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浅析新旧规范中相对摩擦系数测试方法

摘要 本文通过对相对摩擦系数测试方法相关规范的新旧版本进行研究，从试验原理、计算公式、试验图形和试验过程等几方面分析对比，给出新旧规范对相对摩擦系数测试方法规定的一致性与区别性，为有效进行试验以及数据处理提供依据。
关键词 相对摩擦系数；规范；测试方法
1 绪论
三大件式货车转向架中央悬挂一般由斜楔减振器和摇枕弹簧组成。斜楔减振器是货车转向架常用的减振装置和核心的受力部件之一，该部件包含斜楔和支撑斜楔的减振弹簧，其优点为结构简单、制造和维护方便。
相对摩擦系数是悬挂装置中的摩擦力与垂向力的比值，通常用来衡量减震器摩擦力的大小。由此可见，相对摩擦系数是表示变摩擦阻力减振器的阻力大小的一个特征值。
相对摩擦系数越大，则减振器的摩擦阻力也越大。过小的摩擦阻力无法达到所需的减振目的；而过大的摩擦阻力有阻碍弹簧压缩，引起刚性冲击的缺点。为了保持车辆的运行平稳性，应选择合适的相对摩擦系数。因此，测定转向架的相对摩擦系数是对带有摩擦式减振器转向架的必要试验环节之一。
2 相对摩擦系数规范测试方法
相对摩擦系数测试方法在GB5599-1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（以下简称旧规范）中有详细的说明。后该规范被GB/T 5599-2019 《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》（以下简称新规范）所替代，新规范中对相对摩擦系数规范测试方法有了新的阐述。
2.1 GB5599-1985
在旧规范中，条目4.3.1中写到相对摩擦系数 可在转向架试验台上进行测定。由垂直加载器对转向架心盘平稳地逐级加载。加载自零位开始到最大试验载荷后，再平稳地逐级减载至零位。在进行加减载的同时，用位移传感器测定各级载荷下的弹簧挠度，通过应变仪将载荷、挠度应变信号输至X-Y记录仪，绘出相对摩擦系数 的载荷—挠度试验曲线，如图1所示。

图1 旧版相对摩擦系数 的测定 图2 新版相对摩擦系数Y的测定
据此，可求出相对摩擦系数 。
(1)
垂直加载的最大试验载荷应大于转向架簧上静载荷。
2.2 GB/T 5599-2019
在新规范附录A（规范性附录）相对摩擦系数测量方法中规定，该试验可以在实车上进行测定，也可以在转向架试验台上进行测定。试验时对转向架心盘平稳地逐级施加垂向载荷，加至最大试验载荷后，再逐级减载至零位。最大试验载荷不应小于转向架簧上质量。试验时同时测量加减载载荷和转向架弹簧位移。
根据记录的载荷和位移绘制出相对摩擦系数Y的载荷-位移曲线，如图2所示。按公式（2）求出相对摩擦系数Y:
(2)
3 新旧规范试验方法的对比
3.1计算原理分析
货车转向架弹簧减振装置的作用力和挠度之间的关系与单纯圆弹簧装置的挠度关系不同。因为垂向加载除了使弹簧变形以外，还需克服减振装置的摩擦阻力。加载时，要使弹簧减振装置得到与无减振器时同样的挠度，所施加的力要比单纯圆弹簧装置大，其差值即为加载时减振装置的摩擦阻力；卸载时，弹簧挠度随作用力的减小而减小，但由于存在摩擦阻力，要使弹簧减振装置得到与无减振器时同样的挠度，簧上的作用力要比单纯圆弹簧装置时小，其差值即为卸载时的摩擦阻力。

图3 楔块式摩擦减振器理想特性曲线
楔块式摩擦减振器在运用过程中，摩擦力大小及方向由摇枕的上下运动趋势所决定。按照简化理论模型，其挠度与载荷特性曲线如图3。在图3中，OC线是理论上各点摩擦面上的摩擦系数为零的情况，是弹簧反力与位移的关系曲线。从挠度与载荷特性曲线可知，在加载过程中，要使弹簧挠度为f所要施加的的载荷为p1，p1与p0之间的差值即为加载时的摩擦力；在卸载过程中，要使弹簧挠度为f所要施加的载荷为p2，p2与p0之间的差值即为卸载时的摩擦力，计算得：

上式也就是GB5599-1985规定的相对摩擦系数计算公式（1），同时也符合 GB/T 5599-2019规定的相对摩擦系数计算公式（2）。
通过计算公式的推理可得，新旧两个规范中相对摩擦系数的计算原理完全相同。
3.2 载荷-挠度试验图形对比
在新规范中，相对摩擦系数计算公式所对应的载荷—挠度试验曲线采用了新的图示，与旧规范中的试验曲线相比：虽然两者代表含义一致，但新规范中载荷—挠度试验曲线更能准确描述实际加卸载情况。
如图2所示，从零位开始加载时，需要克服初始的摩擦力，所以加载初始段OA载荷增大挠度不变。在到达最大载荷后开始缓解，摇枕运动趋向改变，摩擦力方向也随之发生变换，但由于摩擦力的阻碍，卸载初始段BC载荷减小挠度不变。
3.3 试验过程描述的区别分析
新规范中明确说明，相对摩擦系数试验可以在实车上进行，也可以在转向架试验台上进行。进一步理解，在新旧规范中均写到试验时对转向架心盘平稳逐级加减载，但新规范写到可以实车测量，可以、理解为只要摇枕上垂向总载荷达到试验数值，不仅仅为心盘加载，心盘与旁承共同加载的方式同样可以使用，放宽了试验加载方式。
4 结论
1. 计算原理与计算公式新旧规范完全一致。
2. 通过对比实际试验中所得到的载荷-挠度试验图形，发现其更为符合新规范的示意图形。
3. 新规范的文字表述，例如“不规则图形”、“可以在实车上进行测定”等等，使规范更为准确、直观。
（4）与既有静态测试方法相比，连续的准静态测量方法得到的试验曲线更为符合新规范要求。因为连续测量所得到的图形拐点可以使测试结果更为精确，而静态测量无法准确得到曲线的拐点。
综上所述，在新规范下进行转向架相对摩擦系数的试验，与旧规范对比：原理一致，计算公式一致，试验过程要求一致，所以并不需要对试验过程操作以及结果数据处理进行改变。在条件允许情况下，使用准静态方法的连续测量试验结果更为精准。

-全文完-