[發明專利]一種快速測量輪軌黏著-蠕滑曲線的實驗方法

在審

• 申請號: 201910129168.5
• 申請日: 2019-02-19
• 公開（公告）號: CN109708906A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 王文健;師陸冰;丁昊昊;李群;郭俊;劉啟躍;周仲榮;溫澤峰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01M17/10
• 分類號: G01M17/10;G01N19/00
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 張澎;崔建中

本發明公開了一種快速測量輪軌黏著?蠕滑曲線的實驗方法，試驗開始伺服驅動電機以設定的模擬速度帶動兩轉軸同速轉動，保持蠕滑率為0；輪試樣軸上施加方向向下的法向載荷，使輪軌試樣發生滾動接觸，其界面接觸應力取現場輪軌界面接觸應力水平；其后的實驗過程中：軌試樣軸驅動電機保持穩定轉速，輪試樣軸驅動電機按照設定的蠕滑率s變化曲線進行調整；控制輪軌試樣間的蠕滑率按照設定的曲線變化，測量并記錄蠕滑率變化過程中輪軌試樣間的黏著系數。本方法可在一次實驗過程中獲得一條完整的黏著?蠕滑曲線，與傳統方法相比可有效降低實驗時間，且所測曲線均勻連續，包含更多的曲線變化細節，可有效利用數值擬合方法進行曲線特征分析。

技術領域

本發明涉及模擬輪軌滾動接觸實驗技術，具體涉及一種測定輪軌界面黏著-蠕滑曲線及曲線特征的實驗方法。

背景技術

輪軌界面黏著-蠕滑曲線是反映機車運行過程中輪軌界面的可利用黏著水平，是機車動力研究和黏著控制系統設計的重要參數，其曲線特征(包含曲線峰值點位置和初始階段斜率)是評價蠕滑率對黏著系數影響規律的簡化指標。

考慮實驗的經濟性和重復性，輪軌界面黏著實驗廣泛地在實驗室內采用雙輪對滾方式進行模擬，黏著-蠕滑曲線的測定往往通過進行多組不同蠕滑率下的獨立實驗測定每個蠕滑下平均黏著系數的方式獲得。該實驗方法獲得的黏著-蠕滑曲線受實驗樣本量的限制，往往只是對幾個間隔較大的蠕滑率下的數據點間的連線，其均勻性較差，只能進行趨勢分析，不能準確判定曲線峰值點的具體位置和初始階段的斜率。此外，該實驗方法需要進行多組不同蠕滑率下的獨立實驗，所需實驗時間較長，且易受不同實驗組間的模擬條件變化的影響。

發明內容

針對現有實驗方法存在的問題，本發明擬提供一種快速測量輪軌界面黏著-蠕滑曲線及曲線特征的實驗方法，該方法同樣基于雙輪對滾式輪軌滾動接觸模擬實驗，實驗過程中通過控制輪軌試樣間蠕滑率按照設定的曲線進行均勻變化在一組實驗內便可以自動獲得一條完整、連續的黏著-蠕滑曲線，并通過對曲線進行數值擬合的方式自動獲得曲線峰值點位置和初始斜率。

為實現發明目的，所采用的技術方案是：

一種快速測量輪軌黏著-蠕滑曲線的實驗方法，將車輪材料與鋼軌材料加工成圓盤狀對滾試樣分別安裝于兩平行設置的輪試樣軸和軌試樣軸上，并由兩個伺服驅動電機分別驅動以設定的模擬速度帶動兩軸轉動，通過液壓機構在上轉軸上施加法向載荷，使輪軌試樣發生滾動接觸；通過設置在輪試樣軸上的扭矩傳感器和設置在液壓機構中的壓力傳感器測定摩擦力矩和實驗力數據而最終獲得輪軌界面黏著-蠕滑性能。采用如下的步驟完成實驗：(1)試驗開始：伺服驅動電機以設定的模擬速度帶動兩轉軸同速轉動，保持蠕滑率為0；輪試樣軸上施加方向向下的法向載荷，其載荷接觸應力取現場輪軌界面接觸應力；使輪軌試樣發生滾動接觸；(2)其后的實驗過程中：軌試樣軸驅動電機保持穩定轉速，輪試樣軸的伺服驅動電機按照設定的蠕滑率變化曲線進行降速或升速；鋼軌試樣轉速恒定為n_r，車輪試樣轉速n_w按照n_w＝n_r*(1-s)的關系進行實時調整，控制輪軌試樣間的蠕滑率按照設定的曲線變化，在此過程中測量并記錄蠕滑率變化過程中輪軌試樣間的黏著系數；(3)根據記錄的蠕滑率和黏著系數輸出一條完整的黏著-蠕滑曲線，及曲線的峰值點位置和初始斜率。

步驟(2)中蠕滑率s變化曲線在模擬制動工況時為階梯式上升曲線，從0遞增至終值S_t；在模擬牽引工況時為階梯式下降曲線，從0遞減至終值S_t；蠕滑率調整速率為每200轉(鋼軌試樣轉數)增加或降低0.1％，保證輪軌試樣始終處于穩態滾動狀態。

為保證能準確評估黏著-蠕滑曲線特征，所選終值S_t絕對值應超過所測黏著-蠕滑曲線峰值點處蠕滑率絕對值的兩倍以上，該值可根據經驗選擇一較大值(通常5％即可滿足要求)或通過預實驗確定。

曲線的峰值點位置和初始斜率通過對測得的黏著-蠕滑曲線進行數值擬合獲得。