[发明专利]轮轴疲劳试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料性能测试和研究领域，尤其涉及一种轮轴疲劳试验装置及方法。

背景技术

随着铁路运输高速技术及重载技术的发展，铁路列车的运输安全及运行性能的要求越来越高，而车轮和车轴作为铁路机车的重要部件之一，其运行安全直接关系到整个铁路系统的运行品质和发展。

轮轴系统在列车运行过程中起着传递动力、承载及制动的作用，是列车在高速运行中服役条件最严酷的部件。由于交变载荷、摩擦、磨损等苛刻的服役条件容易造成服役过程中车轮和车轴的疲劳开裂，为了评价服役过程中车轮、车轴的性能，需要对其进行疲劳测试，目前广泛使用的是轮、轴材料疲劳性能试验以及全尺寸轮轴试验台试验。

由于车轮和车轴的结构形状复杂，用材料疲劳数据很难准确预测车轮、车轴产品的疲劳性能，而使用全尺寸车轮和车轴在大型试验台上进行车轮或车轴的疲劳性能研究，所得实验数据更准确，更接近实际，但同时其实验成本高、实验周期长，难于应用在轮、轴的疲劳测试、寿命预测及新型车轮的指导开发上，目前该方法主要用于轮、轴产品的认证考核。

发明内容

本发明提供一种轮轴疲劳试验装置及方法，可在低成本条件下得到车轮、车轴材料及构件的疲劳性能，克服了材料试验的局限性以及全尺寸轮、轴疲劳性能试验的不足，具备高精度、高效率、低成本、多功能的特点，对指导新型车轮设计及开发具有重要的实用价值。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明提供一种轮轴疲劳试验装置，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，所述轨道轮选用于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。

优选地，所述的轮轴疲劳试验装置还包括：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。

具体地，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。

具体地，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。

进一步地，所述轮轴疲劳试验装置，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。

进一步地，所述轮轴疲劳试验装置，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。

优选地，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。