專(zhuān)利名稱(chēng)：高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于模擬列車(chē)移動(dòng)荷載的分布式加載系統(tǒng)，尤其是涉及一種 高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)正處于高速鐵路快速建設(shè)的階段，列車(chē)的高速運(yùn)行對(duì)軌道結(jié)構(gòu)和路基土體的 動(dòng)力性能提出了很高的要求。列車(chē)速度的提高，導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加劇，尤其當(dāng)列車(chē)速度 接近土體的臨界波速時(shí)，土體的動(dòng)力響應(yīng)急劇增加。列車(chē)速度的提高，導(dǎo)致路基內(nèi)部動(dòng)應(yīng)力 的影響范圍變大，使得路基的不均勻沉降變大，進(jìn)而引起軌道的不平順，加劇了車(chē)軌的動(dòng)力 相互作用。列車(chē)荷載的移動(dòng)性使得路基土體的受力經(jīng)歷著一個(gè)特殊的應(yīng)力路徑列車(chē)從無(wú) 窮遠(yuǎn)行駛而來(lái)的加載過(guò)程，和列車(chē)行駛至無(wú)窮遠(yuǎn)處的卸載過(guò)程，這種特殊的加卸載循環(huán)路 徑使得土體產(chǎn)生不同于單點(diǎn)循環(huán)加載的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，最終體現(xiàn)在線路的沉降上。因而，開(kāi) 展高速列車(chē)動(dòng)荷載下，尤其是移動(dòng)荷載下的軌道和路基結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)顯得十分重要。目 前，高速鐵路動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的研究手段主要有室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試兩種。室內(nèi)模型 試驗(yàn)受到場(chǎng)地尺寸和列車(chē)速度的限制，不易實(shí)現(xiàn)真車(chē)的高速移動(dòng)加載；現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試雖然 可以采用真實(shí)的列車(chē)高速運(yùn)行，但所處的環(huán)境比較復(fù)雜不易控制，且對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求很 高?，F(xiàn)有的列車(chē)動(dòng)荷載模擬裝置，如可調(diào)頻調(diào)幅SBZ30動(dòng)態(tài)激振器和一種高速鐵路動(dòng)荷載 現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，均是采用偏心塊的快速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生豎向激振力，可以實(shí)現(xiàn)固定位置的高 頻激振，不足之處是無(wú)法實(shí)現(xiàn)列車(chē)荷載的移動(dòng)性，無(wú)法模擬路基土體的應(yīng)力路徑。北京東 郊環(huán)形道無(wú)砟軌道試驗(yàn)段采用真車(chē)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)不同列車(chē)速度下的動(dòng)力學(xué) 試驗(yàn)，不足之處是現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和環(huán)境條件不可控，軌道和路基模型無(wú)法實(shí)現(xiàn)重復(fù)制作 性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種 高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)模型試驗(yàn)的模型環(huán)境可控性， 還可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的列車(chē)荷載移動(dòng)性，從而在室內(nèi)模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)“假車(chē)真路”的動(dòng) 力學(xué)模擬試驗(yàn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
多個(gè)作動(dòng)器按照高速鐵路扣件系統(tǒng)沿軌道方向的間距布置，每一對(duì)扣件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一個(gè) 作動(dòng)器，每個(gè)作動(dòng)器分別通過(guò)螺栓連接在各自的反力橫梁的跨中，每根反力橫梁的兩端分 別通過(guò)高強(qiáng)螺栓、兩端的拉緊梁與各自的反力縱梁相連接，兩端的反力縱梁利用高強(qiáng)螺栓、 兩端的另一拉緊梁與基礎(chǔ)梁連接，組成反力系統(tǒng)，每個(gè)作動(dòng)器的底部分別通過(guò)分配梁將荷 載傳遞至軌道板上，每個(gè)作動(dòng)器分別通過(guò)管道與動(dòng)力系統(tǒng)液壓油源相連接，每個(gè)作動(dòng)器分 別通過(guò)線路與多通道控制系統(tǒng)相連接。所述的動(dòng)力系統(tǒng)液壓油源通過(guò)分油器將液壓油分配到每個(gè)作動(dòng)器。
所述的每個(gè)分油器分別通過(guò)管道與3個(gè)作動(dòng)器相連。所述的分配梁的兩端分別安置在扣件系統(tǒng)的中心，分配梁與扣件系統(tǒng)的接觸尺寸 應(yīng)與實(shí)際鋼軌和扣件系統(tǒng)的接觸尺寸保持一致。所述的作動(dòng)器的中部均安裝有軸力傳感器和位移傳感器。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是
能夠代替實(shí)體列車(chē)模型，實(shí)現(xiàn)列車(chē)在不同速度下的運(yùn)行荷載，可以短時(shí)間內(nèi)模擬列車(chē) 荷載的長(zhǎng)期循環(huán)作用，為開(kāi)展高速鐵路路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)研究，尤其是為線路結(jié)構(gòu)的長(zhǎng) 期動(dòng)力特性研究提供了可靠便捷的加載平臺(tái)，解決了困擾列車(chē)高速條件下移動(dòng)循環(huán)荷載模 擬困難的問(wèn)題。


圖1是分布式加載系統(tǒng)示意圖。圖2是反力系統(tǒng)布置示意圖。圖3是伺服加載裝置的示意圖。圖4是加載系統(tǒng)模擬輸入荷載時(shí)程曲線。圖5是分布式加載系統(tǒng)模擬效果。圖中1、作動(dòng)器，2、螺栓，3、反力橫梁，4、高強(qiáng)螺栓，5、反力縱梁，6、高強(qiáng)螺栓，7、基 礎(chǔ)梁，8、分配梁，9、扣件系統(tǒng)，10、軌道板，11、管道，12、動(dòng)力系統(tǒng)液壓油源，13、多通道控制 系統(tǒng)，14、拉緊梁，15、拉緊梁，16、線路，17、軸力傳感器，18、位移傳感器，19、分油器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，作動(dòng)器1通過(guò)螺栓2連接在反力橫梁3的中部，每個(gè)作動(dòng)器1對(duì)應(yīng)一 個(gè)反力橫梁3，每個(gè)反力橫梁3的端部分別通過(guò)高強(qiáng)螺栓4、拉緊梁14與反力縱梁5相連接， 反力縱梁5的兩端分別利用高強(qiáng)螺栓6、拉緊梁15與基礎(chǔ)梁7連接，組成反力系統(tǒng)。如圖2 所示，作動(dòng)器1按照高速鐵路扣件系統(tǒng)9的間距L分布式布置，每一對(duì)扣件系統(tǒng)9對(duì)應(yīng)一個(gè) 作動(dòng)器1，扣件系統(tǒng)9為鋼軌在軌道板10上的支撐點(diǎn)，作動(dòng)器1沿著軌道方向的間距即為該 支撐點(diǎn)的間距。作動(dòng)器1的底部通過(guò)分配梁8將荷載傳遞至軌道板10上，分配梁8的兩端 直接安置在軌道板10上面的扣件系統(tǒng)9上，軌道板10上面并沒(méi)有鋼軌存在，分配梁8與扣 件系統(tǒng)9的接觸尺寸應(yīng)與實(shí)際鋼軌和扣件系統(tǒng)9的接觸尺寸保持一致。如圖3所示，作動(dòng)器1通過(guò)管道11與動(dòng)力系統(tǒng)液壓油源12相連接，為了保證作動(dòng) 器1供油的穩(wěn)定性，每3個(gè)作動(dòng)器1配置有1個(gè)分油器19，分油器19再與液壓油源12相連 接。作動(dòng)器1的中部均安裝有軸力傳感器17和位移傳感器18。作動(dòng)器1通過(guò)線路16與多通道控制系統(tǒng)13相連接，每個(gè)作動(dòng)器1對(duì)應(yīng)多通道控 制系統(tǒng)13中的一個(gè)通道。多通道控制系統(tǒng)13由PC機(jī)和多通道加載控制軟件組成，多通道 控制系統(tǒng)13的操作步驟為
(1)打開(kāi)PC機(jī)，點(diǎn)擊進(jìn)入多通道加載控制軟件的操作界面；
(2)點(diǎn)擊菜單欄中的“試驗(yàn)”，設(shè)定試驗(yàn)保護(hù)參數(shù)；
(3)點(diǎn)擊油源低壓，選擇靜態(tài)模式；(4)在“信號(hào)發(fā)生器”中選擇“位移控制模式”，設(shè)定作動(dòng)器的位移目標(biāo)值和位移變化速 率，使得作動(dòng)器與分配梁建立接觸；
(5)轉(zhuǎn)入“力控制模式”，設(shè)定作動(dòng)器加載試驗(yàn)力初值和試驗(yàn)力加載速率；
(6)選擇加載波形，設(shè)置加載頻率、幅值和循環(huán)次數(shù)，點(diǎn)擊“應(yīng)用”；
(7)分別設(shè)置各個(gè)作動(dòng)器的相位；
(8)轉(zhuǎn)入“油源高壓”，點(diǎn)擊進(jìn)入動(dòng)態(tài)模式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力加載；
(9)點(diǎn)擊菜單欄中的“控制”，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的加載幅值和相位誤差；
(10)若系統(tǒng)反饋的加載幅值和相位誤差超過(guò)5%，點(diǎn)擊“調(diào)整”，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏；
(11)試驗(yàn)結(jié)束后，點(diǎn)擊菜單欄中的“試驗(yàn)停止”，并進(jìn)入“轉(zhuǎn)靜態(tài)”控制；
(12)轉(zhuǎn)入“位移控制模式”，設(shè)定作動(dòng)器的位移初值和位移變化速率，使得作動(dòng)器與分 配梁脫離；
(13)點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)保存”，將數(shù)據(jù)保存至目標(biāo)文件夾；
(14)點(diǎn)擊“退出”，安全退出多通道加載控制軟件。通過(guò)多通道控制系統(tǒng)13的設(shè)置，可協(xié)同控制作動(dòng)器1的加載頻率和相位，模擬列 車(chē)的運(yùn)行速度。通過(guò)控制作動(dòng)器1激振力的大小，可以模擬列車(chē)的不同軸重。通過(guò)控制作 動(dòng)器1的加載波形，可以模擬軌道不平順時(shí)的輪軌作用力。通過(guò)控制作動(dòng)器1的連續(xù)循環(huán) 加載，可以在短時(shí)間內(nèi)模擬列車(chē)荷載的長(zhǎng)期循環(huán)作用。本發(fā)明的工作原理如下 (1)確定作動(dòng)器模擬加載波形
由于模型試驗(yàn)尺寸的限制，采用真實(shí)的列車(chē)在路基模型上運(yùn)行難度很大，而采用固定 的加載裝置來(lái)代替真實(shí)列車(chē)將很有實(shí)際意義。列車(chē)輪軸與鋼軌相互接觸，通過(guò)扣件系統(tǒng)9 將輪軌作用力傳遞至路基，軌道結(jié)構(gòu)中按一定間距分布式布置的扣件系統(tǒng)9即為列車(chē)荷載 對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的作用點(diǎn)。列車(chē)從無(wú)窮遠(yuǎn)行駛而來(lái)的加載過(guò)程，和列車(chē)行駛至無(wú)窮遠(yuǎn)處的卸載 過(guò)程，使得每一個(gè)扣件系統(tǒng)9經(jīng)歷了一次循環(huán)加卸載過(guò)程。將扣件系統(tǒng)9經(jīng)歷的荷載時(shí)程 作為加載系統(tǒng)的輸入荷載，便模擬列車(chē)輪軸沿著鋼軌的連續(xù)運(yùn)行過(guò)程。以一個(gè)轉(zhuǎn)向架荷載 為例，通過(guò)理論計(jì)算或是實(shí)測(cè)資料，可以得到列車(chē)運(yùn)行時(shí)扣件系統(tǒng)9的荷載時(shí)程曲線，如圖 4中的小方塊所示。對(duì)該荷載時(shí)程曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化，即可作為模型試驗(yàn)中加載系統(tǒng)的輸入荷載 時(shí)程曲線，如圖4中的實(shí)線所示。將圖4中的實(shí)線所代表的荷載時(shí)程曲線作為作動(dòng)器1的激勵(lì)波形，利用分布式加 載系統(tǒng)來(lái)模擬列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行，模擬效果如圖5所示。其中，圖5中的小方塊表示列車(chē)荷載 連續(xù)作用下軌道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，實(shí)線表示采用分布式加載系統(tǒng)所得到的軌道結(jié)構(gòu)內(nèi)力，由此 可見(jiàn)，分布式加載系統(tǒng)可以代替真實(shí)列車(chē)來(lái)模擬列車(chē)的運(yùn)行過(guò)程。(2)根據(jù)列車(chē)的運(yùn)行速度，確定作動(dòng)器1的加載頻率和相位
分布式的加載系統(tǒng)通過(guò)改變加載頻率和不同作動(dòng)器1之間的相位差可以模擬列車(chē)的 不同運(yùn)行速度。假設(shè)扣件系統(tǒng)9沿線路方向的間距為L(zhǎng)，列車(chē)時(shí)速v，作動(dòng)器1的加載頻率 f，相鄰作動(dòng)器1的加載時(shí)間間隔δ，列車(chē)一個(gè)轉(zhuǎn)向架荷載由η個(gè)扣件分擔(dān)，則
權(quán)利要求
1.一種高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)，其特征在于多個(gè)作動(dòng)器(1)按照高 速鐵路扣件系統(tǒng)(9)沿軌道方向的間距布置，每一對(duì)扣件系統(tǒng)(9)對(duì)應(yīng)一個(gè)作動(dòng)器(1)，每 個(gè)作動(dòng)器(1)分別通過(guò)螺栓(2)連接在各自的反力橫梁(3)的跨中，每根反力橫梁(3)的 兩端分別通過(guò)高強(qiáng)螺栓G)、兩端的拉緊梁(14)與各自的反力縱梁( 相連接，兩端的反力 縱梁( 利用高強(qiáng)螺栓(6)、兩端的另一拉緊梁(1 與基礎(chǔ)梁(7)連接，組成反力系統(tǒng)，每 個(gè)作動(dòng)器(1)的底部分別通過(guò)分配梁(8)將荷載傳遞至軌道板上(10)，每個(gè)作動(dòng)器(1)分 別通過(guò)管道與動(dòng)力系統(tǒng)液壓油源(12)相連接，每個(gè)作動(dòng)器(1)分別通過(guò)線路(16)與多通 道控制系統(tǒng)(13)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)，其特征在于 所述的動(dòng)力系統(tǒng)液壓油源(1 通過(guò)分油器(19)將液壓油分配到每個(gè)作動(dòng)器(1)；所述的 每個(gè)分油器(19)分別通過(guò)管道與3個(gè)作動(dòng)器(1)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)，其特征在于 所述的分配梁(8)的兩端分別安置在扣件系統(tǒng)(9)的中心，分配梁(8)與扣件系統(tǒng)(9)的 接觸尺寸應(yīng)與實(shí)際鋼軌和扣件系統(tǒng)(9)的接觸尺寸保持一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)，其特征在于 所述的作動(dòng)器(1)的中部均安裝有軸力傳感器(17)和位移傳感器(18)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高速鐵路列車(chē)運(yùn)行荷載的模擬加載系統(tǒng)。作動(dòng)器按照高速鐵路扣件系統(tǒng)的間距布置，每個(gè)作動(dòng)器分別通過(guò)螺栓連接在各自的反力橫梁上，每根反力橫梁的兩端分別通過(guò)螺栓、兩端的拉緊梁與各自的反力縱梁相連接，兩端的反力縱梁利用螺栓、兩端的另一拉緊梁與基礎(chǔ)梁連接，組成反力系統(tǒng)，每個(gè)作動(dòng)器的底部分別通過(guò)分配梁將荷載傳遞至軌道板上，每個(gè)作動(dòng)器分別與動(dòng)力系統(tǒng)液壓油源和多通道控制系統(tǒng)相連接。本發(fā)明能夠代替實(shí)體列車(chē)模型，實(shí)現(xiàn)列車(chē)在不同速度下的運(yùn)行荷載，可以短時(shí)間內(nèi)模擬列車(chē)荷載的長(zhǎng)期循環(huán)作用，為開(kāi)展高速鐵路路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)研究，尤其是為線路結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期動(dòng)力特性研究提供了可靠便捷的加載平臺(tái)。
文檔編號(hào)G01N3/36GK102109419SQ20101059421
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者盧文博, 王作洲, 王順玉, 蔣建群, 蔣紅光, 邊學(xué)成, 陳云敏, 陳仁朋 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)