轮对用仿真试验装置的制作方法

本发明涉及铁路装备检验，特别地涉及一种轮对用仿真试验装置，适用于测试轮对的磨耗与疲劳性能。

背景技术：

1、磨耗与疲劳，是铁路车辆轮对部件服役失效与损伤的基本特征。由于车轴疲劳损伤可能造成轮轴断裂引起列车车辆脱轨等安全事故，因而备受关注。相关标准如en13261-2007、en13262-2007等都规定，需要做台架试验，对车轴和车轮的疲劳性能进行测试，根据试验检验结果，判定车轴、车轮部件的设计制造质量是否获得市场认可。

2、从科学角度，要实现系统中部件级疲劳性能的科学测试，需要注意如下基本原理：

3、一、系统中产品所有元件及部位都可能承受服役载荷发生失效，但失效总是从最弱元件的最弱部位开始，即所谓最弱链原理。因此，如试验对象是最弱元件且试验时间出现失效，则可进行考核元件的疲劳强度评估；如考核对象非最弱元件，则考核失败。那么系统内所有元件经历疲劳损伤，最多可利用动态应变计手段，测试系统内元件关键部位的动态应力-应变列程。

4、二、通常试验环境与加载历程等主要条件要与生产保持一致性，则测试结果可反映生产情况。

5、三、如果进行强化试验，应准确量化强化因素、明确强化机制、有效范围和把握量化表征关系，这样才可应用试验结果表征生产性能。

6、基于上述基本原理，标准en13261-2007、en13262-2007等规范在建议半轮对车轴试验装置时，有如下基本建议：

7、一是测试车轴疲劳性能时试验系统采用模拟轮，目的是确保考核对象是车轴，考核目的是获得车轴的悬臂弯曲疲劳性能；

8、二是测试车轮疲劳性能时试验系统采用模拟轴，目的是确保考核对象是车轮，考核目的是获得车轮辐板的弯扭疲劳性能。

9、现有技术中为了测试轮对磨耗性能与元件动态疲劳应力-应变条件，建立了轮对动力学性能试验台，在试验系统中保留轴箱和悬挂，建设好试验台加力系统接口后，即可开展轮对磨耗与元件动态疲劳应力-应变条件测试，可参考文献：the competitive role ofwear and rcf:full scale experimental assessment of artificial and naturaldefects in rail way wheel treads.(cantini s,cervello s.wear,2016,366-367:325–337)。在试验系统中保留轴箱和悬挂，以使得试验条件与生产条件保持一致性，但这样导致在试验前匹配原车的悬挂和轴箱需要花费较长时间，且在试验中还会对与轴箱配合的轴承有损伤、消耗，会牺牲轴承的服役寿命。

10、其次，现有技术中还建立了一些相关试验装置，如申请号为cn202220244727.4和cn202220837641.2的中国实用新型专利，把注意力放在采用真实轨道还是轨道模拟轮仿真轮轨接触条件上，而从学术角度，当轨道模拟轮踏面形貌与轨道一致、轮径大于一定尺度，即可在可接受误差范围开展轮对磨耗性能测试。但迄今为此，现有技术中尚未有考虑传动系统驱动力成功测试动力轮对磨耗与疲劳性能的案例，一般是以拖车轮对的磨耗与疲劳性能测试结果代表动力轮对，而众所周知，动力/动车轮对与非动力轮对/拖车轮对的工作原理存在如下差异：

11、一、列车驱动进程，前者由动力源产生扭矩驱动轮对旋转，轮轨接触产生与车辆运行方向一致的驱动力，从而驱动车辆甚至整个列车运行；而后者则是受到来自钩缓装置拖动车辆-牵引梁-转向架-牵引杆-轮对，通过轮轨接触产生与运行方向相反的载荷，拖动或推动车辆/转向架运动。

12、二、列车制动进程，前者系统中牵引电机变成发电机，轮对旋转成为发电机转子，阻碍轮对旋转，消耗车辆前进的动能；同时，启动制动机构后，前后者的踏面或制动盘都会与制动机构摩擦副接触而产生与车辆运动反方向旋转的扭矩。

13、三、拖动/拖车轮对仅承受自轴箱传来的车辆上部负载产生的动态载荷，轮轨接触传来的轨道反力，以及制动时摩擦副产生的附加摩擦力。动力/动车轮对除上述载荷外，在驱动过程还承受通过大齿轮传递到轮轴的传动系统驱动力，以及传动系统重力产生的动态载荷；在制动过程则承受牵引电机产生的反力。

14、显然，驱动进程中动力轮对与拖车轮对的受载方式存在显著差异：前者车轮踏面承受偏于运动方向的轨道反作用力，后者则承受偏于运动反方向的作用力；动力轮对产生的列车运动驱动力，要带动列车所有轮对，除非动力轮对与非动力轮对均布，两者所受载荷不可能均等；并且除承受轴箱之上传来的车辆载荷和轮轨接触反力外，动力/动车轮轴还承受来自大齿轮传递而来的驱动或制动力矩以及传动系统重力产生的动态载荷。因此，任何把动力轮对与非动力轮对的疲劳性能等视的做法都是不准确的。现有技术中尚无契合动力/动车轮对服役条件的磨耗与疲劳性能的试验系统。

15、因此，有必要研究一种轮对用仿真试验装置，以解决上述问题或缓解上述问题带来的影响。

技术实现思路

1、本发明一方面提供一种轮对用仿真试验装置，通过轴承仿真圈代替轴承、仿真轴箱代替真实轴箱、仿真悬挂组件代替真实悬挂系统。

2、本发明的轮对用仿真试验装置包括：

3、轴承仿真圈，其用于套设于轮对的车轴，所述轴承仿真圈能够随所述车轴一起绕自身轴线转动；

4、仿真轴箱，其套设于所述轴承仿真圈，所述轴承仿真圈能够相对于所述仿真轴箱转动，且所述仿真轴箱的安装姿态保持不变；以及

5、仿真悬挂组件，其连接在所述仿真轴箱上，所述仿真悬挂组件能够将接收到的试验负载缓冲作用于所述仿真轴箱。

6、在一个实施方式中，所述仿真轴箱包括箱体，所述箱体开设有安装孔，所述轴承仿真圈转动连接在所述安装孔内。

7、在一个实施方式中，所述仿真轴箱还包括靠近所述安装孔且转动安装于所述箱体的两个滚轮，所述两个滚轮呈鞍形分布并骑设在所述轴承仿真圈上，所述滚轮能够在所述轴承仿真圈的外表面上滚动。

8、在一个实施方式中，所述轴承仿真圈的外表面的径向尺寸沿其轴向先减小后增大，所述滚轮的径向尺寸与所述轴承仿真圈的外表面的径向尺寸相配合，以使所述滚轮与所述轴承仿真圈保持相切。

9、在一个实施方式中，所述仿真悬挂组件包括水平设置的支撑板和位于所述支撑板与所述仿真轴箱之间的仿真缓冲机构，所述仿真缓冲机构能够将从所述支撑板上接收的负载经缓冲后传递至所述仿真轴箱。

10、在一个实施方式中，所述仿真缓冲机构包括均竖直设置的弹性件和两个伸缩件，所述弹性件的两端分别抵接在所述支撑板的中部和所述仿真轴箱的箱体上，所述两个伸缩件对称位于所述弹性件的两侧，且每个所述伸缩件的一端与所述支撑板的端部连接以及其另一端与所述箱体侧面设置的安装部连接。

11、在一个实施方式中，所述装置还包括支撑构架，所述支撑构架与位于所述轮对两端的所述仿真悬挂组件固定连接，所述支撑构架上设置有承力销，所述承力销用于接收试验负载。

12、在一个实施方式中，所述装置还包括均与所述承力销连接的第一作动器和第二作动器，所述第一作动器向所述承力销施加沿竖直方向的荷载，所述第二作动器向所述承力销施加沿所述轮对轴向的荷载。

13、在一个实施方式中，所述装置还包括设置在所述支撑构架上的制动机构，所述制动机构能够与所述轮对的制动盘和/或车轮紧贴形成摩擦制动。

14、在一个实施方式中，所述制动机构包括两块第一闸瓦，所述两块第一闸瓦分别位于所述制动盘的两侧，制动时所述两块第一闸瓦彼此靠近并分别与所述制动盘的两侧盘面紧贴产生摩擦制动力矩。

15、本发明提供的一种轮对用仿真试验装置，与现有技术相比，至少具备有以下

16、有益效果：

17、本发明的轮对用仿真试验装置通过轴承仿真圈代替轴承、仿真轴箱代替真实轴箱、仿真悬挂组件代替真实悬挂系统，能够节约试验前为匹配原车悬挂和轴箱进行的试验准备时间与成本，也能够免去轴承服役寿命的损伤消耗。

18、本发明另一方面提供一种轮对用仿真试验装置，通过仿真轮盘代替真实驱动齿轮、仿真传动单元代替真实传动箱施加驱动力。

19、本发明的轮对用仿真试验装置用于测试动力轮对的磨耗与疲劳性能，所述装置包括仿真轮盘和仿真传动单元，所述仿真轮盘固定套设于轮对的车轴且位于所述轮对的两个车轮之间，所述仿真传动单元连接在所述仿真轮盘上，所述仿真传动单元能够向所述仿真轮盘施加扭矩和轴向力。

20、在一个实施方式中，所述仿真传动单元包括摩擦扭矩仿真器、摩擦仿真轴向作动器和摩擦仿真辅助支撑，所述摩擦仿真辅助支撑固定安装于试验平台，所述摩擦扭矩仿真器和所述摩擦仿真轴向作动器均连接在所述摩擦仿真辅助支撑上。

21、在一个实施方式中，所述摩擦扭矩仿真器采用第二闸瓦与所述仿真轮盘的侧面接触，通过机械摩擦产生阻止所述仿真轮盘转动的所述扭矩。

22、在一个实施方式中，所述摩擦扭矩仿真器设有连接在所述摩擦仿真辅助支撑上的u形支架，所述u形支架的两个内侧壁均设有一个所述第二闸瓦，两个所述第二闸瓦分别与所述仿真轮盘的两个侧面接触。

23、在一个实施方式中，所述摩擦仿真轴向作动器沿所述车轴的轴向设置，其一端连接于所述摩擦仿真辅助支撑，其另一端连接于所述u形支架的外侧，所述摩擦仿真轴向作动器通过所述u形支架经所述第二闸瓦向所述仿真轮盘施加所述轴向力。

24、在一个实施方式中，所述装置还包括支撑轴承仿真圈和重力仿真单元，所述支撑轴承仿真圈固定套设于所述车轴，所述重力仿真单元设置在所述支撑轴承仿真圈上，且所述重力仿真单元向所述支撑轴承仿真圈施加垂向力。

25、在一个实施方式中，所述重力仿真单元包括重力仿真支撑框和重力仿真砝码，所述重力仿真砝码安装在所述重力仿真支撑框上，所述重力仿真支撑框设置在所述支撑轴承仿真圈上并向所述支撑轴承仿真圈传递所述重力仿真砝码的重力。

26、在一个实施方式中，所述重力仿真支撑框设置有马鞍形支撑结构，所述重力仿真支撑框通过所述马鞍形支撑结构骑设在所述支撑轴承仿真圈上。

27、本发明提供的一种轮对用仿真试验装置，与现有技术相比，至少具备有以下

28、有益效果：

29、本发明的轮对用仿真试验装置通过仿真轮盘代替真实驱动齿轮、仿真传动单元代替真实传动箱施加驱动力，从而全面仿真传动系统对动力轮对的机械力作用，这样试验更贴近于动力轮对的受力环境，使得动力轮对的磨耗与疲劳性能的试验结果更准确。并且这样采用仿真轮盘和仿真传动单元也能够避免试验中相关部件受损，节约了试验成本。

30、本发明再一方面提供一种轮对用仿真试验装置，通过仿真轮盘代替真实驱动齿轮，磁阻扭矩仿真器和磁阻仿真轴向作动器代替真实传动箱分别施加扭矩和轴向力。

31、本发明的轮对用仿真试验装置用于测试动力轮对的磨耗与疲劳性能，所述装置包括仿真轮盘和仿真传动单元，所述仿真轮盘固定套设于轮对的车轴且位于所述轮对的两个车轮之间，所述仿真传动单元连接在所述仿真轮盘上，所述仿真传动单元包括磁阻扭矩仿真器和磁阻仿真轴向作动器，所述磁阻扭矩仿真器能够通过磁感应作用向所述仿真轮盘施加可控的负载扭矩，所述磁阻仿真轴向作动器能够向所述仿真轮盘施加可控的负载轴向力。

32、在一个实施方式中，所述仿真传动单元还包括磁阻仿真辅助支撑，所述磁阻仿真辅助支撑固定安装于试验平台，所述磁阻扭矩仿真器和所述磁阻仿真轴向作动器均连接在所述磁阻仿真辅助支撑上。

33、在一个实施方式中，所述磁阻扭矩仿真器包括对应设置的内环转子和外环定子，所述内环转子固定连接在所述仿真轮盘上，所述外环定子固定连接在所述磁阻仿真辅助支撑上；所述外环定子能够通过电磁感应对所述内环转子产生可控的、与所述仿真轮盘转动方向相反的负载扭矩。

34、在一个实施方式中，所述内环转子装配有磁感应材料，所述外环定子装配有磁感应线圈，所述外环定子通电后对所述内环转子产生与所述仿真轮盘转动方向相反的、可控的磁阻负载扭矩。

35、在一个实施方式中，所述内环转子侧面设有呈环状滚道且用于轴向力作用的开口槽，所述开口槽的开口朝向所述磁阻仿真轴向作动器所在的一侧，其槽中内崁有中间带径向圆柱体、两端套滚动体的类哑铃状的滚动组件，所述滚动组件的中间径向圆柱部分与所述磁阻仿真轴向作动器的一端固接，所述磁阻仿真轴向作动器沿所述车轴的轴向布置且其另一端铰接于所述磁阻仿真辅助支撑。

36、本发明提供的一种轮对用仿真试验装置，与现有技术相比，至少具备有以下

37、有益效果：

38、本发明的轮对用仿真试验装置通过仿真轮盘代替真实驱动齿轮，磁阻扭矩仿真器和磁阻仿真轴向作动器代替真实传动箱分别施加扭矩和轴向力，从而全面仿真传动系统对动力轮对的机械力作用，这样试验更贴近于动力轮对的受力环境，使得动力轮对的磨耗与疲劳性能的试验结果更准确。并且磁阻扭矩仿真器通过磁感应施加扭矩，无机械摩擦，扭矩平稳，使得相关部件寿命延长且维护成本降低。