本發(fā)明涉及材料性能測試和研究領(lǐng)域，尤其涉及一種輪軸疲勞試驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著鐵路運輸高速技術(shù)及重載技術(shù)的發(fā)展，鐵路列車的運輸安全及運行性能的要求越來越高，而車輪和車軸作為鐵路機車的重要部件之一，其運行安全直接關(guān)系到整個鐵路系統(tǒng)的運行品質(zhì)和發(fā)展。

輪軸系統(tǒng)在列車運行過程中起著傳遞動力、承載及制動的作用，是列車在高速運行中服役條件最嚴酷的部件。由于交變載荷、摩擦、磨損等苛刻的服役條件容易造成服役過程中車輪和車軸的疲勞開裂，為了評價服役過程中車輪、車軸的性能，需要對其進行疲勞測試，目前廣泛使用的是輪、軸材料疲勞性能試驗以及全尺寸輪軸試驗臺試驗。

由于車輪和車軸的結(jié)構(gòu)形狀復雜，用材料疲勞數(shù)據(jù)很難準確預測車輪、車軸產(chǎn)品的疲勞性能，而使用全尺寸車輪和車軸在大型試驗臺上進行車輪或車軸的疲勞性能研究，所得實驗數(shù)據(jù)更準確，更接近實際，但同時其實驗成本高、實驗周期長，難于應用在輪、軸的疲勞測試、壽命預測及新型車輪的指導開發(fā)上，目前該方法主要用于輪、軸產(chǎn)品的認證考核。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種輪軸疲勞試驗裝置及方法，可在低成本條件下得到車輪、車軸材料及構(gòu)件的疲勞性能，克服了材料試驗的局限性以及全尺寸輪、軸疲勞性能試驗的不足，具備高精度、高效率、低成本、多功能的特點，對指導新型車輪設(shè)計及開發(fā)具有重要的實用價值。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種輪軸疲勞試驗裝置，包括：

縮比輪和軌道輪，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中模擬實際車輪和實際車輪運行的實際軌道；所述縮比輪取樣于待測的實際車輪，并與所述實際車輪成比例縮放制成，所述軌道輪選用于與實際軌道具有相同成分、顯微組織和力學性能的材料制成；；

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，用于驅(qū)動所述縮比輪和所述軌道輪中的一個；

垂向加載系統(tǒng)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中向所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪施加垂向載荷，使所述縮比輪的踏面與所述軌道輪接觸；

阻尼及制動機構(gòu)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中向所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪施加扭矩，模擬車輪實際運行中與實際軌道間的摩擦力及制動力；

控制器，用于控制所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、所述垂向加載系統(tǒng)和所述阻尼及制動機構(gòu)。

優(yōu)選地，所述的輪軸疲勞試驗裝置還包括：橫向移動系統(tǒng)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中驅(qū)動所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪，使所述縮比輪相對所述軌道輪發(fā)生橫向移動，模擬車輪實際運行中的橫向移動；所述控制器還用于控制所述橫向移動系統(tǒng)。

具體地，所述橫向移動系統(tǒng)包括：橫向移動滑板和橫向移動機構(gòu)；所述橫向移動滑板與所述橫向移動機構(gòu)相連，所述橫向移動機構(gòu)通過所述橫向移動滑板驅(qū)動所述縮比輪，使所述縮比輪相對所述軌道輪發(fā)生橫向移動。

具體地，所述垂向加載系統(tǒng)，包括：垂向可移動橫梁、載荷傳感器、加載連桿和垂向加載機構(gòu)；所述垂向可移動橫梁通過所述載荷傳感器與所述加載連桿連接，所述加載連桿與所述垂向加載機構(gòu)相連。

進一步地，所述輪軸疲勞試驗裝置，還包括：在車軸疲勞試驗中使用的縮比車軸和模擬車輪，所述縮比車軸取樣于待測的實際車軸，并與所述實際車軸成比例縮放制成，所述模擬車輪用于模擬實際運行時車輪對實際車軸的作用；在車軸疲勞試驗時，所述縮比車軸一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)相連，另一端為加載端，與一加載端軸承相連；所述垂向加載系統(tǒng)還用于通過所述加載軸承對所述縮比車軸的加載端施加載荷；所述模擬車輪壓裝連接所述縮比車軸，與所述縮比車軸壓裝好的模擬車輪固定在固定盤上。

進一步地，所述輪軸疲勞試驗裝置，還包括：在車輪輻板疲勞試驗中使用的縮比輪和模擬車軸，所述縮比輪的輻板從實際的全尺寸車輪輻板上取樣，并與所述實際車輪的輻板成比例縮放制成，所述模擬車軸用于模擬實際運行時車軸對實際車輪的作用；在車輪輻板疲勞試驗時，所述模擬車軸一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)相連，另一端為加載端，與一加載端軸承相連；所述垂向加載系統(tǒng)還用于通過所述加載軸承對所述模擬車軸的加載端施加載荷；所述縮比輪壓裝連接所述模擬車軸，與所述模擬車軸壓裝好的縮比輪固定在固定盤上。

優(yōu)選地，所述縮比輪與所述模擬車軸采用過盈壓裝方式連接，壓裝過盈比與實際車輪和車軸壓裝過盈比相同。

可選地，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及軸承；在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及軸承與所述軌道輪的主軸相連接，所述縮比輪的主軸與所述阻尼及制動機構(gòu)相連接；在車軸疲勞試驗和車輪輻板疲勞試驗中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及軸承與所述縮比車軸相連接。

所述的輪軸疲勞試驗裝置，還包括：裝置底座和固定在裝置底座上的承載立柱，所述承載立柱上設(shè)置有固定橫梁，垂向加載系統(tǒng)中的垂向加載機構(gòu)固定在所述固定橫梁上；所述軌道輪設(shè)置在軌道輪支座上，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機設(shè)置在電機支座上，所述縮比車軸設(shè)置在約束支撐裝置上；所述裝置底座上開有t型槽，所述電機支座、所述軌道輪支座及所述縮比車軸固定端的約束支撐裝置均通過螺栓連接在所述裝置底座上。

本發(fā)明還提供一種使用上述任一項的輪軸疲勞試驗裝置進行輪軸疲勞試驗的方法，進行輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗時，該方法包括：

試樣準備：準備縮比輪和軌道輪；

試驗過程：安裝實驗裝置，包括安裝縮比輪和軌道輪，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動所述縮比輪和所述軌道輪中的一個；通過控制器控制垂向加載系統(tǒng)和橫向移動系統(tǒng)，使所述縮比輪對的車輪踏面和所述軌道輪接觸，并通過垂向加載系統(tǒng)對所述縮比輪或所述軌道輪施加載荷；啟動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，待運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，通過阻尼及制動機構(gòu)對向所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪施加阻尼轉(zhuǎn)矩，使所述縮比輪的車輪踏面與所述軌道輪之間形成摩擦力；通過控制器控制橫向移動系統(tǒng)，使所述縮比輪相對所述軌道輪進行橫向運動，用以模擬車輪實際運行時的橫向運動；試驗過程中自動記錄用于后期試樣疲勞性能分析的實驗數(shù)據(jù)，包括垂向加載載荷、試樣旋轉(zhuǎn)周次、車輪橫向移動距離、橫向載荷；對實驗數(shù)據(jù)進行處理并對所述縮比輪的踏面進行檢查，評價車輪踏面接觸疲勞損傷狀態(tài)；

進行車軸疲勞試驗和/或車輪輻板疲勞試驗時，該方法包括：

試樣準備：車軸疲勞試驗中需要準備縮比車軸和模擬車輪，所述模擬車輪用于模擬實際運行時車輪對實際車軸的作用；車輪輻板疲勞試驗中需要準備縮比輪和模擬車軸，所述縮比輪的輻板從實際的全尺寸車輪輻板上取樣，并與所述實際車輪的輻板成比例縮放制成，所述模擬車軸用于模擬實際運行時車軸對實際車輪的作用；

試驗過程：安裝實驗裝置，包括安裝縮比車軸和/或縮比輪，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動縮比車軸或者縮比輪；通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機驅(qū)動試樣旋轉(zhuǎn)，進行疲勞試驗；試驗過程中自動記錄用于后期試樣疲勞性能的分析的試驗數(shù)據(jù)，包括垂向加載載荷、試樣旋轉(zhuǎn)周次；對所述縮比車軸的表面進行檢查，評價車軸疲勞損傷狀態(tài)，確定車軸疲勞性能，或者對所述縮比輪的輻板表面進行檢查，評價車輪輻板疲勞損傷狀態(tài)，確定車輪輻板疲勞性能。

本發(fā)明實施例提供一種輪軸疲勞試驗裝置及方法，采用取樣于待測的實際輪、軸的縮比輪、軸，可以滿足不同尺寸縮比輪、軸疲勞試驗的需求，實現(xiàn)對輪、軸(例如列車輪、軸)服役條件下多種疲勞性能的綜合測試，同時滿足輪、軌摩擦磨損性能試驗、接觸疲勞試驗、車輪踏面制動熱疲勞性能等一系列輪軸系統(tǒng)綜合性能的測試和研究。由于采用了縮比輪、軸來研究輪、軸的疲勞性能，兼顧了輪、軸產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀及受力方式，因此可克服材料試驗的局限性以及全尺寸輪、軸疲勞性能試驗的不足，同時具備高精度、高效率、低成本、多功能的特點，并且可以將材料疲勞試驗于與全尺寸輪軸疲勞性能的試驗結(jié)果相聯(lián)系，指導車輪、車軸材料及新產(chǎn)品的開發(fā)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例一提供的輪軸疲勞試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例二提供的輪軸疲勞試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標記

1-裝置底座，2-承載立柱，3-軌道輪，4-阻尼及制動機構(gòu)，5-縮比輪，6-橫向移動滑板，7-垂向可移動橫梁，8-載荷傳感器，9-加載連桿，10-固定橫梁，11-垂向加載機構(gòu)，12-橫向移動機構(gòu)，13-旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，14-縮比車軸，15-模擬車輪，16-加載端軸承。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種輪軸疲勞試驗裝置，包括：待測試時樣品，可以是縮比輪或縮比軸；軌道輪，選用與實際軌道具有相同成分、顯微組織和力學性能的材料制成，使縮比輪實驗時相當于在實際軌道上運行。，用于實驗時模擬車輪運行的實際軌道；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，用于驅(qū)動縮比輪或縮比軸；垂向加載系統(tǒng)，用于向樣品施加垂向載荷；阻尼及制動機構(gòu)，用于模擬車輪實際運行中與實際軌道間的摩擦力及制動力；控制器，用于控制上述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、垂向加載機構(gòu)和阻尼及制動機構(gòu)；以及裝置底座和固定在裝置底座上的承載立柱，用于安裝上面所述的部件。

本實施例提供的輪軸疲勞試驗裝置，可實現(xiàn)輪、軸的不同疲勞試驗內(nèi)容，亦可將輪、軸的不同疲勞試驗內(nèi)容在同一設(shè)備進行性能測試，上述的輪、軸的不同疲勞試驗內(nèi)容包括但不限于車輪接觸疲勞試驗、摩擦磨損試驗、車輪輻板疲勞極限、車軸疲勞性能及輪-軸微動疲勞等性能測試，具備高精度、高效率、低成本、多功能的特點。

該裝置主要由裝置底座、承載立柱形成的承力框架、試驗用輪-軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、加載系統(tǒng)(垂向加載系統(tǒng)和橫向移動系統(tǒng))、阻尼與制動機構(gòu)及其附屬構(gòu)件，以及傳感器和控制器等組成。該裝置中使用的縮比輪(或縮比軸)從實際待測的車輪(或車軸)取樣，可簡單理解為，采用相同材料，制成與實際待測的車輪(或車軸)成一定比例縮放的實驗件，盡量保證制成的縮比輪(或縮比軸)試樣與全尺寸車輪(或車軸)具有相近的力學性能和幾何相似性，以保證實驗結(jié)果的準確性和可信性，尤其在影響實驗結(jié)果的關(guān)鍵部分上，例如輪、軌接觸疲勞實驗中縮比輪的踏面要與實際車輪的踏面性能保持盡量一致。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不同的疲勞試驗中，影響實驗結(jié)果的因素也不大相同，因此對縮比輪和縮比軸的要求也會不同，下面敘述中會進一步結(jié)合具體試驗情況進行說明。而且，如果該裝置用于指導新型車輪設(shè)計及開發(fā)，縮比輪、軸可采樣于設(shè)計人員所設(shè)計的虛擬輪、軸。

另外，本實施例對控制器、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、垂向加載系統(tǒng)和阻尼及制動機構(gòu)，以及裝置底座、承載立柱的具體結(jié)構(gòu)不做限定，只要各部件能實現(xiàn)相應的功能即可。下面敘述中示出的具體示例僅為便于理解而示出，并不用于限定。另外，本實施例的裝置還可包括未提及的其它模塊或部件，在不影響本文所描述的裝置功能實現(xiàn)的前提下，本實施例對此均不做限定。

可以理解的是，本實施例提供的輪軸疲勞試驗裝置，可以根據(jù)具體應用場景存在多種實現(xiàn)方式，下面結(jié)合附圖以及具體實施例對上述裝置及其方法進行說明：

本實施例提供的輪軸疲勞試驗裝置，其試驗模式及裝置使用方法主要有兩種：1、輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗，采用縮比輪裝配樣品，采用軌道輪模擬軌道，在垂向加載系統(tǒng)作用下縮比輪對與軌道輪接觸產(chǎn)生接觸載荷，由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)例如電機驅(qū)動軌道輪旋轉(zhuǎn)(作為另一種選擇，也可以是驅(qū)動縮比輪)，達到縮比輪模擬運行的效果?？s比輪對主軸連接阻尼及制動機構(gòu)，模擬施加在輪-軌間的摩擦力。可選地，縮比輪可沿車軸軸向進行一定距離的移動，模擬實際車輪的橫向運動。2、縮比車軸疲勞試驗及縮比輪輻板疲勞試驗，這兩種試驗均采用縮比輪-軸裝配樣品，在車軸一端進行懸臂加載。進行車軸疲勞試驗時，可采用強度較高的模擬車輪，避免實驗中車輪先于樣品車軸(縮比車軸)損壞；進行車輪輻板疲勞試驗時，采用強度較高的模擬車軸，避免實驗中模擬車軸先損壞。試驗時，可由電機驅(qū)動安裝在固定盤上的縮比輪-軸裝配樣品旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)疲勞加載。下面將詳細介紹這兩種試驗模式。

示例一：縮比輪滾動接觸疲勞試驗

本示例結(jié)合縮比輪滾動接觸疲勞試驗說明該裝置的構(gòu)成和應用方法。如圖1所示，本實施例裝置包括：縮比輪5、軌道輪3、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、垂向加載系統(tǒng)、阻尼及制動機構(gòu)4和控制器。

縮比輪5和軌道輪3，在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中，縮比輪5用于模擬實際車輪，軌道輪3用于模擬實際車輪運行的實際軌道；縮比輪5取樣于待測的實際車輪，并與實際車輪成比例縮放制成，一般要求縮比輪5除了大小外，其它尺寸均與實際車輪保持幾何相似性；所述軌道輪取樣于實際車輪運行的實際軌道，即軌道輪選用于與實際軌道具有相同成分、顯微組織和力學性能的材料制成。一般要求軌道輪3表面性能與實際軌道的表面性能盡可能一致，包括但不限于材料、表面粗糙程度等，只要能使軌道輪模擬實際軌道對輪子的作用即可。

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，用于驅(qū)動縮比輪5和軌道輪3中的一個；示例性地，圖1中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13及軸承，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13及軸承與軌道輪3的主軸相連接，縮比輪5的主軸與阻尼及制動機構(gòu)4相連接。另外，可選地，也可以將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13及軸承與縮比輪5的主軸相連接，軌道輪3的主軸與阻尼及制動機構(gòu)4相連接。

垂向加載系統(tǒng)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中向縮比輪5和軌道輪3中的從動輪施加垂向載荷，使縮比輪5的踏面與軌道輪3接觸；此處的從動輪指縮比輪5和軌道輪3中未被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)直接驅(qū)動的那一個，例如圖1中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13直接驅(qū)動軌道輪3，垂向加載系統(tǒng)向縮比輪5施加垂向載荷，縮比輪5的踏面與軌道輪3接觸，縮比輪5被軌道輪3帶動，為從動輪。圖1中垂向加載系統(tǒng)包括垂向可移動橫梁7、載荷傳感器8、加載連桿9和垂向加載機構(gòu)11，垂向可移動橫梁通過載荷傳感器8與加載連桿9連接，加載連桿9與垂向加載機構(gòu)11相連。

阻尼及制動機構(gòu)4，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中向縮比輪5和軌道輪3中的從動輪施加扭矩，模擬車輪實際運行中與實際軌道間的摩擦力及制動力；例如，圖1所述示例中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13驅(qū)動軌道輪3，阻尼及制動機構(gòu)4向縮比輪5施加扭矩。

控制器(圖中未示出)，用于控制旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、垂向加載系統(tǒng)和阻尼及制動機構(gòu)4。具體地，控制器可與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13、垂向加載機構(gòu)和阻尼及制動機構(gòu)4相連。

優(yōu)選地，上述的輪軸疲勞試驗裝置還可包括：橫向移動系統(tǒng)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中驅(qū)動縮比輪5和軌道輪3中的從動輪(例如，縮比輪5)，使縮比輪5相對軌道輪3發(fā)生橫向移動，模擬車輪實際運行中的橫向移動；控制器還用于控制該橫向移動系統(tǒng)。示例性地，如圖1所示，該橫向移動系統(tǒng)可包括：橫向移動滑板6和橫向移動機構(gòu)12；橫向移動滑板6與橫向移動機構(gòu)12相連，橫向移動機構(gòu)12通過橫向移動滑板6驅(qū)動縮比輪5，使縮比輪5相對軌道輪3發(fā)生橫向移動，模擬車輪實際運行中的橫向移動，使實驗結(jié)果更接近車輪的實際運行情況。

上述的輪軸疲勞試驗裝置還可包括：裝置底座1、軌道輪支座、電機支座；軌道輪3設(shè)置在軌道輪支座上，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13設(shè)置在電機支座上，裝置底座1上開有t型槽，電機支座、軌道輪支座均通過螺栓(例如t型螺栓)連接在裝置底座1上，并具有位置可調(diào)節(jié)性，可根據(jù)試驗的需要調(diào)節(jié)軌道輪3和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13的位置。另外，相關(guān)安全防護機構(gòu)也安裝在裝置底座1上。還包括固定在裝置底座上的承載立柱2，一般為4根，構(gòu)成穩(wěn)定的承力框架。所述承載立柱上設(shè)置有固定橫梁10，垂向加載系統(tǒng)中的垂向加載機構(gòu)11固定在固定橫梁10上。

如圖1所示，工作時，將軌道論3及支座調(diào)整好位置并固定在裝置底座1上，并將軌道輪主軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13及軸承相連接。將縮比輪對(縮比輪5一般為2個，所以稱為縮比輪對)及支座調(diào)整好位置并固定在橫向移動滑板6的下方，將縮比輪對主軸與阻尼及制動機構(gòu)4相連。橫向移動滑板6安裝在垂向可移動橫梁7下方，并與橫向移動機構(gòu)12相連。垂向可移動橫梁通過載荷傳感器8與加載連桿9連接，加載連桿9與垂向加載機構(gòu)11相連，垂向加載機構(gòu)固定在固定橫梁10上。固定橫梁安裝在承載立柱2上，承載立柱2下端安裝在裝置底座1上。這樣，整個裝置通過裝置底座1、承載立柱2和固定橫梁10形成力封閉體系，實現(xiàn)對試樣的加載。

本實施例還提供一種使用上述輪軸疲勞試驗裝置進行輪軸疲勞試驗的方法，進行輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗時，該方法包括：

(1)試樣準備

準備縮比輪和軌道輪；車輪滾動接觸疲勞發(fā)生在車輪踏面，因此縮比輪接觸疲勞試樣應從全尺寸車輪輪輞取樣，以保證縮比輪試樣輪輞與全尺寸車輪輪輞具有相近的力學性能。一般而言，由于受實際車輪輪輞尺寸限制，縮比輪直徑最大為實際車輪輪輞寬度，其與實際車輪的比例約為1:7。

(2)試驗過程

安裝實驗裝置，包括安裝縮比輪5和軌道輪3，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動縮比輪5和軌道輪3中的一個。輪軌接觸疲勞試驗時，試樣及相關(guān)部件的安裝可如圖1所示；

安裝完畢，通過控制器(以及與之相連的主機)控制垂向加載系統(tǒng)和橫向移動系統(tǒng)，使縮比輪對的車輪踏面和軌道輪3接觸，并通過垂向加載系統(tǒng)對縮比輪5或軌道輪3施加載荷；具體地，可控制垂向加載機構(gòu)11和橫向移動滑板6，使縮比輪對的車輪踏面和軌道輪3在合適的位置接觸，并通過垂向加載機構(gòu)11對車輪施加一定的載荷。

然后啟動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)(即啟動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13)，待運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，通過阻尼及制動機構(gòu)4對向縮比輪5和軌道輪3中的從動輪施加阻尼轉(zhuǎn)矩，使縮比輪5的車輪踏面與軌道輪3之間形成摩擦力；例如，通過阻尼及制動機構(gòu)4對縮比輪5的車輪主軸施加一定的阻尼轉(zhuǎn)矩，使縮比輪5的車輪踏面與軌道輪3之間形成一定的摩擦力。

同時可通過控制器控制橫向移動系統(tǒng)，使縮比輪5相對軌道輪3進行橫向運動，用以模擬車輪實際運行時的橫向運動；例如可控制橫向加載機構(gòu)12驅(qū)動縮比輪對進行周期性橫向往復運動，模擬車輪運行時的橫向運動。

試驗過程中自動記錄用于后期試樣疲勞性能分析的實驗數(shù)據(jù)，包括垂向加載載荷、試樣旋轉(zhuǎn)周次、車輪橫向移動距離、橫向載荷等；經(jīng)過一定的試驗周期，對實驗數(shù)據(jù)進行處理并對縮比輪5的踏面進行檢查，評價車輪踏面接觸疲勞損傷狀態(tài)；同時檢查軌道輪表面損傷狀態(tài)，如有對試驗產(chǎn)生明顯影響的損傷，需對軌道輪表面進行加工處理，滿足試驗繼續(xù)進行的要求。

本示例提供的裝置可進行輪軌接觸疲勞及摩擦磨損試驗，試驗時，軌道輪主軸與驅(qū)動電機連接，軌道輪由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)模擬實際軌道；縮比輪對固定在可移動橫梁上，通過垂向加載機構(gòu)施加車輪與軌道輪間的接觸載荷。在輪軌接觸疲勞試驗中，縮比輪對還可在橫向移動機構(gòu)的驅(qū)動下進行橫向移動，模擬車輪實際運行中的橫向移動?？s比輪對的主軸連接阻尼及制動系統(tǒng)，可在縮比輪上施加一定的扭矩，模擬車輪實際運行中與軌道間的摩擦力及制動力。該裝置可以實現(xiàn)縮比輪、軸的不同疲勞試驗內(nèi)容在同一設(shè)備進行性能測試，包括縮比輪接觸疲勞試驗、摩擦磨損試驗、縮比車輪踏面制動熱疲勞性能；可大大提高了設(shè)備使用效率、節(jié)約試驗成本。

示例二：縮比車軸懸臂旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗

本示例還提供一種輪軸疲勞試驗裝置，該試驗裝置除示例一所述部件外，如圖2所示，還可進一步包括：在車軸疲勞試驗中使用的縮比車軸14和模擬車輪15，縮比車軸14取樣于待測的實際車軸，并與實際車軸成比例縮放制成，模擬車輪15用于模擬實際運行時車輪對實際車軸的作用；在車軸疲勞試驗時，縮比車軸14一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)相連，另一端為加載端，與一加載端軸承16相連；垂向加載系統(tǒng)還用于通過加載軸承16對縮比車軸14的加載端施加載荷；模擬車輪15壓裝連接縮比車軸14，與縮比車軸14壓裝好的模擬車輪15固定在固定盤上。

本實施例還提供一種使用上述試驗裝置進行輪軸疲勞試驗的方法，試驗時，一般需要去除上述縮比輪滾動接觸疲勞試驗中的試樣即縮比輪5以及軌道輪3，再裝配本次試驗的樣品即縮比車軸14。具體地，該方法包括：

(1)試樣準備

縮比車軸疲勞試驗采用懸臂旋轉(zhuǎn)彎曲加載試驗方法。試驗中需要準備縮比車軸14和模擬車輪15，縮比車軸14試樣從實際的全尺寸車軸上截取。由于部分車軸為空心車軸，縮比車軸14的直徑與實際車軸直徑比最大為1:3。縮比車軸的尺寸形狀，尤其是卸荷槽等位置的圓弧過渡半徑應以相同比例縮小。但試樣表面粗糙度應與實際車軸相同。模擬車輪15用于模擬實際運行時車輪對實際車軸的作用，影響該種作用的因素應與實際車輪盡量一致，其它非影響因素例如踏面粗糙度等不做限定。另外需要說明的是，模擬車輪15可以是縮比輪5，但需要該縮比輪5能滿足上述要求。

(2)試驗過程

安裝實驗裝置，包括安裝縮比車軸14和模擬車輪15，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動縮比車軸14?？s比車軸14懸臂旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗時，與縮比輪滾動接觸疲勞試驗裝置結(jié)構(gòu)(示例一)大致類似，由于該試驗的特殊性，試樣及所需部件的具體安裝如圖2所示：試驗時，調(diào)整好旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13的位置，并將其與軸承附件固定在裝置底座1上。模擬車輪15壓裝連接縮比車軸14，將與縮比車軸14壓裝好的模擬車輪15固定在固定盤上，并將該縮比車軸14一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)相連，另一端與一加載端軸承16相連；縮比車軸14通過加載軸承16連接垂向加載系統(tǒng)，使垂向加載系統(tǒng)通過對縮比車軸14的加載端施加一定載荷?？s比車軸固定端的約束支撐裝置均通過螺栓連接在裝置底座上。

然后，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13驅(qū)動試樣旋轉(zhuǎn)，進行疲勞試驗；試驗過程中自動記錄用于后期試樣疲勞性能的分析的試驗數(shù)據(jù)，包括但不限于垂向加載載荷、試樣旋轉(zhuǎn)周次等參數(shù)；經(jīng)過一定的試驗周期，對縮比車軸14的表面進行檢查，評價車軸疲勞損傷狀態(tài)，確定車軸疲勞性能。該方法可測定車軸疲勞s-n曲線，得到縮比車軸疲勞極限。

本實施例提供的裝置以及方法，可獨立進行縮比車軸懸臂彎曲疲勞試驗，加載連桿通過加載軸承16與縮比車軸14一端連接，用于施加垂直于車軸軸向的載荷；縮比車軸14另一端固定于旋轉(zhuǎn)固定盤上，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機13驅(qū)動。加載方式與全尺寸車軸評價試驗裝置加載方法一致，滿足相關(guān)標準試驗要求。

示例三：縮比車輪輻板疲勞試驗

本示例還提供一種輪軸疲勞試驗裝置，該試驗裝置除示例一、二所述部件外，進一步地還包括：在車輪輻板疲勞試驗中使用的縮比輪和模擬車軸，所述縮比輪的輻板從實際的全尺寸車輪輻板上取樣，并與實際車輪的輻板成比例縮放制成，所述模擬車軸用于模擬實際運行時車軸對實際車輪的作用；在車輪輻板疲勞試驗時，該裝置結(jié)構(gòu)與示例二大致類似，可參照圖2所示，模擬車軸一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)相連，另一端為加載端，與一加載端軸承相連；所述垂向加載系統(tǒng)還用于通過加載軸承對模擬車軸的加載端施加載荷；縮比輪壓裝連接模擬車軸，與模擬車軸壓裝好的縮比輪固定在固定盤上。

本實施例還提供一種使用上述試驗裝置進行車輪輻板疲勞試驗的方法，試驗時，一般需要去除上述縮比車軸懸臂旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗的試樣即縮比軸14和模擬輪15，再裝配本次試驗的樣品即縮比輪和模擬軸。具體地，該方法包括：

(1)試樣準備

縮比輪的輻板試樣從實際全尺寸車輪輻板上截取?？s比車車輪的輻板尺寸形狀，尤其是與輪轂位置的圓弧過渡半徑應以相同比例縮小，且試樣輻板處表面粗糙度應與實際車軸相同。一般而言，模擬車軸也可以是縮比的，即與實際車軸成一定比例縮放。縮比輪與縮比的模擬車軸采用過盈壓裝方式連接，壓裝過盈比應與實際車輪和車軸的壓裝過盈比相同。上述模擬車軸固定端的約束支撐裝置通過螺栓連接在裝置底座上。

(2)試驗過程

縮比輻板疲勞試驗采用懸臂旋轉(zhuǎn)彎曲加載試驗方法。其基本過程與示例二基本相同。試驗時，調(diào)整好旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的位置，并將其與軸承附件固定在裝置底座上。將與模擬車軸壓裝好的縮比輪固定在固定盤上。通過垂向加載機構(gòu)和加載軸承對模擬車軸加載端施加一定載荷。然后，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機驅(qū)動試樣旋轉(zhuǎn)，進行疲勞試驗。試驗過程中自動記錄垂向加載載荷、試樣旋轉(zhuǎn)周次等參數(shù)，用于后期試樣疲勞性能的分析。經(jīng)過一定的試驗周期，對縮比輪試樣輻板表面進行檢查，評價車輪輻板疲勞損傷狀態(tài)，確定車輪輻板疲勞性能。此實驗方法可以測定縮比車輪輻板的疲勞極限。

在對縮比車輪輻板進行疲勞試驗時，模擬車軸的強度相對較高，以避免疲勞試驗過程中模擬車軸先發(fā)生破壞。

本示例的裝置可進行縮比輪輻板疲勞試驗，采用縮比輪軸裝配試樣，使用車軸懸臂加載方式，縮比輪輻板受力方式符合相關(guān)標準要求。同時，模擬車軸加載端設(shè)計有防止車軸擺動的約束支持機構(gòu)，保證了試驗的穩(wěn)定性和安全性。

上述示例中示出的輪軸疲勞試驗裝置，其中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及軸承；在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及軸承與所述軌道輪的主軸相連接，縮比輪的主軸與阻尼及制動機構(gòu)相連接；在車軸疲勞試驗和車輪輻板疲勞試驗中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及軸承與縮比車軸相連接。

本發(fā)明實施例提供了一種縮比輪-軸疲勞綜合試驗裝置和應用方法，屬金屬材料和結(jié)構(gòu)性能測試和研究領(lǐng)域，可以實現(xiàn)縮比列車輪、軸的不同疲勞試驗內(nèi)容在同一設(shè)備進行性能測試，包括縮比輪接觸疲勞試驗、摩擦磨損試驗、縮比尺寸車輪輻板疲勞極限、車軸疲勞性能及縮比輪-軸微動疲勞等性能測試，同時還能進行縮比尺寸車輪輻板疲勞極限、車軸疲勞性能及縮比輪-軸微動疲勞等性能測試，具備高精度、高效率、低成本、多功能的特點，可大大提高了設(shè)備使用效率、節(jié)約試驗成本。

需要說明的是，上述試驗過程中垂向載荷和橫向位移可由載荷或位移傳感器檢測和記錄，在試驗過程中可實現(xiàn)載荷、應變及位移的穩(wěn)定控制和相互平滑過渡。試驗可任意設(shè)定和自動記錄的載荷大小和疲勞周次，以便對輪、軸疲勞試驗結(jié)果進行檢測和分析。

最后，應當理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可對先前描述的部分進行各種修改或添加。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。