本发明专利技术属于轨道交通领域，公开了一种轮轨黏着特性的模拟方法，首先，实际轮轨间形成的实际接触斑的目标长轴值和目标短轴值；然后，选取与车轮对相同的轮对模拟轮及用于模拟轨道的初始轨道模拟轮，并将轮对模拟轮和初始轨道模拟轮组成摩擦轮传动机构；接着，使轮对模拟轮和初始轨道模拟轮产生与轮轨正压力值相同的接触正压力，并改变轮对模拟轮的运动状态，从而得到模拟接触斑的模拟长轴值和模拟短轴值；接着，基于模拟接触斑与实际接触斑的面积误差值得到最终轨道模拟轮；最终，通过轮对模拟轮和最终轨道模拟轮得到轮轨黏着特性。本发明专利技术还公开了用于实施上述轮轨黏着特性的模拟方法的一种轮轨黏着特性模拟测试装置。拟方法的一种轮轨黏着特性模拟测试装置。拟方法的一种轮轨黏着特性模拟测试装置。
【技术实现步骤摘要】
一种轮轨黏着特性的模拟方法及模拟测试装置
[0001]本专利技术属于轨道交通领域，具体涉及一种轮轨黏着特性的模拟方法及模拟 测试装置。
技术介绍
[0002]目前铁道车辆的主要制动方式都是通过车轮和钢轨之间传递的黏着力来 实现，轮轨黏着是制约高速铁路运营安全和速度的关键性问题。轮轨间黏着力 不足时，极易发生滑行甚至抱死，使得车轮踏面和钢轨出现擦伤以及剥离等损 伤。车轮和钢轨的擦伤将会成为列车运行过程中的随机激扰，给列车运行过程 中的稳定性和平稳性带来隐患，这种外部激扰会降低列车乘坐舒适度，引发随 机振动和噪声，另外激扰会加大对轮对的冲击载荷，降低车轴、滚动轴承和钢 轨等部件的寿命，提高车辆和钢轨的维护成本。更为严重的是，黏着力不足会 带来制动力降低，迫使制动距离增加，不能做到快速停车，甚至会发生冲出站 台、列车相撞等重大安全事故。
[0003]轮轨关系问题是轨道交通系统的基础性问题，而轮轨关系试验台是研究轮 轨关系问题的重要技术装备。轮轨关系试验台按照试验对象可分为整车试验台、 转向架试验台、单轮对试验台、单车轮试验台；按照功能试验台可分为滚动试 验台、振动试验台和滚动振动试验台。
[0004]目前国内外对轮轨黏着问题的研究由于受到设备的限制大多局限于中低 速。随着我国高速重载铁路的快速发展，轮轨黏着特性与防滑控制问题急需进 行理论和试验研究。
[0005]1986年，西南交通大学王夏鍫教授主持并研制成功国内第一台JD
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1型轮轨 摩擦学模拟试验机，该试验机与美国伊利诺斯理工学院在1981年研究的 IIT
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GMEMD轮轨关系试验机原理相似，采用一个按一定比例制作的车轮模拟实 际的车轮，采用一个轨道轮来模拟轨道，模拟比为1:4，轨道轮和车轮可分别 由电机驱动，设计有专门的加载装置在车轮上施加垂向、横向载荷，并可以模 拟实际运行，对车轮施加激振，配置专门的传感器测试轮轨之间的载荷并反馈 到控制台。JD
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1型试验机能够完成各种工况下的轮轨磨损试验，包括：直线工 况和任一冲角工况，不同横向力和垂向力比值的工况，轮轨表面不同润滑介质 的工况，任何载荷下的牵引工况、制动工况，轨道上蛇行运动有关摩擦学研究 等。同时，该试验机可进行不同轮轨几何型面和不同轮轨材料匹配的摩擦学试 验。JD
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1型轮轨摩擦学模拟试验机设计新颖，测试周期短，测试手段先进。2009 年，西南交通大学摩擦学研究所通过该试验机完成轮轨黏着特性的研究，得到 轮轨黏着特性与蠕滑率的关系以及轮轨最大接触力位置等试验结论。
[0006]1994年，西南交通大学牵引动力国家重点实验室研制成功国内第一台机车 车辆整车滚动振动试验台。与JD
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1型试验机原理相似，该试验台也是通过一个 轨道轮来模拟轨道，采用实际的车辆进行试验，由轨道轮带动车轮旋转来模拟 车辆的行驶。试验台能够进行轮轨蠕滑系数研究和接触蠕滑理论验证、车辆运 行平稳性、车辆蛇行运动稳定性、曲线
通过动态模拟、车辆轮轨黏着利用、踏 面磨损等试验研究。试验台最大电机功率1200kW，最高试验速度400km/h，最 大可施加25t轴重载荷，轨距可实现1000mm
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1676mm可调，能够对轴距 1600m
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2800mm的转向架进行试验。2005年，张立民、张卫华教授等在该试验台 上完成轮轨波磨再现试验。试验采用的是原型尺寸转向架，试验针对6mm,8mm 等不同横移量以及270Hz,445Hz以及1388Hz等不同垂向振动频率等参数对轮轨 波磨的影响进行研究。
[0007]1994年浙江大学机械设计研究所，陈扬枝等自行研制了DLG1/15轮轨模拟 试验机。该试验机由C6120型车床改装成，通过车床主轴带动轨道轮旋转，再 通过轨道轮带动车轮旋转，模拟实际的轮轨接触。试验中采用的车轮是将实际 车轮的轮缘小半径R14缩小为R5，将钢轨轨距角的圆弧半径，由原来的R13缩小 为R3，改变这些参数后，车轮外径取φ67mm，并且在不同的试验中采用不同 的半径，轨道轮外径取400mm。车轮的磨耗量通过称重法来测量。通过该试验 机，陈扬枝等完成了轮轨的硬度、速度、冲角等对轮轨磨损的影响等重要的试 验。
[0008]2010年4月中国铁道科学院与德国RANK公司签订了比例为1:1，最高速度 500km/h的高速轮轨关系试验台的订购协议。该试验台计划于2011年年底建成 并投入使用，试验采用的是全尺寸的轮对，最大试验轴重为50t，能够对高速、 重载轮轨关系中蠕滑、黏着、轮轨磨耗、接触疲劳等进行试验，该试验台的建 成将极大的提高我国铁路轮轨关系的研究能力。
[0009]综合国内外各种轮轨关系试验台的发展，在2005年以前的试验台均采用 轮
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轮接触来模拟实际的轮
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轨接触，2005年德国的道岔通过测试试验台和 2009年日本的新型蠕滑率测试试验机已采用轮
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轨接触来模拟实际轮
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轨接触。 可以看出，在轮轨关系试验的发展过程中，研究人员已逐渐尝试采用轮
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轨接 触方式对实际的轮轨关系进行试验研究。虽然采用轮
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轮接触在一定程度上能 较好的模拟轮
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轨接触情况，但是，与实际运行中的轮轨关系仍有一定的差距。
[0010]以上的试验机均为对实际轮轨进行缩尺比例后的试验机，在这类试验机中， 轮对模拟轮压覆在轨道模拟轮的上端，通过对轮对模拟轮施加阻碍力矩从而实 现实际轮轨制动状态的模拟。
[0011]综上，目前的实验机存在着以下无法克服的缺陷：1.实践证明越是接近真 实比例的试验机试验结就越接近真实情况，缩尺比例的试验机实验结果可靠性 不高，且不利于模拟高速工况下的轮轨黏着特性。同时，尽管有部分基于全尺 寸试验台进行的黏着特性研究，但其主要是针对牵引工况进行设计，不能充分 反映制动黏着特性；2.由于轮轮接触和轮轨接触时，接触点处截面曲率半径 的不同，轮轮接触生成的接触斑形状也与轮轨接触时的不同。经研究发现，缩 尺比例下的轮轮接触与实际的轮轨接触相比较，由于曲率半径的不同，前者生 成的接触斑面积小于后者，进而导致同材料同轴重条件下的轮轮接触与轮轨接 触时蠕滑特性的差异，可见，缩尺比例下的轮轮接触与实际线路的轮轨接触相 比，仍存在较大差距。
技术实现思路
[0012]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种轮轨黏着特性的模拟方法及模拟测 试装置，配合使用能够大大提高对轮轨黏着特性的模拟精确度且能够显著缩小 占用空间。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案为：
[0014]一种轮轨黏着特性的模拟方法，用于对在轨道上的转动的车轮对经过预定 力矩改变运动状态后的黏着特性进行模拟，并且车轮对与轨道的弹性模量、泊 松比均相同，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]步骤S1：基于车轮对的公称、车轮对的截面轮廓半径、轨道的截面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轮轨黏着特性的模拟方法，用于对在轨道上的转动的车轮对经过预定力矩改变运动状态后的黏着特性进行模拟，并且所述车轮对与所述轨道的弹性模量、泊松比均相同，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：基于所述车轮对的公称、所述车轮对的截面轮廓半径、所述轨道的截面轮廓半径、所述车轮对的弹性模量、所述车轮对的泊松比以及所述车轮对对所述轨道的轮轨正压力值得到所述车轮对在所述轨道上形成的实际接触斑的长轴值和短轴值，并作为目标长轴值和目标短轴值；步骤S2：选取与所述车轮对相同的轮对模拟轮及用于模拟所述轨道的初始轨道模拟轮，所述轮对模拟轮与所述初始轨道模拟轮的弹性模量、泊松比均相同，并将所述轮对模拟轮和所述初始轨道模拟轮组成摩擦轮传动机构；步骤S3：使所述轮对模拟轮和所述初始轨道模拟轮产生与所述轮轨正压力值相同的接触正压力，并通过施加所述预定力矩改变所述轮对模拟轮的运动状态，从而得到所述轮对模拟轮在所述初始轨道模拟轮上形成的模拟接触斑的长轴值和短轴值，并作为模拟长轴值和模拟短轴值；步骤S4：基于所述模拟接触斑与所述实际接触斑的面积误差值调整所述初始轨道轮的公称、所述轨道轮的截面轮廓半径，得到最终轨道模拟轮；步骤S5：通过所述轮对模拟轮和所述最终轨道模拟轮得到所述轮轨黏着特性。2.根据权利要求1所述的轮轨黏着特性的模拟方法，其特征在于：其中，当所述模拟接触斑与所述实际接触斑的面积误差值小于6％时，将所述初始轨道模拟轮作为所述最终轨道模拟轮。3.根据权利要求1所述的轮轨黏着特性的模拟方法，其特征在于：其中，所述轮对模拟轮的旋转平面与所述最终轨道模拟轮的旋转平面的夹角为arctg(1/15)，并且所述轮对模拟轮与所述最终轨道模拟轮线接触。4.根据权利要求1所述的轮轨黏着特性的模拟方法，其特征在于：其中，所述轮对模拟轮施加有第一驱动力矩、所述最终轨道模拟轮施加有第二驱动力矩，所述轮对模拟轮沿自身径向朝向所述所述最终轨道模拟轮的周面施...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱文良，刘国栋，余朝刚，杨子杰，朱文健，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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