试验简介及轮轨试件尺寸、材料和砂子选取

试验采用Hertz 应力模拟准则进行，即实验室工况和现场工况下轮轨平均接触应力或最大接触应力相等；实验室工况和现场工况下轮轨接触椭圆斑的长、短半轴的比值相等。因此，试验测试得到的黏着系数变化规律能够反映现场实际运用情况。模拟轮轨试件的尺寸如图2-3 所示。

图2-3　轮轨试件几何结构及加水方式示意图

试验中为了保证模拟的准确性，模拟轮轨试件的材料由真实的轮轨材料制作而成。表2-1 为模拟轮轨材料各元素的质量分数；表2-2 为模拟轮轨材料的力学性能。

表2-1　模拟轮轨材料各元素的质量分数w/%

表2-2　模拟轮轨材料的力学性能

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试验选取的砂子为现场撒砂使用的砂子。图2-4 为细砂与粗砂的照片。细砂颗粒的直径范围为0.4～0.6 mm，平均直径为0.5 mm；粗砂颗粒的直径为0.9～1.6 mm，平均直径为1.3 mm。石英砂的质量分数大于90%，黏土的质量分数不超过2%。

图2-4　细砂与粗砂照片

水介质通过医用输液管加在离两轮接触斑200 mm 处的模拟轨上，加水速度为 5 mL/min，水温（20±2）°C，先让轮轨接触斑之间充分形成水膜，以此来模拟雨天。在此基础上利用PVC 管撒砂可保证匀速撒砂。PVC管撒砂口距离模拟轨轨面50 mm、距离模拟轮踏面30 mm。撒砂的方向同模拟轮轨旋转的方向相反。为了防止砂子颗粒进入试验装置，试验装置的表面均由塑料布和胶带予以密封。

试验中，轮轨黏着系数μ 为轮轨间的黏着力Ft 除以法向力，即

试验参数如下：模拟车速为60 km/h；模拟轴重为21 t；蠕滑率为1.5%；撒砂量分别为10 g/min、30 g/min、50 g/min 和60 g/min。