多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機，由機械部分（包括電機、變速箱、聯(lián)軸器、錐齒輪等）、液壓部分（包括電機、油泵、分流器、油箱、液壓桿、支撐桿等）、實驗部分（包括鋼球、圓盤、箱體、載荷施加桿等）以及箱體等組成。該多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機由外部電源提供動力，通過控制電機的轉(zhuǎn)速，使鋼球和圓盤做相對運動，實現(xiàn)鋼球和圓盤以不同速度轉(zhuǎn)動，以及在某一固定速度時施加不同載荷、不同溫度、不同濕度、不同磁場等工況，從而實現(xiàn)模擬多工況下黏著系數(shù)的測試。該測試儀結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作容易，攜帶方便，并且采用了多工況集成和黏著系數(shù)實時輸出，特別適用于高速輪軌實驗室輪軌黏著系數(shù)的數(shù)據(jù)采集工作。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及高速輪軌黏著系數(shù)模擬測試裝置，尤其涉及高速輪軌接觸時模擬 各種工況對黏著系數(shù)的影響的一種裝置。 多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高速列車的不斷發(fā)展，列車在運行中安全性和舒適性成為了國家和社會普遍 關(guān)注的問題。安全性和舒適性需要有較好的輪軌關(guān)系來保證，而黏著系數(shù)是輪軌關(guān)系中一 個很重要的研究方向。列車牽引、運行和制動都必須通過輪軌之間的黏著力來實現(xiàn)。眾多 學(xué)者對輪軌間黏著系數(shù)做了大量研究，對某種工況或者兩種工況對黏著系數(shù)的影響做過很 多研究，但鮮有做多工況(集成在同一臺試驗機上）條件下對黏著系數(shù)的影響的。有必要研 制一種操作簡單，攜帶方便，將各種工況對黏著系數(shù)的影響集中到同一臺裝置上，并且可以 實現(xiàn)各種工況下黏著系數(shù)的實時輸出的試驗機。為了實現(xiàn)這種裝置，要重點解決一下幾個 問題：
[0003] (1)試驗機在各種工況轉(zhuǎn)換的過程中，通過試驗機的軟件系統(tǒng)實時輸出數(shù)據(jù)；
[0004] (2)更換不同潤滑劑時，對殘余潤滑劑的清理問題；
[0005] (3)試驗機各硬件的合理性分析以及電機在轉(zhuǎn)動過程中的振動對實驗結(jié)果的影 響；
[0006] (4)試驗機軟件系統(tǒng)的設(shè)計以及各種工況集成對實驗數(shù)據(jù)的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了得到多工況下輪軌接觸黏著系數(shù)的變化規(guī)律，本實用新型提供了一個實驗裝 置，該實驗裝置不僅能夠很好地測出各種工況黏著系數(shù)的值，而且較目前現(xiàn)有的實驗儀器 可靠、方便。
[0008] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：在一金屬箱體內(nèi)，圓盤和鋼球 接觸，圓盤、鋼球分別與軸相連且延伸至箱體外，以便給予相應(yīng)的驅(qū)動，和鋼球相連的軸末 端與一個帶有圓孔的金屬棒相連，金屬棒伸出箱體上端，與一個杠桿相連，杠桿中間位置有 一根金屬支桿用銷釘相連，杠桿另一端用銷釘與液壓桿相連，電機通過電源運動，帶動油泵 向液壓桿中泵油，液壓桿向上頂，通過杠桿原理，另一端就施加上了相應(yīng)的載荷。帶有軸的 鋼球水平放置，在箱體外部，連球桿通過一個金屬桿控制球的左右移動，方便在同一介質(zhì)不 同溫度、不同載荷下連續(xù)做實驗而不用更換圓盤。驅(qū)動鋼球和圓盤的動力為兩個電機，通過 電流和變速箱來控制其轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)不同速度和不同滑移率這兩種工況的模擬實驗。同時在 箱體外部增加線圈，通入不同電流來模擬不同磁場對黏著系數(shù)的影響。箱體下部有兩個加 熱器，以便控制溫度。在箱體頂部增加空氣濕度控制裝置，來模擬不同濕度對黏著系數(shù)的影 響。
[0009] 本實用新型的有益效果是：
[0010] (1)增加移動鋼球位置的手柄，在做同一介質(zhì)不同溫度，不同載荷時連續(xù)做實驗， 減少圓盤更換次數(shù)；
[0011] (2)在施加載荷的過程中，不會因為驅(qū)動的原因使載荷變化，使測得的結(jié)果更為準(zhǔn) 確；
[0012] (3)同時增加不同磁場和不同滑移率對黏著系數(shù)的影響；
[0013] (4)把多種工況集成在同一臺裝置上，方便實驗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0015] 圖1是本實用新型的機械部分爆炸圖。
[0016] 圖2是本實驗新型的液壓部分爆炸圖。
[0017] 圖3是本實驗新型的實驗部分示意圖。
[0018] 圖4是本實驗新型的機械部分示意圖。
[0019] 圖5是本實驗新型的液壓部分示意圖。
[0020] 附圖標(biāo)記：1.箱蓋，2.鋼球，3.上提環(huán)，4.圓盤，5.載荷施加桿，6.連盤桿，7.箱 體，8.錐齒輪，9.聯(lián)軸器，10.底座，11.變速箱上蓋，12.電機、13.變速箱軸，14.變速箱齒 輪，15.變速箱箱體16.電機底座、17.油箱上蓋，18.油箱、19.油泵，20.電機，21.聯(lián)軸器， 22.分流器、23.加載桿，24.缸蓋，25.活塞桿，26.固定銷，27.缸筒，28.連底座，29.支撐 桿。

【具體實施方式】
[0021] 在圖1中，（1)箱蓋、（2)鋼球、（3)上提環(huán)、（4)圓盤、（5)載荷施加桿、（6)連盤 桿、（7)箱體這些零部件共同組成該測試儀的核心工作部分。在模擬不同工況下黏著系數(shù) 的值時，具體各種工況實施方式如下；
[0022] 不同速度和滑移率：通過（12)電機轉(zhuǎn)動，帶動變速箱，變速箱改變速度之后與（9) 聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸器伸入到箱體內(nèi)部的軸帶動球滾動，同樣使用電機通過（9)聯(lián)軸器連接 (8)錐齒輪，兩個錐齒輪方向垂直，垂直向上的伸入（7)箱體連接（4)圓盤，可以實現(xiàn)不同速 度和不同滑移率對黏著系數(shù)的影響。
[0023] 不同溫度：通過（6)加熱裝置來保持不同溫度對黏著系數(shù)的影響。
[0024] 不同濕度：從箱體上壁噴灑液體，利用箱體內(nèi)部的濕度傳感器保持不同濕度，以此 測得不同濕度對黏著系數(shù)的影響。
[0025] 不同載荷：施加載荷的裝置是由（5)載荷施加干、（18)油箱、（19)油泵、（20)電機、 (21)聯(lián)軸器、（22)分流器、（23)加載桿、（24)缸蓋、（27)缸筒、（28)連底座和（29)支撐桿 組成。電機帶動油泵，油泵從油箱中泵出油進入分流器中，分流器和液壓桿相連，從油箱中 泵出的油經(jīng)過分流器進入液壓桿，液壓桿向上頂金屬杠桿的一端，然后另一端就向下壓，通 過載荷施加桿施加不同載荷來測試對黏著系數(shù)的影響。不同潤滑劑：從箱體上部添加潤滑 齊U，當(dāng)該種潤滑劑用過之后通過（7)潤滑劑更換孔放出，利用超聲波清洗裝置清洗后再添加 另外一種潤滑劑。
[0026] 不同材料：通過更換圓盤來實現(xiàn)不同材料對黏著系數(shù)的影響。
[0027] 不同磁場：在箱體外壁繞上線圈，通過增加不同電流來實現(xiàn)不同磁場對黏著系數(shù) 的影響。
[0028] 該測試儀結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作容易，攜帶方便，并且采用了多工況集成和黏著系數(shù) 實時輸出，特別適用于高速輪軌實驗室輪軌黏著系數(shù)的數(shù)據(jù)采集工作。
[0029] 本實用新型的工作方法如下：
[0030] 在開始試驗前，確認圓盤和鋼球的表面是否光滑，調(diào)整好電機速度。打開通電按 鈕，設(shè)置好初始速度、初始溫度、初始濕度、初始滑移率等參數(shù)。
[0031] 在實驗過程中，鋼球在圓盤上滾動，滾動過程中通過測力傳感器測得接觸點的切 向力與法向力，由于很多情況下黏著系數(shù)可以用摩擦系數(shù)來代替，可以取鋼球和圓盤接觸 點的切向力與法向力的比值來定義黏著系數(shù)。通過測力傳感器測得的力，導(dǎo)入系統(tǒng)軟件中， 在外部顯示屏上就可以輸出各種工況下的黏著系數(shù)。
[0032] 測不同潤滑劑對黏著系數(shù)的影響時，在事先設(shè)定好的其他工況條件下，加入一種 潤滑劑，做完實驗之后得出一個黏著系數(shù)；切換到另外一種黏著系數(shù)之前，要利用超聲波清 洗裝置徹底將上一種潤滑劑清洗干凈，避免上一種潤滑劑的殘留對下一種潤滑劑的影響。
[0033] 在做不同溫度、不同濕度、不同磁場等工況對黏著系數(shù)的影響時，通過移動鋼球在 圓盤上的位置，即可達到不更換圓盤繼續(xù)做實驗仍然可以得到想要的結(jié)果。該設(shè)計思路是 在連接鋼球的金屬桿伸出箱體部分上，加上兩個固定的螺母，兩個螺母之間是一個圓環(huán)，套 在金屬桿上，圓環(huán)上焊接一個金屬棒，伸出整體箱體外部，金屬棒和整體箱體接觸的部分箱 體設(shè)計成鋸齒狀，每個鋸齒間隔2毫米，金屬棒那個部位加上鋸齒狀橡膠，每移動一次金屬 棒，鋼球在圓盤上的位置就變化2毫米。
[0034] 本多工況輪軌黏著系數(shù)測試試實驗機，可在交流110V~220V電壓下正常工作，通 過外部液壓系統(tǒng)對鋼球施加(T900Mpa連續(xù)可調(diào)的載荷，通過外部電源控制電機的轉(zhuǎn)速在 0r/min~3600r/min，實現(xiàn)鋼球和圓盤的速度在0mm/s~1200mm/s范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。本實用創(chuàng) 新具有可靠的機械防護及防震動裝置，整機重量輕，體積小，測量過程方便快捷，工作安全 可靠。
[0035] 上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受 上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種改造，或未經(jīng) 改進直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機，由電機、變速箱、聯(lián)軸器、錐齒輪、油泵、分流 器、油箱、液壓桿、支撐桿、鋼球、圓盤、箱體、載荷施加桿、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳 感器、通電線圈、顯示控制按鈕、定位銷釘、箱體、箱蓋等組成；其特征在于：鋼球（2)與一根 金屬桿固定在一起，金屬桿伸出箱體（7)外部與聯(lián)軸器（9)相連，聯(lián)軸器的另一邊與變速箱 (13、14、15)的一根軸相連，另一根軸與電機（12)相連；通過外部電源使電機轉(zhuǎn)動，電機通 過變速箱、聯(lián)軸器和金屬桿帶動鋼球運動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機，其特征在于：圓盤（4) 與一和它垂直的桿剛性連接，并用螺釘固定；桿的下部裝有錐齒輪（8)，兩個錐齒輪連接的 方向垂直；在水平方向上，和錐齒輪連接的桿與聯(lián)軸器（9)相連，聯(lián)軸器連接電機（12)，通 過外部電源帶動電機轉(zhuǎn)動，電機通過聯(lián)軸器、錐齒輪和垂直金屬桿帶動圓盤轉(zhuǎn)動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機，其特征在于：液壓桿 (24、25、27、28)安裝在底座（10)上，由底座（10)與連底座（28)上的螺孔定位，并用螺釘壓 緊；液壓裝置的另一個關(guān)鍵部分是支撐桿（26、29)，由底座（10)與連底座（28)上的螺孔定 位，并用螺釘壓緊；在液壓桿和支撐桿上部是加載桿（23)其固定方式為插銷式，分別固定 在液壓桿、支撐桿和載荷施加桿上部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機，其特征在于：電 機（20)通過聯(lián)軸器（21)與油泵（19)相連，油泵將油箱（17, 18)中的油泵入分流器（22)，分 流器把油分流后進入液壓桿，推動液壓桿向上頂，由于支撐桿（26)的作用，載荷就在另一端 施加到鋼球與圓盤的接觸區(qū)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種多工況輪軌黏著系數(shù)測試實驗機，其特征在于： 剛球（2)和圓盤（4)接觸，外部電源分別帶動電機運動，各自的電機帶動鋼球和圓盤相對運 動，通過球盤的相對運動來模擬不同速度和不同滑移率下黏著系數(shù)的變化；在鋼球和圓盤 相對的運動過程中，改變溫度、濕度、磁場、載荷和潤滑劑等工況來模擬多工況下黏著系數(shù) 的變化。
【文檔編號】G01M17/08GK203881550SQ201420275123
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】肖乾, 王磊, 彭莉, 方駿 申請人:華東交通大學(xué)