[發(fā)明專利]輪軸疲勞試驗裝置及方法

在審

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• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107014627A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任學(xué)沖;陳新;高建雨
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G01M17/10
• 分類號: G01M17/10;G01M13/00;G01N3/38
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司11237
• 代理人: 張仲波

1.一種輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，包括：

縮比輪和軌道輪，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中模擬實際車輪和實際車輪運行的實際軌道；所述縮比輪取樣于待測的實際車輪，并與所述實際車輪成比例縮放制成，所述軌道輪選用與實際軌道具有相同成分、顯微組織和力學(xué)性能的材料制成；

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動所述縮比輪和所述軌道輪中的一個；

垂向加載系統(tǒng)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中向所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪施加垂向載荷，使所述縮比輪的踏面與所述軌道輪接觸；

阻尼及制動機(jī)構(gòu)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中向所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪施加扭矩，模擬車輪實際運行中與實際軌道間的摩擦力及制動力；

控制器，用于控制所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、所述垂向加載系統(tǒng)和所述阻尼及制動機(jī)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，還包括：橫向移動系統(tǒng)，用于在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中驅(qū)動所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪，使所述縮比輪相對所述軌道輪發(fā)生橫向移動，模擬車輪實際運行中的橫向移動；所述控制器還用于控制所述橫向移動系統(tǒng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，所述橫向移動系統(tǒng)包括：橫向移動滑板和橫向移動機(jī)構(gòu)；

所述橫向移動滑板與所述橫向移動機(jī)構(gòu)相連，所述橫向移動機(jī)構(gòu)通過所述橫向移動滑板驅(qū)動所述縮比輪，使所述縮比輪相對所述軌道輪發(fā)生橫向移動。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，所述垂向加載系統(tǒng)，包括：垂向可移動橫梁、載荷傳感器、加載連桿和垂向加載機(jī)構(gòu)；

所述垂向可移動橫梁通過所述載荷傳感器與所述加載連桿連接，所述加載連桿與所述垂向加載機(jī)構(gòu)相連。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，還包括：在車軸疲勞試驗中使用的縮比車軸和模擬車輪，所述縮比車軸取樣于待測的實際車軸，并與所述實際車軸成比例縮放制成，所述模擬車輪用于模擬實際運行時車輪對實際車軸的作用；

在車軸疲勞試驗時，所述縮比車軸一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，另一端為加載端，與一加載端軸承相連；所述垂向加載系統(tǒng)還用于通過所述加載軸承對所述縮比車軸的加載端施加載荷；所述模擬車輪壓裝連接所述縮比車軸，與所述縮比車軸壓裝好的模擬車輪固定在固定盤上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，還包括：在車輪輻板疲勞試驗中使用的縮比輪和模擬車軸，所述縮比輪的輻板從實際的全尺寸車輪輻板上取樣，并與所述實際車輪的輻板成比例縮放制成，所述模擬車軸用于模擬實際運行時車軸對實際車輪的作用；

在車輪輻板疲勞試驗時，所述模擬車軸一端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，另一端為加載端，與一加載端軸承相連；所述垂向加載系統(tǒng)還用于通過所述加載軸承對所述模擬車軸的加載端施加載荷；所述縮比輪壓裝連接所述模擬車軸，與所述模擬車軸壓裝好的縮比輪固定在固定盤上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，所述縮比輪與所述模擬車軸采用過盈壓裝方式連接，壓裝過盈比與實際車輪和車軸壓裝過盈比相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)及軸承；

在輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)及軸承與所述軌道輪的主軸相連接，所述縮比輪的主軸與所述阻尼及制動機(jī)構(gòu)相連接；

在車軸疲勞試驗和車輪輻板疲勞試驗中，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)及軸承與所述縮比車軸相連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輪軸疲勞試驗裝置，其特征在于，還包括：裝置底座和固定在裝置底座上的承載立柱，所述承載立柱上設(shè)置有固定橫梁，垂向加載系統(tǒng)中的垂向加載機(jī)構(gòu)固定在所述固定橫梁上；

所述軌道輪設(shè)置在軌道輪支座上，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)設(shè)置在電機(jī)支座上，所述縮比車軸設(shè)置在約束支撐裝置上；所述裝置底座上開有T型槽，所述電機(jī)支座、所述軌道輪支座及所述縮比車軸固定端的約束支撐裝置均通過螺栓連接在所述裝置底座上。

10.一種使用1-9任一項所述的輪軸疲勞試驗裝置進(jìn)行輪軸疲勞試驗的方法，其特征在于，進(jìn)行輪、軌接觸疲勞及摩擦-磨損試驗時，該方法包括：

試樣準(zhǔn)備：準(zhǔn)備縮比輪和軌道輪；

試驗過程：安裝實驗裝置，包括安裝縮比輪和軌道輪，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動所述縮比輪和所述軌道輪中的一個；通過控制器控制垂向加載系統(tǒng)和橫向移動系統(tǒng)，使所述縮比輪對的車輪踏面和所述軌道輪接觸，并通過垂向加載系統(tǒng)對所述縮比輪或所述軌道輪施加載荷；啟動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，待運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，通過阻尼及制動機(jī)構(gòu)對向所述縮比輪和所述軌道輪中的從動輪施加阻尼轉(zhuǎn)矩，使所述縮比輪的車輪踏面與所述軌道輪之間形成摩擦力；通過控制器控制橫向移動系統(tǒng)，使所述縮比輪相對所述軌道輪進(jìn)行橫向運動，用以模擬車輪實際運行時的橫向運動；試驗過程中自動記錄用于后期試樣疲勞性能分析的實驗數(shù)據(jù)，包括垂向加載載荷、試樣旋轉(zhuǎn)周次、車輪橫向移動距離、橫向載荷；對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對所述縮比輪的踏面進(jìn)行檢查，評價車輪踏面接觸疲勞損傷狀態(tài)；

進(jìn)行車軸疲勞試驗和/或車輪輻板疲勞試驗時，該方法包括：

試樣準(zhǔn)備：車軸疲勞試驗中需要準(zhǔn)備縮比車軸和模擬車輪，所述模擬車輪用于模擬實際運行時車輪對實際車軸的作用；車輪輻板疲勞試驗中需要準(zhǔn)備縮比輪和模擬車軸，所述縮比輪的輻板從實際的全尺寸車輪輻板上取樣，并與所述實際車輪的輻板成比例縮放制成，所述模擬車軸用于模擬實際運行時車軸對實際車輪的作用；

試驗過程：安裝實驗裝置，包括安裝縮比車軸和/或縮比輪，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動縮比車軸或者縮比輪；通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動試樣旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行疲勞試驗；試驗過程中自動記錄用于后期試樣疲勞性能的分析的試驗數(shù)據(jù)，包括垂向加載載荷、試樣旋轉(zhuǎn)周次；對所述縮比車軸的表面進(jìn)行檢查，評價車軸疲勞損傷狀態(tài)，確定車軸疲勞性能，或者對所述縮比輪的輻板表面進(jìn)行檢查，評價車輪輻板疲勞損傷狀態(tài)，確定車輪輻板疲勞性能。