1．目的及意义

轮轨的波浪形磨损指的是新轮轨投入使用后，在轮轨表面上出现的有规律的波浪形不平顺，简称波磨[1]。一百多年来，它一直都困扰着世界各国铁路的发展，轮轨波磨的存在导致轨道车辆轨道结构激烈的振动，产生噪声，影响乘客乘坐舒适度，大大增加了铁路养护部门的维修工作量和维修费用，不仅影响车辆和轨道结构的使用寿命，严重的还会导致重大脱轨事故的产生[2]。

虽然国内外的研究人员对这一问题进行了大量深入和广泛的研究，但是因为波磨的产生和发展涉及到很多因素[3]，如轮轨接触、车辆动力学、结构动力学、轨道动力学、随机振动、摩擦学、轮轨材料、环境条件等等，关系比较复杂，所以到目前为止仍没有行之有效的解决方法，且关于扭振与轮轨波磨的关系的研究少之又少。

本选题为进一步研究轮轨波磨与扭振的关系，设计一个可供进行实验、测量和研究的实验台，名为轮轨波磨双轮实验台。利用该实验台，可以模拟波磨的产生，通过改变电机的转速，从而研究扭振与波磨的关系。本选题旨在进行此轮轨波磨双轮实验台的结构设计。

据文献记载，早在1889年英国Midland线路上就出现了轮轨波磨，但当时的学者都没有对这种类型的磨耗进行解释；1893年，印度的铁路线路上也出现了轮轨波磨现象；1895年，美国的一条电缆车轨道上也出现了轮轨波磨现象；19世纪末，英国有轨电车轨道上出现了严重的波磨；20世纪初，轮轨波磨已成为有轨电车轨道面临的严重问题；德国则成了第一个大范围出现轮轨波磨的国家，整个铁路线路46%钢轨均出现波磨[4, 5]；20世纪60年代，我国铁路一些区段也出现了波磨，到了70年代初，它开始迅速发展，在各区段线路上分布越来越广。

正是因为世界各国都出现了轮轨波磨，国内外各地学者进行了大量深入和广泛的研究，下面将介绍轮轨波磨的国内外研究现状。

虽然学术界对波磨的成因有很多不同观点，但是这些观点可以总结分为两大类[6]，即动力类成因理论和非动力类成因理论，前者的观点是波磨的产生是由于振动引起的，波磨的波长和波深与振动的形式和振动的强度有关；后者认为轮轨之间的振动对波磨影响不大，甚至没有影响，而对波磨起主要作用的是钢轨表面的不均匀磨损或者是塑性变形，并且波磨的波长是随机的。动力类成因理论包括：接触共振理论、轮轨系统垂向振动理论、轮对振动理论、磨耗功波动理论；非动力类成因理论包括：钢轨冶金性能理论、残余应力理论、不均匀磨损和锈蚀理论、不均匀塑性变形理论、接触疲劳理论、应力极值理论、轮轨廓形匹配理论。

波磨的分类方法也有三种，即按波长分类、按磨耗类型分类以及将钢轨损伤机理和波长确定机理结合在一起进行分类。按照波长可以把钢轨的波形磨损分为长波长波磨和短波长波磨；根据轨头部分的损伤是塑性变形还是磨损，可以把它分为3类：磨损型波磨、溯流型波磨、混合型波磨；按波长确定机理和钢轨损伤机理综合分类[7]可以分为6类：轻轨波磨、重载波磨、车轮压痕、接触疲劳波磨、波纹磨损和轨枕振动。

纵观国内外的各项研究，对波磨的各类成因都进行了研究，但关于波磨与扭振的关系的研究较少，为此，决定设计一个轮轨波磨双轮实验台来研究其间的关系。

其中，扭振的测量[8]是一个难点，主要原因是扭振信号信噪比很差，加上横向振动的干扰，使扭振信号的提取与分析比较困难。盖革扭振测量仪是测量扭振的最早仪器[9]，黄震等人[10]提出一种基于激光多普勒技术和光学外差原理对高速回转机械进行扭振测量的新方法，白英等人提出了测试轴类扭振的方法，丁勇等人[11] 发明了一个测量低转速轴系扭振的装置。