(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211064089.9 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 包头钢铁 （集团） 有限责任公司 地址 014010 内蒙古自治区包头市昆区河 西工业区 (72)发明人 边影　赵桂英　薛虎东　郑瑞　 董捷　王慧军　苏航　王嘉伟　 (74)专利代理 机构 北京律远专利代理事务所 (普通合伙) 11574 专利代理师 王冠宇 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 3/56(2006.01) (54)发明名称 一种测试钢轨耐磨性试验试样制备及试验 测试方法 (57)摘要 本发明公开了一种测试钢轨耐磨性试验试 样制备方法,包括： 钢轨试样取自于钢轨轨头踏 面5mm以下， 试样为圆饼状粗胚， 直径为60mm， 其 厚度为10mm； 车轮试样取自于标准车轮的踏面 10mm以下的直径为60mm厚度为10mm的圆饼状粗 胚； 对粗胚进行精加工成符合要求的圆环， 其中 钢轨试样圆周做成阶梯状， 即轮轨对磨试验实际 接触区域为宽度为5mm的圆周； 还公布了试样 的 试验测试方法。 本发明的目的是研究轮轨滚动接 触下钢轨伤损的形成和扩展机理及其影 响因素， 并提出相应的养护维修措施， 对 预防和减缓钢轨 伤损， 延长钢轨的使用寿命， 提高铁路运输的安 全性具有重要的科 学价值和现实意 义。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115372102 A 2022.11.22 CN 115372102 A 1.一种测试钢轨耐磨性试验试样制备 方法， 其特 征在于： 包括： 钢轨试样取自于钢轨轨头踏面5mm以下， 试样为圆饼状粗胚， 直径为60mm， 其厚度为 10mm； 车轮试样取自于标准车轮的踏面10mm以下的直径为60mm厚度 为10mm的圆饼状粗胚； 对 粗胚进行精加工成符合要求的圆环， 其中钢轨试样圆周做成阶梯状， 即轮轨对磨试验实际 接触区域 为宽度为5m m的圆周。 2.根据权利要求1所述的测试钢轨耐磨性试验试样制备方法所制备的试样的试验测试 方法， 其特征在于： 该试验测试方法包括3个系统： 1)试验主机， 试验设备型号为GPM ‑30A型 滚动接触疲劳试验机； 2)润滑介质喷射设备； 3)由传感器 计算机组成的测控系统部分； 在功能上此试验设备可以进行干态摩擦磨损试验和通过润滑介质喷射设备进行水态 摩擦磨损试验； 车轮试样和钢轨试样可以根据需要放置于试验设备中两个独立的电机轴上 面， 并通过控制 两个电机轴的转速实现不同的滑差的加载， 同时液压装置可以控制法向载 荷， 达到模拟不同轴重的目的； 此外， 测控系统部 分的有振动传感器和力矩传感器可以捕捉 试验过程中的振动大小和摩擦力矩。 3.根据权利要求3所述的试验测试方法， 其特征在于： 试验过程中主要根据赫兹模拟准 则按照实际工况条件来确定试验中所加载的载荷数值， 即保证在试验模拟条件下轮轨试样 之间平均接触应力值与实际工况中轮轨间平均接触应力值相同； 实际轮轨材料之 间的接触 应力值， 通常采用赫兹接触理论计算而得到； 由于轮轨材料的弹性变形， 理论上接触区域为 椭圆形， 并且两者间接触区域应力分布图是一个规则的半橢圆球体， 最大接触应力值q0位 于该接触区域的中心位置， 可推导出椭圆接触 斑长短半轴与最大接触 应力的关系分别为： 接触椭圆长半轴： 接触椭圆短 半轴： 最大接触 应力： 其中， 式中， Rw1、 Rw2分别是轮轨接触点处车轮曲面的两个主曲率半径； Rr1、 Rr2分别是轮轨接触 点处钢轨曲面的两个主曲率半径； E1、 E2、 V1、 V2分别是车轮材料和钢轨材料的模量及横向变 形系数， V1＝V2＝0.3， E1＝E2＝2.06×105N/mm2； P为实际工况中重载机车轴重； m、 n的值是依 据接触区的形状查表来确定的， 即根据cos η＝B/A的η值 通过查表确定m、 n 值； 经计算得 出实际工况中轮轨间接触 应力。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115372102 A 24.根据权利要求3所述的试验测试方法， 其特征在于： 在滚动摩擦磨损试验中， 轮轨材 料间的接触为线接触， 接触宽度为5mm， 试验所加载荷与轮轨材料间接触应力满足如下关 系： 式中， 解得试验载荷力 5.根据权利要求3所述的试验测试方法， 其特征在于： 在滚动疲劳试验机上， 相对位置 处于上下方位关系的两个电机轴， 下方为主轴， 上方为陪轴， 将圆环状车轮试样装夹在下方 的主轴上， 并在计算机控制端将转速 设置为505r/min； 钢轨圆环试样装夹在上方陪轴上， 并 将转速设置为5 00r/min， 此时转动滑差率即为1％； 试验时分别在循环转数为1万、 2万、 4 万、 7万、 10万时停止对磨试验， 进行质量测量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115372102 A 3