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高寒風(fēng)沙環(huán)境輪軌磨損模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法

文檔序號(hào):8865635閱讀:535來源:國知局
高寒風(fēng)沙環(huán)境輪軌磨損模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高寒風(fēng)沙環(huán)境輪軌磨損模擬實(shí)驗(yàn)裝置,特別是能夠?qū)崿F(xiàn)高寒地區(qū)低溫環(huán)境下鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)輪軌材料滾動(dòng)磨損情況模擬。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路運(yùn)輸具有安全、速度快、運(yùn)量大、能源消耗低等優(yōu)點(diǎn)。作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈和大眾化的運(yùn)輸工具,在現(xiàn)有運(yùn)輸體系中,鐵路發(fā)揮著日益重要的作用,已成為運(yùn)輸行業(yè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的中流砥柱。輪軌摩擦副是鐵路運(yùn)輸工具的關(guān)鍵部件,列車的運(yùn)行、牽引和制動(dòng)都需要輪軌的作用才能實(shí)現(xiàn)。而且,輪軌摩擦副對(duì)于列車運(yùn)行的安全性、舒適性以及維修性能具有關(guān)鍵的作用。
[0003]隨著我國氣候環(huán)境的逐步惡化,極端環(huán)境對(duì)高速鐵路的快速發(fā)展帶來日益顯著的影響。尤其是中國西北地區(qū)的高寒地域,極端的低溫及風(fēng)沙工況迫使輪軌在極端環(huán)境條件下服役。北方大部分鐵路在行駛過程中都要受到極端低溫氣候的影響,如全長1956公里的青藏鐵路及世界首條穿越高寒地區(qū)的哈大高鐵服役環(huán)境最低溫度可達(dá)_45°C,同時(shí),隸屬中亞沙塵暴區(qū)的中國內(nèi)蒙古中西部地區(qū)正處于沙塵暴高活動(dòng)區(qū)的中心地段,強(qiáng)沙塵暴在每年冬、春和夏初受氣候影響更為嚴(yán)重,這對(duì)該地區(qū)的鐵路鋼軌等基礎(chǔ)設(shè)施的安全耐久性影響較為顯著。輪軌材料在極端溫度及風(fēng)沙環(huán)境下受到的損傷及產(chǎn)生的斷裂疲勞與一般情況下的損傷及斷裂疲勞不同,由于極端環(huán)境在形成宏觀裂紋前就已造成材料在強(qiáng)度、韌性等方面的劣化,從而對(duì)輪軌材料服役行為造成較大影響。然而,目前對(duì)于輪軌材料在極端溫度環(huán)境下的摩擦磨損及損傷機(jī)制研宄尚未開展。因此,為了保證輪軌系統(tǒng)的安全服役性能,開展極端溫度及風(fēng)沙環(huán)境下的輪軌材料摩擦磨損及損傷性能研宄顯得十分必要和急迫,同時(shí),低溫及風(fēng)沙環(huán)境下的輪軌磨損機(jī)制以及預(yù)防措施的研宄對(duì)于高寒地區(qū)鐵路建設(shè)具有重要意義。
[0004]輪軌磨損機(jī)理十分復(fù)雜,其涉及摩擦學(xué)、材料學(xué)、力學(xué)等諸多領(lǐng)域,憑借現(xiàn)有知識(shí),對(duì)其進(jìn)行理論仿真難度較大?,F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)雖可靠性較高,但其費(fèi)用大,耗用時(shí)間長,特別是對(duì)于極端高寒環(huán)境工況的研宄,很難在線路現(xiàn)場對(duì)輪軌磨損系統(tǒng)進(jìn)行人為的溫度、風(fēng)沙環(huán)境控制。而室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),可以方便地控制影響輪軌摩擦的各個(gè)因素,比如軸重、轉(zhuǎn)速、滑差、線路曲線半徑、以及在現(xiàn)場中難以人為控制的環(huán)境條件一一溫度、風(fēng)沙等。針對(duì)高速鐵路所面臨的極端環(huán)境工況,根據(jù)現(xiàn)場溫度及風(fēng)沙環(huán)境的數(shù)據(jù),開展高寒風(fēng)沙環(huán)境工況下輪軌滾動(dòng)磨損試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)和研宄,通過相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的加工與組裝調(diào)試,并實(shí)現(xiàn)輪軌材料摩擦磨損試驗(yàn)研宄,不僅有助于科研工作者研宄極端環(huán)境工況下輪軌磨損行為及傷損形成,更有助于科研工作者進(jìn)行進(jìn)一步機(jī)理形成及預(yù)防措施的提出,而且研宄結(jié)果能對(duì)高速鐵路的安全運(yùn)行提供指導(dǎo)作用及保障措施。就中國目前高鐵走出去的偉大目標(biāo)而言,該項(xiàng)實(shí)用新型的研宄具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供高寒風(fēng)沙環(huán)境輪軌磨損模擬實(shí)驗(yàn)裝置,該實(shí)驗(yàn)裝置能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)方便地模擬出現(xiàn)場列車運(yùn)行時(shí)輪軌的相互作用,能夠用來研宄模擬高寒地區(qū)的低溫環(huán)境下輪軌磨損機(jī)制及疲勞特性,通過調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)研宄實(shí)現(xiàn)有效的預(yù)防措施,從而提高輪軌使用壽命、列車運(yùn)行的安全性、舒適性以及維修性能。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:高寒風(fēng)沙環(huán)境輪軌磨損模擬實(shí)驗(yàn)裝置,由輪軌滾動(dòng)磨損試驗(yàn)臺(tái)架及其輔助系統(tǒng)構(gòu)成,其特征在于,在輪軌滾動(dòng)磨損試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置;所述低溫腔風(fēng)沙環(huán)境腔為圓筒狀構(gòu)造,低溫腔風(fēng)沙環(huán)境腔4通過送沙管16與風(fēng)沙模擬控制機(jī)組相通;所述風(fēng)沙模擬控制機(jī)組的構(gòu)成為:空氣壓縮機(jī)20通過風(fēng)速調(diào)節(jié)閥19與出風(fēng)管18 —管口相連,同時(shí)在供沙容器21處,出風(fēng)管18另一管口依次與下沙量調(diào)節(jié)閥17及送沙管16 —管口相連,而送沙管16另一管口則對(duì)準(zhǔn)試樣接觸位置;所述低溫腔風(fēng)沙環(huán)境腔4是由銅合金制成的雙層腔體,具有上、下兩部分,即上腔體401和下腔體402,冷媒聯(lián)接管501連接在上腔體401和下腔體402 ;上冷媒管5將低溫腔體機(jī)組制得的制冷劑輸入到上腔體401,下冷媒管6將下腔體402的冷媒輸送回低溫腔體機(jī)組;在上低溫腔外側(cè)貼有連接到制冷系統(tǒng)控制器的溫度傳感器。
[0007]低溫控制箱機(jī)組的上低溫腔和下低溫腔都是由銅合金制成的雙層腔體,經(jīng)過腔體端面處矩形缺口實(shí)現(xiàn)輪軌試樣在腔體內(nèi)無阻礙接觸,制冷劑在腔體的兩層銅壁內(nèi)流動(dòng),這便于熱的傳導(dǎo),可快速降低上、下低溫腔內(nèi)的溫度;制冷劑在由銅管、上低溫腔、銅管、下低溫腔和銅管串聯(lián)連接的通路內(nèi)流動(dòng);在上低溫腔內(nèi)側(cè)貼有溫度傳感器,以便制冷系統(tǒng)控制器實(shí)時(shí)檢測、控制上、下低溫腔溫度。低溫控制箱采用雙壓縮機(jī)機(jī)組及制冷系統(tǒng),使得上、下低溫腔能夠達(dá)到常溫至_60°C的無級(jí)調(diào)溫,溫度波動(dòng)值可控制在±2.5°C內(nèi)。
[0008]本實(shí)用新型的工作過程和原理是:
[0009]本實(shí)用新型作為輔助配件與現(xiàn)有輪軌磨損模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)配合使用。實(shí)驗(yàn)時(shí),先根據(jù)不同滑差要求選擇安裝相應(yīng)齒輪對(duì);根據(jù)不同的沖角要求,調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺(tái)及固定盤的角度,并通過螺母將旋轉(zhuǎn)臺(tái)及固定盤固定在底座上;在車輪試樣安裝處通過螺母安裝固定好車輪試樣,在鋼軌試樣安裝處通過螺母安裝固定好鋼軌試樣;
[0010]低溫試驗(yàn)中需安裝好上、下低溫腔,并在上、下低溫腔外包裹好保溫材料;
[0011]而風(fēng)沙試驗(yàn)中調(diào)整好送沙管口位置,同時(shí)做好試驗(yàn)臺(tái)的防沙措施;
[0012]啟動(dòng)計(jì)算機(jī)、閉合實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源,輸入試件轉(zhuǎn)速和實(shí)驗(yàn)時(shí)間、手動(dòng)設(shè)定加載力;
[0013]同時(shí),低溫試驗(yàn)中啟動(dòng)制冷機(jī)組,制冷劑通過低溫控制箱機(jī)組和銅管、上低溫腔、下低溫腔來調(diào)節(jié)溫度,使低溫腔內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度;風(fēng)沙試驗(yàn)中啟動(dòng)空氣壓縮機(jī),設(shè)定好風(fēng)速及下沙量參數(shù);
[0014]實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,伺服電機(jī)根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間自動(dòng)停機(jī),保存計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),關(guān)閉制冷系統(tǒng)至常溫,關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源和計(jì)算機(jī)。
[0015]通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,可分析不同工況下輪軌的相互作用行為,如實(shí)驗(yàn)溫度、風(fēng)沙顆粒大小、風(fēng)速、滑差、沖角、加載力、轉(zhuǎn)速與磨損率的變化關(guān)系;并可對(duì)鋼軌和車輪試樣的表面狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步的觀察與微觀測試分析。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的有益效果是:
[0017]本實(shí)用新型裝置能模擬對(duì)高寒風(fēng)沙環(huán)境,從而能準(zhǔn)確、可靠的分析出溫度、風(fēng)沙條件、施加的載荷、試件的轉(zhuǎn)速、滑差、沖角、摩擦扭矩、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)后的形態(tài)等因素間的相互作用關(guān)系,進(jìn)而能模擬現(xiàn)場鐵路輪軌作用,并為研宄輪軌磨損機(jī)制和減輕磨損的措施提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0018]上述的風(fēng)沙模擬控制機(jī)組通過簡單的風(fēng)吹沙爍原理,設(shè)計(jì)了 5m/s?40m/s的風(fēng)速范圍、O?20g/s的下沙量范圍設(shè)定的機(jī)械結(jié)構(gòu),良好的實(shí)現(xiàn)了風(fēng)沙氣候環(huán)境的模擬。
[0019]上述的采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪和鋼軌試樣,這便于車輪和鋼軌試樣轉(zhuǎn)速的
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