[发明专利]用于测试机车车轮疲劳性能的实验设备和实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路车轮疲劳性能检验领域，具体地，涉及一种测试铁路机车车轮疲劳性能的实验方法及进行该实验测试所使用的设备。

背景技术

在铁路机车车辆走行部中，车轮是最为重要的部件之一，其质量的优劣直接关系到机车车辆的运行安全可靠性，车轮在使用前必须对其疲劳性能进行检验和评估，以确保其具有良好的运用质量和可靠安全性能。根据车轮产品标准EN13262《铁路应用-轮对和转向架-车轮产品要求》的相关要求，辐板表面机加工的辗钢车轮需通过辐板径向应力±240MPa，循环次数1000万次。国内传统的实验方法有两种：

①实验车轮和实验车轴过盈装配，并将实验车轴固定到实验台地基，加载工装夹紧车轮轮辋，油压伺服系统控制做动器上下往复运动，车轮辐板承受循环交变应力，该实验方式的实验频率大致在3Hz～5Hz之间，由于实验设备中包含液压系统和冷却系统，故设备能耗很大，同时实验过程中噪声很大。

②实验车轮与实验车轴通过过盈配合装配在一起。用螺栓将车轮、车轴、工装垫板和实验台法兰联接在一起，并将车轮试样与实验台法兰定位。实验时，实验台电机驱动法兰转动，从而法兰带动车轮试样转动，通过作动器在轴端施加恒定垂向载荷实现车轮辐板交变应力。由于组装试样和实验设备法兰间配合的同轴度、垂直度以及不平衡质量的影响，实验电机转速受到限制，正常实验频率约10Hz，同时设备的噪声、能耗较大。

上述两种实验方法的能耗和噪声均很大，而且实验频率低，使得车轮疲劳性能检测周期过长，实验成本过高，不利于保障车轮运用安全。

发明内容

为了克服现有机车车轮疲劳实验过程中能耗过高、噪声过大、实验周期过长的不足,本发明提供一种机车车轮疲劳性能的实验方法，该实验方法能够显著提高实验频率，大大降低实验能耗，实验噪声也低于上述两种传统实验方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种测试铁路机车车轮整体疲劳的实验方法，所述方法包括以下步骤：通过控制柜设置车轮组装试样的设定实验应力值和设定实验循环次数；启动变频伺服电机旋转；通过所述变频伺服电机驱动偏心质量系统旋转；通过控制柜测试所述车轮组装试样的实测实验应力值和实测实验循环次数；当所述实测实验应力值与设定实验应力值的相对误差小于规定值时，记录与所述实测实验应力值相对应的实验弯矩并从零开始循环计数；和设定所述实验弯矩为命令弯矩并在整个实验过程中保持所述命令弯矩，直至所述实测实验循环次数达到所述设定实验循环次数时停止实验。

优选地，在实验过程中，根据所述实测实验应力值的大小调整所述变频伺服电机的转速，直至所述控制柜实测的车轮组装试样的实测实验应力值与所述设定实验应力值的相对误差小于所述规定值为止。

优选地，该实验方法还包括以下步骤：当所述变频伺服电机达到最高转速后，当所述实测实验应力没有达到所述设定实验应力时，则通过增加偏心质量系统的偏心质量增加离心力，从而使所述实测实验应力达到所述设定实验应力。

其中在变频伺服电机旋转时，所述偏心质量系统在电机驱动下产生所述离心力，所述离心力与所述偏心质量系统的偏心质量、电机转的平方成线性关系，所述实测实验应力与所述离心力呈线性关系。

优选地，所述误差的规定值为设定实验应力值的0.5%。

优选地，所述设定实验应力值为±240MPa、所述设定实验循环次数为1000万次。

优选地，该实验方法还包括在实验过程中进行弹簧-质量减震系统内的弹性能与动能的互相转化。

优选地，停止实验的步骤还包括：在实验过程中为所述车轮组装试样加载实验频率，当加载的实验频率下降0.3Hz时，所述控制柜检测到车轮组装试样出现裂纹并控制所述变频伺服电机自动停止运行。

优选地，所述实验频率最高为50Hz，优选地，所述实验频率在20Hz到30Hz之间。

根据本发明的另一方面，还提出了一种用于进行铁路机车车轮整体疲劳测试的实验设备，所述实验设备包括：变频伺服电机；控制柜，所述控制柜与所述变频伺服电机通过线缆连接，用于调整和控制所述变频伺服电机的转速；转臂，所述转臂与所述变频伺服电机连接，用于通过所述转臂的转动来调整所述变频伺服电机的位置；车轮组装试样，所述车轮组装试样与所述转臂相连接；弹簧-质量减震系统，所述车轮组装试样固定到所述弹簧-质量减震系统上；和偏心质量系统，所述偏心质量系统安装在所述车轮组装试样的轴端并与所述变频伺服电机相连接。

附图说明

图1为根据本发明实施例的实验设备的结构示意图。