[发明专利]一种高速滚动接触刚度和阻尼系数测试的方法

说明书

技术领域

本发明属于滚动接触刚度和阻尼系数试验技术领域，具体涉及一种高速滚动接触刚度和阻尼系数测试的新方法。

背景技术

随着铁路列车不断提速及向高速化方向发展，列车在运行过程中的振动将不可避免地增大，与此同时，人们对列车乘坐的舒适性的要求也越来越高。如何化解或缓和这一矛盾，已成为当今铁路研究人员的一项课题。铁路运输向科学研究提出一系列挑战，许多关键科学技术问题急需解决，其中轮轨滚动接触刚度和阻尼的研究就是最复杂问题之一，它的解决对列车安全运营和降低振动以及发展高速列车具有重要的意义。众所周知，轨道几何不平顺是导致机车车辆振动的直接根源，国内外均对此进行了大量卓有成效的研究。然而轮轨滚动接触刚度和阻尼对列车运行的影响尚未得到深入研究，其影响规律还未被认识清楚，由于缺少理想的实验设备，故没有得到系统性的研究。本发明在现有的测试刚度和阻尼系数试验方法上进行改进，提供出一种高速滚动接触刚度和阻尼系数测试的新方法，以实时模拟检测出高速列车轮轨滚动接触刚度和阻尼系数特性。

该方法解决以下几个问题：

（1）工作原理简单、可靠性高，可实时检测试件高速滚动接触刚度和阻尼系数；

（2）操纵方便，避免传感器长电缆绕线问题；

（3）维修保养费用低，采用高速伺服电机，可以模拟高速列车轮轨滚动接触。

发明内容

为了克服现有的技术不足，本发明提供了一种高速滚动接触刚度和阻尼系数测试的新方法，该方法主要由高速滚动接触刚度和阻尼系数试验机实现，该试验机能实时检测高速滚动接触刚度和阻尼系数特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：为了克服现有的刚度和阻尼系数测试设备不能实时检测高速滚动接触工况下的滚动接触刚度和阻尼系数，并为研究轮轨滚动接触刚度和阻尼特性提供实验依据。本发明依据的原理是主动轴运动部分卧式安装于主机工作台[7]之上，主动轴[15]通过弹性联轴器[20]与无线加速度传感器[25]串联，由交流伺服电机1[5]驱动，下试环[19]装于主动轴[15]前端，并由固定螺母[17]和挡圈[18]紧固，可随主动轴[15]以一定的转速旋转，主动带轮[24]通过同步圆弧齿型带和从动带轮[23]传递带动传动轴[22]旋转，同时通过带轮[21]传递带动陪试主轴[12]同步旋转，传动轴组件通过左、右轴支撑座[2]固定于工作台[7]上，陪试主轴[12]安装于杠杆保持架[26]一端，杠杆保持架[26]可以传动轴[22]为支点做杠杆运动以传递试验力，以车轮材料为主试件[14]，钢轨材料为陪试件[13]，使得主试件[14]与陪试件[13]可以实现高速滚动接触。无线涡流传感器[16]获取扫频和同步两种信号，测试扫频信号就是根据要求测量的频率点周期性给出各频率点的正弦信号，此信号由LabVIEW 产生，通过采集卡模拟输出通道输出，加载在功率放大器[10]的输入端，功率放大器[10]的输入接口与信号发生器[11]连接，将其扫频信号放大，输出端口与非接触激振器[27]连接，由固定在激振盒[8]中的非接触激振器[27]持续给激励式样的受迫振动作为主要激励，同步信号是产生与扫频信号同步的方波信号，用于位移响应信号的同步采集，无线涡流传感器[16]的输出电压信号作为系统的响应信号再由NI DAQ数据采集卡的一路模拟输入通道采集到计算机[9]，由系统应用程序进行数据的存储和数据分析，模拟检测出高速列车滚动接触刚度和阻尼特性。

该高速滚动接触刚度和阻尼系数测试试验机主要由五部分构成：机架、主动运动机构、陪试运动机构、自动测试装置和微机控制装置，其中机架主要由工作台[7]、支架[3]、底板[4]组成；主动运动机构主要由主动运动部分高速伺服电机1 [1]、支撑座[2]、主动轴[15]、主试件[14]、弹性联轴器[20]、下试环[19]组成；陪试运动机构主要由陪试运动部分高速伺服电机2 [5]、陪试主轴[12]、陪试件[13]、试验力加载器[6]、主动带轮[24]、从动带轮[23]、传动轴[22]组成；自动测试装置主要由功率放大器[10]、非接触式激振器[27]、无线涡流传感器[16]、信号接收器[11]组成；微机控制机构主要由电器测控系统、软件部分、计算机[9]及辅助件组成。

现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明与现有测试刚度和阻尼系数的设备最大不同之处在于可以实现避免长电缆绕线，实时检测出高速滚动接触刚度和阻尼系数特性，为研究轮轨滚动接触刚度和阻尼模型的科研工作提供依据。