用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置及方法与流程

本发明涉及铁路粘着系数测量，尤其涉及一种用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置及方法。

背景技术：

1、轮轨之间的粘着状态是轨道交通牵引和制动的决定性因素，我国国土幅员辽阔，气候环境和地质复杂，铁路多裸露在户外，城市轨道基本在潮湿的隧道内，列车在雨雪天气户外工作时和在隧道等高湿度环境下，液态水容易附着在轨道表面，使其处于湿润状态，轮轨间水介质的存在会导致轮轨间出现低粘着问题。

2、为解决铁路系统中经常出现的低粘着问题，国内外常采用撒砂增粘的方式提高轮轨间粘着系数。撒砂增粘的原理是通过在机车牵引轮对前方安装撒砂装置，向轮轨接触界面喷撒增粘颗粒，提高轮轨界面抗剪切能力、去除轨面污染物，从而达到增粘目的。在实际应用中发现撒砂增粘存在以下突出问题：一是增粘颗粒需要专门制备，增加成本。二是撒砂量过小时无法满足机车对粘着系数的要求，撒砂量过大时除造成颗粒浪费外还会加剧轮轨损伤甚至引起电路绝缘事故。三是现阶段撒砂装置的颗粒喷射速度过低，在外界因素干扰下，实际进入轮轨界面产生增粘效果的颗粒量与撒砂量存在很大差异，增粘效果差。

3、为此，国内外专家提出了一种使用高速气流清扫轨道上水膜及污染物，提升轮轨间粘着系数的无砂增粘方法。但是，现有的轮轨间粘着系数测量装置通过喷水或直接向模拟轮轨上撒砂来模拟轮轨间存在水介质或撒砂增粘的工况，只能测量干态、湿态、湿态情况下撒砂等工况下轮轨间的粘着系数，不适用于使用高速气流清扫钢轨上积水以恢复轮轨间粘着系数的检测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置及方法，用于解决现有轮轨间粘着系数实验装置，不适用于使用高速气流清扫钢轨上积水以恢复轮轨间粘着系数的检测。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、提供一种用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，包括射流制备装置、轮轨模拟装置、驱动电机、喷水装置、扭矩传感器、传动轮组和载重可调节的配重台；

4、所述轮轨模拟装置包括试验台、车轮和轨道轮，所述车轮转动安装在所述试验台上，所述配重台与所述试验台铰接，所述轨道轮转动安装在所述配重台上，所述轨道轮与所述车轮相外切，所述车轮直径大于所述轨道轮直径；

5、所述驱动电机与所述车轮传动连接，所述驱动电机与所述传动轮组传动连接，所述扭矩传感器的两端分别与所述传动轮组的输出端和所述轨道轮传动连接，所述驱动电机带动所述车轮和所述轨道轮异向转动；

6、所述射流制备装置和所述喷水装置设置在所述试验台的一侧，所述射流制备装置的喷管安装在所述配重台上，所述喷管以设计入射角度朝向所述轨道轮，所述喷水装置的喷水口位于所述轨道轮上方，按照设计速度向所述轨道轮喷水。

7、与现有技术相比，本发明相对于现有技术具有以下技术效果：

8、本申请提供的轮轨模拟装置，通过驱动电机、车轮和轨道轮，可以模拟车辆车轮与轮轨间的运动及受力情况，通过设计的喷水装置，可以模拟生成带水膜的轨道，通过射流制备装置，可以生成超音速高温气流，对轨面残留的水分进行清理，再通过扭矩传感器可以获取超音速高温气流清除水膜前后车轮和轨道轮间的扭矩变化，进而确定车轮和轨道轮间粘着系数系数的变化，并且装置上的调节机构可以精准调整喷管的安装角度和安装距离，测量喷管在各种安装形态下的增粘效果。上述方案通过设计的实验装置实现了对使用高速气流清扫钢轨上积水时，轮轨间粘着系数的检测。

9、本发明还提供了一种用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的实验方法，包括以下步骤：

10、s10：根据列车的实际运行速度和实验用车轮的半径，计算车轮的转速，将列车运行时轮轨间的正压力作为轨道轮与车轮间的作用力，根据配重台和轨道轮的自重以及配重台与试验台铰接点间的受力分解，计算需要添加配重盘的质量；

11、s20：喷头的变量包括入射角度和入射距离，根据变量的数量，计算需要采集的最小样本数量，按照最小样本数量的2倍，确定喷头与入射角度和入射距离相关的多组样本；

12、s30：根据选择的气流喷射速度，计算压缩机的制备压力和加热储气罐的目标温度，按照确定的样本调节喷头的入射角度和入射距离，模拟气流的入射姿态；

13、s40：装置开机，压缩机根据制备压力制备气体，加热储气罐将气体加热至目标温度；将车轮调节至计算转速，在车轮和轨道轮稳定运行后，开启喷水装置，直至扭矩传感器数值稳定，保持设计速度持续喷水；

14、s50：开启加热储气罐出口阀门，喷头按照选择气流喷射速度对轨道轮进行清扫，直至扭矩传感器的数值稳定，记录开启储气罐阀门前20秒至关闭储气罐阀门时段内，扭矩传感器的扭矩数据变化，关闭出口阀门和喷水装置，装置关机；

15、s60：根据扭矩传感器的扭矩数值、轨道轮半径以及轨道轮与车轮间的作用力，计算轨道轮与车轮间的粘着系数，根据粘着系数确定多组样本中的最优样本。

16、与现有技术相比，本发明提供的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的实验方法的有益效果与上述技术方案所述用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置的有益效果相同，此处不做赘述。

技术特征：

1.一种用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，包括射流制备装置、轮轨模拟装置、驱动电机、喷水装置、扭矩传感器、传动轮组和载重可调节的配重台；

2.根据权利要求1所述的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，所述传动轮组包括主动轮、从动轮、转向轮、支撑轮、同步带和安装架；

3.根据权利要求2所述的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，所述传动轮组还包括万向节；

4.根据权利要求1所述的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，所述射流制备装置包括压缩机、加热储气罐、输气管以及用于调节喷管入射角度和入射距离的调节结构；

5.根据权利要求4所述的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，所述调节机构包括底座、夹具、喷头、调节板和移动副；

6.根据权利要求1所述的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，所述喷水装置包括储水箱、水泵和输水管；

7.根据权利要求1所述的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，所述配重台还包括配重盘，所述配重盘放置在所述配重台上。

8.根据权利要求1所述的用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置，其特征在于，所述车轮与所述轨道轮的转动线速度差为1％。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种用于测量超音速气流清扫轨道后增粘效果的装置及方法，涉及铁路粘着系数测量技术领域，以解决现有轮轨间粘着系数实验装置，不能用于高速气流清扫钢轨上积水时轮轨间粘着系数检测的问题。轮轨模拟装置的车轮转动安装在试验台上，配重台与试验台铰接，轨道轮转动安装在配重台上，轨道轮与车轮相外切；驱动电机与车轮传动连接，驱动电机与传动轮组传动连接，扭矩传感器分别与传动轮组和轨道轮传动连接，驱动电机带动车轮和轨道轮异向转动；射流制备装置和喷水装置设置在试验台的一侧，喷管以设计角度朝向轨道轮，喷水口位于轨道轮上方。实验方法使用装置实现粘着系数检测。实现了高速气流清扫钢轨上积水时轮轨间粘着系数的检测。技术研发人员：王雅军,陈德君,卢耀辉,毛荣生,唐波受保护的技术使用者：唐山百川智能机器股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25