[发明专利]轮轴疲劳试验装置及方法

权利要求书

1.一种轮轴疲劳试验装置，其特征在于，包括：

缩比轮和轨道轮，用于在轮、轨接触疲劳及摩擦-磨损试验中模拟实际车轮和实际车轮运行的实际轨道；所述缩比轮取样于待测的实际车轮，并与所述实际车轮成比例缩放制成，所述轨道轮选用与实际轨道具有相同成分、显微组织和力学性能的材料制成；

旋转驱动机构，用于驱动所述缩比轮和所述轨道轮中的一个；

垂向加载系统，用于在轮、轨接触疲劳及摩擦-磨损试验中向所述缩比轮和所述轨道轮中的从动轮施加垂向载荷，使所述缩比轮的踏面与所述轨道轮接触；

阻尼及制动机构，用于在轮、轨接触疲劳及摩擦-磨损试验中向所述缩比轮和所述轨道轮中的从动轮施加扭矩，模拟车轮实际运行中与实际轨道间的摩擦力及制动力；

控制器，用于控制所述旋转驱动机构、所述垂向加载系统和所述阻尼及制动机构。

2.根据权利要求1所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，还包括：横向移动系统，用于在轮、轨接触疲劳及摩擦-磨损试验中驱动所述缩比轮和所述轨道轮中的从动轮，使所述缩比轮相对所述轨道轮发生横向移动，模拟车轮实际运行中的横向移动；所述控制器还用于控制所述横向移动系统。

3.根据权利要求2所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，所述横向移动系统包括：横向移动滑板和横向移动机构；

所述横向移动滑板与所述横向移动机构相连，所述横向移动机构通过所述横向移动滑板驱动所述缩比轮，使所述缩比轮相对所述轨道轮发生横向移动。

4.根据权利要求1所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，所述垂向加载系统，包括：垂向可移动横梁、载荷传感器、加载连杆和垂向加载机构；

所述垂向可移动横梁通过所述载荷传感器与所述加载连杆连接，所述加载连杆与所述垂向加载机构相连。

5.根据权利要求1-4任一项所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，还包括：在车轴疲劳试验中使用的缩比车轴和模拟车轮，所述缩比车轴取样于待测的实际车轴，并与所述实际车轴成比例缩放制成，所述模拟车轮用于模拟实际运行时车轮对实际车轴的作用；

在车轴疲劳试验时，所述缩比车轴一端与旋转驱动机构相连，另一端为加载端，与一加载端轴承相连；所述垂向加载系统还用于通过所述加载轴承对所述缩比车轴的加载端施加载荷；所述模拟车轮压装连接所述缩比车轴，与所述缩比车轴压装好的模拟车轮固定在固定盘上。

6.根据权利要求1-4任一项所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，还包括：在车轮辐板疲劳试验中使用的缩比轮和模拟车轴，所述缩比轮的辐板从实际的全尺寸车轮辐板上取样，并与所述实际车轮的辐板成比例缩放制成，所述模拟车轴用于模拟实际运行时车轴对实际车轮的作用；

在车轮辐板疲劳试验时，所述模拟车轴一端与旋转驱动机构相连，另一端为加载端，与一加载端轴承相连；所述垂向加载系统还用于通过所述加载轴承对所述模拟车轴的加载端施加载荷；所述缩比轮压装连接所述模拟车轴，与所述模拟车轴压装好的缩比轮固定在固定盘上。

7.根据权利要求6所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，所述缩比轮与所述模拟车轴采用过盈压装方式连接，压装过盈比与实际车轮和车轴压装过盈比相同。

8.根据权利要求6所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机及轴承；

在轮、轨接触疲劳及摩擦-磨损试验中，所述旋转驱动电机及轴承与所述轨道轮的主轴相连接，所述缩比轮的主轴与所述阻尼及制动机构相连接；

在车轴疲劳试验和车轮辐板疲劳试验中，所述旋转驱动电机及轴承与所述缩比车轴相连接。

9.根据权利要求8所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于，还包括：装置底座和固定在装置底座上的承载立柱，所述承载立柱上设置有固定横梁，垂向加载系统中的垂向加载机构固定在所述固定横梁上；

所述轨道轮设置在轨道轮支座上，所述旋转驱动电机设置在电机支座上，所述缩比车轴设置在约束支撑装置上；所述装置底座上开有T型槽，所述电机支座、所述轨道轮支座及所述缩比车轴固定端的约束支撑装置均通过螺栓连接在所述装置底座上。

10.一种使用1-9任一项所述的轮轴疲劳试验装置进行轮轴疲劳试验的方法，其特征在于，进行轮、轨接触疲劳及摩擦-磨损试验时，该方法包括：

试样准备：准备缩比轮和轨道轮；

试验过程：安装实验装置，包括安装缩比轮和轨道轮，使旋转驱动机构用于驱动所述缩比轮和所述轨道轮中的一个；通过控制器控制垂向加载系统和横向移动系统，使所述缩比轮对的车轮踏面和所述轨道轮接触，并通过垂向加载系统对所述缩比轮或所述轨道轮施加载荷；启动旋转驱动机构，待运转平稳后，通过阻尼及制动机构对向所述缩比轮和所述轨道轮中的从动轮施加阻尼转矩，使所述缩比轮的车轮踏面与所述轨道轮之间形成摩擦力；通过控制器控制横向移动系统，使所述缩比轮相对所述轨道轮进行横向运动，用以模拟车轮实际运行时的横向运动；试验过程中自动记录用于后期试样疲劳性能分析的实验数据，包括垂向加载载荷、试样旋转周次、车轮横向移动距离、横向载荷；对实验数据进行处理并对所述缩比轮的踏面进行检查，评价车轮踏面接触疲劳损伤状态；

进行车轴疲劳试验和/或车轮辐板疲劳试验时，该方法包括：

试样准备：车轴疲劳试验中需要准备缩比车轴和模拟车轮，所述模拟车轮用于模拟实际运行时车轮对实际车轴的作用；车轮辐板疲劳试验中需要准备缩比轮和模拟车轴，所述缩比轮的辐板从实际的全尺寸车轮辐板上取样，并与所述实际车轮的辐板成比例缩放制成，所述模拟车轴用于模拟实际运行时车轴对实际车轮的作用；

试验过程：安装实验装置，包括安装缩比车轴和/或缩比轮，使旋转驱动机构用于驱动缩比车轴或者缩比轮；通过旋转驱动电机驱动试样旋转，进行疲劳试验；试验过程中自动记录用于后期试样疲劳性能的分析的试验数据，包括垂向加载载荷、试样旋转周次；对所述缩比车轴的表面进行检查，评价车轴疲劳损伤状态，确定车轴疲劳性能，或者对所述缩比轮的辐板表面进行检查，评价车轮辐板疲劳损伤状态，确定车轮辐板疲劳性能。