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专利名称：轮轴疲劳试验装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种针对轨道车辆轮轴的轴颈实施疲劳试验的装置及其方法，属于轨道交通技术领域。
背景技术：
随着国内城市轨道交通的迅速普及与车辆行驶速度的大幅提升，对于承载车体与传递牵引力的转向架构架提出了更高的设计和使用要求。其中，轮轴是转向架重要组成部件，针对轮轴进行疲劳试验是保证长期、高速和安全运行的保障。目前国内针对轮轴的试验装置主要分为偏心激振式、旋转弯曲式、整体滚动式和简支梁旋转弯曲式结构，相应地试验方法局限于轴身、辐板部位的疲劳试验。上述现有技术普遍采用的试验装置，尚不能进行轴颈部位的疲劳试验，其补救方法只能是通过对其它部位的试验数据，进行相应的换算以近似地模拟出轴颈的疲劳强度系数。而且，基于上述结构与试验方式的试验装置，仅是能向轮轴施加径向加载而无轴向上的加载与数据检测导出功能。因此，应用现有轮轴疲劳试验装置尚无法从系统上建立起载荷与应力弯曲、或与轴颈疲劳系数之间的对应关系，尚不能全面地评价轮轴结构设计与材料的是否具备合理性。有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容
本发明所述的轮轴疲劳试验装置及其方法，其目的在于解决上述现有技术存在的问题而能够针对轴颈实施疲劳试验与轴向加载解决方案，从而全面地建立起轴颈旋转弯曲与轴向加载的试验方式，以期提高轮轴整体的疲劳试验全面性。为实现上述发明目的，所述的轮轴疲劳试验方法如下:采用包括有加载横梁和平台的试验装置，平台用于径向地固定车轮、轴向地固定被试轮轴的端部；在被试轮轴的轴颈处，分别连接垂向作动缸、横向作动缸和纵向作动缸；在邻近车轮的被试轮轴弯角处粘贴有应力检测片；在实施轴颈疲劳试验过程中，被试轮轴做匀速的周向转动，上述3个作动缸分别向被试轮轴的轴颈施加载荷，以完成疲劳试验所需的周次操作。如上述基本方案，不仅能用于实施轴身、辐板的疲劳试验，还能直接地进行轴颈部位的疲劳试验，进一步地还可实现轴向加载。因此可根据编辑3个方向作动缸的反复推拉载荷，建立全面的、综合化疲劳试验流程，从而有助于轮轴结构与材料选用合理性的论证准确性。轴颈处粘贴应力检测片，可利用动态测试仪记录应力数据，以在疲劳试验结束后通过对应力数据进行分析与研究，确定轴颈的结构设计是否合理。为综合地在轴颈处施加多个方向上的载荷，被试轮轴的轴颈可通过滚动轴承安装于安装座的内部，从而模拟轴颈在实际使用时的内环压装环境。所述的垂向作动缸、横向作动缸和纵向作动缸分别连接于安装座，从而将轴颈所受三个方向的载荷通过安装座联系在一起。在实施轴颈疲劳试验之前，应当首先进行轮轴径向应力标定，以明确径向推拉载荷与被试轮轴之间旋转弯角的应力对应关系。具体地，可在横向作动缸向轴颈反复地施加横向推拉载荷时，垂向作动缸与纵向作动缸处于自由状态，获取被试轮轴弯角处粘贴的应力检测片数据输出；在纵向作动缸向轴颈反复地施加纵向推拉载荷时，垂向作动缸与横向作动缸处于自由状态，获取被试轮轴弯角处粘贴的应力检测片数据输出。基于相同的原理，在实施轴颈疲劳试验之前进行轮轴轴向应力标定，以明确轴向推拉载荷与被试轮轴之间旋转弯角的应力对应关系。具体地，可在垂向作动缸向轴颈反复地施加轴向推拉载荷时，纵向作动缸与横向作动缸处于自由状态，获取被试轮轴弯角处粘贴的应力检测片数据输出。较为细化与优选的疲劳试验流程是，在实施轴颈径向疲劳试验过程中，横向作动缸、纵向作动缸向轴颈反复地施加径向推拉载荷以完成规定周次的疲劳试验。在实施轴颈轴向疲劳试验过程中，垂向作动缸向轴颈反复地施加轴向推拉载荷，并且在轴向疲劳试验的同时，实施轴颈径向疲劳试验。基于上述设计构思，以及应用以上轮轴疲劳试验方法而可实现下述试验装置:试验装置主要包括有加载横梁和平台，在平台上径向地固定车轮、轴向地固定被试轮轴的端部；在被试轮轴的轴颈处，分别连接垂向作动缸、横向作动缸和纵向作动缸。为进一步地提高轴颈处综合载荷施加效果、以及模拟实际使用状态下轴颈的内环压装环境，可采取的改进方案是，被试轮轴的轴颈通过滚动轴承安装于安装座的内部；垂向作动缸、横向作动缸和纵向作动缸分别连接于安装座。综上内容，本发明轮轴疲劳试验装置及其方法具有优点的是，基于一套试验装置与方法可全面地实现轮轴的轴颈、轴身和辐板的疲劳试验，同时以轴向加载方案建立起以轴颈为代表的轮轴旋转弯曲试验数据，为提高轮轴结构与材料优化设计提供数据支持。


现结合以下附图对本发明做进一步地说明。图1是应用轮轴疲劳试验装置进行轴颈疲劳试验时的示意图；图2是图1的俯向示意图；图3是应用轮轴疲劳试验装置进行轴身疲劳试验时的示意图；如图1至图3所示，横向作动缸1，横向作动缸安装座2，平台3，被试轮轴4，安装座5，垂向作动缸6，加载横梁7，车轮8，纵向作动缸9，滚动轴承10，纵向作动缸安装座11。图1中的A部、图2中的B部分别表示，在被试轮轴4弯角处粘贴应力检测片。
具体实施例方式实施例1，如图1和图2所示，用于实现轮轴轴颈疲劳试验方法的试验装置，主要包括有加载横梁7和平台3。其中，在平台3上径向地固定车轮8、轴向地固定被试轮轴4的端部；在被试轮轴4的轴颈处，通过滚动轴承10安装于安装座5的内部，垂向作动缸6、横向作动缸I和纵向作动缸9分别连接于安装座5。所述的轮轴轴颈疲劳试验方法，是在邻近车轮8的被试轮轴4弯角处粘贴有应力检测片；在实施轴颈疲劳试验过程中，被试轮轴4做匀速的周向转动，上述垂向作动缸6、横向作动缸I和纵向作动缸9分别向被试轮轴4的轴颈施加载荷，以完成疲劳试验所需的周次操作。在实施轴颈疲劳试验之前进行轮轴径向应力标定，即在横向作动缸I向轴颈反复地施加横向推拉载荷时，垂向作动缸6与纵向作动缸9处于自由状态,获取被试轮轴4弯角处粘贴的应力检测片数据输出；在纵向作动缸9向轴颈反复地施加纵向推拉载荷时，垂向作动缸6与横向作动缸I处于自由状态，获取被试轮轴4弯角处粘贴的应力检测片数据输出，从而获得径向推拉载荷与被试轮轴4之间旋转弯角的应力对应关系。在实施轴颈疲劳试验之前进行轮轴轴向应力标定，即在垂向作动缸6向轴颈反复地施加轴向推拉载荷时，纵向作动缸9与横向作动缸I处于自由状态,获取被试轮轴4弯角处粘贴的应力检测片数据输出，从而获得轴向推拉载荷与被试轮轴4之间旋转弯角的应力对应关系。在实施轴颈径向疲劳试验过程中，横向作动缸1、纵向作动缸9向轴颈反复地施加径向推拉载荷以完成规定周次的疲劳试验。在实施轴颈轴向疲劳试验过程中，垂向作动缸6向轴颈反复地施加轴向推拉载荷，即在轴向疲劳试验的同时，实施轴颈径向疲劳试验。实施例2，如图3所示，与实施例1不同之处在于进行轴身疲劳试验时，被试轮轴4的轴身端部通过滚动轴承10安装于安装座5的内部，垂向作动缸6、横向作动缸I和纵向作动缸9分别连接于安装座5。其他试验装置与试验方法与实施例1类似，在此不再重复叙述。如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据上述技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种轮轴疲劳试验方法，其特征在于:采用包括有加载横梁(7)和平台(3)的试验装置，平台(3)用于径向地固定车轮(8)、轴向地固定被试轮轴(4)的端部； 在被试轮轴(4)的轴颈处，分别连接垂向作动缸(6)、横向作动缸(I)和纵向作动缸(9)； 在邻近车轮(8)的被试轮轴(4)弯角处粘贴有应力检测片； 在实施轴颈疲劳试验过程中，被试轮轴(4)做匀速的周向转动，上述3个作动缸分别向被试轮轴(4)的轴颈施加载荷，以完成疲劳试验所需的周次操作。
2.根据权利要求1所述的轮轴疲劳试验方法，其特征在于:被试轮轴(4)的轴颈，通过滚动轴承(10)安装于安装座(5)的内部； 垂向作动缸(6)、横向作动缸(I)和纵向作动缸(9)分别连接于安装座(5)。
3.根据权利要求1或2所述的轮轴疲劳试验方法，其特征在于:在实施轴颈疲劳试验之前进行轮轴径向应力标定， 在横向作动缸(I)向轴颈反复地施加横向推拉载荷时，垂向作动缸(6)与纵向作动缸(9)处于自由状态，获取被试轮轴(4)弯角处粘贴的应力检测片数据输出； 在纵向作动缸(9)向轴颈反复地施加纵向推拉载荷时，垂向作动缸(6)与横向作动缸(I)处于自由状态，获取被试轮轴(4)弯角处粘贴的应力检测片数据输出，从而获得径向推拉载荷与被试轮轴(4)之间旋转弯角的应力对应关系。
4.根据权利要求3所述的轮轴疲劳试验方法，其特征在于:在实施轴颈疲劳试验之前进行轮轴轴向应力标定， 在垂向作动缸(6)向轴颈反复地施加轴向推拉载荷时，纵向作动缸(9)与横向作动缸(I)处于自由状态，获取被试轮轴(4)弯角处粘贴的应力检测片数据输出，从而获得轴向推拉载荷与被试轮轴(4)之间旋转弯角的应力对应关系。
5.根据权利要求4所述的轮轴疲劳试验方法，其特征在于:在实施轴颈径向疲劳试验过程中，横向作动缸(I)、纵向作动缸(9)向轴颈反复地施加径向推拉载荷以完成规定周次的疲劳试验。
6.根据权利要求5所述的轮轴疲劳试验方法，其特征在于:在实施轴颈轴向疲劳试验过程中，垂向作动缸(6)向轴颈反复地施加轴向推拉载荷； 在轴向疲劳试验的同时，实施轴颈径向疲劳试验。
7.实现如权利要求1至6所述轮轴疲劳试验方法的试验装置，其特征在于:包括有加载横梁(7)和平台(3)， 在平台(3)上径向地固定车轮(8)、轴向地固定被试轮轴(4)的端部； 在被试轮轴(4)的轴颈处，分别连接垂向作动缸(6)、横向作动缸(I)和纵向作动缸(9)。
8.根据权利要求7所述的轮轴疲劳试验装置，其特征在于:被试轮轴(4)的轴颈，通过滚动轴承(10)安装于安装座(5)的内部； 垂向作动缸(6)、横向作动缸(I)和纵向作动缸(9)分别连接于安装座(5)。
全文摘要
本发明所述的轮轴疲劳试验装置及其方法，能够针对轴颈实施疲劳试验与轴向加载解决方案，从而全面地建立起轴颈旋转弯曲与轴向加载的试验方式，以期提高轮轴整体的疲劳试验全面性。所述的轮轴疲劳试验装置包括有加载横梁和平台，在平台上径向地固定车轮、轴向地固定被试轮轴的端部；在被试轮轴的轴颈处，分别连接垂向作动缸、横向作动缸和纵向作动缸。被试轮轴的轴颈通过滚动轴承安装于安装座的内部；垂向作动缸、横向作动缸和纵向作动缸分别连接于安装座。基于一套试验装置与方法可全面地实现轮轴的轴颈、轴身和辐板的疲劳试验。
文档编号G01M17/10GK103175702SQ20111043069
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者李亚波, 张洪, 刘为亚, 陈一萍, 李庆升 申请人:南车青岛四方机车车辆股份有限公司