[發(fā)明專利]一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置

無效

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• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102607869A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文健;劉啟躍;石心余;朱旻昊;周仲榮
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01M17/10
• 分類號: G01M17/10
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國鐵路尤其高速鐵路進(jìn)入了快速發(fā)展階段。高速鐵路超越了常規(guī)鐵路的技術(shù)范疇，是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)、多學(xué)科組成的系統(tǒng)工程。高速鐵路的高速輪軌關(guān)系問題直接影響到機(jī)車牽引功率的發(fā)揮、輪軌表面損傷、列車運(yùn)行穩(wěn)定性、列車制動等方面，是高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。列車的運(yùn)行是由輪軌相互作用產(chǎn)生的牽引和制動粘著摩擦力而實(shí)現(xiàn)的，車輪在軌道上高速滾動，由于車輪踏面的錐度及軌道彎道、坡道等多種因素影響，存在著不同形式的蠕滑現(xiàn)象，同時由于輪軌之間的牽引和制動粘著摩擦力的作用，使得輪軌之間的作用成為一種最為復(fù)雜的滾動形式，其相互作用過程是一個很復(fù)雜的摩擦學(xué)過程。

實(shí)踐表明，根據(jù)現(xiàn)有的知識，還很難單憑理論來評估高速輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能，一般來說都需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，以獲得可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用以指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計(jì)。線路運(yùn)用試驗(yàn)雖然具有較高的可靠性，但其費(fèi)用大、持續(xù)時間長，對正常的鐵路運(yùn)營影響大，同時也難以控制運(yùn)用條件。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)可以控制運(yùn)用條件，也可把許多復(fù)雜的因素分別加以研究，從而獲得較為精確、詳盡的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)方便地模擬出高速運(yùn)動中的輪軌關(guān)系及其摩擦磨損情況，且該裝置自動化程度高、操作簡單方便、測量精度高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。從而為高速鐵路輪軌的設(shè)計(jì)生產(chǎn)與維護(hù)提供更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種高速輪軌模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其構(gòu)成是：

底座的右部設(shè)有可沿垂軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座上安裝有右直流電動機(jī)，右直流電動機(jī)軸的左端通過右升變速齒輪箱與鋼軌模擬盤相連接；右直流電動機(jī)軸的右端連接有右光電編碼器；

底座的左部設(shè)有立座，立座上安裝有左直流電動機(jī)，左直流電動機(jī)軸的右端通過左升變速齒輪箱及萬向聯(lián)軸器與模擬車輪的軸連接，左直流電動機(jī)軸的左端連接左光電編碼器；

模擬車輪位于鋼軌模擬盤的正上方，模擬車輪的軸通過軸承安裝于軸承座上，軸承座的上端依次通過三維力傳感器、可橫向移動的支架與立座上的垂向激振作動器連接，軸承座的側(cè)面則與立座上的橫向加載電動缸連接。

本發(fā)明的工作過程和原理是：

轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)座調(diào)整模擬車輪與模擬鋼軌盤的沖角，以模擬出車輪轉(zhuǎn)彎時的彎道曲線半徑。開啟左、右直流電動機(jī)分別驅(qū)動模擬車輪與模擬鋼軌盤按設(shè)定轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，由于左直流電動機(jī)是通過萬向聯(lián)軸器與模擬車輪相連，使得模擬車輪既能沿其軸轉(zhuǎn)動，同時車輪整體又能在一定范圍內(nèi)沿各個方向偏移及轉(zhuǎn)動，也即左直流電動機(jī)在驅(qū)動其轉(zhuǎn)動的同時不妨礙其各個方向上載荷的加載。保證了垂向激振動作器可以垂向向模擬車輪加壓，同時垂向激振動作器又是通過可橫向移動的支架與模擬車輪相連，使得橫向加載電動缸能夠從軸承座的側(cè)面向模擬車輪施加橫向壓力。

啟動垂向激振動作器，使支架、軸承座及模擬車輪向下移動，模擬車輪接觸到鋼軌模擬盤；然后，按試驗(yàn)要求通過垂向激振動作器向模擬車輪施加設(shè)定的垂向力和垂向激振頻率，模擬列車運(yùn)行時因車體重量向車輪施加的垂向力，即因軌道縱向不平順產(chǎn)生的車輪垂向振動；同時，啟動橫向加載電動缸，向模擬車輪施加橫向作用力，模擬車輛拐彎時產(chǎn)生的離心力等橫向作用力，從而可完整的實(shí)現(xiàn)各種工況下的高速輪軌接觸行為的模擬。實(shí)驗(yàn)過程中，通過三維力傳感器采集并傳送模擬輪軌受到的垂向力、橫向力、切向力(摩擦力)。實(shí)驗(yàn)完成后，通過對采集到數(shù)據(jù)的處理可分析不同工況下的輪軌接觸行為，如垂向力、橫向力、切向力之間的變化關(guān)系；并可對模擬車輪和鋼軌模擬盤的表面摩擦磨損情況進(jìn)行進(jìn)一步的觀察與分析測試。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、模擬車輪和鋼軌模擬盤分別通過左、右升變速齒輪箱與左、右直流電動機(jī)相連接，可模擬出高速輪軌間的相對運(yùn)動速度，其輪軌間的相對線速度最高可達(dá)到400km/h，能滿足高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)的要求。

二、左直流電動機(jī)通過萬向聯(lián)軸器與模擬車輪相連，使得模擬車輪既能沿其軸轉(zhuǎn)動，同時車輪整體又能在一定范圍內(nèi)沿各個方向偏移及轉(zhuǎn)動。加之垂向激振作動器又是通過可橫向移動的支架與模擬車輪相連，從而能夠通過垂向激振作動器和橫向加載電動缸對模擬車輪進(jìn)行垂向力和垂向振動加載及橫向力的加載。從而在實(shí)驗(yàn)室里能較真實(shí)地模擬出各種工況下的高速輪軌關(guān)系行為。試驗(yàn)機(jī)最大垂向力加載達(dá)15kN，最大橫向力達(dá)5kN，最大頻率可到20Hz，能滿足高速列車多種輪軌接觸行為的實(shí)驗(yàn)研究。