一种车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，具有缩比车轮、缩比车轴、模拟轨轮与模拟轨轴，所述缩比车轴由伺服电机经过一主轴驱动旋转，所述主轴旁边安装有转数传感器与编码器，所述模拟轨轴与一横向力施加机构以及一垂向力施加机构相连，所述横向力加载机构中具有一测量横向力大小的横向力传感器，所述垂向力施加机构中具有一测量垂向力大小的垂向力传感器；所述转数传感器、编码器、横向力传感器以及垂向力传感器均与控制中心信号连接。本实用新型专利技术能够实现多种复杂载荷的同时加载及实时测量，更加真实地模拟车辆轮轴运行过程中的载荷边界条件，更加准确地揭示车辆轮轴的微动疲劳损伤机理及损伤特征。的微动疲劳损伤机理及损伤特征。的微动疲劳损伤机理及损伤特征。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统


[0001]本技术主要涉及轨道交通
，尤其涉及一种高速列车车轴微动疲劳缩比试验台，还可以应用于任意车辆轮轴的旋转弯曲微动疲劳实验。

技术介绍

[0002]微动疲劳损伤广泛存在于各类工程机械和结构之中，作为一种物理
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化学过程，其机理及演化行为非常复杂。微动导致紧固连接结构的接触面发生局部磨损及疲劳，进而使零部件更容易发生疲劳失效，其存在于两零部件的接触面内，隐蔽性强，难以及时发现，较常规疲劳更为危险。虽然人们发现微动疲劳现象已有近100多年的时间，且微动疲劳问题涉及航空航天、核能工业、交通运输、海洋船舶等了众多领域，但由于微动疲劳失效问题的复杂性，至今仍未未见对其机理有突破性认识的理论出现，始终是众多工程领域中影响结构安全的重要因素。
[0003]高速列车轮轴依靠过盈配合产生径向方向的接触压应力，依靠轮轴接触面间的摩擦力实现扭矩及载荷的传递，从而保证列车在齿轮箱及电机的驱动下稳定地运行在钢轨上。高速列车在运行过程中，列车轮轴不仅承受着列车的轴重载荷，还受到周期性旋转弯曲载荷及钢轨的瞬态冲击载荷等作用，致使轮轴过盈配合接触区域边缘出现周期性的微动现象，进而导致车轴轮座区域的微动疲劳损伤。随着高速列车运行速度的不断提升，列车轮轴过盈配合区域的微动疲劳损伤也更加剧烈，在长时间的运行过程中，极易引起高速列车车轴疲劳断裂。而微动疲劳失效是列车轮轴失效的常见形式，轮轴过盈接触面产生的微动磨损对车轴轮座的疲劳强度影响很大，该部位产生的微裂纹对车轴的安全性起着决定性的作用。
[0004]虽然目前国内外研究学者基于旋转弯曲疲劳强度试验方法，研制开发了一些主要以悬臂梁或简支梁为载荷加载方式的全尺寸疲劳试验台，其试验原理大致相同，或进行开展轮轴材料性能试验的相关研究。然而，由于车轮车轴的结构形式复杂，用材料疲劳数据很难预测实际车轮车轴的疲劳性能，全尺寸车轮车轴疲劳性能试验数据较为准确，但面临试验成本高，试验周期长等难题，且无法模拟复杂载荷条件下的更加符合列车实际工况的轮轴旋转弯曲微动疲劳。
[0005]例如，CN107014627A提供了一种轮轴疲劳试验装置及方法，可进行缩比轮接触疲劳实验、摩擦磨损试验、缩比尺寸车轮幅板疲劳极限、车轴性能测试及缩比轮
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轴微动疲劳试验，在考虑轮轴微动疲劳或者车轴疲劳试验中，该专利技术采用的试验安装方式与目前已有的悬臂梁全尺寸车轴疲劳试验大致相同，通过电机驱动，同过两个轴承支撑，车轴右端通过过盈方式压装了模拟车轮，模拟车轮固定在固定盘，在缩比车轴端部通过加载轴承进行加载。但是这种加载方式只能在轮轴过盈配合部位近似产生出大小为M＝FL的弯矩，来模拟车轴过盈配合区域的微动疲劳。
[0006]然而从微动疲劳的承载形式角度来看，微动疲劳主要与接触的法向载荷，界面摩擦剪切应力及滑移幅值相关(同时还与车轴表面处理工艺，表面粗糙度，摩擦系数，加载频
率等因素有关，可暂且不提)，如果仅仅采用CN107014627A中图2所示的悬臂梁加载方式，仅仅相当于在车轴承受弯矩的基础上，叠加了过盈配合接触压应力，同时还对车轮进行了全约束。而实际轮轴在运营过程中承受轮轨接触的法向载荷和横向载荷，直接影响了车轴过盈配合区域的正压力和界面剪切应力，因此必须考虑轮轨接触垂向载荷和横向载荷的作用，显然悬臂梁的加载方式难于模拟实际轮轴的实际运行的复杂载荷工况。若采用CN107014627A中图1所示的加载方式，在忽略其他因素可以实现微动疲劳试验改装的前提下，由于驱动电机在下侧，垂向加载时，由于通过轮轨接触传递摩擦力，无法保证试验轮轴按以恒定的转速旋转，且上侧的轮轴受力形式并不是四点弯曲，而是五点弯曲形式，无法通过施加载荷确定过盈配合处的弯矩大小。
[0007]因此，设计并研制一种能够真实模拟高速列车轮轴运行过程的复杂载荷边界条件的试验设备，对进一步揭示高速列车轮轴微动疲劳损伤机理及疲劳寿命，更好的提升高速列车的抗疲劳性能和实现列车轮轴结构优化设计，具有重大的工程意义和价值。

技术实现思路

[0008]本技术提供一种车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，能够实现多种复杂载荷的同时加载及实时测量，更加真实地模拟车辆轮轴运行过程中的载荷边界条件，更加准确地揭示车辆轮轴的微动疲劳损伤机理及损伤特征，使轮轴微动疲劳试验的结果更加准确可靠。
[0009]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0010]一种车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，所述车辆轮轴缩比试验台具有缩比车轮、缩比车轴、模拟轨轮与模拟轨轴，所述模拟轨轮与所述缩比车轮形成承力接触；其特征在于：
[0011]所述缩比车轴由伺服电机经过一主轴驱动旋转，所述主轴旁边安装有转数传感器与编码器，所述转数传感器能够测量所述主轴的旋转次数，所述编码器用于控制所述伺服电机的转速；
[0012]所述模拟轨轴与一横向力施加机构以及一垂向力施加机构相连，所述横向力加载机构中具有一测量横向力大小的横向力传感器，所述垂向力施加机构中具有一测量垂向力大小的垂向力传感器；
[0013]所述转数传感器、编码器、横向力传感器以及垂向力传感器均与控制中心信号连接。
[0014]所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其中：所述伺服电机与所述主轴的输入端动力连接，所述主轴的输出端通过刀柄安装有弹簧夹头，所述弹簧夹头能够夹紧所述缩比车轴的一端，从而使伺服电机能够带动所述缩比车轴以及所述缩比车轮旋转；所述主轴上还安装有打刀缸，所述打刀缸能够控制弹簧夹头的夹紧与放松。
[0015]所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其中：所述模拟轨轴两端的安装基座固定在一加载顶板上，所述加载顶板可水平横向滑动地安装在一加载中板上，在加载顶板与加载中板之间设有所述横向力施加机构；
[0016]所述加载中板能够相对一加载底板垂向运动，在加载中板与加载底板之间设有所述垂向力施加机构。
[0017]所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其中：数根导柱沿垂向布置并固定，在导柱上布置有所述加载底板与所述加载中板，在导柱上设有垂向加载螺母，所述垂向加载螺母顶抵于加载底板的底侧，构成所述垂向力施加机构；所述加载中板通过直线轴承安装于所述导柱上，能够在导柱上沿垂向自由移动；所述加载底板与加载中板之间通过所述垂向力传感器、凹槽形圆柱凸台、加载圆球和凹槽形凸台座实现垂向载荷的传递。
[0018]所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其中：所述加载中板上沿水平横向布置有直线导轨，所述加载顶板通过滑块能够在所述直线导轨上沿水平横向自由移动。
[0019]所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其中：在所述加载中板上固定有一块挡板，一根横向加载螺杆沿水平横向穿过所述挡板并与一个横向加载螺母形成螺纹连接，从而构成所述横向力施加机构，所述横向加载螺杆的另一端通过所述横向力传感器与横向力传递杆的一端相接，所述横向力传递杆的另一端与所述模拟轨轴的其中一端的安装基座固定连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，所述车辆轮轴缩比试验台具有缩比车轮、缩比车轴、模拟轨轮与模拟轨轴，所述模拟轨轮与所述缩比车轮形成承力接触；其特征在于：所述缩比车轴由伺服电机经过一主轴驱动旋转，所述主轴旁边安装有转数传感器与编码器，所述转数传感器能够测量所述主轴的旋转次数，所述编码器用于控制所述伺服电机的转速；所述模拟轨轴与一横向力施加机构以及一垂向力施加机构相连，所述横向力加载机构中具有一测量横向力大小的横向力传感器，所述垂向力施加机构中具有一测量垂向力大小的垂向力传感器；所述转数传感器、编码器、横向力传感器以及垂向力传感器均与控制中心信号连接。2.根据权利要求1所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其特征在于：所述伺服电机与所述主轴的输入端动力连接，所述主轴的输出端通过刀柄安装有弹簧夹头，所述弹簧夹头能够夹紧所述缩比车轴的一端，从而使伺服电机能够带动所述缩比车轴以及所述缩比车轮旋转；所述主轴上还安装有打刀缸，所述打刀缸能够控制弹簧夹头的夹紧与放松。3.根据权利要求1所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其特征在于：所述模拟轨轴两端的安装基座固定在一加载顶板上，所述加载顶板可水平横向滑动地安装在一加载中板上，在加载顶板与加载中板之间设有所述横向力施加机构；所述加载中板能够相对一加载底板垂向运动，在加载中板与加载底板之间设有所述垂向力施加机构。4.根据权利要求3所述的车辆轮轴缩比试验台的电控测量系统，其特征在于：数根导柱沿垂向布置并固定，在导柱上布置有所述加载底板与所述加载中板，在导柱上设有垂向加载螺母，所述垂向加载螺母顶抵于加载底板的底侧，构成所述垂向力施加机构；所述加载中板通过直线轴承安装于所述导柱上，能够在导柱上沿垂向自由移动；所述加载底板与加载中板之间通过所述垂向力传感器、凹槽形圆柱凸台、加载圆球和凹槽形凸台座实现垂向载荷的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒易亮，杨广雪，刘志明，李强，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：新型
国别省市：