一种列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置

摘要

本发明公开一种列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置，包括测试单元、驱动单元和制动单元，测试单元包括车轮、车轮轴、钢轨轮、钢轨轴、轴承座，车轮与车轮轴相连，车轮与车轮轴过盈配合，测试时，车轮与钢轨轮相抵接，相当于火车轮对与铁轨的滚动接触，通过加载盘向车轮轴加载径向载荷(即轴重载荷)，模拟实际载荷，打开电机和磁粉制动机，模拟火车加减速实际工况，模拟结束后，将胀紧环拆下作为检测试样，分析火车轮对过盈配合面在不同工况下的表面形貌和表层裂纹状态，得到表面微动磨损状态以及表面微动疲劳裂纹萌生和扩展机制。

说明书

技术领域

本发明涉及火车轮对服役性能测试技术领域，特别是涉及一种列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置。

背景技术

轮轴是由轮和轴组成，能绕共同轴线旋转的机械。列车轮轴的配合是典型的过盈配合，高速重载列车运行过程中通过踏面制动进行减速时，轮对不但承受轴重载荷，而且轮轨接触踏面承受阻力矩，因此，车轴轮座与轮毂孔配合表面在弯矩和扭矩综合作用下，会产生比稳态运行状态更显著的周向微动滑移和轴向微动滑移，进而造成过盈配合面微动磨损和微动疲劳等微动损伤，轮对过盈配合面微动损伤是影响重载铁路运输安全性和经济性的重要因素，在高速重载运输中尤其严重，研究在此种状态下列车的安全问题也就显得十分必要。但是，现有技术中关于列车轮轴过盈配合面的微动损伤测试设备仍属空白。

因此，如何改变现有技术中，列车轮轴过盈配合面的微动损伤测试无法进行的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，使装置能够对火车轮对过盈配合面的表面微动磨损状态进行测试。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置，包括：

测试单元，所述测试单元包括车轮、车轮轴、钢轨轮、钢轨轴、轴承座，所述车轮与所述车轮轴相连，所述车轮与所述车轮轴过盈配合，所述车轮与所述车轮轴之间设置胀紧环和胀紧套，所述胀紧套套装于所述车轮轴上，所述胀紧环套装于所述胀紧套的外部并与所述车轮相抵接，调节所述胀紧套能够改变所述车轮和所述车轮轴的过盈配合面的接触应力，所述车轮轴还连接有车轮支座和加载盘，所述车轮轴可转动地设置于所述车轮支座上，所述加载盘与所述车轮轴转动连接，通过所述加载盘能够向所述车轮轴施加径向载荷，所述钢轨轮与所述钢轨轴相连，所述钢轨轴可转动地设置于所述轴承座上，所述钢轨轮设置于所述车轮的底部且二者相抵接；

驱动单元，所述驱动单元包括电机，所述电机与所述车轮轴传动相连；

制动单元，所述制动单元包括磁粉制动机，所述磁粉制动机与所述钢轨轴传动相连，所述磁粉制动机向所述钢轨轴传递的力矩与所述电机向所述车轮轴传递的力矩方向相反；

底座，所述车轮支座、所述轴承座、所述驱动单元和所述制动单元均设置于所述底座上。

优选地，所述加载盘与所述车轮轴之间设置N型圆柱滚子轴承，所述N型圆柱滚子轴承的两端与所述车轮轴之间均设置弹性挡圈。

优选地，所述胀紧环和所述胀紧套均凸出于所述车轮的安装孔，所述胀紧套靠近所述车轮一侧的端面与所述胀紧环的端面之间具有间隙。

优选地，所述车轮轴靠近所述车轮支座的一端连接有第一链轮，所述第一链轮通过链条与所述电机传动相连，所述钢轨轴伸出所述轴承座的一端连接有第二链轮，所述第二链轮通过链条与所述磁粉制动机传动相连。

优选地，所述第二链轮与所述轴承座之间设置定位套，所述第二链轮设置于所述轴承套远离所述第一链轮的一侧。

优选地，所述车轮支座与所述车轮轴之间、所述轴承座与所述钢轨轴之间均设置轴承。

优选地，所述加载盘和所述车轮支座分别设置于所述车轮的两侧，所述车轮和所述第一链轮分别设置于所述车轮支座的两侧。

优选地，所述车轮具有锥度。

优选地，所述胀紧环的两端均作倒圆角处理。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置，包括测试单元、驱动单元和制动单元，测试单元包括车轮、车轮轴、钢轨轮、钢轨轴、轴承座，车轮与车轮轴相连，车轮与车轮轴过盈配合，车轮与车轮轴之间设置胀紧环和胀紧套，胀紧套套装于车轮轴上，胀紧环套装于胀紧套的外部并与车轮相抵接，调节胀紧套能够改变车轮和车轮轴的过盈配合面的接触应力，车轮轴还连接有车轮支座和加载盘，车轮轴可转动地设置于车轮支座上，加载盘与车轮轴转动连接，通过加载盘能够向车轮轴施加径向载荷，钢轨轮与钢轨轴相连，钢轨轴可转动地设置于轴承座上，钢轨轮设置于车轮的底部且二者相抵接。车轮与钢轨轮相抵接，相当于火车轮对与铁轨的滚动接触，通过加载盘向车轮轴加载径向载荷(即轴重载荷)，模拟实际载荷，打开电机和磁粉制动机，模拟火车加减速实际工况，模拟结束后，将胀紧环拆下作为检测试样，分析火车轮对过盈配合面在不同工况下的表面形貌和表层裂纹状态，得到表面微动磨损状态以及表面微动疲劳裂纹萌生和扩展机制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的结构示意图；

图2为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的正视结构示意图；

图3为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的测试单元的剖切结构示意图；

图4为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的制动单元的结构示意图；

图5为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的驱动单元的结构示意图；

图6为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的轴承座的侧视结构示意图；

图7为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的胀紧环的部分剖切示意图；

图8为图7中A处的放大结构示意图；

其中，1为测试单元，2为驱动单元，3为制动单元，4为底座，5为车轮，6为车轮轴，7为钢轨轮，8为钢轨轴，9为轴承座，10为胀紧环，11为胀紧套，12为车轮支座，13为加载盘，14为第一链轮，15为第二链轮，16为定位套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，使装置能够对火车轮对过盈配合面的表面微动磨损状态进行测试。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-8，其中，图1为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的结构示意图，图2为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的正视结构示意图，图3为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的测试单元的剖切结构示意图，图4为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的制动单元的结构示意图，图5为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的驱动单元的结构示意图，图6为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的轴承座的侧视结构示意图，图7为本发明的列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置的胀紧环的部分剖切示意图，图8为图7中A处的放大结构示意图。

本发明提供一种列车轮对过盈配合面微动损伤测试装置，包括：

测试单元1，测试单元1包括车轮5、车轮轴6、钢轨轮7、钢轨轴8、轴承座9，车轮5与车轮轴6相连，车轮5与车轮轴6过盈配合，车轮5与车轮轴6之间设置胀紧环10和胀紧套11，胀紧套11套装于车轮轴6上，胀紧环10套装于胀紧套11的外部并与车轮5相抵接，调节胀紧套11能够改变车轮5和车轮轴6的过盈配合面的接触应力，车轮轴6还连接有车轮支座12和加载盘13，车轮轴6可转动地设置于车轮支座12上，加载盘13与车轮轴6转动连接，通过加载盘13能够向车轮轴6施加径向载荷，钢轨轮7与钢轨轴8相连，钢轨轴8可转动地设置于轴承座9上，钢轨轮7设置于车轮5的底部且二者相抵接；

驱动单元2，驱动单元2包括电机，电机与车轮轴6传动相连；

制动单元3，制动单元3包括磁粉制动机，磁粉制动机与钢轨轴8传动相连，磁粉制动机向钢轨轴8传递的力矩与电机向车轮轴6传递的力矩方向相反；

底座4，车轮支座12、轴承座9、驱动单元2和制动单元3均设置于底座4上，底座4为测试单元1、驱动单元2和制动单元3提供了稳定支撑。

测试时，车轮5与钢轨轮7相抵接，相当于火车轮5对与铁轨的滚动接触，通过加载盘13向车轮轴6加载径向载荷(即轴重载荷)，模拟实际载荷，打开电机和磁粉制动机，模拟火车加减速实际工况，模拟结束后，将胀紧环10拆下作为检测试样，分析火车轮5对过盈配合面在不同工况下的表面形貌和表层裂纹状态，得到表面微动磨损状态以及表面微动疲劳裂纹萌生和扩展机制。同时，采用旋转方向周期性变换的电机和磁粉制动机共同为装置提供动力和阻力，模拟车轮5加速及减速对轮轴过盈配合面造成的微动疲劳损伤。加之，在车轮轴6与车轮5之间设置胀紧环10和胀紧套11，可调节装配应力，便于拆装，且能够便捷地模拟不同运行状态的损伤状态，同时，胀紧环10作为损伤检测试样，降低检测难度。

其中，加载盘13与车轮轴6之间设置N型圆柱滚子轴承，N型圆柱滚子轴承的两端与车轮轴6之间均设置弹性挡圈，施加在加载盘13上的轴重载荷首先传递到N型圆柱滚子轴承，载荷分布均匀且摩擦力小，可有效提高检测精度。

具体地，胀紧环10和胀紧套11均凸出于车轮5的安装孔，保留了车轮轴6加载侧的悬伸量，胀紧套11靠近车轮5一侧的端面与胀紧环10的端面之间具有间隙，通过调节胀紧套11胀紧力能够获得不同大小的过盈配合面接触应力。此处需要说明的是，胀紧套11胀紧环10为现有技术中通用零部件，但是需要与车轮轴6以及车轮5的尺寸相匹配。

在本具体实施方式中，车轮轴6靠近车轮支座12的一端连接有第一链轮14，第一链轮14通过链条与电机传动相连，钢轨轴8伸出轴承座9的一端连接有第二链轮15，第二链轮15通过链条与磁粉制动机传动相连，链传动无弹性滑动和打滑现象，传动比准确，工作可靠，传动效率高。轴承座9为分体式结构，便于拆装，减轻操作人员工作负担。

更具体地，第二链轮15与轴承座9之间设置定位套16，防止第二链轮15错位，保证力矩顺利传输，第二链轮15设置于轴承套远离第一链轮14的一侧，避免干涉。

为了使转动更加顺畅，车轮支座12与车轮轴6之间、轴承座9与钢轨轴8之间均设置轴承。

进一步地，加载盘13和车轮支座12分别设置于车轮5的两侧，车轮5和第一链轮14分别设置于车轮支座12的两侧，便于拆装，同时提高结构稳定性。

更进一步地，车轮5具有锥度，便于调整车轮5位置使之与钢轨轮7保持接触状态，保证测试顺利进行。

需要强调的是，胀紧环10的两端均作倒圆角处理，便于拆装和更换，提高检测效率。

本发明的列车轮5对过盈配合面微动损伤测试装置，车轮5与钢轨轮7相抵接，相当于火车轮5对与铁轨的滚动接触，通过加载盘13向车轮轴6加载轴重载荷，模拟实际载荷，打开电机和磁粉制动机，模拟火车加减速实际工况，模拟结束后，将胀紧环10拆下作为检测试样，分析火车轮5对过盈配合面在不同工况下的表面形貌和表层裂纹状态，得到表面微动磨损状态以及表面微动疲劳裂纹萌生和扩展机制。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。