基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于改变轮径控制蠕滑率的方法，运用该方法可以模拟轨道列车通过不同半径的弯道时的轮轨接触条件。该装置包括上下固定的车轮实验轮对和轨道实验轮对；车轮实验轮对中的两个实验轮直径不同；轨道实验轮对带动车轮实验轮对转动。该装置还包括扭矩检测机构和垂向加载机构，扭矩检测机构包括编码器，设置在车轮实验轮对和轨道实验轮对的中心轴的两端；垂向加载机构包括一个托盘通过螺栓与车轮实验轮对的中心轴顶部相连。本发明专利技术通过更换不同直径的车轮实验轮可以控制蠕滑率，并绘制蠕滑曲线。绘制蠕滑曲线。绘制蠕滑曲线。

【技术实现步骤摘要】
基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的装置及方法


[0001]本专利技术涉及轮轨蠕滑曲线的测量领域，尤其涉及一种基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的装置及方法。

技术介绍

[0002]轮轨蠕滑曲线是描述轮轨滚动接触过程中黏着力或黏着系数与蠕滑率之间的关系曲线，是机车动力学、轮轨关系等研究中最为基础的问题。在某些接触条件下黏着系数会随着蠕滑率的增大而减小。
[0003]而现有轮轨接触实验台中，无法准确控制蠕滑率，因此也无法进行黏着系数的测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有轮轨接触实验台中，无法准确控制蠕滑率的问题，提供一种能够保证轮轨蠕滑率为定值并测量蠕滑曲线的新方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]提供一种基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的装置，该装置包括上下固定的车轮实验轮对和轨道实验轮对；车轮实验轮对中的两个实验轮直径不同；轨道实验轮对带动车轮实验轮对转动；
[0007]该装置还包括扭矩检测机构和垂向力加载机构，扭矩检测机构包括编码器，设置在车轮实验轮对和轨道实验轮对的中心轴的两端；重向力加载机构包括托盘和砝码，托盘固定在车轮轮对顶部。
[0008]在运行过程中，车轮实验轮对中两车轮的角速度保持一致，线速度不一致；在根据编码器判断车轮实验轮对与轨道实验轮对未发生滑动时，通过编码器测出车轮实验轮的轮轴角位移，计算车轮实验轮对的中心轴的扭矩，并结合车轮实验轮对的垂向力，得出特定蠕滑率下的黏着系数；更换不同直径的车轮实验轮测得不同蠕滑率下对应的黏着系数，并绘制蠕滑曲线。
[0009]接上述技术方案，轨道实验轮对包括两个盘型实验轮和中心轴，中心轴两端通过胀紧套固定两个盘型实验轮，中心轴中部连接外部驱动机构。
[0010]接上述技术方案，每个弹簧钢板通过轴承结构固定在中心轴上，轴承结构包括轴承，以及固定在轴承上方的垫块和压块，弹簧钢板固定在垫块和压块之间。
[0011]本专利技术还提供一种基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的方法，该方法基于上述技术方案的基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的装置，该方法包括以下步骤：
[0012]开始实验前先测量车轮轮对、以及其与其相连的轴承、弹簧钢板、托盘的重量，在托盘上添加特定重量的砝码。这样便可施加特定大小的垂向力。
[0013]使用特定尺寸的车轮使车轮实验轮对的内外车轮具有滚动半径差，对应列车过弯时由于轮对横移导致的内外车轮滚动半径差；
[0014]在安装车轮实验轮对时，通过适当调整垫片的厚度使得弹簧钢板处于没有形变的状态，这样最后计算的垂向力等于车轮轮对、以及其与其相连的轴承、弹簧钢板、托盘的重量加上托盘内添加的砝码的重量。
[0015]轨道实验轮对旋转，带动车轮实验轮对随之旋转；
[0016]根据编码器输出的数据，计算车轮实验轮对的中心轴的相对扭转角信息，并根据扭转角计算车轮实验轮对的中心轴的扭矩；
[0017]根据摩擦力与扭矩、垂向力之间的关系，计算特定蠕滑率下的黏着系数；
[0018]再选用其他不同半径的车轮换到车轮实验轮对的小轮一侧，用于调整到不同的蠕滑率值，重复实验得到多个蠕滑率下的黏着系数，并绘制蠕滑曲线。
[0019]本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过车轮实验轮对的内外车轮具有滚动半径差，来模拟列车过弯，并测量此时车轮的黏着系数，再选用其他不同半径的车轮换到车轮实验轮对的小轮一侧，用于调整到不同的蠕滑率值，重复实验得到多个蠕滑率下的黏着系数，并绘制蠕滑曲线。本专利技术的装置能够保证轮轨蠕滑率为定值，方法能够快速测量蠕滑曲线。
附图说明
[0020]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0021]图1为列车运行大小轮的情况示意图；
[0022]图2为车轮实验轮对受力示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的装置结构示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例的车轮实验轮对示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例的车轮实验轮对局部图；
[0026]图6为本专利技术实施例的轨道实验轮对结构示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的方法流程图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]本专利技术中通过改变轮径改变蠕滑率的原理：在列车实际运行过程中左右两轮的半径不同时会导致较小半径的一侧车轮的蠕滑率增大，其运行的示意图如图1所示。在黏着系数和垂向力相等的车轮正常滚动过程中大小两轮接触点的摩擦力是f1和f2相等的，但由于D1＜D2，摩擦力提供的扭矩T1＜T2，因此必然小轮先开始打滑。一旦小轮开始打滑，小轮与轨道间的摩擦力变为动摩擦，摩擦系数和摩擦力进一步降低，因此小轮处的蠕滑率便增大。而大轮处的摩擦力没有超过最大静摩擦力，由此大轮和轨道之间没有发生相对滑动，因此实验能保持恒定的纵向蠕变。
[0030]对于列车过弯的情况：外轨的半径大于内轨，说明外轮的行驶距离大于内轮的行驶距离。由于外轮与内轮由轮轴连接，因此外轮与内轮的旋转角位移相等。由上面的分析可以得出，内轮的转动位移大于其行走距离，导致内轮与内轨之间发生滑动。众所周知，静摩擦系数大于动摩擦系数。这就会导致内轮和内轨容易发生相对滑动。那么内轮接触点将产
生特定的蠕滑率。
[0031]因此通过这种大小轮的实验方式可以模拟列车过弯的时候由于列车过弯时内外轮转动半径差异导致蠕滑情况。
[0032]本专利技术实施例
[0033]在实验过程中可以通过大轮一侧的车轮编码器和轨道轮编码器来检测是否发生滑动。如果发生了滑动，则分析上下外轮对编码器的数据，只取没有发生滑动的数据。
[0034]单位时间Δt内大小实验轮上相对应的两点的相对滑动速度为：
[0035][0036]因此，由小轮的相对滑动速度引起的纵向蠕变为：
[0037][0038]大轮和轨道轮处没有发生滑动因此摩擦力为静摩擦，小轮与轨道轮间发生蠕滑，摩擦系数在负斜率段振荡，相对大轮处摩擦力较小，因此可将大轮视为相对静止，而小轮发生扭振，通过编码器采集的角位移信号便可以测出轴的扭矩，由扭矩可以计算出小轮与轨道轮之间的摩擦力。
[0039]由1号编码器、2号编码器所测的角位移θ1(t)，θ2(t)计算得轮轴的扭转角：如图2所示。
[0040]同时，由轮轴的扭转角计算可得轮轴两端的扭矩，
[0041][0042]公式(3)中，切变模量轮轴横截面的极惯性矩d为轮轴的直径；L为两车轮间轮轴的轴长；由轮对材料得轮对弹性模量E＝206GPa；泊松比ν＝0.3。
[0043]通过公式4可以计算出轮轨接触的摩擦力，其中F为轮轨间的摩擦力大小， N为轮轨间垂向力大小，μ为黏着系数。由公式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改变轮径测量轮轨控制蠕滑率的方法，其特征在于，该装置包括上下固定的车轮实验轮对和轨道实验轮对；车轮实验轮对中的两个实验轮直径不同；轨道实验轮对带动车轮实验轮对转动；该装置还包括扭矩检测机构和垂向力加载机构，扭矩检测机构包括编码器，设置在车轮实验轮对和轨道实验轮对的中心轴的两端；该装置包含垂向力加载机构，其主要包括托盘和砝码,托盘装在车轮实验轮的上部；在运行过程中，车轮实验轮对中两车轮的角速度保持一致，线速度不一致；当根据编码器判断车轮实验轮对与轨道实验轮对未发生滑动时，通过编码器测出车轮实验轮的轮轴角位移，计算车轮实验轮对的中心轴的扭矩，得出特定蠕滑率下的轮轨间摩擦力；更换不同直径的车轮实验轮测得不同蠕滑率下对应的黏着系数，并绘制蠕滑曲线。2.根据权利要求1所述的基于改变轮径测量轮轨蠕滑率的装置，其特征在于，轨道实验轮对包括两个盘型实验轮和中心轴，中心轴两端通过胀紧套固定两个盘型实验轮，中心轴中部连接外部驱动机构。3.根据权利要求1所述的基于改变轮径控制轮轨蠕滑率的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓刚，叶思琦，孙欣荣，徐劲力，黄丰云，卢杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：