CN112213258B - 一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，包括行走机构、定位导向机构、轮轨正面摩擦系数测量机构和轮轨侧面摩擦系数测量机构，行走机构包括行走框架和电动行走轮，电动行走轮安设于行走框架的前后两端，沿轮轨正面行走，轮轨正面摩擦系数测量机构和轮轨侧面摩擦系数测量机构在运行过程中分别测量出轮轨表面和侧面的摩擦系数，本发明克服了轨道变形及表面磨损波纹度对摩擦接触的影响，保证了测量仪的运动平稳性和瞬态摩擦系数的数据可靠性。

Description

一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置

技术领域

本发明属于钢轨表面防护的技术领域，尤其涉及一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置。

背景技术

在轨道交通中，轮-轨运行稳定性在很大程度取决于轮-轨表面接触及摩擦状态，特别是当轨道表面由于磨损而产生波纹度或防护层处理不当时，轮-轨间的接触状态可能会产生突变，导致瞬态摩擦系数波动，从而影响车辆的牵引力和运行平稳性；因此，在轨道交通中，轮-轨摩擦系数对车辆安全运行及轨道维护具有重要的参考价值。

长期以来，传统的轮轨摩擦系数测量仪，在测量车轮与钢轨表面间的摩擦系数时，未考虑钢轨磨损波纹度的影响；而随着轨道交通向高速发展，轨面与车轮间的高速接触易导致钢轨表面产生磨损波纹，进而影响到车辆牵引效率和运行平稳性。为了提高轨道交通运行效率和安全性，近年来，轨道交通的维护显得越来越重要；其中，钢轨表面处理技术已成为其重要技术环节。由于钢轨表面磨损波纹导致的轮-轨间表面摩擦系数的瞬态变化直接反映了轮-轨间的高速接触稳定性；以此，轮-轨间摩擦系数瞬态变化值成为轨道维护方案选择和表面处理技术设计的主要依据。而目前的轮轨摩擦系数测量仪，很难实现轮-轨摩擦系数的瞬态测量功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，基于轮-轨间瞬态接触形态，采用滚浮结构，设计出可对轨道正面和侧面瞬态摩擦状态进行在线测量。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，其特征在于：包括行走机构、定位导向机构、轮轨正面摩擦系数测量机构和轮轨侧面摩擦系数测量机构，所述行走机构包括行走框架和电动行走轮，所述电动行走轮安设于所述行走框架的前后两端，沿轮轨正面行走；

所述定位导向机构包括定位轮和导向调节系统，所述定位轮对称固定于行走框架前后端的内壁上，与轮轨的左侧面接触，所述导向调节系统包括导向轮、导向支座和夹紧调节组件，所述导向轮固定于导向支座上，与轮轨的右侧面接触，导向支座与所述夹紧调节组件相连，夹紧调节组件固定于行走框架的右端外侧；

所述轮轨正面摩擦系数测量机构包括正面加载系统、正面滚浮系统和正面测量系统，所述正面加载系统包括加载盒和配重，所述加载盒底部固定于行走框架顶板上，所述配重置于加载盒内；所述正面滚浮系统包括正面滚浮组件和正面滚轮，所述正面滚轮通过正面滚轮支座固定于所述正面滚浮组件底部，沿轮轨正面行走，正面滚浮组件位于加载盒内，顶部与配重相连；所述正面测量系统包括正面测量推杆和正面摩擦传感器，所述正面测量推杆安设于正面滚浮组件上，穿过加载盒与所述正面摩擦传感器相接触，正面摩擦传感器安设于行走框架上；

所述轨侧面摩擦系数测量机构包括侧面加载系统、侧面滚浮系统和侧面测量系统，所述侧面加载系统包括复合弹性组件和调节螺杆副，所述复合弹性组件固定于行走框架的左端外侧，所述调节螺杆副的螺母通过侧面支架固定，螺杆与复合弹性组件相抵接；所述侧面滚浮系统包括侧面滚浮组件和侧面滚轮，所述侧面滚轮通过侧面滚轮支座固定于所述侧面滚浮组件右侧，沿轮轨左侧面行走；所述侧面测量系统包括侧面测量推杆、定位杆、侧面载荷传感器和侧面摩擦传感器，所述侧面测量推杆通过侧面轴套安设于行走框架前端，两端分别与侧面滚浮组件及所述侧面摩擦传感器相抵接，侧面摩擦传感器固定于行走框架上，所述定位杆固定于行走框架后端与侧面测量推杆对称设置，并于侧面滚浮组件相抵接，所述侧面载荷传感器安设于螺杆上。。

按上述方案，所述夹紧调节组件包括夹紧调节推杆、夹紧调节轴套、夹紧调节螺杆和夹紧调节架，所述夹紧调节架固定于行走框架的右端外侧，所述夹紧调节螺杆与夹紧调节架上的螺孔相配置，所述夹紧调节轴套固定于行走框架的右端中心开孔中，与所述夹紧调节推杆相配置，夹紧调节推杆一端与夹紧调节螺杆相抵接，另一端与所述导向支座相连。

按上述方案，所述正面滚浮组件包括正面滑道、正面滑块和正面滚珠，所述正面滑道顶部中心设有正面滑槽，所述正面滑块设于所述正面滑槽内，正面滑块与正面滑槽的两侧接触面上布设所述正面滚珠，正面滑块可沿正面滑槽滑动。

按上述方案，所述复合弹性组件包括滑套、弹簧、滑杆和复合轴套，所述复合轴套固定于所述行走框架的左端中心开孔中，与所述滑套相配置，滑套设有中心槽和弹簧容置腔，所述滑杆设于所述中心槽内，沿中心槽滑动，所述弹簧设于所述弹簧容置腔内，外套于滑杆，弹簧和滑杆端头均与所述侧面滚浮系统相抵接。

按上述方案，所述侧面滚浮组件包括侧面滑道、侧面滑块和侧面滚珠，所述侧面滑道右端中心设有侧面滑槽，所述侧面滑块设于所述侧面滑槽内，侧面滑块与侧面滑槽的两侧接触面上布设所述侧面滚珠，侧面滑块可沿侧面滑槽滑动。

按上述方案，所述配重为砝码，所述正面滑块顶部中心设有安装杆，所述砝码套设于所述安装杆上。

本发明的有益效果是：提供一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，考虑了轨道磨损波纹对轮-轨摩擦系数的影响，采用滚浮系统，实现轮-轨间的瞬态摩擦系数测量；可实现轨道与滚轮之间的接触载荷的控制，可测量不同涂覆技术处理后的轨道与滚轮之间的摩擦系数瞬态变化，实现了高速轨道覆层技术或润滑层性能的在线评价；对轨道多面接触的摩擦系数测量，可实现轨道侧面及上表面摩擦系数的同步测量，可为高速轨道覆层设计方案制定提供技术依据；由于本发明采用电机驱动和数据在线纪录与处理系统，解决了轮-轨之间的摩擦稳定性，揭示了高速轨道现场摩擦系数测量数据的原始属性，提高了测量数据的可靠性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的俯视图。

图2为图1的A向图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1-图2所示，一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，包括行走机构、定位导向机构、轮轨正面摩擦系数测量机构和轮轨侧面摩擦系数测量机构，行走机构包括行走框架1和电动行走轮2，电动行走轮安设于行走框架的前后两端，沿轮轨正面行走。

定位导向机构包括定位轮3和导向调节系统，定位轮对称固定于行走框架前后端的内壁上，与轮轨的左侧面接触，导向调节系统包括导向轮4、导向支座5和夹紧调节组件，导向轮固定于导向支座上，与轮轨的右侧面接触，导向支座与夹紧调节组件相连，夹紧调节组件固定于行走框架的右端外侧；夹紧调节组件包括夹紧调节推杆6、夹紧调节轴套7、夹紧调节螺杆8和夹紧调节架9，夹紧调节架固定于行走框架的右端外侧，夹紧调节螺杆与夹紧调节架上的螺孔相配置，夹紧调节轴套固定于行走框架的右端中心开孔中，与夹紧调节推杆相配置，夹紧调节推杆一端与夹紧调节螺杆相抵接，另一端与导向支座相连。转动夹紧调节螺杆改变位置，推动夹紧调节推杆，使得定位轮和导向轮以适度的力压向轮轨左右侧面，保证行走框架的稳定运行。

轮轨正面摩擦系数测量机构包括正面加载系统、正面滚浮系统和正面测量系统，正面加载系统包括加载盒10和配重11，加载盒底部固定于行走框架顶板上，配重置于加载盒内；正面滚浮系统包括正面滚浮组件和正面滚轮12，正面滚轮通过正面滚轮支座13固定于正面滚浮组件底部，沿轮轨正面行走，正面滚浮组件位于加载盒内，顶部与配重相连；正面测量系统包括正面测量推杆14和正面载荷传感器15，正面测量推杆安设于正面滚浮组件上，穿过加载盒与正面摩擦传感器相接触，正面载荷传感器安设于行走框架上。正面滚浮组件包括正面滑道16、正面滑块17和正面滚珠18，正面滑道顶部中心设有正面滑槽，正面滑块设于正面滑槽内，正面滑块与正面滑槽的两侧接触面上布设正面滚珠，正面滑块可沿正面滑槽滑动。

正面滚轮在行走过程中，受到配重的加载，使之与轮轨正面产生接触压力。正面滚轮与轨道之间的瞬态摩擦阻力则通过正面测量推杆传输到正面摩擦传感器及其数据采集系统中，经由系统数据处理后，输出正面瞬态摩擦系数值。

轨侧面摩擦系数测量机构包括侧面加载系统、侧面滚浮系统和侧面测量系统，侧面加载系统包括复合弹性组件和调节螺杆副19，复合弹性组件固定于行走框架的左端外侧，调节螺杆副的螺母通过侧面支架固定，螺杆与复合弹性组件相抵接；侧面滚浮系统包括侧面滚浮组件和侧面滚轮20，侧面滚轮通过侧面滚轮支座21固定于侧面滚浮组件右侧，沿轮轨左侧面行走；侧面测量系统包括侧面测量推杆22、定位杆23、侧面载荷传感器24和侧面摩擦传感器25，侧面测量推杆通过侧面轴套26安设于行走框架前端，两端分别与侧面滚浮组件及侧面摩擦传感器相抵接，侧面摩擦传感器固定于行走框架上，定位杆固定于行走框架后端与侧面测量推杆对称设置，并于侧面滚浮组件相抵接，侧面载荷传感器安设于螺杆上。

复合弹性组件包括滑套27、弹簧28、滑杆29和复合轴套30，复合轴套固定于行走框架的左端中心开孔中，与滑套相配置，滑套设有中心槽和弹簧容置腔，滑杆设于中心槽内，沿中心槽滑动，弹簧设于弹簧容置腔内，外套于滑杆，弹簧和滑杆端头均与侧面滚浮系统相抵接。

侧面滚浮组件包括侧面滑道31、侧面滑块32和侧面滚珠33，侧面滑道右端中心设有侧面滑槽，侧面滑块设于侧面滑槽内，侧面滑块与侧面滑槽的两侧接触面上布设侧面滚珠，侧面滑块可沿侧面滑槽滑动。

侧面滚轮与轨道侧面的接触载荷，则可通过螺杆和复合弹性组件进行调节。

当轨道表面产生波纹度时，侧面滚轮与轨道之间的接触位移通过侧面滚浮组件传递到滑杆，杆端压缩弹簧和滑套而使侧面载荷传感器产生附加动载荷力；侧面滚轮与轨道侧面接触而产生摩擦，其摩擦力通过侧面滚浮组件传递到侧面摩擦传感器，并由侧面摩擦传感器传输到数据采集系统中，从而实现轮-轨侧面摩擦系数的瞬态值。

配重为砝码，正面滑块顶部中心设有安装杆34，砝码套设于安装杆上，可根据需要调节砝码数量，进而控制正面载荷大小。

摩擦系数瞬态测量原理：考虑轮-轨运行磨损导致的轨道波纹度(特别是轨道侧面)，本发明采用摩擦形式的模拟原理实现其轮-轨摩擦系数测量；测量中摩擦力F和载荷W直接通过传感器采集，并实时传输到数据采集系统中，通过计算式f＝F/W(式中：f—摩擦系数，F—摩擦阻力，W—法向载荷)计算出摩擦系数瞬态值，并最终显示。

Claims (6)

1.一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，其特征在于：包括行走机构、定位导向机构、轮轨正面摩擦系数测量机构和轮轨侧面摩擦系数测量机构，所述行走机构包括行走框架和电动行走轮，所述电动行走轮安设于所述行走框架的前后两端，沿轮轨正面行走；

所述定位导向机构包括定位轮和导向调节系统，所述定位轮对称固定于行走框架前后端的内壁上，与轮轨的左侧面接触，所述导向调节系统包括导向轮、导向支座和夹紧调节组件，所述导向轮固定于导向支座上，与轮轨的右侧面接触，导向支座与所述夹紧调节组件相连，夹紧调节组件固定于行走框架的右端外侧；

所述轮轨正面摩擦系数测量机构包括正面加载系统、正面滚浮系统和正面测量系统，所述正面加载系统包括加载盒和配重，所述加载盒底部固定于行走框架顶板上，所述配重置于加载盒内；所述正面滚浮系统包括正面滚浮组件和正面滚轮，所述正面滚轮通过正面滚轮支座固定于所述正面滚浮组件底部，沿轮轨正面行走，正面滚浮组件位于加载盒内，顶部与配重相连；所述正面测量系统包括正面测量推杆和正面摩擦传感器，所述正面测量推杆安设于正面滚浮组件上，穿过加载盒与所述正面摩擦传感器相接触，正面摩擦传感器安设于行走框架上；

所述轮轨侧面摩擦系数测量机构包括侧面加载系统、侧面滚浮系统和侧面测量系统，所述侧面加载系统包括复合弹性组件和调节螺杆副，所述复合弹性组件固定于行走框架的左端外侧，所述调节螺杆副的螺母通过侧面支架固定，螺杆与复合弹性组件相抵接；所述侧面滚浮系统包括侧面滚浮组件和侧面滚轮，所述侧面滚轮通过侧面滚轮支座固定于所述侧面滚浮组件右侧，沿轮轨左侧面行走；所述侧面测量系统包括侧面测量推杆、定位杆、侧面载荷传感器和侧面摩擦传感器，所述侧面测量推杆通过侧面轴套安设于行走框架前端，两端分别与侧面滚浮组件及所述侧面摩擦传感器相抵接，侧面摩擦传感器固定于行走框架上，所述定位杆固定于行走框架后端与侧面测量推杆对称设置，并与侧面滚浮组件相抵接，所述侧面载荷传感器安设于螺杆上。

2.根据权利要求1所述的一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，其特征在于，所述夹紧调节组件包括夹紧调节推杆、夹紧调节轴套、夹紧调节螺杆和夹紧调节架，所述夹紧调节架固定于行走框架的右端外侧，所述夹紧调节螺杆与夹紧调节架上的螺孔相配置，所述夹紧调节轴套固定于行走框架的右端中心开孔中，与所述夹紧调节推杆相配置，夹紧调节推杆一端与夹紧调节螺杆相抵接，另一端与所述导向支座相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，其特征在于，所述正面滚浮组件包括正面滑道、正面滑块和正面滚珠，所述正面滑道顶部中心设有正面滑槽，所述正面滑块设于所述正面滑槽内，正面滑块与正面滑槽的两侧接触面上布设所述正面滚珠，正面滑块可沿正面滑槽滑动。

4.根据权利要求3所述的一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，其特征在于，所述复合弹性组件包括滑套、弹簧、滑杆和复合轴套，所述复合轴套固定于所述行走框架的左端中心开孔中，与所述滑套相配置，滑套设有中心槽和弹簧容置腔，所述滑杆设于所述中心槽内，沿中心槽滑动，所述弹簧设于所述弹簧容置腔内，外套于滑杆，弹簧和滑杆端头均与所述侧面滚浮系统相抵接。

5.根据权利要求4所述的一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，其特征在于，所述侧面滚浮组件包括侧面滑道、侧面滑块和侧面滚珠，所述侧面滑道右端中心设有侧面滑槽，所述侧面滑块设于所述侧面滑槽内，侧面滑块与侧面滑槽的两侧接触面上布设所述侧面滚珠，侧面滑块可沿侧面滑槽滑动。

6.根据权利要求3所述的一种轮轨瞬态摩擦系数测量装置，其特征在于，所述配重为砝码，所述正面滑块顶部中心设有安装杆，所述砝码套设于所述安装杆上。