動橫向加載電動缸，向模擬車輪施加橫向作用力，模擬車輛拐彎時產(chǎn)生的離心力等橫向作用力，從而可完整的實現(xiàn)各種工況下的高速輪軌接觸行為的模擬。實驗過程中，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)。 實驗完成后，通過對采集到數(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；并可對模擬車輪和鋼軌模擬盤的表面摩擦磨損情況進行進一步的觀察與分析測試。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、右直流電動機相連接，可模擬出高速輪軌間的相對運動速度，其輪軌間的相對線速度最高可達到400km/h，能滿足高速輪軌關(guān)系試驗的要求。二、左直流電動機通過萬向聯(lián)軸器與模擬車輪相連，使得模擬車輪既能沿其軸轉(zhuǎn)動，同時車輪整體又能在一定范圍內(nèi)沿各個方向偏移及轉(zhuǎn)動。加之垂向激振作動器又是通過可橫向移動的支架與模擬車輪相連，從而能夠通過垂向激振作動器和橫向加載電動缸對模擬車輪進行垂向力和垂向振動加載及橫向力的加載。從而在實驗室里能較真實地模擬出各種工況下的高速輪軌關(guān)系行為。試驗機最大垂向力加載達15kN，最大橫向力達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驗研究。三、該實驗裝置轉(zhuǎn)座能在底座平臺上沿垂軸轉(zhuǎn)動，從而使模擬車輪與輪盤之間形成一定沖角，從而能實現(xiàn)多種曲線輪軌關(guān)系的模擬。四、左、右直流電動機軸端均連接有光電編碼器，從而可對直流電動機的轉(zhuǎn)速進行精確測量并反饋控制，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)置有手動切削機床。這樣，當鋼軌模擬盤發(fā)生磨損后，可以方便的通過手動切削機床的切削機構(gòu)對軌盤的表面進行切削修復(fù)，修復(fù)后即可進行新的模擬實驗，一個軌盤可進行多次試驗，降低了試驗成本。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。


圖I是本發(fā)明實施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖(去掉了前方的手動切削機床)。圖2是本發(fā)明實施例的手動切削機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)。
具體實施例方式實施例圖I示出，本發(fā)明的一種具體實施方式
為一種高速輪軌模擬實驗裝置，其構(gòu)成是底座18的右部設(shè)有可沿垂軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)座29，轉(zhuǎn)座29上安裝有右直流電動機4，右直流電動機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；右直流電動機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機I，左直流電動機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，左直流電動機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、可橫向移動的支架10與立座19上的垂向激振作動器17連接，軸承座3A的側(cè)面則與立座19上的橫向加載電動缸13連接。圖2示出，本實施例的底座18位于鋼軌模擬盤6正前方的部位，設(shè)置有手動切削機床30。本發(fā)明實施時，模擬車輪3和鋼軌模擬盤6分別由真實的車輪鋼和鋼軌鋼制造而成，這樣能更真實的模擬再現(xiàn)高速輪軌材料的損傷特性。本發(fā)明的轉(zhuǎn)座29的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)可以是各種現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動機構(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)明的可橫向移動的支架10的橫向移動機構(gòu)可以是各種現(xiàn)有的移動機構(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行的一次高速輪軌實驗測量的結(jié)果。由圖(a)、(b)可見，該實驗過程中測出的垂向力基本穩(wěn)定，其值約為170N，測量得到的摩擦系數(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，其值約為O. 39 ;實驗后對模擬車輪表面損傷進行了 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驗裝置，其構(gòu)成是底座(18)的右部設(shè)有可沿垂軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)座(29)，轉(zhuǎn)座(29)上安裝有右直流電動機(4)，右直流電動機(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；右直流電動機(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機(I)，左直流電動機 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，左直流電動機(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)、可橫向移動的支架(10)與立座(19)上的垂向激振作動器(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驗裝置，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)置有手動切削機床(30)。
全文摘要
一種高速輪軌模擬實驗裝置，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機，該電動機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機，該電動機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器連接，軸承座側(cè)面與立座上的橫向加載電動缸連接。該試驗裝置能方便地模擬出高速運動中的輪軌關(guān)系及其摩擦磨損情況，且其自動化程度高、操作簡單方便、測量精度高、試驗數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。
文檔編號G01M17/10GK102607869SQ201210081480
公開日2012年7月25日 申請日期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 申請人:西南交通大學(xué)