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专利摘要

本发明涉及轨道交通技术领域，涉及一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，包括：1）选用货车车轮材料；2）利用货车车轮材料按照机加工工序，将货车车轮毛坯试样加工至目标尺寸；3）进行热处理，对车轮材料微观组织进行调控，将车轮组织由原始的珠光体变为片层间距更小的屈氏体；4）测量车轮表面硬度并观察热处理车轮的微观组织屈氏体化情况；5）对轮轨试样进行精加工，将车轮试样外轮廓加工成圆弧状；6）对微观组织调控后的车轮试样和未做微观组织调控的车轮试样开展滚动磨损对比试验，进行货车车轮多边形磨损抑制效果评价。本发明能较佳地进行货车车轮多边形磨损抑制与定量评价。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202311205705.2
申请日期:
2023-09-19
专利申请人:
分类号:
G01N3/56 ; G01N3/42 ; G01N23/2251 ; G01N1/44 ; G01D21/02
发明/设计人:
窦随权，张沭玥，郭俊，周仲荣，张晓峰
权利要求: 1.一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：包括以下步骤：1）选用货车车轮材料；2）利用货车车轮材料按照机加工工序，将货车车轮毛坯试样加工至目标尺寸；3）进行热处理，对车轮材料微观组织进行调控，将车轮组织由原始的珠光体变为片层间距更小的屈氏体；4）测量车轮表面硬度并观察热处理车轮的微观组织屈氏体化情况；5）对轮轨试样进行精加工，将车轮试样外轮廓加工成圆弧状；6）对微观组织调控后的车轮试样和未做微观组织调控的车轮试样开展滚动磨损对比试验，进行货车车轮多边形磨损抑制效果评价，具体包括：6.1）在车轮滚动磨损过程中，采用高速摄像机在线定性表征车轮多边形磨损是否出现；通过对高速相机监测图像进行阈值分割，识别出车轮试样多边形磨损轮廓，对波峰和波谷处磨痕宽度进行精确定量测量；6.2）在获得车轮多边形磨损波峰、波谷宽度基础上，设计基于车轮弧形轮廓及几何尺寸的车轮多边形磨损深度计算方法计算试样波峰、波谷磨损深度，分析多边形产生后的不均匀磨损程度；6.3）采集轮轨系统振动信号，评估车轮试样多边形磨损的阶数，通过监测轮轨系统中振动频率变化来间接表征多边形的形成发展过程；6.4）滚动磨损试验后利用车轮圆周不圆度激光测量仪获得车轮不圆度幅值及多边形磨损阶数。2.根据权利要求1所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤3）中，热处理的方法为：首先使车轮毛坯在880℃高温炉环境中保温3个小时，保证完全奥氏体化，然后在水冷后对车轮进行回火处理，保温3个小时后空冷至室温。3.根据权利要求2所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤4）中，测量热处理车轮及PG5钢轨表面硬度的方法为：采用维氏显微硬度仪对车轮试样表面硬度值进行测定并观察试验后硬度值随深度变化情况；表面硬度的测试载荷设置为4.9 N，测量时在试样表面沿圆周方向均匀地选取10个位置点，对测量数据取平均值。4.根据权利要求3所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤4）中，观察热处理车轮材料微观组织的方法为：利用电火花线切割机切取热处理后的车轮试样，镶样后打磨并抛光，然后使用4%的硝酸酒精溶液对其表面进行腐蚀，利用扫描电子显微镜对微观组织进行观察，测量屈氏体片层间距，并测量材料表面硬度。5.根据权利要求4所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤6）中，为了在试验条件下模拟现场工况下实际的轮轨接触状态，所涉及的接触应力均采用Hertz接触模拟准则，即保证试验中轮轨试样上的最大接触应力与现场工况一致；另须设置循环转数及滑差开展滚动磨损试验，对车轮磨损情况进行跟踪测试，验证材料微观组织调控法对货车车轮多边形磨损的抑制效果。6.根据权利要求5所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤6.1）中，通过对高速相机监测图像进行特征区域分割处理，获得车轮多边形磨损磨痕的二值化图像；通过统计磨痕二值化边缘信息换算得到波峰和波谷处磨痕宽度，从而测量得到波峰、波谷位置最大磨痕宽度；对于未产生多边形的车轮试样，只需统计图像中心行磨痕二值化边缘信息的宽度换算得到磨痕宽度。7.根据权利要求6所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤6.1）中，对高速相机监测图像进行阈值分割的方法为：6.1.1）首先对图像左右两侧区域进行像素取零处理，去除图像两侧由于拍摄、环境原因造成的高亮度、低亮度区域，保证中心感兴趣车轮试样区域图像灰度的可区分性；6.1.2）进一步对整体图像区域进行图像灰度值线性拉伸处理，增强车轮多边形区域的特征部分；6.1.3）为了消除车轮试样图像上、下部分图像灰度不均问题，将车轮试样图像分割为上、下部分；分别利用交互式阈值分割方法对上、下图像进行二值化处理，将图像的多边形区域进行轮廓阈值分割，随后再将分割后上、下图像进行拼接，最终获得车轮试样分割结果，为测量多边形磨损的波峰、波谷宽度奠定基础。8.根据权利要求7所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤6.2）中，基于车轮弧形轮廓及几何尺寸的车轮多边形磨损深度计算方法为：磨损深度定义为车轮原始外轮廓圆弧顶点距离磨损后廓形表面的距离，根据测量出的波峰、波谷位置最大磨痕宽度，通过公式（1）计算获得波峰、波谷位置的最大磨损深度：；式中：为车轮试样磨损宽度，为车轮试样外轮廓圆弧半径。9.根据权利要求8所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤6.3）中，当车轮产生多边形磨损时，会产生激振频率，振动频率与多边形阶数和车轮运行速度有关，用傅里叶分析来描述不同阶数的车轮多边形磨损，波长定义为：；式中：为多边形磨损阶数，为车轮半径；当列车速度为时，其激振频率为：；车轮速度与转速关系式为：；结合（2）、（3）、（4）式得到激振频率与多边形阶数之间的关系式为：；因此通过监测轮轨系统中振动频率变化来发现多边形的形成发展过程。10.根据权利要求9所述的一种货车车轮多边形磨损抑制与定量评价方法，其特征在于：步骤6.4）中，滚动磨损试验后利用车轮圆周不圆度激光测量仪直接检测车轮全周轮廓，通过车轮全周半径变化也能够判断最终有无多边形产生，若车轮半径周期性变化，则产生多边形磨损，并得到车轮多边形磨损的阶数，若车轮全周半径变化轻微且无周期性，则无多边形磨损产生。