CN110595996B - 一种直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪 - Google Patents

一种直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其包括直线移动机构，直线移动机构的两端通过支架平行设置在铁轨的上方，直线移动机构上通过纵向滑块连接有垂直滑动机构；垂直滑动机构的垂直滑块上固定有固定块，固定块上设置垂直加载安装座，垂直加载安装座与固定块通过垂直轴承连接；垂直加载安装座与固定块之间设置有摇头角调整器和自旋蠕滑力传感器；垂直加载安装座上安装有车轮支座和车轮，车轮与轨道接触。本发明设计了一套轮轨动态黏着系数的测量仪，具备车轮运行过程中的六个自由度的变化，可调参数有：车轮摇头角、侧滚角、与钢轨轨面初始接触位置、法向载荷大小以及蠕滑率的变化率等，从而实现直线轨道上轮轨黏着特性的精确测量。

Description

一种直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪
技术领域
本发明涉及轨道测量技术领域，具体涉及一种直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪。
背景技术
列车的牵引和制动是靠轮轨接触斑的相互作用传递切向蠕滑力来实现的，这种相互作用的特性称为黏着特性。轮轨接触黏着是一种特殊的滚动摩擦问题，它不仅与接触斑压力、接触物体材质、轮轨相对运动状态、接触表面的粗糙度、环境状态等因素有关，还受到轮轨蠕滑、车轮滚动速度和传动系统振动的影响。轮轨间的切向蠕滑力是决定车辆系统动力学性能的基本要素，诸多研究人员在理论和试验方面,借助于蠕滑力/蠕滑率曲线，对轮轨黏着特性开展了大量的研究工作。
试验台在轮轨接触点处，可以用多种方法控制滚轮的转速和蠕滑率，而转速和蠕滑率直接决定了蠕滑力的大小。但是，现有的试验台只能在实验室进行，不能在既有线路轨道上进行试验。实际轨道的表面状况在干燥状态、润滑状态及水、油污、砂粒等状态下变化极大，在实验室内模拟与现场轨道相当的表面状况是很困难的。此外，实际轨道和滚动台滚轮也有很大差别，如用来模拟轨道的滚轮,其曲率比实际轨道要大得多；其次，在试验台运行过程中，滚轮的惯性力的变化对轮轨接触斑内应力也会造成影响；如果在测试时不变换轮-轮接触的位置,在滚动过程就会加速滚轮的磨损。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能在现场轨道测量车轮多自由度运动的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其包括直线移动机构，直线移动机构的两端通过支架平行设置在铁轨的上方，直线移动机构上通过纵向滑块连接有垂直滑动机构；垂直滑动机构的垂直滑块上固定有固定块，固定块上设置有“C”形结构的垂直加载安装座，垂直加载安装座的开口向下，且垂直加载安装座与固定块通过垂直轴承连接；
垂直加载安装座的两侧与固定块之间设置有摇头角调整器，摇头角调整器与固定块之间安装有自旋蠕滑力传感器；垂直加载安装座上安装有车轮支座，车轮支座上安装有车轮，车轮与轨道接触。
进一步地，车轮支座与垂直加载安装座之间通过横向滑动机构连接，车轮支座与垂直加载安装座的两侧均设置有横向蠕滑力传感器。
进一步地，横向滑动机构包括水平固定在垂直加载安装座内的两根横向滑轨，两根横向滑轨上滑动设置有横向自由滑台，车轮支座固定在横向自由滑台上；两根横向滑轨与轨道垂直。
进一步地，车轮的车轴一端上连接有反向扭力装置，另一端上设置有旋转编码器，反向扭力装置与车轮之间安装有扭矩传感器。
进一步地，垂向加载安装座上设置有垂向力加载机构，垂向力加载机构包括外套筒，外套筒的底部与纵向滑块连接；外套筒内滑动设置有垂直加载推杆，垂直加载推杆穿过纵向滑块与固定块固定连接，垂直加载推杆的底部安装有垂直载荷传感器；垂直加载推杆的上端通过连杆连接手轮。
进一步地，垂直加载推杆与连杆之间设置有垂向加载弹簧。
进一步地，垂直滑动机构包括竖直设置的垂向支撑座，垂向支撑座固定在纵向滑块上，垂向支撑座上固定设置有两根垂直的垂向滑轨，垂直滑块滑动设置在两根垂向滑轨上。
进一步地，直线移动机构的移动件上连接有电缸拉杆，电缸拉杆与垂直滑动机构连接，且电杆拉杆与垂直滑动机构之间设置有纵向推力传感器。
进一步地，直线移动机构包括直线移动模组，直线移动模组的推进电缸通过电缸拉杆与纵向滑块固定连接，纵向滑块与两根水平的纵向滑轨滑动连接；两根纵向滑轨设置在直线移动模组的下方，且两根纵向滑轨固定在支架上。
进一步地，支架的底部设置有支架底座，支架底座的下端设置有轮轨接触调整滑台，轮轨接触调整滑台滑动设置在轮轨接触调整滑轨上，轮轨接触调整滑轨固定在滑轨座上；滑轨座与两块底座固定块连接，两块底座固定块夹装在轨道上，滑轨座的一端与底座固定块铰接，另一端上设置有与底座固定块接触的调整螺栓。
本发明的有益效果为：本发明通过将车轮在轨面上运动的六个自由度进行独立分解，其中三个个移动自由度通过三个相互垂直滑动机构配合进行分解，三个转动自由度通过垂直轴承、滚动的车轮和摇头角调整器进行分解。垂直载荷传感器、纵向推力传感器和横向蠕滑力传感器分别测量车轮所受的垂向压力、纵向推力和横向蠕滑力。摇头调整器能调整车轮与轨道接触时的摇头角，并且自旋蠕滑力传感器用于测量车轮前进过程中的自旋蠕滑力矩；直线移动机构驱动车轮在轨道上前进，并且垂直滑动机构给予车轮垂直方向的自由度，垂直轴承给予车轮自旋的自由度。
横向滑动机构给予车轮在前进过程中，相对于轨道横向的自由度，并且两根平行横向滑轨和横向自由滑台的配合，横向移动稳定，横向蠕滑力检测精确；车轮反向扭力装置可提供车轮在匀速前进过程中持续可变的反向阻力，由于车轮匀速前进，通过测量反向扭力装置施加的扭矩，再除以车轮接触半径，得到接触点处的纵向蠕滑力；通过旋转编码器测量车轮滚动速度，进而得到蠕滑率，因此可以完成轮轨黏着测试。
垂向力加载机构通过垂直加载推杆向车轮施加垂向力，垂直载荷传感器检测出垂向载荷，弹簧和手轮使得垂向载荷可调；垂直滑动机构通过两根垂向滑轨与垂直滑块的配合，使得车轮在垂向震动平稳，垂向载荷检测准确；直线移动机构上的推进电缸通过电缸拉杆向车轮传递推力，并通过纵向推力传感器检测出车辆前进过程中的推力。
支架底座可通过调整螺栓来调整支架底座的倾斜角，进而调整车轮滚动过程中的侧滚角，并且在倾斜角调整的过程中轮轨接触调整滑台可在调整滑轨上滑动，改变初始车轮与轨道接触横向位置，进行各个数据的测量。
本发明设计了一套轮轨动态黏着系数的测量仪，具备车轮运行过程中的六个自由度的变化，可调参数有：车轮摇头角、侧滚角、与钢轨轨面初始接触位置、法向载荷大小以及蠕滑率的变化率等，从而实现直线轨道上轮轨黏着特性的精确测量。
附图说明
图1为直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪的安装示意图。
图2为直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪的立体结构图。
图3为直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪的剖视结构图。
其中，1、外套筒，2、纵向滑块，3、摇头角调整器，4、横向自由滑台，5、车轮支座，6、垂直加载安装座，7、横向蠕滑力传感器，8、扭矩传感器，9、反向扭力装置，10、底座固定块，11、调整螺栓，12、轮轨接触调整滑台，13、垂向支撑座，14、支架，15、垂直滑块，16、纵向推力传感器，17、自旋蠕滑力传感器，18、直线移动机构，19、垂直载荷传感器，20、电缸拉杆，21、手轮，22、车轮，23、车轴，24、旋转编码器，25、垂直轴承，26、垂直加载推杆，27、垂向加载弹簧，28、直线移动模组，29、推进电缸，30、支架底座，31、滑轨座。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1至图3所示，直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪包括直线移动机构18，直线移动机构18的两端通过支架14平行设置在铁轨的上方，直线移动机构18通过纵向滑块2连接有垂直滑动机构；垂直滑动机构的垂直滑块15上固定有固定块，固定块上设置有“C”形结构的垂直加载安装座6，垂直加载安装座6的开口向下，且垂直加载安装座6与固定块之间通过垂直轴承25连接。
垂直加载安装座6的两侧与固定块之间设置有摇头角调整器3，摇头角调整器3与固定块之间安装有自旋蠕滑力传感器17；垂直加载安装座6上安装有“C”形结构的车轮支座5，车轮支座5上安装有车轮22，车轮22与轨道接触，摇头角调整器3采用转动铰。
本发明通过将车轮22在轨面上运动的六个自由度进行独立分解，其中三个个移动自由度通过三个相互垂直的滑动机构进行分解，三个转动自由度通过垂直轴承25、滚动的车轮22车轴23和摇头角调整器3进行分解。垂直载荷传感器19、纵向推力传感器16和横向蠕滑力传感器7分别测量车轮22所受的垂向压力、纵向推力和横向蠕滑力。
摇头调整器能调整车轮22与轨道接触时的摇头角，并且自旋蠕滑力传感器17用于测量车轮22前进过程中的自旋蠕滑力矩；直线移动机构18驱动车轮22在轨道上前进，并且垂直滑动机构给予车轮22垂直方向的自由度，垂直轴承25给予车轮22自旋的自由度。
车轮支座5与垂直加载安装座6之间通过横向滑动机构连接，车轮支座5与垂直加载安装座6的两侧之间设置有横向蠕滑力传感器7。横向滑动机构包括水平固定在垂直加载安装座6内的两根横向滑轨，两根横向滑轨上滑动设置有横向自由滑台4，车轮支座5固定在横向自由滑台4上；两根横向滑轨与轨道垂直。
横向滑动机构给予车轮22在前进过程中，相对于轨道横向的自由度，并且两根平行横向滑轨和横向自由滑台4的配合，横向移动稳定，横向蠕滑力检测精确。
车轮22的车轴23一端上连接有反向扭力装置9，另一端上设置有旋转编码器24，反向扭力装置9与车轮22之间安装有扭矩传感器8。车轮22反向扭力装置9可提供车轮22在匀速前进过程中持续可变的反向阻力，由于车轮22匀速前进，通过测量反向扭力装置9施加的扭矩，再除以车轮22接触半径，得到接触点处的纵向蠕滑力；通过旋转编码器24测量车轮22滚动速度，进而得到蠕滑率，因此可以完成轮轨黏着测试。
垂向加载安装座上设置有垂向力加载机构，垂向力加载机构包括外套筒1，外套筒1的底部与纵向滑块2连接；外套筒1内滑动设置有垂直加载推杆26，垂直加载推杆26穿过纵向滑块2与固定块固定连接，垂直加载推杆26的底部安装有垂直载荷传感器19；垂直加载推杆26的上端通过连杆连接手轮21，垂直加载推杆26与连杆之间设置有垂向加载弹簧27。
垂向力加载机构通过垂直加载推杆26向施加车轮22施加垂向力，垂直载荷传感器19检测出垂向载荷，连杆与外套筒1螺纹连接，弹簧和手轮21使得垂向载荷可调。
垂直滑动机构包括竖直设置的垂向支撑座13，垂向支撑座13固定在纵向滑块2上，垂向支撑座13上固定设置有两根垂直的垂向滑轨，垂直滑块15滑动设置在两根垂向滑轨上。
直线移动机构18的移动件上连接有电缸拉杆20，电缸拉杆20与垂直滑动机构连接，且电杆拉杆与垂直滑动机构之间设置有纵向推力传感器16。垂直滑动机构通过两根垂向滑轨与垂直滑块15的配合，使得车轮22在垂向震动平稳，垂向载荷检测准确。直线移动机构18上的推进电缸29通过电缸拉杆20向车轮22传递推力，并通过纵向推力传感器16检测出车辆前进过程中的推力。
直线移动机构18包括直线移动模组28，直线移动模组28的推进电缸29通过电缸拉杆20与纵向滑块2固定连接，纵向滑块2与两根水平的纵向滑轨滑动连接；两根纵向滑轨设置在直线移动模组28的下方，且两根纵向滑轨固定在支架14上。
支架14的底部设置有支架底座30，支架底座30的下端设置有轮轨接触调整滑台12，轮轨接触调整滑台12滑动设置在轮轨接触调整滑轨上，轮轨接触调整滑轨固定在滑轨座31上；滑轨座31与两块底座固定块10连接，两块底座固定块10夹装在轨道上，滑轨座31的一端与底座固定块10铰接，另一端上设置有与底座固定块10接触的调整螺栓11。
支架底座30可通过调整螺栓11来调整支架底座30的倾斜角，进而调整车轮22滚动过程中的侧滚角，并且在倾斜角调整的过程中轮轨接触调整滑台12可在调整滑轨上滑动，改变初始车轮22与轨道接触横向位置，进行各个数据的测量。
本发明设计了一套轮轨动态黏着系数的测量仪，具备车轮22运行过程中的六个自由度的变化，可调参数有：车轮22摇头角、侧滚角、与钢轨轨面初始接触位置、法向载荷大小以及蠕滑率的变化率等，从而实现直线轨道上轮轨黏着特性的精确测量。

Claims (10)

1.一种直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，包括直线移动机构(18)，所述直线移动机构(18)的两端通过支架(14)平行设置在铁轨的上方，所述直线移动机构(18)上通过纵向滑块(2)连接有垂直滑动机构；所述垂直滑动机构的垂直滑块(15)上固定有固定块，所述固定块上设置有“C”形结构的垂直加载安装座(6)，所述垂直加载安装座(6)的开口向下，且垂直加载安装座(6)与固定块通过垂直轴承(25)连接；
所述垂直加载安装座(6)的两侧与固定块之间设置有摇头角调整器(3)，所述摇头角调整器(3)与固定块之间安装有自旋蠕滑力传感器(17)；所述垂直加载安装座(6)上安装有车轮支座(5)，所述车轮支座(5)上安装有车轮(22)，所述车轮(22)与轨道接触。
2.根据权利要求1所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述车轮支座(5)与垂直加载安装座(6)之间通过横向滑动机构连接，所述车轮支座(5)与垂直加载安装座(6)的两侧均设置有横向蠕滑力传感器(7)。
3.根据权利要求2所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述横向滑动机构包括水平固定在垂直加载安装座(6)内的两根横向滑轨，两根所述横向滑轨上滑动设置有横向自由滑台(4)，所述车轮支座(5)固定在横向自由滑台(4)上；两根所述横向滑轨与轨道垂直。
4.根据权利要求1所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述车轮(22)的车轴(23)一端上连接有反向扭力装置(9)，另一端上设置有旋转编码器(24)，所述反向扭力装置(9)与车轮(22)之间安装有扭矩传感器(8)。
5.根据权利要求1所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述垂直加载安装座(6)上设置有垂向力加载机构，所述垂向力加载机构包括外套筒(1)，所述外套筒(1)的底部与纵向滑块(2)连接；所述外套筒(1)内滑动设置有垂直加载推杆(26)，所述垂直加载推杆(26)穿过纵向滑块(2)与固定块固定连接，所述垂直加载推杆(26)的底部安装有垂直载荷传感器(19)；所述垂直加载推杆(26)的上端通过连杆连接手轮(21)。
6.根据权利要求5所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述垂直加载推杆(26)与连杆之间设置有垂向加载弹簧(27)。
7.根据权利要求1所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述垂直滑动机构包括竖直设置的垂向支撑座(13)，所述垂向支撑座(13)固定在纵向滑块(2)上，所述垂向支撑座(13)上固定设置有两根垂直的垂向滑轨，所述垂直滑块(15)滑动设置在两根垂向滑轨上。
8.根据权利要求1所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述直线移动机构(18)的移动件上连接有电缸拉杆(20)，所述电缸拉杆(20)与垂直滑动机构连接，且电杆拉杆与垂直滑动机构之间设置有纵向推力传感器(16)。
9.根据权利要求1所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述直线移动机构(18)包括直线移动模组(28)，所述直线移动模组(28)的推进电缸(29)通过电缸拉杆(20)与纵向滑块(2)固定连接，所述纵向滑块(2)与两根水平的纵向滑轨滑动连接；两根所述纵向滑轨设置在直线移动模组(28)的下方，且两根纵向滑轨固定在支架(14)上。
10.根据权利要求1所述的直线轨道上轮轨黏着蠕滑测量仪，其特征在于，所述支架(14)的底部设置有支架底座(30)，所述支架底座(30)的下端设置有轮轨接触调整滑台(12)，所述轮轨接触调整滑台(12)滑动设置在轮轨接触调整滑轨上，所述轮轨接触调整滑轨固定在滑轨座(31)上；所述滑轨座(31)与两块底座固定块(10)连接，两块所述底座固定块(10)夹装在轨道上，所述滑轨座(31)的一端与底座固定块(10)铰接，另一端上设置有与底座固定块(10)接触的调整螺栓(11)。
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