CN113029615A - 一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

一种复合加载的轨道交通轴承‑轮对模拟实验装置，包括驱动装置、传动装置、轴承‑轮轨系统、从动滚轮装置、径向加载装置和轴向加载装置。本发明可以模拟轨道交通车辆在行驶时其真实的联接与相互作用关系，并可以在一个实验装置进行多个零部件测试，提高效率；实现轮轨‑轴承一体化的自动化复合加载及转速调整，因此能够更有效的模拟轴承‑轮对的运行状态。

Description

一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆设备实验技术领域。

背景技术

轨道交通车辆是指需要在特定轨道上行驶的一类交通工具，包括动车组、客车、地铁等移动设备，对国家的发展有着十分重要的作用；因为轨道交通车辆在行驶与转向时，主要依靠轮对与铁轨的相互作用，同时还有轴承的支撑作用，它们通常要受到径向与轴向的交变载荷，所以，轴承-轮对系统的可靠性安全性对轨道交通车辆的安全行驶具有十分重要的作用，需要对其进行模拟实验检测。

目前一些关于轨道交通车辆轴承轮对系统方面的实验装置，有的实验装置只是针对单独的零部件进行实验，如专利公开号CN 101813561 A名为滚动轴承加载检测装置机器检测方法，专利公开号CN 201410191242.3名为滚动轴承综合加载试验台，主要针对的是轴承的检测；专利公开号CN 207997871 U名为轮对检测装置、高铁轮对检测装置与动车轮对检测装置；CN 106458236 A名为用于轨道车辆轮对的轮对测量装置主要针对轮对的检测，这些专利不能真实的模拟轴承-轮对与轨道之间的相互作用，同时也不能有效模拟轴承-轮对所受的交变载荷，与实际的轨道车辆运动情况存在差别。专利202010009903.1提出了一种轨道机车车辆轮轨轴承一体化试验装置，可以同时测试车轴和两个轮对的试验，同时测试两个轮对需要两套驱动系统，且轴向、径向加载采用液压缸加载，导致结构比较大，同时驱动采用下面摩擦滚轮驱动，而真实的轨道交通为车轮驱动，因此跟真实的驱动方式存在一定的差别。另外。专利公开号CN 108195586 A提出一种铁路货车轴承弯道加载试验台，采用铁轨给轴承施加载荷，但铁轨和轮对轴承均固定在底台上，铁轨给轮对加载时与轮对间产生相对滑动，不能滚动，因此当轮轨上移给车轮施加载荷后，将直接导致车轮停止，仅能模拟轮对相对滑动时的制动状态，而实际运行过程中轮对是滚动状态，因此不能有效对轴承施加径向载荷和轴向载荷，此外，此种加载方式通过手动调节地脚螺栓及螺杆来实现径向加载，通过调节锁紧螺栓来实现轴向加载，该过程为手动实现、且难于准确定量的获取轴承的载荷。还有的为了检测轴承-轮对性能直接在机车车辆整体试验台开展，整体试验台结构复杂、整体功率极大导致耗能较大；因此需要一种复合轮轨加载且能够准确测量载荷数值大小的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置。

发明内容

本发明针对上述所提到的问题，提出一种具有轮对轴向、径向复合模拟加载以及准确测量加载载荷的轨道交通轴承-轮对实验装置，用来模拟轨道交通车辆在不同运行情况下轴承-轮对复合受载形式下受力情况开展模拟试验。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，包括驱动装置1、传动装置2、轴承-轮轨系统3、从动滚轮装置4、径向加载装置5和轴向加载装置6和底座7，驱动装置1的驱动电机11固定于底座7上，驱动电机11的电机轴连接传动装置2的主轴22，轴承-轮轨系统3包括轴承33和车轮31，轴承33安装于主轴22上，轴承33通过外部的轴承座30固定于底座7上，主轴22端部安装车轮31；车轮31下方设有从动滚轮装置4，从动滚轮装置4的从动轴42两端安装从动滚轮装置轴承47，两个从动滚轮装置轴承的从动滚轮装置轴承座46分别固定于三维力传感器55上，从动轴42上安装铁轨轮41，铁轨轮41与上方的车轮31接触安装；径向加载装置5包括楔块台51、导向块52和径向力加载机构54，三维力传感器55安装于楔块台51上部，楔块台51下侧相对设有两个导向块52，导向块52滑动安装于下侧的径向加载装置底座53，径向加载装置底座一侧安装伺服电机541，伺服电机541的输出轴连接传动丝杠544，传动丝杠544贯穿两个导向块52并且传动丝杠544与两个导向块52连接处的螺纹为方向相反；轴向加载装置6包括动力装置61和导向装置62，动力装置61的轴向液压缸612的两端分别固定于底座7和径向力加载装置底座53上，径向力加载装置底座53安装于导向装置62上，导向装置62下部的导向装置底座624安装于底座7上，径向力加载装置底座53下侧连接导向装置62的滑块，滑块与导向装置底座624上的滑道匹配安装。

所述驱动电机11的输出轴通过弹性膜片联轴器21连接主轴22，所述驱动电机11为变频电机。

所述楔块台51的四角处安装螺纹杆511，螺纹杆511下端固定于径向加载装置底座53上，螺纹杆511上部设有弹簧513并通过螺母512固定。

所述导向块52下部设有导向凸块521，径向加载装置底座53上设有与导向凸块521相匹配的导向凹槽531。

所述轴向液压缸612两端通过圆柱销613与两侧的U型座611相连接，一侧U型座611通过液压缸支承62安装于底座7上，另一侧U型座611安装于径向加载装置底座53上。

所述导向装置62包括三角形滑块621和工字型滑块622，三角形滑块621和工字型滑块622固定于径向加载装置底座53的下侧，导向装置底座624上设有与三角形滑块621和工字型滑块622相匹配的三角形滑道6242和矩形滑道6241，矩形滑道6241两侧设有压块623。

本发明的复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，具有以下优点：

(1)采用的丝杠传动和楔块传力的径向加载装置，在受径向力时，使从动滚轮装置与铁轨轮表面平行接触，真实、准确的拟轨道机车车辆的直线行驶，并采用电机带动丝杠驱动，能够实现径向载荷的自动加载。

(2)采用液压缸和导轨装置结合的轴向加载装置，使从动滚轮装置与轮对边缘挤压接触，高效真实的模拟车辆在弯道行驶下所受的轴向载荷，通过控制液压缸实现轴向载荷的自动加载，导轨采用三角形导轨和矩形导轨相结合的方式，使其具有较高导向精度和较强的承载能力。

(3)具有三维力传感器装置，能够准确对所施加载荷进行反馈调节，使模拟更符合实际情况。

(4)驱动电机采用的是变频电机，能够实现不同转速的模拟；

通过上述方案，可以模拟轨道交通车辆在行驶时其真实的联接与相互作用关系，并可以在一个实验装置进行多个零部件测试，提高效率；实现轮轨-轴承一体化的自动化复合加载及转速调整，因此能够更有效的模拟轴承-轮对的运行状态。

附图说明

图1为本发明复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置整体结构图。

图2为本发明复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置剖面结构图。

图3为轴承-轮轨部分结构图。

图4为轴承-轮轨部分剖面结构图。

图5为从动滚轮装置剖面结构图。

图6为径向力加载装置结构图。

图7为径向力加载调整原理示意图。

图8为径向力加载装置调整台结构图。

图9为径向力加载装置导向块结构图。

图10为径向力加载装置底座结构图。

图11为径向力加载动力装置结构图。

图12为轴向力加载装置和径向力加载装置部分结构图。

图13为轴向力加载动力装置结构图。

图14为轴向力加载导向装置结构图。

图中：1、驱动装置，2、传动装置，3、轴承-轮轨系统，4、从动滚轮装置，5、径向加载装置，6、轴向加载装置，7、底座，11、驱动电机，12、电机支承座，21、弹性膜片联轴器，22、主轴，211、联轴器左键，212、联轴器右键，30、轴承座，31、车轮，32、轴承压盖，33、轴承，34、挡圈，35、轴承锁紧螺母，301、轴承座上箱体，302、轴承座下箱体，311、平键，312、车轮锁紧螺母，41、铁轨轮，42、从动轴，43、轴套，44、从动轴轴承压盖，45、螺栓，46、轴承座，47、从动滚轮装置轴承，48、平键，51、楔块台，52、导向块，53、径向加载装置底座，54、径向加载动力机构，55、三维力传感器，511、螺纹杆，512、六角螺母，513、弹簧，521、导向凸块，522、通孔，531、导向凹槽，532、螺纹孔，533、底座通孔，541、伺服电机，542,、六角螺栓，543、联轴器，544、传动丝杠，61、动力装置，62、导向装置，63、液压缸支承，611、U型座，612、轴向液压缸，613、圆柱销，621、三角形滑块，622、工字型滑块，623、压块，624、导向装置底座，6241、矩形滑道，6242、三角形滑道。

具体实施方式

以下结合附图和实施案列对本发明进一步描述。

结合图1，本发明的轮轨复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置包括驱动装置1、传动装置2、轴承-轮轨系统3、从动滚轮装置4、径向加载装置5、轴向加载装置6和底座7。驱动装置1为实验装置提供旋转动力；传动装置2将驱动装置1产生的动力传递给被测轴承-轮轨系统3；轴承-轮轨系统3为被实验的对象，位于驱动装置1的右侧；从动滚轮装置4位于轴承-轮轨系统3的下方，两者之间接触摩擦，从动滚轮装置4将加载装置所施加的力传递给轴承-轮轨系统3；径向加载装置5与轴向加载装置6为被测对象施加径向载荷与轴向载荷，依次位于从动滚轮装置4的下方；底座7为整个实验装置部件提供固定作用。

结合图2，驱动装置1包括驱动电机11和电机支承座12；驱动电机11与电机支承座12上表面通过螺栓固定连接，电机支承座12下部通过螺栓固定在底座7上，使得驱动电机1位置固定，并为实验装置提供动力。传动装置2包括弹性膜片联轴器21、主轴22、联轴器左键211和联轴器右键212，弹性膜片联轴器21左端通过联轴器左键211与驱动电机1的输出轴端联接，右端通过联轴器右键212与主轴22左端联接，主轴22穿过轴承-轮轨系统3，右端与车轮31联接，整个传动装置2将驱动装置1所产生的动力传送给轴承-轮轨系统3。驱动电机11为变频电机，能够实现不同转速的模拟，使得该装置更加符合实际情况。

结合图3和图4，轴承-轮轨系统3包括轴承座30、车轮31、轴承压盖32、轴承33、轴承内挡圈34和轴承锁紧螺母35。轴承座30包括轴承座上箱体301和轴承座下箱体302。车轮31包括平键311和车轮锁紧螺母312。轴承33通过其外圈表面与轴承座30的内孔配合，轴承33的内圈与主轴22的末端轴肩和外表面相配合，用于固定轴承33位置；轴承压盖32与轴承座30固定连接，用于固定被测轴承33的外圈；轴承内挡圈34用于固定轴承33的内圈，轴承锁紧螺母35用于锁紧轴承内挡圈34。下轴承座体302通过U形支承架固定在底座7上。车轮31通过平键311、车轮锁紧螺母312与主轴22配合固定，其中车轮31下部与从动滚轮装置4相接触摩擦传递动力。轴承-轮轨系统3的结构形式与实际的结构相类似。

结合图5，从动滚轮装置4包括铁轨轮41、从动轴42、轴套43、从动轴轴承压盖44、螺栓45、轴承座46、从动滚轮装置轴承47和平键48。铁轨轮41通过平键48和轴套43固定在从动轴42上，铁轨轮41位于车轮31的正下方，与车轮31表面平行接触，将径向加载装置5所施加的载荷传递到轴承-轮轨系统3。当轴向加载装置6工作时，铁轨轮41与车轮31边缘之间挤压接触，将所生产的载荷传递给从轴承-轮轨系统3。从动轴42两端在从动滚轮装置轴承47中。从动轴轴承压盖44通过螺栓45与轴承座46固定连接，用于固定从动滚轮装置轴承47的外圈；同时从动轴42两端的轴承座46通过螺栓分别固定在两个三维力传感器55上。

结合图6和图8，径向加载装置5主要由楔块台51、导向块52、径向加载装置底座53、径向加载动力机构54和三维力传感器55组成。三维力传感器55通过螺栓固定在楔块台51上，为载荷加载提供反馈调节。楔块台51包括螺纹杆511、六角螺母512、弹簧513。螺纹杆511通过楔块台上的通孔与径向加载装置底座53联接，对楔块台51具有一定的导向作用，弹簧513套在螺纹杆511上与楔块台51接触，并通过六角螺母512固定，对楔块台51起到预紧压紧的作用，使楔块台51与其底面接触的导向块52之间可以相对滑动。该结构可以通过三维力传感器55实时得知加载装置对轴承-轮对所施加的大小，以便及时调整；同时，该结构可以通过径向加载动力机构54上的伺服电机541来带动传动丝杠驱动，对径向载荷的加载实现自动控制，使得加载装置变得方便、准确。

结合图9、图10，导向块52包括521导向凸块，522通孔。径向加载装置底座53包括导线凹槽531，螺纹孔532。导向块51顶部与楔块台51接触联接，底部通过导向凸块521与径向加载装置底座53上的导向凹槽531相互联接，使导向块52只能沿导向凹槽531滑动，防止发生其他方向的偏移。

结合图11，径向加载动力机构54包括伺服电机541、六角头螺母542、双节式联轴器543、传动丝杠544组成。伺服电机541动力输出端穿过底座通孔533，通过六角螺母541固定在径向加载装置底座53上，为径向力加载提供动力；双节式联轴器543右端通与伺服电机541的输出端联接，左端与传动丝杠544联接，传动丝杠544穿过导向块52上的通孔522,与导向块52结合，传动丝杠544左右两侧采用旋向相反的螺纹，当伺服电机541旋转时，丝杠544带动导向块52相互靠近或远离。

结合图6、图7和图11，当实验装置需要施加径向载荷时，伺服电机541转动，通过联轴器543带动丝杠544旋转，丝杠544转动带动导向块52沿导向凹槽531向一起靠近，导向块52向一起靠近时，其顶部的楔块台51向上移动，楔块台51上的三维力传感器55和从动滚轮装置4向上移动，使从动滚轮装置4中的铁轨轮41与车轮31产生垂直方向的径向载荷。

结合图12和图13，轴向加载装置6采用液压加载的方式，主要由动力装置61和导向装置62。动力装置61包括U型座611、轴向液压缸612和圆柱销613。所述轴向液压缸612两端通过圆柱销613与两侧的U型版611相连接。液压缸支承62上端通过螺母与左侧U型座固定连接，下端固定在底座7上，对轴向液压缸612起到固定和支承作用，左侧U型版通过螺栓固定在径向加载装置底座上53。该结构装置可以通过对轴向液压缸612的控制，实现对轴向载荷的自动加载，与三维力传感器55相结合，更加方便、精确的实现了轴向载荷的加载。

结合图14，所向装置62包括三角形滑块621、工字型滑块622、压块623、导向装置底座624。导向装置底座624包括矩形滑道6241、三角形滑道6242；其通过螺母固定在底座7上，导向装置底座624上的矩形滑道6241导轨承载能力强，三角形滑道6242导轨导向精度好。使轴向力施加时既有承载性，又有稳定性。三角形滑块621和工字型滑块622上表面通过螺母与径向加载装置底座53相连接，下端与各自对应的滑道相结合；压块623用于防止工字型滑块622脱离矩形滑道6241。

当实验装置需要施加轴向载荷时，轴向液压缸612内部活塞杆向右移动，推动右侧U型座所连接的径向装置底座53向右移动，这时从动滚轮装置4中的铁轨轮41与轴承-轮对系统3中的车轮31侧面产生水平方向的轴向载荷。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，其特征在于：包括驱动装置(1)、传动装置(2)、轴承-轮轨系统(3)、从动滚轮装置(4)、径向加载装置(5)和轴向加载装置(6)和底座(7)，驱动装置(1)的驱动电机(11)固定于底座(7)上，驱动电机(11)的电机轴连接传动装置(2)的主轴(22)，轴承-轮轨系统(3)包括轴承(33)和车轮(31)，轴承(33)安装于主轴(22)上，轴承(33)通过外部的轴承座(30)固定于底座(7)上，主轴(22)端部安装车轮(31)；车轮(31)下方设有从动滚轮装置(4)，从动滚轮装置(4)的从动轴(42)两端安装从动滚轮装置轴承(47)，两个从动滚轮装置轴承的从动滚轮装置轴承座(46)分别固定于三维力传感器(55)上，从动轴(42)上安装铁轨轮(41)，铁轨轮(41)与上方的车轮(31)接触安装；径向加载装置(5)包括楔块台(51)、导向块(52)和径向力加载机构(54)，三维力传感器(55)安装于楔块台(51)上部，楔块台(51)下侧相对设有两个导向块(52)，导向块(52)滑动安装于下侧的径向加载装置底座(53)，径向加载装置底座一侧安装伺服电机(541)，伺服电机(541)的输出轴连接传动丝杠(544)，传动丝杠(544)贯穿两个导向块(52)并且传动丝杠(544)与两个导向块(52)连接处的螺纹为方向相反；轴向加载装置(6)包括动力装置(61)和导向装置(62)，动力装置(61)的轴向液压缸(612)的两端分别固定于底座(7)和径向力加载装置底座(53)上，径向力加载装置底座(53)安装于导向装置(62)上，导向装置(62)下部的导向装置底座(624)安装于底座(7)上，径向力加载装置底座(53)下侧连接导向装置(62)的滑块，滑块与导向装置底座(624)上的滑道匹配安装。

2.根据权利要求1所述的一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，其特征在于：所述驱动电机(11)的输出轴通过弹性膜片联轴器(21)连接主轴(22)，所述驱动电机(11)为变频电机。

3.根据权利要求1所述的一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，其特征在于：所述楔块台(51)的四角处安装螺纹杆(511)，螺纹杆(511)下端固定于径向加载装置底座(53)上，螺纹杆(511)上部设有弹簧(513)并通过螺母(512)固定。

4.根据权利要求1所述的一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，其特征在于：所述导向块(52)下部设有导向凸块(521)，径向加载装置底座(53)上设有与导向凸块(521)相匹配的导向凹槽(531)。

5.根据权利要求1所述的一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，其特征在于：所述轴向液压缸(612)两端通过圆柱销(613)与两侧的U型座(611)相连接，一侧U型座(611)通过液压缸支承(62)安装于底座(7)上，另一侧U型座(611)安装于径向加载装置底座(53)上。

6.根据权利要求1所述的一种复合加载的轨道交通轴承-轮对模拟实验装置，其特征在于：所述导向装置(62)包括三角形滑块(621)和工字型滑块(622)，三角形滑块(621)和工字型滑块(622)固定于径向加载装置底座(53)的下侧，导向装置底座(624)上设有与三角形滑块(621)和工字型滑块(622)相匹配的三角形滑道(6242)和矩形滑道(6241)，矩形滑道(6241)两侧设有压块(623)。

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