專利名稱:一種輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括設(shè)置在水平面上的基礎(chǔ)平臺(tái)，固定安裝在基礎(chǔ)平臺(tái)上的加載框架上方滑動(dòng)連接有荷載箱，所述基礎(chǔ)平臺(tái)上安裝有電機(jī)，電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，曲柄與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模擬車輪在鋼軌試件上水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述模擬車輪通過載荷連桿與所述荷載箱連接，模擬車輪的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)又會(huì)通過載荷連桿帶動(dòng)荷載箱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)放置在模擬車輪下方的鋼軌試件施加動(dòng)荷載。本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高、維護(hù)費(fèi)用大和花費(fèi)時(shí)間長的缺陷，具有成本低、維護(hù)費(fèi)用小和花費(fèi)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及鐵路領(lǐng)域的一種室內(nèi)試驗(yàn)裝置，具體地，涉及一種運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]輪軌接觸問題是軌道交通系統(tǒng)中的一個(gè)重要問題。鋼軌作為輪軌系統(tǒng)的重要組成部分，是發(fā)展鐵路運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。近年來，隨著鐵路的高速化和重載化，鋼軌疲勞裂紋擴(kuò)展、波浪形磨耗、剝離掉塊、壓潰以及斷裂等輪軌摩擦損傷問題日益嚴(yán)重，大大增加了線路的運(yùn)行和維護(hù)成本，嚴(yán)重影響列車運(yùn)行的安全性和舒適性，造成了巨大的人力和物力損失。因此，研究輪軌接觸對(duì)鋼軌疲勞傷損影響對(duì)減緩鋼軌損傷，延長其使用壽命具有重要的現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。
[0003]由于輪軌損傷是多種因素共同作用的結(jié)果，其損傷機(jī)理非常復(fù)雜，數(shù)值分析方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工況下輪軌損傷準(zhǔn)確的定量分析。因此，為了更好地研究輪軌摩擦接觸關(guān)系，揭示輪軌損傷的發(fā)展機(jī)理，進(jìn)行試驗(yàn)研究是非常必要且可行的方法。目前，輪軌接觸關(guān)系的試驗(yàn)研究主要有線路實(shí)驗(yàn)(實(shí)測)、臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和試樣試驗(yàn)三種。線路試驗(yàn)是在現(xiàn)場條件下進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，雖然更接近實(shí)際情況，但需要多個(gè)測量點(diǎn)保證測量的精確度，受偶然因素影響大，不易單獨(dú)分析單一因素對(duì)輪軌接觸的影響，可比性差，因此使用不廣泛。臺(tái)架試驗(yàn)是將實(shí)際使用的輪軌部件裝在專用的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較接近實(shí)際，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性較高，是一種能真實(shí)反映輪軌系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)驗(yàn)，但費(fèi)用非常昂貴。試樣實(shí)驗(yàn)是將摩擦副材料按一定比例縮小尺寸制成結(jié)構(gòu)形狀比較簡單的試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的輪軌接觸要與實(shí)際的接觸情況滿足相似準(zhǔn)則，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果能反應(yīng)實(shí)際工況，該方法便于單獨(dú)測試各個(gè)因素對(duì)輪軌接觸的影響，有利于揭示輪軌摩擦損傷的形成機(jī)理，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)進(jìn)行，經(jīng)濟(jì)方便，在輪軌摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中較常用。
[0004]目前，國內(nèi)外具有代表性的輪軌模擬試驗(yàn)機(jī)主要有美國的IIT-GMEMD輪軌模擬試驗(yàn)機(jī)、日本輪軌實(shí)物環(huán)形疲勞試驗(yàn)臺(tái)、德國慕尼黑機(jī)車車輛整車滾振試驗(yàn)臺(tái)、全尺寸單輪軌滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)臺(tái)、西南交通大學(xué)的JD-1型和JD-2型輪軌模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)等。
[0005]JD-1型輪軌模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)與IIT GMEMD輪軌模擬試驗(yàn)機(jī)原理相似，采用一個(gè)按一定比例制作的車輪模擬實(shí)際的車輪，采用一個(gè)軌道輪來模擬鋼軌，軌道輪和車輪分別由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用專門的加載裝置在車輪上施加垂向和橫向載荷，并可以模擬實(shí)際運(yùn)行，對(duì)車輪施加激振，配置專門的傳感器測試輪軌之間的載荷并反饋到控制臺(tái)。這兩種實(shí)驗(yàn)機(jī)的不足之處是車輪和鋼軌均用輪子模擬，不能很好的模擬車輪和鋼軌的實(shí)際接觸關(guān)系。JD-2型實(shí)驗(yàn)機(jī)與JD-1型實(shí)驗(yàn)機(jī)的原理相同。
[0006]日本輪軌實(shí)物環(huán)形疲勞試驗(yàn)臺(tái)能在不同輪軌條件下，進(jìn)行輪軌實(shí)物疲勞傷損和磨耗機(jī)理的綜合試驗(yàn)研究，但車輪滾動(dòng)過程中鋼軌承受的垂向荷載是恒定的，不能真實(shí)模擬列車運(yùn)行過程中鋼軌受到的垂向振動(dòng)作用。
[0007]全尺寸單輪軌滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)臺(tái)的工作原理是:電機(jī)通過曲軸帶動(dòng)滑動(dòng)平臺(tái)做往返運(yùn)動(dòng)，鋼軌放置在滑動(dòng)平臺(tái)上，用按一定比例制作的車輪模擬實(shí)際車輪，軸動(dòng)器施加荷載到滑動(dòng)支架上，此試驗(yàn)裝置可模擬輪軌滾動(dòng)接觸疲勞現(xiàn)象。該試驗(yàn)臺(tái)是通過鋼軌的往返運(yùn)動(dòng)來模擬輪軌間的接觸，鋼軌在運(yùn)動(dòng)過程中具有不斷變化的速度和加速度，這與實(shí)際輪軌接觸的邊界條件不符。
[0008]德國慕尼黑機(jī)車車輛整車滾振試驗(yàn)臺(tái)是在目前所建成的試驗(yàn)臺(tái)中，滾輪運(yùn)動(dòng)功能最強(qiáng)的試驗(yàn)臺(tái)。滾輪的動(dòng)態(tài)位移有上下、左右、傾斜、旋轉(zhuǎn)4個(gè)自由度，并采用了液壓伺服激振控制，能準(zhǔn)確模擬線路狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)整車線路運(yùn)行的動(dòng)態(tài)模擬。該試驗(yàn)臺(tái)的造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用非常昂貴。
[0009]通過以上幾種輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)可以看出，傳統(tǒng)的輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)主要采用靜力加載方式，與實(shí)際的鋼軌受力情況相比仍有差距，且存在成本高、維護(hù)費(fèi)用大和花費(fèi)時(shí)間長等缺陷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，以實(shí)現(xiàn)成本低、維護(hù)費(fèi)用小和花費(fèi)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括設(shè)置在水平面上的基礎(chǔ)平臺(tái)，固定安裝在基礎(chǔ)平臺(tái)上的加載框架上方滑動(dòng)連接有荷載箱，所述基礎(chǔ)平臺(tái)上安裝有電機(jī)，電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，曲柄與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模擬車輪在鋼軌試件上水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述模擬車輪通過載荷連桿與所述荷載箱連接，模擬車輪的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)又會(huì)通過載荷連桿帶動(dòng)荷載箱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)放置在模擬車輪下方的鋼軌試件施加動(dòng)荷載。
[0012]優(yōu)選地，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括曲柄、導(dǎo)軌連桿、車輪連桿和橡膠導(dǎo)輪，所述曲柄一端與所述電機(jī)的輸出軸連接，曲柄另一端與導(dǎo)軌連桿一端連接，所述導(dǎo)軌連桿另一端與橡膠導(dǎo)輪連接，所述橡膠導(dǎo)輪同時(shí)又與車輪連桿一端連接，所述車輪連桿另一端與設(shè)置在鋼軌試件上的模擬車輪連接，通過與曲柄相連的導(dǎo)輪連桿帶動(dòng)橡膠導(dǎo)輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)模擬車輪在鋼軌試件上水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0013 ]優(yōu)選地，所述電機(jī)為變速電機(jī)，可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變模擬車輪的運(yùn)行速度。
[0014]優(yōu)選地，所述橡膠導(dǎo)軌設(shè)置在導(dǎo)軌限位框內(nèi)，保證所述橡膠導(dǎo)軌水平方向運(yùn)動(dòng)。
[0015]優(yōu)選地，所述加載框架，是由焊接在基礎(chǔ)平臺(tái)上的四根鋼柱和上部固定荷載箱的鋼板構(gòu)成的錐形結(jié)構(gòu)，荷載箱兩側(cè)鋼板的內(nèi)側(cè)裝有定向輪，可以減小荷載箱和鋼板之間的摩擦力。
[0016]優(yōu)選地，所述鋼軌試件左、右兩側(cè)分別安裝橫向限位板和縱向限位板，并且在所述模擬車輪上安裝車輪制動(dòng)裝置。
[0017]優(yōu)選地，所述加載框架是由焊接在基礎(chǔ)平臺(tái)上的四根鋼柱和上部固定荷載箱的鋼板構(gòu)成的錐形結(jié)構(gòu)，荷載箱兩側(cè)鋼板的內(nèi)側(cè)裝有定向輪，可以減小荷載箱和鋼板之間的摩擦力。(載荷箱與框架通過什么連接方式實(shí)現(xiàn)載荷箱上下移動(dòng))
[0018]本實(shí)用新型有益效果是:本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高、維護(hù)費(fèi)用大和花費(fèi)時(shí)間長的缺陷，具有成本低、維護(hù)費(fèi)用小和花費(fèi)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。
[0019]本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而了解。
【附圖說明】

[0020]圖1為本實(shí)用新型運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型中荷載箱和加載框架間連接方式示意圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型中曲柄連桿機(jī)構(gòu)的局部示意圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型中基礎(chǔ)平臺(tái)和加載框架示意圖；
[0025]圖6為本實(shí)用新型中橡膠導(dǎo)輪限位框示意圖；
[0026]圖7為本實(shí)用新型中鋼軌試件縱向限位器示意圖；
[0027]圖8為本實(shí)用新型中鋼軌試件橫向限位板示意圖；
[0028]圖9為本實(shí)用新型中新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)動(dòng)載荷加載流程示意圖。
[0029]圖中:丨-基礎(chǔ)平臺(tái)，2-電機(jī)，3-導(dǎo)輪底座，4-導(dǎo)輪限位框；
[0030]I O-輸出軸，11-曲柄，12-導(dǎo)輪連桿，13-車輪連桿，14-荷載箱連桿，15-車輪制動(dòng)裝置，20-橡膠導(dǎo)輪，30-模擬車輪；
[0031 ] 50-縱向限位板支撐，51-縱向限位板，52-鋼軌試件，53-軌枕試件，54-橫向限位板，55-縱向限位板移動(dòng)孔位，56-模擬車輪橫向限位板，57-模擬車輪橫向位移調(diào)節(jié)器；
[0032]100-加載框架，200-荷載箱，300-荷載箱限位器。
【具體實(shí)施方式】
[0033]結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
[0034]—種輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括設(shè)置在水平面上的基礎(chǔ)平臺(tái)，固定安裝在基礎(chǔ)平臺(tái)上的加載框架上方滑動(dòng)連接有荷載箱，所述基礎(chǔ)平臺(tái)上安裝有電機(jī)，電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，曲柄與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模擬車輪在鋼軌試件上水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述模擬車輪通過載荷連桿與所述荷載箱連接，模擬車輪的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)又會(huì)通過載荷連桿帶動(dòng)荷載箱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)放置在模擬車輪下方的鋼軌試件施加動(dòng)荷載。
[0035]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，如圖1-8所示，提供了一種室內(nèi)輪軌疲勞荷載實(shí)驗(yàn)裝置及方法，具體是一種運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置及動(dòng)荷載加載方法。
[0036]本實(shí)用新型的技術(shù)方案，將加載框架上的荷載箱通過荷載箱連桿與模擬車輪連接，當(dāng)電機(jī)通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模擬車輪水平往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，荷載箱連桿會(huì)帶動(dòng)荷載箱上下往返運(yùn)動(dòng)，達(dá)到對(duì)鋼軌試件施加垂向振動(dòng)荷載的效果。通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以模擬不同的行車速度，通過調(diào)整荷載箱中的砝碼質(zhì)量可以模擬不同軸重工況。模擬車輪由列車輪轂材料制成，鋼軌試件由60kg/m的鋼軌材料制成。
[0037]本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，一種運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，包括基礎(chǔ)平臺(tái)1、荷載框架10、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、輪軌系統(tǒng)和加載機(jī)構(gòu)。
[0038]其中，基礎(chǔ)平臺(tái)I的功能是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置起固定和支撐作用，尺寸依賴于電機(jī)的長度和整個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的長度，厚度以3cm左右為宜，材料為鋼材。
[0039]荷載框架100的功能是固定和支撐荷載箱200，尺寸依賴于荷載箱的位置，高度由整個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸決定。
[0040]傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)2、曲柄11、導(dǎo)輪連桿12、橡膠導(dǎo)輪20、車輪連桿13、模擬車輪30和荷載箱連桿14。啟動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)連接在電機(jī)輸出軸上的曲柄旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步通過導(dǎo)輪連桿帶動(dòng)橡膠導(dǎo)輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而通過車輪連桿帶動(dòng)模擬車輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，通過荷載箱連桿帶動(dòng)荷載箱上下往返運(yùn)動(dòng)，使作用在鋼軌試件上的垂向荷載周期性變化，有效的模擬了列車實(shí)際運(yùn)行過程中的垂向振動(dòng)作用。
[0041]限位機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)輪底座13、導(dǎo)輪限位框4、鋼軌縱向限位板支撐50、鋼軌縱向限位板51、鋼軌橫向限位板54、模擬車輪橫向限位板56和荷載箱限位器300。調(diào)整導(dǎo)輪底座的高度，使電機(jī)的輸出軸、橡膠導(dǎo)輪和模擬車輪的軸心在同一水平線上。導(dǎo)輪限位框約束橡膠導(dǎo)輪的垂向運(yùn)動(dòng)，保證模擬車輪和橡膠導(dǎo)輪具有完全相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。鋼軌縱向限位板支撐、鋼軌縱向限位板和鋼軌橫向限位板共同作用，保證鋼軌試件的穩(wěn)定。模擬車輪橫向限位板可以限制模擬車輪的橫向位移。荷載箱限位器起到固定荷載箱和限制荷載箱水平位移的作用。
[0042]輪軌系統(tǒng)包括模擬車輪30、鋼軌試件52、車輪制動(dòng)裝置15和軌枕試件53。鋼軌試件固定在軌枕試件上，安裝在模擬車輪上的車輪制動(dòng)裝置可以調(diào)節(jié)車輪和鋼軌間的蠕滑率，模擬車輪與鋼軌間的純滑動(dòng)、純滾動(dòng)和又滾又滑工況。
[0043]加載機(jī)構(gòu)包括加載框架100、荷載箱200和荷載箱連桿14。模擬車輪的往返運(yùn)動(dòng)通過荷載箱連桿傳遞給荷載箱，使荷載箱做垂直往返運(yùn)動(dòng)，在此過程中，荷載箱的速度和加速度周期性變化，從而使模擬車輪收到周期性變化的垂向力，模擬車輪又會(huì)將這種垂向力傳遞給鋼軌試件，對(duì)鋼軌試件形成周期性的垂向激勵(lì)，有效的模擬了列車運(yùn)行過程中鋼軌的垂向振動(dòng)。
[0044]同時(shí)，本實(shí)用新型采用的另一種技術(shù)方案是:一種與上述運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置相匹配的動(dòng)力加載實(shí)驗(yàn)方法，包括:
[0045](I)根據(jù)相似性原理，采用鋼軌材料制成幾組鋼軌試件，鋼軌試件的截面幾何形狀按60kg/m鋼軌的截面尺寸等比例縮小;在鋼軌試件上用鉬絲切割機(jī)預(yù)制初始裂紋，控制在疲勞加載過程中疲勞裂紋萌生的位置和方向，可根據(jù)初始裂紋的傾角不同將鋼軌試件進(jìn)行分組，不設(shè)初始裂紋的鋼軌試件作為參照組；
[0046](2)在鋼軌限位器內(nèi)，鋼軌試件的下方放置軌枕模型，軌枕試件用C50混凝土澆筑而成，鋼軌試件通過扣件固定在軌枕模型上，可以模擬不同軌枕間距對(duì)鋼軌疲勞的影響；
[0047](3)軌枕的下方設(shè)置橡膠墊，通過調(diào)整橡膠墊的厚度可以模擬不同的軌道剛度對(duì)鋼軌疲勞的影響，軌枕試件和橡膠墊通過螺栓固定在基礎(chǔ)平臺(tái)上；
[0048](4)調(diào)節(jié)電機(jī)、橡膠導(dǎo)輪和模擬車輪的高度，使三者的軸心在同一水平線上；
[0049](5)在荷載箱中加入砝碼，通過調(diào)節(jié)荷載箱中砝碼的質(zhì)量，可以模擬不同軸重下的鋼軌疲勞情況；
[0050](6)啟動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)連接在電機(jī)輸出軸上的曲柄旋轉(zhuǎn)，通過與曲柄相連的導(dǎo)輪連桿帶動(dòng)橡膠導(dǎo)輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，橡膠導(dǎo)輪通過連桿與模擬車輪連接，帶動(dòng)模擬車輪在其下方的鋼軌試件上水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，模擬車輪的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)又會(huì)通過連桿帶動(dòng)與其相連的荷載箱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，荷載箱的速度和加速度的大小和方向均不斷變化，通過連桿把荷載傳遞到模擬車輪上，使模擬車輪的垂向速度和加速度不斷變化，在模擬車輪做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，車輪作用在鋼軌試件上的垂向荷載不斷變化，有效的模擬了列車實(shí)際運(yùn)行過程中的垂向振動(dòng)作用，同時(shí)，模擬車輪的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)更真實(shí)的模擬了線路的雙向運(yùn)輸工況；
[0051]其中，電機(jī)為變速電機(jī)，根據(jù)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以模擬不同的運(yùn)行速度工況；
[0052]改變輪軌接觸表面的粗糙度，可以模擬輪軌間不同摩擦系數(shù)工況；
[0053]通過不同材料的輪軌試件，可以研究不同材料對(duì)輪軌疲勞的影響；
[0054]制作踏面形狀不同的車輪試件和斷面形狀不同的鋼軌試件，可以研究輪軌幾何型面對(duì)輪軌疲勞的影響；
[0055]在進(jìn)行疲勞加載后，可以通過游標(biāo)卡尺和高精度電子秤測量鋼軌試件的磨耗量，通過紅外線探傷儀和光學(xué)顯微鏡觀察鋼軌裂紋的擴(kuò)展情況。
[0056]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案，至少可以達(dá)到的有益效果是:
[0057](I)利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)車輪和荷載箱同時(shí)運(yùn)動(dòng)，有效的模擬了列車在軌道上運(yùn)行時(shí)的垂向振動(dòng)作用，使鋼軌具有垂向的振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度，更加真實(shí)的模擬了輪軌間的垂向相互作用，且操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)。
[0058](2)利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)車輪做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，模擬線路雙向運(yùn)輸，更加靠近線路運(yùn)營的實(shí)際情況。
[0059](3)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，養(yǎng)護(hù)維修方便。現(xiàn)有技術(shù)中，國內(nèi)外現(xiàn)有的輪軌實(shí)驗(yàn)臺(tái)造價(jià)都非常昂貴，且養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用也很高，極大的限制了輪軌室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的開展，特別是限制了輪軌實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)行。本實(shí)用新型總造價(jià)不超過3萬元人名幣，且超聲波探傷儀和光學(xué)顯微鏡均可與其實(shí)驗(yàn)儀器共用，可進(jìn)一步降低了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備采購費(fèi)。
[0060]例如，參見圖1?圖4，本實(shí)施例的運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，包括基礎(chǔ)平臺(tái)1、荷載框架100、2-電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、輪軌系統(tǒng)和加載機(jī)構(gòu)。[0061 ]其中，基礎(chǔ)平臺(tái)I的功能是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置起固定和支撐作用，尺寸為1030 X 400X 30mm，材料為鋼材。
[0062]荷載框架100的功能是固定和支撐荷載箱200，尺寸依賴于荷載箱的位置，高度由整個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸決定。本實(shí)施例中荷載箱的高度為1000mm，荷載框架底板尺寸為1500 X 1500 X 50mm，示意圖見圖5，載荷箱和支撐框架通過導(dǎo)軌相連，載荷箱下部有與之鉸結(jié)相連的鏈桿，鏈桿另一端鉸結(jié)于模擬車輪的輪軸。車輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)鏈桿繞載荷箱底部鉸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由于車輪軸始終保持水平，鏈桿的這種相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)載荷箱在支撐框架內(nèi)沿鉛直導(dǎo)軌上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而模擬出列車鉛直方向荷載的周期性變化。
[0063]傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)2、曲柄11、導(dǎo)輪連桿12、橡膠導(dǎo)輪20、車輪連桿13、模擬車輪30和荷載箱連桿14。啟動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)連接在電機(jī)輸出軸上的曲柄旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步通過導(dǎo)輪連桿帶動(dòng)橡膠導(dǎo)輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而通過車輪連桿帶動(dòng)模擬車輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，通過荷載箱連桿帶動(dòng)荷載箱上下往返運(yùn)動(dòng)，使作用在鋼軌試件上的垂向荷載周期性變化，有效的模擬了列車實(shí)際運(yùn)行過程中的垂向振動(dòng)作用。本實(shí)施例中曲柄尺寸為5 X 50 X 70_，導(dǎo)輪連桿為5 X 50 X 200mm，車輪連桿為5 X 50 X 300mm，荷載箱連桿為8 X 50 X 820mm。橡膠導(dǎo)輪直徑為75mm，厚度為32mm。
[0064]限位機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)輪底座13、導(dǎo)輪限位框4、鋼軌縱向限位板支撐50、鋼軌縱向限位板51、鋼軌橫向限位板54、移動(dòng)螺栓孔55、模擬車輪橫向限位板56和荷載箱限位器300。調(diào)整導(dǎo)輪底座的高度，使電機(jī)的輸出軸、橡膠導(dǎo)輪和模擬車輪的軸心在同一水平線上。導(dǎo)輪限位框約束橡膠導(dǎo)輪的垂向運(yùn)動(dòng)，保證模擬車輪和橡膠導(dǎo)輪具有完全相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。鋼軌縱向限位板支撐、鋼軌縱向限位板和鋼軌橫向限位板共同作用，保證鋼軌試件的穩(wěn)定。通過移動(dòng)螺栓孔改變縱向限位板間的距離可以適應(yīng)不同長度的鋼軌試件。模擬車輪橫向限位板可以限制模擬車輪的橫向位移。荷載箱限位器起到固定荷載箱和限制荷載箱水平位移的作用。上訴導(dǎo)輪限位框尺寸為200 X 35 X 80mm，示意圖如圖6。鋼軌縱向限位板支撐尺寸為67 X140 X 100mm，如圖7;鋼軌橫向限位板尺寸為130 X 30 X 30mm的角鋼加工而成，示意圖見圖8。
[0065]輪軌系統(tǒng)包括模擬車輪30、鋼軌試件52、車輪制動(dòng)裝置15和軌枕試件53。鋼軌試件固定在軌枕試件上，安裝在模擬車輪上的車輪制動(dòng)裝置可以調(diào)節(jié)車輪和鋼軌間的蠕滑率，模擬車輪與鋼軌間的純滑動(dòng)、純滾動(dòng)和又滾又滑工況。本實(shí)施例中模擬車輪的直徑為75mm，厚度為32mm。
[0066]加載機(jī)構(gòu)包括加載框架100、荷載箱200和荷載箱連桿14。模擬車輪的往返運(yùn)動(dòng)通過荷載箱連桿傳遞給荷載箱，使荷載箱做垂直往返運(yùn)動(dòng)，在此過程中，荷載箱的速度和加速度周期性變化，從而使模擬車輪收到周期性變化的垂向力，模擬車輪又會(huì)將這種垂向力傳遞給鋼軌試件，對(duì)鋼軌試件形成周期性的垂向激勵(lì)，有效的模擬了列車運(yùn)行過程中鋼軌的垂向振動(dòng)。所訴荷載箱的外觀尺寸為400 X 250 X 750mm。
[0067 ]本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用流程如圖9所示。
[0068]本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌疲勞加載實(shí)驗(yàn)裝置的安裝方法是首先將加工好的基礎(chǔ)平臺(tái)安置到實(shí)驗(yàn)室某一位置，然后將加工好的加載框架和荷載箱限位器焊接到工作臺(tái)臺(tái)面;將電機(jī)通過螺栓固定在基礎(chǔ)平臺(tái)左端，根據(jù)曲柄和連桿的長度，將導(dǎo)輪底座、鋼軌試件縱向和橫向限位器沿基礎(chǔ)平臺(tái)長度方向和電機(jī)固定在同一直線上;將荷載箱安裝在荷載箱限位器內(nèi)；將橡膠導(dǎo)輪、模擬車輪和荷載箱用連桿連接起來，左側(cè)連桿與曲柄相連，曲柄焊接在電機(jī)輸出軸上;將導(dǎo)輪限位框用螺栓固定在導(dǎo)輪底座，橡膠導(dǎo)輪放置導(dǎo)輪限位框內(nèi)；將橡膠墊、軌枕試件和鋼軌試件依次安裝在鋼軌縱向和橫向限位器內(nèi)；調(diào)整各部件螺栓，使電機(jī)輸出軸、橡膠導(dǎo)輪和模擬車輪的軸心在同一水平線上。
[0069]本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌疲勞加載實(shí)驗(yàn)裝置在模型輪軌接觸疲勞實(shí)驗(yàn)的流程是:首先在荷載箱中放置一定質(zhì)量的砝碼;啟動(dòng)電機(jī)，將電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到滿足車輪運(yùn)行速度的轉(zhuǎn)速上;加載一段時(shí)間后，觀察鋼軌試件和車輪的疲勞擴(kuò)展情況;用高精度電子秤和游標(biāo)卡尺測量鋼軌和車輪的磨耗量，用超聲波探傷儀和光學(xué)顯微鏡觀察疲勞裂紋的擴(kuò)展情況;改變砝碼的質(zhì)量和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，模擬不同載荷和運(yùn)行速度下輪軌疲勞的擴(kuò)展情況。
[0070]本實(shí)用新型的技術(shù)方案，公開了一種運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)的新型輪軌疲勞加載實(shí)驗(yàn)裝置及方法，該裝置包括基礎(chǔ)平臺(tái)、焊接在基礎(chǔ)平臺(tái)上的加載框架、焊接在加載框架上方的荷載箱、固定在基礎(chǔ)平臺(tái)上的電機(jī)、通過曲柄和連桿相連接的橡膠導(dǎo)輪、模擬車輪和荷載箱、限制橡膠導(dǎo)輪位置和運(yùn)動(dòng)軌跡的導(dǎo)輪底座和導(dǎo)輪限位框、限制荷載箱位置和運(yùn)動(dòng)軌跡的荷載箱限位器、置于模擬車輪下方的鋼軌試件、固定鋼軌試件的縱向限位板支撐、縱向限位板和橫向限位板、限制模擬車輪橫向運(yùn)動(dòng)的模擬車輪橫向限位板、調(diào)整輪軌接觸狀態(tài)的車輪制動(dòng)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可進(jìn)行室內(nèi)輪軌接觸特性和輪軌疲勞實(shí)驗(yàn)研究，具有測試精確、占地面積小、構(gòu)造簡單、造價(jià)低、組裝方便優(yōu)點(diǎn)。
[0071]本實(shí)用新型的技術(shù)方案，采用簡單、易操作、易加工的自平衡杠桿式靜力加載裝置，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置總造價(jià)不超過3萬元，若考慮超聲波探傷儀和光學(xué)顯微鏡的通用型，其造價(jià)將會(huì)大幅降低。
[0072]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置包括設(shè)置在水平面上的基礎(chǔ)平臺(tái)，固定安裝在基礎(chǔ)平臺(tái)上的加載框架上方滑動(dòng)連接有荷載箱，所述基礎(chǔ)平臺(tái)上安裝有電機(jī)，電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，曲柄與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模擬車輪在鋼軌試件上水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述模擬車輪通過載荷連桿與所述荷載箱連接，模擬車輪的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)又會(huì)通過載荷連桿帶動(dòng)荷載箱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)放置在模擬車輪下方的鋼軌試件施加動(dòng)荷載。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括曲柄、導(dǎo)軌連桿、車輪連桿和橡膠導(dǎo)輪，所述曲柄一端與所述電機(jī)的輸出軸連接，曲柄另一端與導(dǎo)軌連桿一端連接，所述導(dǎo)軌連桿另一端與橡膠導(dǎo)輪連接，所述橡膠導(dǎo)輪同時(shí)又與車輪連桿一端連接，所述車輪連桿另一端與設(shè)置在鋼軌試件上的模擬車輪連接，通過與曲柄相連的導(dǎo)輪連桿帶動(dòng)橡膠導(dǎo)輪水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)模擬車輪在鋼軌試件上水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述電機(jī)為變速電機(jī)，可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變模擬車輪的運(yùn)行速度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述橡膠導(dǎo)軌設(shè)置在導(dǎo)軌限位框內(nèi)，保證所述橡膠導(dǎo)軌水平方向運(yùn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載框架，是由焊接在基礎(chǔ)平臺(tái)上的四根鋼柱和上部固定荷載箱的鋼板構(gòu)成的錐形結(jié)構(gòu)，荷載箱兩側(cè)鋼板的內(nèi)側(cè)裝有定向輪，可以減小荷載箱和鋼板之間的摩擦力。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述鋼軌試件左、右兩側(cè)分別安裝橫向限位板和縱向限位板，并且在所述模擬車輪上安裝車輪制動(dòng)裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪軌關(guān)系模擬疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載框架是由焊接在基礎(chǔ)平臺(tái)上的四根鋼柱和上部固定荷載箱的鋼板構(gòu)成的錐形結(jié)構(gòu)，荷載箱兩側(cè)鋼板的內(nèi)側(cè)裝有定向輪，可以減小荷載箱和鋼板之間的摩擦力。
【文檔編號(hào)】G01M7/02GK205691306SQ201620383982
【公開日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日 公開號(hào)201620383982.1, CN 201620383982, CN 205691306 U, CN 205691306U, CN-U-205691306, CN201620383982, CN201620383982.1, CN205691306 U, CN205691306U
【發(fā)明人】吳亞平, 劉洋, 段志東
【申請(qǐng)人】蘭州交通大學(xué)