摆锤弹簧驱动钢轨及焊接接头疲劳试验设备制造技术

本发明专利技术提出了一种摆锤弹簧驱动钢轨及焊接接头疲劳试验设备，该疲劳试验设备包括：支撑架；中心轴，中心轴水平设置在支撑架上，且中心轴穿过车轮以将车轮支撑在支撑架上；钢轨驱动部，钢轨驱动部设置在支撑架的底部，用于放置试验钢轨并驱动试验钢轨做直线往复运动，并且车轮能够与试验钢轨彼此接触并相对滚动；第一驱动装置，第一驱动装置设置在支撑架上并与中心轴相连接，以驱动中心轴带动车轮转动。该疲劳试验设备能够准确模拟钢轨应用中的实际受力状态，从而获得钢轨母材疲劳性能的真实数据，并且能够大幅降低试验过程中消耗的能量。

Fatigue test equipment for rail and welded joint driven by pendulum spring

The invention provides a fatigue test equipment for rail and welded joint driven by pendulum spring, which comprises a support frame; a center shaft and a center shaft are horizontally arranged on the support frame, and the center shaft passes through the wheel to support the wheel on the support frame; a rail driving part and a rail driving part are arranged at the bottom of the support frame for placing the test rail and driving the test rail to do so. Linear reciprocating motion, and the wheel can contact each other with the test rail and roll relatively; the first driving device, the first driving device is arranged on the support frame and connected with the central axis to drive the wheel to rotate. The fatigue test equipment can accurately simulate the actual stress state in rail application, so as to obtain the real fatigue data of rail base material, and can greatly reduce the energy consumption in the test process.

【技术实现步骤摘要】
摆锤弹簧驱动钢轨及焊接接头疲劳试验设备
本专利技术涉及一种疲劳试验设备，更具体地，涉及一种摆锤弹簧驱动钢轨及焊接接头疲劳试验设备。
技术介绍
轨头内部裂纹是钢轨母材和焊接接头常见的滚动接触疲劳失效类型。目前我国对钢轨母材疲劳性能的考核方法为取轨头材料的小试样进行轴向疲劳实验，对焊接接头疲劳性能的考核方法为对实物进行三点弯曲作用力下的疲劳实验，这两种实验方法不能模拟列车实际通过时车轮和钢轨的滚动接触受力情况，由于没有合适的实物轮轨滚动接触疲劳试验设备，导致大量经检验满足标准的全部要求的钢轨及焊接接头上线后出现轨头内部裂纹等严重问题。目前国内的滚动接触疲劳试验设备均采用轮-轮滚动接触的方法进行模拟实验，即将钢轨材料加工成轮状，采用车轮和钢轨轮对滚的方式模拟轮轨滚动接触疲劳状态。这种试验方法存在的技术问题主要是：(1)所用的钢轨轮采用钢轨材料加工而成，需要将原本为直线状的钢轨材料加工成轮状，成本高昂；(2)适合于对车轮性能进行测试与试验，不能对实物钢轨进行直接试验，现场应用中通常想要考核一个探伤有疑似缺陷的钢轨的抗疲劳性能，这种情况采用上述轮-轮接触的试验设备根本无法实现；(3)不能准确模拟钢轨的实际工况，轮-轮滚动接触的受力状态与车轮在钢轨上滚动时钢轨的受力状态存在差异，不适合对钢轨性能的深入研究。例如：西南交通大学研制的JD-1型和JD-2型轮轨摩擦学模拟试验机中，需要将钢轨材料加工成轮状，而且试验用的车轮是缩小比例的模拟轮而非实物车轮。中国铁道科学研究院2010年4月从德国RANK公司订购了比例为1：1、最高速度为500km/h的高速轮轨关系试验台，试验采用全尺寸的轮对，最大试验轴重50t，能够对高速、重载轮轨关系中蠕滑、黏着、轮轨磨耗、接触疲劳等进行试验，其试验轮为实物车轮，但是轨道仍需要加工成轮状，其轨道轮的直径为3000mm。国外德国、日本、奥地利、英国等均研制了采用实物钢轨和实物车轮进行滚动接触疲劳实验的设备，其原理通常为液压油缸带动钢轨在滑台上往复水平移动，车轮在钢轨上方固定跟随钢轨往复转动，通过车轮加载垂向载荷给钢轨。这种方法存在的技术问题主要是：(1)这些设备均采用车轮或钢轨单独驱动的方式——这种驱动方式实际模拟的是车轮在钢轨上反复滚动的走行方式，该走行方式对于单线铁路(双方向行车)是合适的，但是我国目前绝大多数线路均为复线铁路(每条线路单向行车)，对于单驱动模式的试验机，若想模拟复线钢轨的受力情况，需要在车轮向另一个方向滚动时，减小加载力，即钢轨往复一次只能实现一次加载，加载效率很低；(2)上述所有设备都没有考虑温度应力对钢轨使用寿命的影响——由于目前我国大部分线路均铺设无缝线路，由于冬天和夏天的气温变化以及每天的昼夜温度变化，钢轨在使用过程中会受到因自身热胀冷缩而产生的巨大温度应力，这种温度应力对于钢轨使用寿命的影响非常显著，而前述试验设备都没有考虑到这种受力状态的问题，也都没有模拟钢轨受到的温度应力的加载装置。另外，由于钢轨与车轮驱动均需消耗大量能量，因此还需要解决传统的疲劳试验设备在能量消耗方面的缺陷。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种摆锤弹簧驱动钢轨及焊接接头疲劳试验设备，该疲劳试验设备包括：支撑架；中心轴，中心轴水平设置在支撑架上，且中心轴穿过车轮以将车轮支撑在支撑架上；钢轨驱动部，钢轨驱动部设置在支撑架的底部，用于放置试验钢轨并驱动试验钢轨做直线往复运动，并且车轮能够与试验钢轨彼此接触并相对滚动；和第一驱动装置，第一驱动装置设置在支撑架上并与中心轴相连接，以驱动中心轴带动车轮转动。在一个实施例中，钢轨驱动部包括：移动小车，移动小车设置在支撑架的底部；扣件系统，扣件系统设置在移动小车上，以将钢轨固定到移动小车的上侧；和第二驱动装置，第二驱动装置与移动小车相连接，以驱动移动小车运动。在一个实施例中：第一驱动装置包括摆锤，摆锤连接到中心轴的一端；以及第二驱动装置包括驱动弹簧，驱动弹簧的一端连接到移动小车、另一端与设置在支撑架的底部的固定架相连接。在一个实施例中，疲劳试验设备还包括补能机构，补能机构与第一驱动装置或第二驱动装置相连接，以向第一驱动装置或第二驱动装置补充能量。在一个实施例中，补能机构为：曲柄-连杆机构，曲柄连杆机构设置在移动小车的一端并与摆锤同频运动，以通过打击的方式向移动小车补充能量；凸轮机构，凸轮机构与移动小车的一端摩擦接触或锁定连接，以通过凸轮机构的凸轮向移动小车补充能量；液压缸，液压缸设置在移动小车的一侧，液压缸的活塞部以摆锤的摆动频率运动，以通过打击的方式向移动小车补充能量；或者液压马达，液压马达靠近车轮设置，以在车轮顺时针或逆时针转动时通过向车轮加载扭矩的方式向车轮补充能量。在一个实施例中，移动小车包括：多个导辊，多个导辊设置在支撑架的底板上；和滑板，滑板水平放置在多个导辊上，并且滑板的上表面设置有扣件系统以将钢轨连接到滑板的上侧。在一个实施例中，疲劳试验设备还包括温度力加载系统，温度力加载系统包括：加载反力架，加载反力架设置在移动小车上；和第三驱动装置，第三驱动装置设置在加载反力架上且分别与控制器和移动小车上的钢轨相连接，以根据控制器的指令向钢轨施加沿着钢轨长度方向的力。在一个实施例中，第三驱动装置包括：第三液压作动器，第三液压作动器设置在加载反力架上且与控制器相连接，第三液压作动器的活塞部与钢轨相连接，以根据控制器的指令向钢轨施加温度力；和温度力传感器，温度力传感器设置在钢轨上且与控制器相连接，以实时检测温度力并将其传送至控制器。在一个实施例中，该疲劳试验设备还包括：横向力加载系统，横向力加载系统包括第四驱动装置，第四驱动装置设置在支撑架上且与中心轴相连接，以向中心轴施加垂直于钢轨的长度方向的横向力。在一个实施例中，第四驱动装置包括：第四液压作动器，第四液压作动器设置在支撑架上且与控制器相连接，第四液压作动器的活塞部与中心轴的一端相连接，以根据控制器的指令向中心轴施加横向力；和横向力传感器，横向力传感器设置在第四液压作动器和中心轴之间并与控制器相连接，以实时检测中心轴受到的横向力数据并将该横向力数据传送至控制器。在一个实施例中，支撑架包括多个立柱、支撑在多个立柱上的上横梁、底板和嵌套在多个立柱上的滑动横梁，其中中心轴与滑动横梁相连接以使中心轴能够沿着立柱滑动。在一个实施例中，疲劳试验设备还包括垂向力加载系统，垂向力加载系统包括：加载框架，加载框架通过轴承与中心轴相连接；和第五驱动装置，第五驱动装置分别与上横梁、加载框架以及控制器相连接，以根据控制器的指令通过加载框架向中心轴施加垂向力使中心轴沿着立柱滑动。在一个实施例中，第五驱动装置包括：第五液压作动器，第五液压作动器设置在上横梁上且分别加载框架和控制器相连接，以根据控制器的指令向加载框架施加垂向力；和垂向力传感器，垂向力传感器设置在第五液压作动器和加载框架之间并与控制器相连接，以实时检测加载框架受到的垂向力数据并将该垂向力数据传送至控制器。本专利技术公开的双驱实物轮轨滚动接触疲劳试验设备能够准确模拟钢轨应用中的实际受力状态，从而获得钢轨母材疲劳性能的真实数据：采用车轮与钢轨的双驱动模式能够成倍提高试验效率、缩短试验周期、降低试验成本，并且可以模拟钢轨实际的滚动接触疲劳受力状态，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摆锤弹簧驱动钢轨及焊接接头疲劳试验设备，包括：支撑架；中心轴，所述中心轴水平设置在所述支撑架上，且所述中心轴穿过车轮以将车轮支撑在所述支撑架上；钢轨驱动部，所述钢轨驱动部设置在所述支撑架的底部，以用于放置试验钢轨并驱动试验钢轨做直线往复运动，并且车轮能够与试验钢轨彼此接触并相对滚动；和第一驱动装置，所述第一驱动装置设置在所述支撑架上并与所述中心轴相连接，以驱动所述中心轴带动车轮转动。

【技术特征摘要】
1.一种摆锤弹簧驱动钢轨及焊接接头疲劳试验设备，包括：支撑架；中心轴，所述中心轴水平设置在所述支撑架上，且所述中心轴穿过车轮以将车轮支撑在所述支撑架上；钢轨驱动部，所述钢轨驱动部设置在所述支撑架的底部，以用于放置试验钢轨并驱动试验钢轨做直线往复运动，并且车轮能够与试验钢轨彼此接触并相对滚动；和第一驱动装置，所述第一驱动装置设置在所述支撑架上并与所述中心轴相连接，以驱动所述中心轴带动车轮转动。2.根据权利要求1所述的疲劳试验设备，其中，所述钢轨驱动部包括：移动小车，所述移动小车设置在所述支撑架的底部；扣件系统，所述扣件系统设置在所述移动小车上，以将钢轨固定到所述移动小车的上侧；和第二驱动装置，所述第二驱动装置与所述移动小车相连接，以驱动所述移动小车运动。3.根据权利要求2所述的疲劳试验设备，其中：所述第一驱动装置包括摆锤，所述摆锤连接到所述中心轴的一端；以及所述第二驱动装置包括驱动弹簧，所述驱动弹簧的一端连接到所述移动小车、另一端与设置在所述支撑架的底部的固定架相连接。4.根据权利要求3所述的疲劳试验设备，还包括：补能机构，所述补能机构与所述第一驱动装置或所述第二驱动装置相连接，以向所述第一驱动装置或所述第二驱动装置补充能量。5.根据权利要求4所述的疲劳试验设备，其中，所述补能机构为：曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构设置在所述移动小车的一端并与所述摆锤同频运动，以通过打击的方式向所述移动小车补充能量；凸轮机构，所述凸轮机构与所述移动小车的一端摩擦接触或锁定连接，以通过所述凸轮机构的凸轮向所述移动小车补充能量；液压缸，所述液压缸设置在所述移动小车的一侧，所述液压缸的活塞部以所述摆锤的摆动频率运动，以通过打击的方式向所述移动小车补充能量；或者液压马达，所述液压马达靠近车轮设置，以在车轮顺时针或逆时针转动时通过向车轮加载扭矩的方式向车轮补充能量。6.根据权利要求2所述的疲劳试验设备，其中，所述移动小车包括：多个导辊，所述多个导辊设置在所述支撑架的底板上；和滑板，所述滑板水平放置在所述多个导辊上，并且所述滑板的上表面设置有所述扣件系统以将钢轨连接到所述滑板的上侧。7.根据权利要求2所述的疲劳试验设备，还包括温度力加载系统，所述温度力加载系统包括：加载反力架，所述加载反力架设置在所述移动小车上；和第三驱动装置，所述第三驱动装置设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨其全，许鑫，杜涵秋，吕晶，王玉婷，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京中铁科新材料技术有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国铁路总公司，
类型：发明
国别省市：北京,11