[发明专利]一种快速测量轮轨黏着-蠕滑曲线的实验方法

说明书

本发明公开了一种快速测量轮轨黏着‑蠕滑曲线的实验方法，试验开始伺服驱动电机以设定的模拟速度带动两转轴同速转动，保持蠕滑率为0；轮试样轴上施加方向向下的法向载荷，使轮轨试样发生滚动接触，其界面接触应力取现场轮轨界面接触应力水平；其后的实验过程中：轨试样轴驱动电机保持稳定转速，轮试样轴驱动电机按照设定的蠕滑率s变化曲线进行调整；控制轮轨试样间的蠕滑率按照设定的曲线变化，测量并记录蠕滑率变化过程中轮轨试样间的黏着系数。本方法可在一次实验过程中获得一条完整的黏着‑蠕滑曲线，与传统方法相比可有效降低实验时间，且所测曲线均匀连续，包含更多的曲线变化细节，可有效利用数值拟合方法进行曲线特征分析。

技术领域

本发明涉及模拟轮轨滚动接触实验技术，具体涉及一种测定轮轨界面黏着-蠕滑曲线及曲线特征的实验方法。

背景技术

轮轨界面黏着-蠕滑曲线是反映机车运行过程中轮轨界面的可利用黏着水平，是机车动力研究和黏着控制系统设计的重要参数，其曲线特征(包含曲线峰值点位置和初始阶段斜率)是评价蠕滑率对黏着系数影响规律的简化指标。

考虑实验的经济性和重复性，轮轨界面黏着实验广泛地在实验室内采用双轮对滚方式进行模拟，黏着-蠕滑曲线的测定往往通过进行多组不同蠕滑率下的独立实验测定每个蠕滑下平均黏着系数的方式获得。该实验方法获得的黏着-蠕滑曲线受实验样本量的限制，往往只是对几个间隔较大的蠕滑率下的数据点间的连线，其均匀性较差，只能进行趋势分析，不能准确判定曲线峰值点的具体位置和初始阶段的斜率。此外，该实验方法需要进行多组不同蠕滑率下的独立实验，所需实验时间较长，且易受不同实验组间的模拟条件变化的影响。

发明内容

针对现有实验方法存在的问题，本发明拟提供一种快速测量轮轨界面黏着-蠕滑曲线及曲线特征的实验方法，该方法同样基于双轮对滚式轮轨滚动接触模拟实验，实验过程中通过控制轮轨试样间蠕滑率按照设定的曲线进行均匀变化在一组实验内便可以自动获得一条完整、连续的黏着-蠕滑曲线，并通过对曲线进行数值拟合的方式自动获得曲线峰值点位置和初始斜率。

为实现发明目的，所采用的技术方案是：

一种快速测量轮轨黏着-蠕滑曲线的实验方法，将车轮材料与钢轨材料加工成圆盘状对滚试样分别安装于两平行设置的轮试样轴和轨试样轴上，并由两个伺服驱动电机分别驱动以设定的模拟速度带动两轴转动，通过液压机构在上转轴上施加法向载荷，使轮轨试样发生滚动接触；通过设置在轮试样轴上的扭矩传感器和设置在液压机构中的压力传感器测定摩擦力矩和实验力数据而最终获得轮轨界面黏着-蠕滑性能。采用如下的步骤完成实验：(1)试验开始：伺服驱动电机以设定的模拟速度带动两转轴同速转动，保持蠕滑率为0；轮试样轴上施加方向向下的法向载荷，其载荷接触应力取现场轮轨界面接触应力；使轮轨试样发生滚动接触；(2)其后的实验过程中：轨试样轴驱动电机保持稳定转速，轮试样轴的伺服驱动电机按照设定的蠕滑率变化曲线进行降速或升速；钢轨试样转速恒定为n_r，车轮试样转速n_w按照n_w＝n_r*(1-s)的关系进行实时调整，控制轮轨试样间的蠕滑率按照设定的曲线变化，在此过程中测量并记录蠕滑率变化过程中轮轨试样间的黏着系数；(3)根据记录的蠕滑率和黏着系数输出一条完整的黏着-蠕滑曲线，及曲线的峰值点位置和初始斜率。

步骤(2)中蠕滑率s变化曲线在模拟制动工况时为阶梯式上升曲线，从0递增至终值S_t；在模拟牵引工况时为阶梯式下降曲线，从0递减至终值S_t；蠕滑率调整速率为每200转(钢轨试样转数)增加或降低0.1％，保证轮轨试样始终处于稳态滚动状态。

为保证能准确评估黏着-蠕滑曲线特征，所选终值S_t绝对值应超过所测黏着-蠕滑曲线峰值点处蠕滑率绝对值的两倍以上，该值可根据经验选择一较大值(通常5％即可满足要求)或通过预实验确定。

曲线的峰值点位置和初始斜率通过对测得的黏着-蠕滑曲线进行数值拟合获得。