CN109839350A - 多工况轮轨粘着系数测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种多工况轮轨粘着系数测试装置，具有滑差齿轮箱、试样加载机构、摩擦剂加载机构、变速齿轮箱、传动电机、上转轴、传动轴、下转轴；变速齿轮箱带动传动轴和下转轴旋转，传动轴与滑差齿轮箱内的输入齿轮连接，上转轴的一端与滑差齿轮箱内的输出齿轮连接，上转轴和下转轴分别连接有上、下试样，试样加载机构包括试样加载液压缸和杠杆体，杠杆体带动上试样下压下试样；所述摩擦剂加载机构带动块状摩擦剂摩擦上试样。本发明能将摩擦剂加入轮轨系统中，实现无摩擦剂‑有摩擦剂‑无摩擦剂三阶段且在不同介质状态下的粘着系数的测试。本发明用不同齿轮的传动比模拟轮轨之间的滑差率，减少驱动电机数量，保证了轮轨滑差率的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及多工况轮轨粘着系数测试装置及测试方法。
背景技术
轮轨粘着决定着列车牵引和制动，当轨道上存在油、水和树叶等杂质时，轮轨粘着会急剧下降，此时需要对轮轨施加摩擦剂，一方面对轮轨表面进行清扫，另一方面为轮轨接触提供第三介质，以增大轮轨粘着系数保证车辆行车安全。目前仅通过摩擦后的车轮状态和滑动摩擦试验来衡量轮轨摩擦剂增粘性能，尚没有精确衡量摩擦剂对轮轨摩擦系数提高性能的试验装置，制约了轮轨摩擦剂产品研发，影响了车辆轮轨粘着的研究。另外，因轮轨状态和车辆运行环境差别较大，轮轨粘着系数影响因素较多，精确还原车辆状态需要多个试验参数的相互耦合，目前尚无明确的试验标准和试验方法对轮轨摩擦剂的增粘试验提供参考。
中国申请号CN201510160372.5的发明公开了一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法及装置，通过对施加给第一车轴的制动缸压力进行调节，主动地促使轮对出现滑行动作，进而获得轮轨粘着系数。中国申请号CN201410687699.3提供的一种高速列车制动系统仿真平台及试验方法通过高速列车制动控制装置的硬件在环方式，通过仿真系统进行修改参数，或通过实物部分修改参数，以测定轮轨粘着。上述两种发明都不能测定轮轨摩擦剂对轮轨粘着系数的影响，无法完成对轮轨摩擦剂增粘性能的评价。
发明内容
本发明的目的之一是提出一种多工况轮轨粘着系数测试装置，该装置能在使用摩擦剂状态下测试粘着系数，以对轮轨摩擦剂增粘性能作出评价；本发明的目的之二是提出利用上述多工况轮轨粘着系数测试装置进行粘着系数测试的测试方法。
为达到上述目的之一，本发明采取如下技术方案：本发明具有设置在工作台上的滑差齿轮箱、试样加载机构、摩擦剂加载机构、变速齿轮箱和传动电机，此外还具有上转轴、传动轴、下转轴；上转轴和下转轴相平行，传动轴和下转轴各由设置在工作台上的轴承座支承，变速齿轮箱具有两输出轴，第一输出轴通过第一传动机构与传动轴的一端连接，传动轴的另一端与滑差齿轮箱内的输入齿轮连接，上转轴的一端与滑差齿轮箱内的输出齿轮连接，另一端连接有上试样，变速齿轮箱的第二输出轴通过第二传动机构与下转轴的一端连接，下转轴的另一端连接有下试样；试样加载机构包括固定在工作台上的试样加载液压缸和支撑座以及坐在支撑座上的杠杆体，上述传动轴和上转轴均穿过杠杆体，杠杆体以传动轴为支点带动上转轴下移，致使上试样下压下试样；所述摩擦剂加载机构包括固定在支架上的底座以及设置在底座上的移动架和固定架，固定架的上部固定有滑动轴承，移动架上固定有夹持套，夹持套通过滑动轴承向上试样的方向伸出，夹持套中设有动配合的夹持杆，夹持杆与夹持套的底壁之间设有弹簧，夹持杆上设有可换夹持头，可换夹持头上固定有块状摩擦剂，夹持杆带动块状摩擦剂摩擦上试样。
本测试装置还具有第一介质滴管和第二介质滴管，第一介质滴管和第二介质滴管的管口均对着上、下试样之间。
由蠕动水泵通过第一介质供管向上、下试样之间提供水介质。
由气泵或外部压力气体供管提供风力，通过第一介质供管向上、下试样之间提供砂尘。
由蠕动油泵向第二介质供管提供油介质。
工作台上设有处于下试样下方的介质回收盒。
所述摩擦剂加载机构的底座具有两侧壁，两侧壁之间设有轴向限位的丝杆，移动架的下部与丝杆螺纹连接，丝杆上设有锁定螺母。
由液压泵站向变速齿轮箱、各轴承座、试样加载液压缸提供循环润滑油。
所述下转轴上串接有转速转矩传感器，试样加载机构设有试样垂直力传感器，摩擦剂加载机构设有摩擦剂加载力传感器，此外还设置水流量传感器和润滑油温传感器。
为达到上述目的之二，对粘着系数测试方法如下：首先安装特定尺寸的试样和特定传动比的滑差齿轮，输入上下试样的垂直力、电机转速、介质流速，启动液压站和传动电机各预置参数，试样垂直力传感器实时测得试样垂直力值，扭矩传感器实时测得摩擦力矩值，计算机根据实时测得的试样垂直力、实时测得摩擦力扭矩以及相关预置参数，实时计算出实时粘着系数；启动摩擦剂加载机构，对上试样施加摩擦剂，当摩擦剂加载力传感器测得摩擦试剂加载力达到额定值，停止加载，由蠕动油泵定量施加油介质或由蠕动水泵定量施加水介质或定量施加砂尘介质，计算机根据实时测得的得到的参数和预置参数计算出介质状态下有摩擦剂的粘着系数；最后撤去摩擦剂，保持介质状态，得到残留摩擦剂状态的粘着系数。
本发明具有如下积极效果：
1、本发明通过试样加载机构将上试样的垂直力精准地加载在下试样上，通过摩擦剂加载机构将研磨子摩擦剂施加在上试样上，还方便于将其它摩擦剂加入模拟轮轨系统即上、下试样中，实现有、无摩擦剂的工况下，上、下试样粘着系数的精确测定， 2、本发明用不同齿轮的传动比实现上、下试样之间的滑差控制，减少了驱动电机数量，保证了轮轨滑差率的精确性，提高了上、下试样的相对线速度，有效避免了双电机驱动时的相互作用影响。3、本发明通过定量向上、下试样间喷射水、砂和油介质，实现有介质情况下的粘着系数测定。4、本发明通过无摩擦剂-有摩擦剂-无摩擦剂三阶段不同介质的测试试验，得到不同工况上、下试样的粘着系数，模拟了实际车辆的轮轨状态，解决了轮轨摩擦剂增粘性能无法测量的难题，以对轮轨摩擦剂增粘性能作出评价，为制定轮轨摩擦剂的试验标准和方法提供可靠试验依据。
附图说明
图1是本发明的正面视图。
图2是图1的俯视图。
图3是试样加载机构的结构图。
图4是摩擦剂加载机构的结构图。
图5是上、下试样的安装图。
附图中的标记如下：滑差齿轮箱1、上转轴2、试样加载机构3、上试样4、下试样5、试样锁紧螺母6、轴承座7、下转轴8、摩擦剂加载机构9、转速转矩传感器10、联轴器11、试样垂直力传感器12、传动机构13、变速齿轮箱14、传动电机15、液压泵站16、传动轴17、摩擦剂加载力传感器18、罩壳19、工作台20、第一介质滴管21、第二介质滴管22、介质回收盒23。
具体实施方式
实施例1
见图1至图5，本实施例具有设置在工作台20上的滑差齿轮箱1、上转轴2、试样加载机构3、下转轴8、摩擦剂加载机构9、变速齿轮箱14、传动电机15、传动轴17。
所述上转轴2和下转轴8相平行，传动轴17和下转轴8各由设置在工作台上的轴承座7支承，传动轴17是一长轴，可以由多节组成，两节之间由联轴器连接，变速齿轮箱14具有两输出轴，第一输出轴14-1通过第一传动机构13-1与传动轴17的一端连接，传动轴17的另一端与滑差齿轮箱1内的输入齿轮1-1连接，上转轴2的一端与滑差齿轮箱1内的输出齿轮1-2连接，另一端连接有环状的上试样4，上试样4由试样锁紧螺母6锁紧。变速齿轮箱14的第二输出轴14-2通过第二传动机构13-2与下转轴8的一端连接，下转轴8的另一端连接有环状的下试样5，下试样5同样由试样锁紧螺母6锁紧。上、下试样的外部设有罩壳19。
所述下转轴8由两节轴组成，需要串接在下转轴8中的转速转矩传感器10的两端各通过弹性联轴器与对应节轴连接。
上述第一传动机构13-1和第二传动机构13-2均为皮带传动机构。当传动电机15运行，通过变速齿轮箱14带动传动轴17和下转轴8旋转，传动轴17通过滑差齿轮箱1带动上转轴2旋转。通过更换滑差齿轮箱1内的输入、输出齿轮来改变滑差率，滑差率可实现有级调节。
所述试样加载机构3包括固定在工作台20上的试样加载液压缸3-1、支撑座3-2和杠杆体3-3，杠杆体3-3坐在支撑座3-2上，杠杆体3-3的中部设有支点轴孔，上述杠杆体一端底面上设有承压块3-4，杠杆体3-3的另一端设有施压轴孔，所述传动轴17穿过杠杆体支点轴孔且为动配合，上转轴2处于杠杆体的施压轴孔中且为动配合。本实施例中，杠杆体3-3在无外力的情况下是不平衡的，支承上转轴2的一端较轻，在杠杆体的这一端上安装有手柄3-3-1，用于将杠杆体的这一端抬起放下，置于上试样4上。加载液压缸3-1的活塞杆上连接有试样垂直力传感器12，对液压油的压力实时捕捉，保证上试样对下试样的垂直力的精准性。试样垂直力传感器12由钢球3-5承受压力，活塞杆上伸时，钢球3-5与承压块3-4接触。杠杆体3-3以传动轴17为支点摆动，带动上转轴2下移从而带动上试样4下移，致使上试样4下压下试样5。当试样旋转，并且试样之间有一定的压力时，两者之间便会有摩擦力矩产生，此摩擦力矩通过下转轴8作用在转速转矩传感器12上，经计算机采集处理，最后在计算机控制面板上显示。
所述摩擦剂加载机构9包括底座9-1、移动架9-5、固定架9-6和夹持套9-8，底座9-1固定在支架20-1上，底座9-1具有两侧壁，两侧壁之间设有轴向限位的丝杆9-2，移动架9-5的下部与丝杆9-2螺纹连接，丝杆9-2上设有锁定螺母9-3。移动架9-5的上部设有安装孔，固定架9-6的上部固定有滑动轴承9-10，夹持套9-8的一端开口，一端封闭，夹持套9- 8以开口端向着试样插入滑动轴承9-10中且与滑动轴承9-10滑动连接，其封闭端插入移动架9-5的安装孔中并伸出，封闭端的伸出移动架9-5的部位上安装有摩擦剂加载力传感器18，夹持套9-8中设有动配合的夹持杆9-11，夹持杆9-11与夹持套9-8的封闭端底壁之间设有弹簧9-9，夹持杆9-11上设有可换夹持头9-13，可换夹持头9-13上固定有块状摩擦剂9-14。夹持杆9-11接近试样的一侧设有导向槽9-11a，夹持套9-8开口端处设有限位螺钉9-12，限位螺钉9-12的下端插入夹持杆9-11的导向槽中，防止夹持杆9-11转动，控制夹持杆9-11行程。
旋转丝杆9-2，移动架9-5在丝杆9-2上移动带动夹持套9-8移动，夹持杆9-11将摩擦剂加载到上试样上，同时压并弹簧9-9，弹簧9-9反作用于摩擦剂加载力传感器18，在计算机控制面板上能观察到加载力的大小。
由液压泵站16向变速齿轮箱14、各轴承座7、试样加载液压缸3-1提供循环润滑油，在油路通道中连接有润滑油温传感器。
实施例2
见图4和图5，在实施例1的基础上，本实施例还具有第一介质滴管21和第二介质滴管22，第一介质滴管21和第二介质滴管22的管口均对着上试样4与下试样5之间。由蠕动水泵通过第一介质供管21向上、下试样之间提供水介质。由气泵或外部压力气体供管提供风力，通过第一介质供管21向上、下试样之间提供砂尘。由蠕动油泵向第二介质供管22提供油介质。工作台20上处于下试样5的下方设有介质回收盒23，下试样5的下半部分可深入介质回收盒23中。此外还设置水流量传感器。
以实施例2介绍的测试装置使用方法如下：首先安装特定尺寸的试样和特定传动比的滑差齿轮，输入上下试样的垂直力、电机转速、介质流速，启动液压站和传动电机各预置参数，试样垂直力传感器实时测得试样垂直力值，扭矩传感器实时测得摩擦力矩值，计算机根据实时测得的试样垂直力、实时测得摩擦力扭矩以及相关预置参数，实时计算出实时粘着系数；启动摩擦剂加载机构，对上试样施加摩擦剂，当摩擦剂加载力传感器测得摩擦试剂加载力达到额定值，停止加载，由蠕动油泵定量施加油介质或由蠕动水泵定量施加水介质或定量施加砂尘介质，计算机根据得到的参数计算出介质状态下有摩擦剂的粘着系数；最后撤去摩擦剂，保持介质状态，得到残留摩擦剂状态的粘着系数。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，如本发明中的第一传动机构13-1和第二传动机构13-2可根据实际情况选择齿轮机械传动机构，这里不再对所有的实施方式予以举例。
Claims (10)
1.一种多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：具有设置在工作台（20）上的滑差齿轮箱（1）、试样加载机构（3）、摩擦剂加载机构（9）、变速齿轮箱（14）和传动电机（15），此外还具有上转轴（2）、传动轴（17）、下转轴（8）；上转轴（2）和下转轴（8）相平行，传动轴（17）和下转轴（8）各由设置在工作台上的轴承座（7）支承，变速齿轮箱（14）具有两输出轴，第一输出轴（14-1）通过第一传动机构（13-1）与传动轴（17）的一端连接，传动轴（17）的另一端与滑差齿轮箱（1）内的输入齿轮（1-1）连接，上转轴（2）的一端与滑差齿轮箱（1）内的输出齿轮（1-2）连接，另一端连接有上试样（4），变速齿轮箱（14）的第二输出轴（14-2）通过第二传动机构（13-2）与下转轴（8）的一端连接，下转轴（8）的另一端连接有下试样（5）；试样加载机构（3）包括固定在工作台（20）上的试样加载液压缸（3-1）和支撑座（3-2）以及坐在支撑座（3-2）上的杠杆体（3-3），上述传动轴（17）和上转轴（2）均穿过杠杆体（3-3），杠杆体（3-3）以传动轴（17）为支点带动上转轴（2）下移，致使上试样（4）下压下试样（5）；所述摩擦剂加载机构（9）包括固定在支架（20-1）上的底座（9-1）以及设置在底座（9-1）上的移动架（9-5）和固定架（9-6），固定架（9-6）的上部固定有滑动轴承（9-10），移动架（9-5）上固定有夹持套（9-8），夹持套（9-8）通过滑动轴承（9-10）向上试样（4）的方向伸出，夹持套（9-8）中设有动配合的夹持杆（9-11），夹持杆（9-11）与夹持套（9-8）的底壁之间设有弹簧（9-9），夹持杆（9-11）上设有可换夹持头（9-13），可换夹持头（9-13）上固定有块状摩擦剂（9-14），夹持杆（9-11）带动块状摩擦剂（9-14）摩擦上试样。
2.根据权利要求1所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：本测试装置还具有第一介质滴管（21）和第二介质滴管（22），第一介质滴管（21）和第二介质滴管（22）的管口均对着上、下试样（4、5）之间。
3.根据权利要求2所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：由蠕动水泵通过第一介质供管（21）向上、下试样之间提供水介质。
4.根据权利要求2所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：由气泵或外部压力气体供管提供风力，通过第一介质供管（21）向上、下试样之间提供砂尘。
5.根据权利要求2所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：由蠕动油泵向第二介质供管（22）提供油介质。
6.根据权利要求2所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：工作台（20）上设有处于下试样（5）下方的介质回收盒（23）。
7.根据权利要求1所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：所述摩擦剂加载机构的底座（9-1）具有两侧壁，两侧壁之间设有轴向限位的丝杆（9-2），移动架（9-5）的下部与丝杆（9-2）螺纹连接，丝杆（9-2）上设有锁定螺母（9-3）。
8.根据权利要求1所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：由液压泵站（16）向变速齿轮箱（14）、各轴承座（7）、试样加载液压缸（3-1）提供循环润滑油。
9.根据权利要求2所述的多工况轮轨粘着系数测试装置，其特征在于：所述下转轴（8）上串接有转速转矩传感器（10），试样加载机构（3）设有试样垂直力传感器（12），摩擦剂加载机构（9）设有摩擦剂加载力传感器（18），此外还设置水流量传感器和润滑油温传感器。
10.一种根据权利要求9所述的多工况轮轨粘着系数测试装置的测试方法，其特征在于：首先安装特定尺寸的试样和特定传动比的滑差齿轮，输入上下试样的垂直力、电机转速、介质流速，启动液压站和传动电机各预置参数，试样垂直力传感器实时测得试样垂直力值，扭矩传感器实时测得摩擦力矩值，计算机根据实时测得的试样垂直力、实时测得摩擦力扭矩以及相关预置参数，实时计算出实时粘着系数；启动摩擦剂加载机构，对上试样施加摩擦剂，当摩擦剂加载力传感器测得摩擦试剂加载力达到额定值，停止加载，由蠕动油泵定量施加油介质或由蠕动水泵定量施加水介质或定量施加砂尘介质，计算机根据实时测得的得到的参数和预置参数计算出介质状态下有摩擦剂的粘着系数；最后撤去摩擦剂，保持介质状态，得到残留摩擦剂状态的粘着系数。
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