CN211904586U - 一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，包括垂向高频激励组件、横向高频激励组件、地基和待试转向架，垂向高频激励组件和横向高频激励组件均固定安装在地基上；垂向高频激励组件包括一对滚轮、转动轴、第一轴箱、第二轴箱和驱动电机，一对的滚轮的接触面均为非圆形，待试转向架的轮对的车轮分别与一对滚轮连接，待试转向架安装在地基上能同时模拟铁路线路上车轮和钢轨之间的轮轨接触产生的垂向高频激励和电磁激振器产生的横向高频激励，并通过控制滚轮表面形状和滚动速度实现激励频率的调控,并通过控制滚轮表面形状和滚动速度实现垂向激励频率的调控、通过控制电磁激振器实现横向激励频率的调控。

Description

一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置

技术领域

本实用新型涉及铁道车辆载荷激励实验装置技术领域，具体涉及一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置。

背景技术

铁道车辆运行速度逐渐提高，京沪高铁最高运营速度可达350km/h，其轮轨高频激励是车辆系统的主要振动源，轮轨高频激励会存在恶化结构部件的振动环境的可能，亦会造成结构共振和结构疲劳可靠性问题，进而影响车辆运行安全；例如，当车轮发生高阶多边形磨耗时，由轮轨滚动接触造成的垂向激扰频率达到600Hz左右，导致车轮振动加速度可达到500g，该高频大载荷可直接导致结构元件的共振、疲劳失效等问题。此外，由于车辆蛇行运动、轮轨横向耦合振动等因素的影响，轮轨横向振动频率也在逐渐拓宽，同样会影响车辆安全运行。

然而，现有的轮轨滚动接触关系模拟试验台，大多数都是关于模拟轮轨型面的几何匹配关系、轮轨蠕滑、轮轨黏着和损伤等方面的问题，很少出现有复现轮轨之间的高频振动的试验台，且不能同时模拟垂向和横向的高频激励。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其车轮滚动接触可产生高频激励，能同时模拟铁路线路上车轮和钢轨之间的轮轨接触产生的垂向高频激励和电磁激振器产生的横向高频激励，并通过控制滚轮表面形状和滚动速度实现激励频率的调控，以解决背景技术中提到的技术问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，包括垂向高频激励组件、横向高频激励组件、地基和待试转向架，所述垂向高频激励组件和横向高频激励组件均固定安装在所述地基上；

所述垂向高频激励组件包括一对滚轮、转动轴、第一轴箱、第二轴箱、驱动电机和减速箱，一对所述滚轮套接在所述转动轴上，所述转动轴的一端穿设第一轴箱并与所述横向高频激励组件连接，所述转动轴的另一端穿设第二轴箱并通过所述减速箱与所述驱动电机连接；

所述第一轴箱和第二轴箱通过弹性支撑元件固定安装在所述地基上，所述驱动电机和横向高频激励组件通过刚度弹性元件固定安装在所述地基上；

一对所述的滚轮的接触面均为非圆形，所述待试转向架的轮对的车轮分别与一对所述滚轮连接，所述待试转向架安装在所述地基上。

进一步地，所述非圆形为多边形或扁巴。

进一步地，所述横向高频激励组件包括电磁激振器，所述电磁激振器的输出轴与所述转动轴的一端连接。

进一步地，所述转动轴的两端均通过轴承分别与第一轴箱、第二轴箱固定连接，所述转动轴的两端均套设有联轴器。

进一步地，所述减速箱的输入轴与所述驱动电机的转子连接，所述减速箱通过刚度弹性元件固定安装在所述地基上。

进一步地，所述减速箱的输入轴与驱动电机的转子之间安装有联轴节。

进一步地，所述弹性支撑元件包括多组弹性单元，所述弹性单元为由组合式金属橡胶堆制成的弹性橡胶块。

进一步地，所述刚度弹性元件为钢板。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的高频载荷激励试验装置，能够对转向架极端服役状态进行模拟，提供参数可调的振动、载荷条件，产生幅值与频率参数可调的轮轨高频振动；所述的车辆轮轨高频载荷激励试验装置通过轮对滚动接触产生高频激励，模拟铁路线路上车轮和钢轨之间的轮轨滚动接触行为，能同时模拟产生垂向高频激励和横向高频激励，垂向高频激励通过将滚轮接触面预制成多边形来实现，横向高频激励通过横向高频激励组件实现，车轮和钢轨之间的轮轨滚动接触产生的振动激励频率和幅值与接触表面状态、滚动速度相关，通过控制滚轮表面形状和滚动速度可以实现激励频率的调控，控制滚轮接触面形状可实现激励幅值大小的调控；应用本装置实验后可测得被试转向架车轮振动加速度、结构应力等信号，用于分析结构模态共振、悬挂系统振动传递、疲劳可靠性等问题。

附图说明

图1为本实用新型高频载荷激励试验装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型高频载荷激励试验装置的正视图；

图3为本实用新型的车轮多边形磨耗的车轮半径极坐标显示的示意图；

图中，1-垂向高频激励组件，101-滚轮，102-转动轴，103-第一轴箱，104- 第二轴箱，105-驱动电机，2-横向高频激励组件，201-电磁激振器，3-地基，4- 弹性支撑元件，5-刚度弹性元件，6-联轴器，7-减速箱。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：

请参照图1-2，一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，包括垂向高频激励组件1、横向高频激励组件2、地基3和待试转向架，所述垂向高频激励组件 1和横向高频激励组件2均固定安装在所述地基3上；

所述垂向高频激励组件1包括一对滚轮101、转动轴102、第一轴箱103、第二轴箱104、驱动电机105和减速箱7，一对所述滚轮101套接在所述转动轴 102上，所述转动轴102的一端穿设第一轴箱103并与所述横向高频激励组件2 连接，所述转动轴102的另一端穿设第二轴箱104并通过所述减速箱7与所述驱动电机105连接；

所述第一轴箱103和第二轴箱104通过弹性支撑元件4固定安装在所述地基3上，所述驱动电机105和横向高频激励组件2通过刚度弹性元件5固定安装在所述地基3上；

一对所述的滚轮101的接触面均为非圆形，所述待试转向架的轮对的车轮分别与一对所述滚轮101连接，所述待试转向架安装在所述地基3上。

考虑到待试转向架在特定运行条件下回出现疲劳裂纹、装配界面失效、异常磨耗磨损、自激振动等问题，本实用新型的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置能够对转向架极端服役状态进行模拟，提供参数可调的振动、载荷条件，产生幅值与频率参数可调的轮轨高频振动；所述的车辆轮轨高频载荷激励试验装置通过轮对滚动接触产生高频激励，模拟铁路线路上车轮和钢轨之间的轮轨滚动接触行为，能同时模拟产生垂向高频激励和横向高频激励，垂向高频激励通过将滚轮101接触面预制成多边形来实现，横向高频激励通过横向高频激励组件2实现，车轮和钢轨之间的轮轨滚动接触产生的振动激励频率和幅值与接触表面状态、滚动速度相关，通过控制滚轮101表面形状和滚动速度可以实现垂向激励频率的调控，控制滚轮101接触面形状可实现激励幅值大小的调控；并通过控制电磁激振器实现横向激励频率的调控；应用本装置实验后可测得被试转向架车轮振动加速度、结构应力等信号，用于分析结构模态共振、悬挂系统振动传递、疲劳可靠性等问题。

请参照图3，所述非圆形为多边形或扁巴。

本实用新型的一对所述的滚轮101的接触面制成非圆形，一对所述的滚轮 101称为轮对，比如所述滚轮101的接触面可制成多边形或扁巴，将滚轮101的接触面制成这些形状，目的是通过轮轨接触产生垂向激励，而激励频率与由其形状决定，进而可实现轮对滚动接触激励频率达到1000Hz以上；通过多边形波深可以控制振动加速度幅值，可达500g；车轮多边形磨耗的车轮半径极坐标显示如图3所示，多边形阶数为n，车轮半径为r，列车运行速度为v，则车轮多边形磨耗造成的激励频率

通过匹配车速和多边形阶数，即可控制试验台的激励频率，也就说通过控制滚轮101接触面形状可实现激励幅值大小的调控，多边形阶数越高，激励频率越高。当滚轮101为标准的圆形时，则滚动的时候则不产生激励；当滚轮101表面有缺陷时，比如某处有扁巴或坑，则其滚动一周，由于轮轨滚动接触效应就会产生一次冲击，又如当车轮为三阶多边形形状时，则其滚动一周，由于轮轨滚动接触效应就会产生三次冲击。

请参照图1，所述横向高频激励组件2包括电磁激振器201，所述电磁激振器201的输出轴与所述转动轴102的一端连接。

所述电磁激振器201能输出高频大载荷激励，由于电磁激振器201的输出轴连接至滚动轮对的轴端，便实现了对滚动轮对的横向加载，加载频率可达 500Hz，最大载荷50kN。

请参照图1，所述转动轴102的两端均通过轴承分别与第一轴箱103、第二轴箱104固定连接，所述转动轴102的两端均套设有联轴器6。

请参照图1-2，所述第二轴箱104与所述驱动电机105之间还安装有减速箱 7，所述减速箱7的输入轴与所述驱动电机105的转子连接，所述减速箱7通过刚度弹性元件5固定安装在所述地基3上。

本实用新型的驱动电机105、减速箱7和滚动轮对提供的最高滚动线速度为400km/h，完全可满足目前高速列车最高运行速度350km/h及更高速度等级列车试验的需要，具体通过设计减速箱7传动比、滚动轮对的滚轮101直径、驱动电机105的转速来实现，因此本实用新型的实验装置的试验速度涵盖了目前高速列车的最高运营速度范围，并存在一定的裕量空间。

所述减速箱7的输入轴与驱动电机105的转子之间安装有联轴节(图未示)，所述联轴节用于吸收驱动电机105输出轴和减速箱7输入轴端的动态不对中量。

优选地，所述弹性支撑元件4包括多组弹性单元，所述弹性单元为由组合式金属橡胶堆制成的弹性橡胶块。

所述橡胶堆的刚度与其结构尺寸、胶料硬度等因素相关，所述弹性支撑元件4可根据刚度需求选择合数组数的弹性单元从而提供刚度可调的弹性支撑元件4，弹性支撑元件4支撑着滚动轮对的轴端，提供可变的支撑刚度，可模拟不同的轮轨耦合振动状态。轮轨耦合振动模态主要由轮轨等效质量和支撑刚度决定，因此，通过调整弹性支撑元件4的支撑刚度则可以模拟不同的轮轨耦合振动状态。

优选地，所述刚度弹性元件5为钢板。

所述刚度弹性元件5是将电机、减速箱7、电磁激振器201等固定在地基3 上，功能类似于螺栓，但其等效刚度小于螺栓，螺栓的刚度近似无穷大。

本实用新型的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，能够对转向架极端服役状态进行模拟，提供参数可调的振动及载荷条件，幅值与频率参数可调的轮轨高频振动通过轮轨接触产生垂向高频激励和电磁激振器201产生横向高频激励来实现，该试验装置可实现对转向架的高频扫频激励，能用于轮轨高频振动行为及产生机理和影响进行研究。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：包括垂向高频激励组件(1)、横向高频激励组件(2)、地基(3)和待试转向架，所述垂向高频激励组件(1)和横向高频激励组件(2)均固定安装在所述地基(3)上；

所述垂向高频激励组件(1)包括一对滚轮(101)、转动轴(102)、第一轴箱(103)、第二轴箱(104)、驱动电机(105)和减速箱(7)，一对所述滚轮(101)套接在所述转动轴(102)上，所述转动轴(102)的一端穿设第一轴箱(103)并与所述横向高频激励组件(2)连接，所述转动轴(102)的另一端穿设第二轴箱(104)并通过所述减速箱(7)与所述驱动电机(105)连接；

所述第一轴箱(103)和第二轴箱(104)通过弹性支撑元件(4)固定安装在所述地基(3)上，所述驱动电机(105)和横向高频激励组件(2)通过刚度弹性元件(5)固定安装在所述地基(3)上；

一对所述的滚轮(101)的接触面均为非圆形，所述待试转向架的轮对的车轮分别与一对所述滚轮(101)连接，所述待试转向架安装在所述地基(3)上。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：所述非圆形为多边形或扁巴。

3.根据权利要求1所述的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：所述横向高频激励组件(2)包括电磁激振器(201)，所述电磁激振器(201)的输出轴与所述转动轴(102)的一端连接。

4.根据权利要求1所述的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：所述转动轴(102)的两端均通过轴承分别与第一轴箱(103)、第二轴箱(104)固定连接，所述转动轴(102)的两端均套设有联轴器(6)。

5.根据权利要求1所述的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：所述减速箱(7)的输入轴与所述驱动电机(105)的转子连接，所述减速箱(7)通过刚度弹性元件(5)固定安装在所述地基(3)上。

6.根据权利要求5所述的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：所述减速箱(7)的输入轴与驱动电机(105)的转子之间安装有联轴节。

7.根据权利要求1所述的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：所述弹性支撑元件(4)包括多组弹性单元，所述弹性单元为由组合式金属橡胶堆制成的弹性橡胶块。

8.根据权利要求1所述的铁道车辆轮轨高频载荷激励试验装置，其特征在于：所述刚度弹性元件(5)为钢板。

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