CN108871989A - 一种轮轨摩擦疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮轨摩擦疲劳试验装置，包括垂直下压机构、水平推动机构、车轮动力机构、小车、车轮、反力框架，小车设有钢轨，垂直下压机构与车轮相连、且垂直下压机构使车轮压在所述钢轨上；车轮动力机构安装在垂直下压机构上，车轮动力机构驱动车轮进行转动；水平推动机构与小车相连、且水平推动机构牵引小车进行移动；该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括防止小车被撞坏的小车防撞机构和防止小车发生侧偏移的小车防侧向偏移机构。本发明的有益效果是：本轮轨摩擦疲劳试验装置采用双通道作用，同时采用大功率的伺服电机和减速机带动车轮转动，实现在车轮转动的同时钢轨也做往复运动，单位时间内增大轮轨摩擦损耗，极大增加试验效率，减小能源消耗。

Description

一种轮轨摩擦疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及疲劳试验系统类，尤其涉及一种轮轨摩擦疲劳试验装置。

背景技术

交通强国、铁路先行，21世纪以来，随着我国经济及科学技术的大力发展，为提高人们日益高效的生活环境，铁路客运系统由原来的最高限速120km/h发展到现在的最快350km/h，铁路重载大批量运输也日益频繁，在获得高效的同时，铁路系统轮轨接触疲劳损伤问题也越发突出，重载、高速的前提是必须保证行车安全。到目前为止,轮轨滚动摩擦接触疲劳的损伤机理还没有形成一个统一的结论，能实际监测轮轨疲劳损伤的检测设备更是空白。

钢轨的疲劳裂纹对行车安全是重大隐患，世界各国对轮轨滚动接触疲劳进行了大量的分析研究。为研究轮轨滚动接触疲劳提供了理论上以及试验环节的依据，但目前国内外使用的轮轨疲劳试验设备大多都是单通道的弯曲疲劳，并不能根据实际情况设置交变载荷，不同振幅，不同频率下模拟实际的轮轨滚动接触疲劳状况。

发明内容

本发明提供了一种轮轨摩擦疲劳试验装置，包括垂直下压机构、水平推动机构、车轮动力机构、小车、车轮、反力框架，所述小车设有钢轨，所述垂直下压机构与所述车轮相连、且所述垂直下压机构使所述车轮压在所述钢轨上；所述车轮动力机构安装在所述垂直下压机构上，所述车轮动力机构驱动所述车轮进行转动；所述水平推动机构与所述小车相连、且所述水平推动机构牵引所述小车进行移动；该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括防止所述小车被撞坏的小车防撞机构，该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括防止所述小车发生侧偏移的小车防侧向偏移机构。

作为本发明的进一步改进，所述垂直下压机构包括承载框架、第一传感器、第一铰链、垂直液压油缸、第二铰链、受压横梁、压头，所述承载框架安装有所述第一传感器，所述第一传感器下方安装有所述第一铰链，所述第一铰链下方安装有所述垂直液压油缸，所述垂直液压油缸下方安装有所述第二铰链，所述第二铰链下方安装有所述受压横梁，所述压头安装在所述受压横梁上，所述车轮安装在所述压头上。

作为本发明的进一步改进，所述车轮动力机构包括减速架、减速机、伺服电机，所述减速架安装在所述压头上，所述减速架上安装有所述减速机，所述减速机与所述车轮相连，所述伺服电机与所述减速机相连。

作为本发明的进一步改进，所述反力框架包括第一反力框架、第五铰链、横梁、第二反力框架、反力梁，所述受压横梁通过所述第五铰链与所述第一反力框架连接，所述第一反力框架通过所述横梁与所述第二反力框架连接，所述反力梁安装在所述第二反力框架上。

作为本发明的进一步改进，所述水平推动机构包括水平油缸、第二传感器、第三铰链、水平油缸推板，所述水平油缸一端与所述第二传感器相连，所述水平油缸的活塞端部安装有所述第三铰链，所述第三铰链上安装有所述水平油缸推板，所述水平油缸推板安装在所述小车上。

作为本发明的进一步改进，所述反力梁上安装有所述第二传感器，所述水平油缸通过第四铰链安装在所述第二传感器上。

作为本发明的进一步改进，所述小车防撞机构包括位于所述小车前方的防撞反力架，所述防撞反力架上装有液压减震器。

作为本发明的进一步改进，该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括底板，所述小车防侧向偏移机构包括导向轨、导向轮组件，所述导向轨安装在所述底板上，所述小车安装有导向轮组件，所述导向轮组件与所述导向轨配合以防止所述小车在所述导向轨上移动时产生侧向偏移。

作为本发明的进一步改进，所述受压横梁与承载框架中间装有防侧向力的滚动导轨块。

作为本发明的进一步改进，所述钢轨通过钢轨压板组件压紧在所述小车上。

本发明的有益效果是：本轮轨摩擦疲劳试验装置采用双通道作用，同时采用大功率的伺服电机和减速机带动车轮转动，能实现在车轮转动的同时钢轨也在做往复运动，单位时间内增大轮轨摩擦损耗，极大增加试验效率，减小能源消耗，对比以往单通道试验设备的最大优势在于能多方位、多角度的模拟轮轨摩擦疲劳试验。

附图说明

图1是本发明的轮轨摩擦疲劳试验装置结构图；

图2是本发明的轮轨摩擦疲劳试验装置侧视图；

图3是本发明的小车导向结构图。

具体实施方式

如图1－3所示，本发明公开了一种轮轨摩擦疲劳试验装置，包括垂直下压机构、水平推动机构、车轮动力机构、小车18、车轮27、反力框架，所述小车18设有钢轨19，所述垂直下压机构与所述车轮27相连、且所述垂直下压机构使所述车轮27压在所述钢轨19上；所述车轮动力机构安装在所述垂直下压机构上，所述车轮动力机构驱动所述车轮27进行转动；所述水平推动机构与所述小车18相连、且所述水平推动机构牵引所述小车18进行移动；该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括防止所述小车18被撞坏的小车防撞机构，该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括防止所述小车18发生侧偏移的小车防侧向偏移机构。

所述垂直下压机构包括承载框架1、第一传感器2、第一铰链3、垂直液压油缸4、第二铰链5、受压横梁6、压头26，所述承载框架1安装有所述第一传感器2，所述第一传感器2下方安装有所述第一铰链3，所述第一铰链3下方安装有所述垂直液压油缸4，所述垂直液压油缸4下方安装有所述第二铰链5，所述第二铰链5下方安装有所述受压横梁6，所述压头26安装在所述受压横梁6上，所述车轮27安装在所述压头26上。

所述车轮动力机构包括减速架28、减速机29、伺服电机30，所述减速架28安装在所述压头26上，所述减速架28上安装有所述减速机29，所述减速机29与所述车轮27相连，所述伺服电机30与所述减速机29相连。

所述反力框架包括第一反力框架8、第五铰链、横梁9、第二反力框架10、反力梁11，所述受压横梁6通过所述第五铰链与所述第一反力框架8连接，所述第一反力框架8通过所述横梁9与所述第二反力框架10连接，所述反力梁11安装在所述第二反力框架10上。

所述水平推动机构包括水平油缸14、第二传感器、第三铰链16、水平油缸推板17，所述水平油缸14一端与所述第二传感器相连，所述水平油缸14的活塞15端部安装有所述第三铰链16，所述第三铰链16上安装有所述水平油缸推板17，所述水平油缸推板17安装在所述小车18上。

反力梁11上安装有所述第二传感器，所述水平油缸14通过第四铰链、安装在所述第二传感器上。

所述小车防撞机构包括位于所述小车18前方的防撞反力架24，所述防撞反力架24上装有液压减震器23。

该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括底板25，所述小车防侧向偏移机构包括导向轨21、导向轮组件22，所述导向轨21安装在所述底板25上，所述小车18安装有导向轮组件22，所述导向轮组件22与所述导向轨21配合以防止所述小车18在所述导向轨21上移动时产生侧向偏移。

所述受压横梁6与承载框架1中间装有防侧向力的滚动导轨块31。

所述钢轨19通过钢轨压板组件20压紧在所述小车18上。

本发明具体为一种30km/h的轮轨摩擦疲劳试验装置，本发明采用双通道液压缸作为动力来源，一个200kN的水平油缸14来回推动小车18带着小车18上的钢轨19做往复运动，小车18下方有导向轨21，保证小车18不发生侧向位移，小车18底板上装有导向轮22，导向轮22带张紧机构可以调节与导向轨21的贴合力。一个500kN的垂直液压油缸4通过铰链横梁机构压钢轨19，车轮27在上下压的过程中自转，通过改变不同的频率跟载荷，能模拟出轮轨摩擦情况，进而分析所产生的原因。小车18上的钢轨19可以实现0°～5°的角度调节，能有效模拟列车在转弯过程中的受力情况，同时能和列车正常直线行驶的情形进行对比，得出数据供分析原因。水平油缸14后方设有反力架，反力架与水平油缸14采用铰链连接，能有效防止小车18在来回运动时受侧向力而导致油缸卡死。小车18端部设有小车防撞机构，小车防撞机构采用液压减震器，可承受冲击载荷，在小车防撞机构的下方设有二次防撞橡胶，起到双重保险作用，小车防撞机构安装在反力架上。垂直液压油缸4与车轮27之间采用受压横梁6及压头6连接，能承受大荷载以模拟出重载列车在不同载荷下轮轨的受力摩擦疲劳情况。因为车轮27与钢轨19面接触的踏面是外圆周面，具有一定的斜度，因此实际轮轨的受力情况会有侧向力的产生，为解决侧向力对试验结果的影响，在垂直液压油缸4下面的受压横梁6与承载框架1之间装有4个滚动导轨块31，单个滚动导轨块31能承受最大静载840kN，动载620kN，可以有效保证受压系统在受侧向力的作用下不跑偏。因为车轮27直径巨大，因此跟车轮27连接的受压构件采用破开锁紧式结构，方便后期跟换车轮。

小车18上装有导向轮组件22，使小车18可以在导向轨21上来回移动而不产生侧向偏移。小车18前方装有防撞反力架24，防撞反力架24上装有液压减震器23，整套系统都连接在底板25上。

本轮轨摩擦疲劳试验装置工作时，垂直液压油缸4最大工作压力500kN，通过试验软件在0-500kN试验压力可调，伺服电机30经过减速机29的减速后使车轮27的线速度速0-30km/h可调，车轮27的转速0-200转/mi n，水平油缸14的推出速度≥5m/s，1.5m全行程所需要时间300ms，控制阀最快响应时间约10ms达到预定排量，起动和减速共计需要20ms时间，可用于测量的理论时间是280ms。如果采样频率在4K/s，总单次有效数据量约1.12K，约0.8点/mm。以上对本轮轨摩擦疲劳试验装置进行了具体说明。

本发明的有益效果是：本轮轨摩擦疲劳试验装置采用双通道作用，同时采用大功率的伺服电机30加减速机29带动车轮27转动，能实现在车轮27转动的同时钢轨19也在做往复运动，单位时间内增大轮轨摩擦损耗，极大增加试验效率，减小能源消耗，对比以往单通道试验设备的最大优势在于能多方位、多角度的模拟轮轨摩擦疲劳试验。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：包括垂直下压机构、水平推动机构、车轮动力机构、小车(18)、车轮(27)、反力框架，所述小车(18)设有钢轨(19)，所述垂直下压机构与所述车轮(27)相连、且所述垂直下压机构使所述车轮(27)压在所述钢轨(19)上；所述车轮动力机构安装在所述垂直下压机构上，所述车轮动力机构驱动所述车轮(27)进行转动；所述水平推动机构与所述小车(18)相连、且所述水平推动机构牵引所述小车(18)进行移动；该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括防止所述小车(18)被撞坏的小车防撞机构，该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括防止所述小车(18)发生侧偏移的小车防侧向偏移机构。

2.根据权利要求1所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述垂直下压机构包括承载框架(1)、第一传感器(2)、第一铰链(3)、垂直液压油缸(4)、第二铰链(5)、受压横梁(6)、压头(26)，所述承载框架(1)安装有所述第一传感器(2)，所述第一传感器(2)下方安装有所述第一铰链(3)，所述第一铰链(3)下方安装有所述垂直液压油缸(4)，所述垂直液压油缸(4)下方安装有所述第二铰链(5)，所述第二铰链(5)下方安装有所述受压横梁(6)，所述压头(26)安装在所述受压横梁(6)上，所述车轮(27)安装在所述压头(26)上。

3.根据权利要求2所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述车轮动力机构包括减速架(28)、减速机(29)、伺服电机(30)，所述减速架(28)安装在所述压头(26)上，所述减速架(28)上安装有所述减速机(29)，所述减速机(29)与所述车轮(27)相连，所述伺服电机(30)与所述减速机(29)相连。

4.根据权利要求2所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述反力框架包括第一反力框架(8)、第五铰链、横梁(9)、第二反力框架(10)、反力梁(11)，所述受压横梁(6)通过所述第五铰链与所述第一反力框架(8)连接，所述第一反力框架(8)通过所述横梁(9)与所述第二反力框架(10)连接，所述反力梁(11)安装在所述第二反力框架(10)上。

5.根据权利要求4所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述水平推动机构包括水平油缸(14)、第二传感器、第三铰链(16)、水平油缸推板(17)，所述水平油缸(14)一端与所述第二传感器相连，所述水平油缸(14)的活塞(15)端部安装有所述第三铰链(16)，所述第三铰链(16)上安装有所述水平油缸推板(17)，所述水平油缸推板(17)安装在所述小车(18)上。

6.根据权利要求5所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述反力梁(11)上安装有所述第二传感器，所述水平油缸(14)通过第四铰链安装在所述第二传感器上。

7.根据权利要求1所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述小车防撞机构包括位于所述小车(18)前方的防撞反力架(24)，所述防撞反力架(24)上装有液压减震器(23)。

8.根据权利要求1所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：该轮轨摩擦疲劳试验装置还包括底板(25)，所述小车防侧向偏移机构包括导向轨(21)、导向轮组件(22)，所述导向轨(21)安装在所述底板(25)上，所述小车(18)安装有导向轮组件(22)，所述导向轮组件(22)与所述导向轨(21)配合以防止所述小车(18)在所述导向轨(21)上移动时产生侧向偏移。

9.根据权利要求3所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述受压横梁(6)与承载框架(1)中间装有防侧向力的滚动导轨块(31)。

10.根据权利要求1所述的轮轨摩擦疲劳试验装置，其特征在于：所述钢轨(19)通过钢轨压板组件(20)压紧在所述小车(18)上。