随着我国铁路车辆的速度提升和载重增大,会导致轮轨之间冲击增大、轮轨缺陷增加。轮轨缺陷加大了轮轨之间动态响应,影响列车运行品质,严重时危及行车安全。因此基于车辆、轨道动态响应的车轮和轨道缺陷动态识别非常必要,其中进行轮轨缺陷动态检测的模拟实验对于验证检测装置和算法具有重要意义。本文以轮轨常见的缺陷模拟为研究对象,设计了基于车辆-轨道耦合动力学模型的缺陷模拟实验台,用来在实验室进行轮轨缺陷模拟以及进行在有轮轨缺陷下工况时的轮对和钢轨的动态响应检测实验。主要研究内容包括以下几个方面:首先提出了轮轨缺陷实验台的机械结构部分设计方案,模拟了实际轮轨运行情况以及轮轨缺陷的特征。实验台采用轨道轮设计,通过轨道轮-车轮系统模拟了实际列车轮轨系统;设计了车轮垂向负载装置模拟了实际车轮垂向载荷。利用液压缸驱动轨道轮支撑梁产生轨道随机高低不平顺,通过偏心轮设计使轨道轮发生垂向准正弦位移模拟轨道波浪形磨耗;由于轨道轮下方无法模拟轨枕、道床的实际情况,因此根据车辆-轨道垂向模型将轨下情况等效为刚度和阻尼的模拟。其次设计了实验台的信号控制和采集系统。首先确定了实验台所需控制和采集的物理参数。实验台的控制系统主要包括液压系统、气压系统、电机系统三个部分组成,通过工控机给PLC发送指令控制三个系统的执行机构,实现对轨道不平顺液压缸、车轮垂向负载装置、轨下等效刚度阻尼、轮轨运行速度以及轨道波磨频率的控制。信号采集系统通过位移传感器、称重传感器、高速接近开关、气压传感器以及振动加速度传感器实现对实验台轨道轮位移、车轮垂向负载、轨道轮及偏心轮转速、轨下等效刚度阻尼以及车轮轨道轮振动响应的测量,并通过数据采集卡将采集信息传输到工控机,对实验情况进行检测和控制。其中根据轨道不平顺系统实现方案设计了不平顺液压控制系统,利用Simscape工具模块建立液压系统的仿真模型,验证了其液压系统功能及对轨道不平顺模拟的控制精度。最后,在实验台上进行了轮轨缺陷动态检测实验,获得了在钢轨波磨、轨道不平顺、车轮擦伤等缺陷下车轮和轨道轮的振动加速度。通过对车轮、钢轨动态响应进行时频分析,结果表明,轨道波浪形磨耗缺陷时轮轨振动信号在波磨频率处有较大幅值;车轮擦伤缺陷实验中,轮轨振动信号产生明显的周期性幅值,并且幅值出现在车轮频率的整数倍;轨下等效刚度实验中,随着刚度增大,轮轨的振动加速度均增加;轨下等效阻尼增加,则由于阻尼作用轮轨振动明显减小;实验台模拟的轨道不平顺在全频域范围内增加了车轮和轨道轮的振动。因此,可以利用轮轨缺陷的特征在实验台上对车轮和轨道由于缺陷产生的动态响应进行检测。本文设计了实验台,对车轮和轨道的缺陷进行模拟并进行了各种缺陷情况下的动态检测实验,为轮轨缺陷动态检测实验提供了实验室数据。