一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备及控制装置的制作方法

本发明属于轮轨交通系统轨道结构动力学设计领域，具体涉及一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备及控制装置。

背景技术：

扣件是铁路轨道钢轨与轨枕的连接件，由扣压件、弹性垫板、以及联结零件组成，对缓冲轮轨冲击、减弱振动向轨道及其下方的传播具有重要的作用。随着列车运行速度的提高，扣件弹性垫板复杂的非线性动力性能对轮轨相互的影响也越来越严重。为了准确研究扣件动力性能对轮轨系统的影响，首先需要对扣件弹性垫板复杂动力性能进行测试。

弹性垫板的动态力学行为具有强烈的时间和温度依赖性，与初始预压力、动载频率、动载振幅等多种因素有关。在对弹性垫板动力性能进行测试时，目前较为常用的方式是采用动态力学分析仪(dynamicmechanicalanalysis，dma)进行测试，以及采用大型疲劳机对弹性垫板施加正弦力激励，通过测试弹性垫板的位移响应来测试弹性垫板的动力性能。由于dma试验多局限在线性小应变范围内，而在列车通过时，扣件弹性垫板所受力可达70kn，应变往往会超过10％，变形中非线性特征特别明显。因此，目前通过dma试验获得的小应变范围内弹性垫板动力性能结果与列车通过时弹性垫板在大应变情况下表现的动力性能差距较大。大型疲劳试验机在一定程度上解决了dma无法测试弹性垫板大应变动力性能的问题，但测试时正弦力激励不易控制，实际荷载往往会超出设定范围，而且这种方式对测试设备中力传感器及控制系统的灵敏度要求较高，需要利用高精度的传感器反复调试来控制加载。因此，亟需一种能测试钢轨扣件弹性垫板动力性能随初始预压力、动载频率、动载振幅的变化关系的设备，以克服现有测试设备测试时加载激励不易控制、稳定性差等缺陷。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备及控制装置，以有效地改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供了一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备，包括：正弦位移激励加载装置和螺旋升降仪，所述螺旋升降仪安装在所述正弦位移激励加载装置上。所述正弦位移激励加载装置包括：支撑架、第一动力装置、传动装置和加载组件。所述第一动力装置和所述加载组件均安装于所述支撑架上。所述加载组件包括：轮轴和凸轮组，所述凸轮组包括：第一凸轮，所述第一凸轮与所述轮轴可拆卸连接。所述第一动力装置通过所述传动装置与所述轮轴连接。所述传动装置用于将所述第一动力装置的功率传递到所述加载组件中的所述轮轴上，以使所述第一凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动。所述螺旋升降仪包括：第一底座、调节组件、支承板和驱动装置。所述驱动装置安装于所述第一底座上，所述调节组件分别与所述第一底座和所述支承板连接。所述驱动装置与所述调节组件传动连接，用于控制所述调节组件的升降，以调节所述支承板的高度。

在本发明较佳的实施例中，所述凸轮组还包括：第二凸轮和第三凸轮，所述第二凸轮和所述第三凸轮均与所述轮轴可拆卸连接，使用时，所述第一凸轮、所述第二凸轮和所述第三凸轮中的任意一个凸轮设置于所述轮轴上。

在本发明较佳的实施例中，所述正弦位移激励加载装置还包括：变频器，所述变频器与所述第一动力装置耦合，用于控制所述第一动力装置的输出转速。

在本发明较佳的实施例中，所述正弦位移激励加载装置还包括：作动装置，所述作动装置包括：作动头和传力压板，所述传力压板与所述作动头连接，所述传力压板通过弹簧组件与所述支撑架连接，所述传力压板与所述第一凸轮接触，在所述第一凸轮的作用下，所述传力压板竖直运动。

在本发明较佳的实施例中，所述支撑架包括：第二底座、顶板和支撑件，所述支撑件包括：第一支撑板和第二支撑板，所述第一动力装置安装于所述第二底座上，所述加载组件安装于所述顶板上，所述第一支撑板的一端与所述第二底座连接，所述第一支撑板的另一端与所述顶板连接，所述第二支撑板的一端与所述第二底座连接，所述第二支撑板的另一端与所述顶板连接。

在本发明较佳的实施例中，所述驱动装置包括：第二动力装置和齿轮组件，所述齿轮组件与所述调节组件连接，所述第二动力装置与所述齿轮组件传动连接，用于驱动所述齿轮组件的转动，以控制所述调节组件的升降，所述调节组件的一端与所述齿轮组件连接，所述第二动力装置和所述齿轮组件均安装于所述底座上。

在本发明较佳的实施例中，所述齿轮组件包括：安装于所述第一底座的中心齿轮和与所述中心齿轮啮合的至少两个第一齿轮，每个所述第一齿轮均与所述调节组件连接，所述第二动力装置与所述中心齿轮传动连接，用于驱动所述中心齿轮转动，以带动每个所述第一齿轮转动。

在本发明较佳的实施例中，所述调节组件包括：至少两个套筒和与所述套筒相匹配的螺旋撑杆，每个所述螺旋撑杆的一端均与其对应的一个所述套筒螺纹连接，每个所述螺旋撑杆的另一端均与所述支承板连接，每个所述套筒均安装于所述底座上，每个所述套筒均与其对应的一个所述第一齿轮连接。

在本发明较佳的实施例中，每个所述套筒均包括：内筒和外筒，所述内筒内设置有螺纹，所述内筒底端外侧设置有轮齿，所述内筒与所述第一齿轮啮合连接，所述内筒与其对应的所述螺旋撑杆的一端连接，所述外筒安装于所述底座上，用于固定所述内筒，所述内筒可相对于所述外筒转动。

本发明实施例还提供了一种控制装置，包括：控制器和上述的铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备，所述控制器与所述正弦位移激励加载装置中的第一动力装置耦合，用于控制所述第一动力装置转动，以使所述凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动；所述控制器还与所述螺旋升降仪中的驱动装置耦合，用于控制所述驱动装置转动，以控制所述螺旋升降仪中的调节组件的升降。

本发明实施例提供了一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备及控制装置。与现有技术相比，该铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备包括螺旋升降仪和正弦位移激励加载装置。测试时，所述正弦位移激励加载装置用于向测试组件施加正弦位移激励，所述螺旋升降仪用于调节测试组件与所述正弦位移激励加载装置之间的高度，以使测试组件被所述螺旋升降仪与所述正弦位移激励加载装置相互挤压而发生形变。

该正弦位移激励加载装置包括：支撑架、第一动力装置、传动装置和加载组件。其中，所述加载组件包括：轮轴和凸轮组，所述凸轮组包括第一凸轮。在传动装置的带动下，可以将所述第一动力装置的功率传递到所述加载组件中的所述轮轴上，以实现所述轮轴与所述第一动力装置的同步转动，以使所述第一凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动，进而产生一个正弦位移激励。通过控制第一动力装置的输出功率，便可以改变该正弦位移激励的扰动频率。解决了现有技术(例如大型疲劳机)产生的正弦力激励不易控制，以及其加载频率不能满足测试的需求的问题。

螺旋升降仪包括：第一底座、调节组件、支承板和驱动装置。在驱动装置的作用下，可以实现调节组件的升降，即与调节组件连接的支承板相对于水平面的高度可以相对的上升或者下降，从而达到调整支承板高度的效果。该螺旋升降仪具备自动调节支承板高度的功能，可以大大降低人工调节的成本。该螺旋升降仪主要用于在弹性垫板安装好后调整加载台高度，使作动头与短钢轨能够接触，并调整弹性垫板的初始预压力。此外，本发明还具备：结构简单、调节方便、效果好、成本低、受人工的主观因素影响较小、适用性强等诸多优点。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备的第一视角的结构示意图。

图2示出了本发明实施例提供的一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备的第二视角的结构示意图。

图3示出了本发明实施例提供的图1中的正弦位移激励加载装置的结构示意图。

图4示出了本发明实施例提供的图2中的正弦位移激励加载装置的结构示意图。

图5示出了本发明实施例提供的图3中的凸轮组的廓形示意图。

图6示出了本发明实施例提供的图1中的螺旋升降仪的结构示意图。

图7示出了本发明实施例提供的图6中的齿轮组件的结构示意图。

图8示出了本发明实施例提供的图6中的套筒的结构示意图。

图9示出了本发明实施例提供的铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备在加载测试组件时的结构示意图。

图10示出了图9中的测试组件与正弦位移激励加载装置、螺旋升降仪相作用的结构示意图。

图11示出了本发明实施例提供的一种控制装置的结构框图。

图标：100－铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备；10－正弦位移激励加载装置；11－支撑架；111－第二底座；112－顶板；113－支撑件；114－第一支撑板；115－第二支撑板；13－第一动力装置；15－传动装置；17－加载组件；171－轮轴；172－凸轮组；173－第一凸轮；174－第二凸轮；175－第三凸轮；18－变频器；19－作动装置；191－传力压板；192－作动头；193－弹簧组件；20－螺旋升降仪；21－第一底座；23－驱动装置；231－第二动力装置；232－齿轮组件；233－中心齿轮；234－第一齿轮；25－调节组件；250－套筒；251－内筒；252－外筒；253－螺旋撑杆；27－支承板；30－测试组件；31－弹性垫板；32－第一砂布；33－第二砂布；34－铁垫板；35－短钢轨；36－位移传感器；37－压力传感器；300－控制装置；310－控制器；330－控制终端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备100，请参阅图1和图2，所述铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备100包括：螺旋升降仪20和正弦位移激励加载装置10。测试时，所述正弦位移激励加载装置10用于向测试组件施加正弦加载激励，所述螺旋升降仪20用于调节测试组件与所述正弦位移激励加载装置10之间的高度，以使测试组件被所述螺旋升降仪20与所述正弦位移激励加载装置10相互挤压而发生形变。

为了清楚的说明螺旋升降仪20和正弦位移激励加载装置10的工作原理及其构造，下面将分别对螺旋升降仪20和正弦位移激励加载装置10进行介绍。

请参阅图3和图4，该正弦位移激励加载装置10包括：支撑架11、第一动力装置13、传动装置15和加载组件17。

所述支撑架11用于固定第一动力装置13、传动装置15和加载组件17。即，所述第一动力装置13和所述加载组件17均安装于所述支撑架11上，所述第一动力装置13和所述加载组件17通过所述传动装置15连接。于本实施例中，优选地，所述支撑架11包括：第二底座111、顶板112和支撑件113。

所述第二底座111的形状可以有多种，例如，可以是圆形，也可以是长方形，还可以是三角形等等。于本实施例中，优选地，所述第二底座111的形状可以为长方形。优选地，所述第二底座111的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。

所述第二底座111与所述顶板112通过所述支撑件113连接。其中，所述第二底座111与所述支撑件113的连接的方式可以有多种，例如，可以是通过中间件连接，例如，该中间件为：螺母和螺杆、螺钉等；也可以是通过粘合、焊接等方式连接，还可以是通过组合方式连接，例如，通过凹槽与凸块等组合方式连接；亦或者是一体成型等。于本实施例中，优选地，所述第二底座111与所述支撑件113通过中间件连接。

所述支撑件113用于固定所述顶板112，即，所述支撑件113的一端与所述第二底座111连接，所述支撑件113的另一端与所述顶板112连接，从而将顶板112固定住。于本实施例中，优选地，所述支撑件113包括：第一支撑板114和第二支撑板115。

所述第一支撑板114的一端与所述第二底座111连接，所述第一支撑板114的另一端与所述顶板112连接。所述第一支撑板114的形状可以有多种，于本实施例中，优选地，所述第一支撑板114的形状可以为长方形。优选地，所述第一支撑板114的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。

所述第二支撑板115的一端与所述第二底座111连接，所述第二支撑板115的另一端与所述顶板112连接。所述第二支撑板115的形状可以有多种，于本实施例中，优选地，所述第二支撑板115的形状可以为长方形。优选地，所述第二支撑板115的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。

其中，优选地，该第一支撑板114的一端与所述第二底座111的一端连接，所述第一支撑板114的另一端与所述顶板112的一端连接。该第二支撑板115的一端与所述第二底座111的另一端连接，所述第二支撑板115的另一端与所述顶板112的另一端连接。第二底座111、第一支撑板114、第二支撑板115和顶板112构成一个长方形或者梯形等。

所述顶板112与所述第二底座111通过所述支撑件113连接。其中，所述顶板112与所述支撑件113的连接的方式可以有多种，于本实施例中，优选地，所述顶板112与所述支撑件113通过中间件连接。优选地，所述顶板112的一端与第一支撑板114连接，所述顶板112的另一端与所述第二支撑板115连接。

所述顶板112的形状可以有多种，例如，可以是圆形，也可以是长方形，还可以是三角形等等。于本实施例中，优选地，所述顶板112的形状可以为长方形。优选地，所述顶板112的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。

所述第一动力装置13安装于所述支撑架11上，优选地，所述第一动力装置13安装于所述第二底座111上。所述第一动力装置13与所述加载组件17通过所述传动装置15连接，用于使所述加载组件17产生正弦位移激励。于本实施例中，优选地，所述第一动力装置13包括但不限于：电机。其中，该电机可以是目前市场上常使用的交流电机。于本实施例中，优选地，所述电机为三相异步电机。

其中，应当理解的是，可以根据实际使用需要，可以选择性地选择是否使用驱动器来驱动电路。由于驱动器与电机之间的连接关系属于公知常识，在此，不对在选用驱动器的情况下，对驱动器与电机之间的连接关系进行说明。因此，不应将驱动器的有无理解成是对本发明的限制。

所述传动装置15分别与所述第一动力装置13和所述加载组件17连接，用于将所述第一动力装置13的功率传递到所述加载组件17上，以使所述加载组件17产生正弦位移激励。该传动装置15的结构可以有多种，例如，可以是同步带，也可以是链条，还可以是齿轮等，于本实施中，优选地，该传动装置15可以为同步带。

所述加载组件17安装于所述支撑架11上，优选地，所述加载组件17安装于所述顶板112上。所述加载组件17与第一动力装置13通过所述传动装置15连接，所述加载组件17可以根据该第一动力装置13输出的功率产生一个正弦位移激励。进一步优选地，所述加载组件17包括：轮轴171和凸轮组172。

所述轮轴171固定于所述顶板112上，通过所述传动装置15与所述第一动力装置13连接，该轮轴171在传动装置15的带动下，可以实现与所述电机的同步转动。

所述凸轮组172中的第一凸轮173设置于所述轮轴171上，在传动装置15的带动下所述第一凸轮173可以将所述轮轴171的转动转化为竖向运动，从而产生一个正弦位移激励。其中，所述第一凸轮173与所述轮轴171的连接方式可以有多种，优选地，该第一凸轮173通过螺杆和螺母、螺钉等中间件与该轮轴171可拆卸连接，以便于更换该第一凸轮173。其中，为了更可能的满足测试的需求，需要改变激励的振幅，发明人经过研究发现，通过改变凸轮的凸起高度可实现改变激励的振幅，因此，本实施例中，如图5所示，所述凸轮组172至少包括三种不同结构的凸轮，分别为第一凸轮173、第二凸轮174和第三凸轮175。根据实际的使用需求，使用时，选择性的将所述第一凸轮173、所述第二凸轮174和所述第三凸轮175中的其中一个凸轮设置于所述轮轴171上。例如，将第一凸轮173设置于所述轮轴171上。

为了尽可能满足在大频率范围内弹性垫板动力性能的测试需求，例如，0－1000hz范围内，优选地，所述正弦位移激励加载装置10还包括：变频器18。所述变频器18与所述第一动力装置13耦合，用于控制所述第一动力装置13的输出转速，以实现对位移激励扰动频率的改变。其中，变频器18和三相异步电机连接时，优选地，直接将变频器18的u/v/w三个端子用合适的导线按顺序分别连接到的电机的u/v/w端子即可。

其中，还可以通过在凸轮上设置凸起部的方式来实现对位移激励扰动频率的改变，即可以通过变频器18控制三相异步电机的输出转速，与改变凸轮上凸起部的数目相结合的方式控制位移激励扰动频率，极大地增加了动载激励频率范围，可实现1000hz范围内弹性垫板动力性能的测试。

其中，以图5所示的凸轮组172的廓形示意图对第一凸轮173、第二凸轮174和第三凸轮175进行说明。其中，设置于第一凸轮173上的凸起部的数量与设置于第二凸轮174上的凸起部的数量相同，例如，其凸起部的数量为1。设置于第三凸轮175上的凸起部的数量与设置于第意凸轮上的凸起部的数量不同，例如，设置于第三凸轮175上的凸起部的数量为5，优选地，5个凸起部等间隔设置于第三凸轮175上。其中，使用第一凸轮173时，其产生的激励的振幅为1mm；使用第二凸轮174时，其产生的激励的振幅为2mm；使用第三凸轮175时，其产生的激励的振幅为1mm。其中，凸起部的数量可以改变位移激励扰动频率，凸轮的凸起高度可以改变激励的振幅。

在对弹性垫板进行动力性能测试时，为了尽可能模仿出实际车轮与钢轨的接触状态，于本实施例中，优选地，所述正弦位移激励加载装置10还包括：作动装置19。所述作动装置19包括：作动头192和传力压板191。

所述传力压板191通过弹簧组件193与所述支撑架11连接。优选地，该传力压板191通过弹簧组件193固定于顶板112上，以保证凸轮与传力压板191紧密接触，在所述凸轮的作用下，所述传力压板191可竖直运动。所述传力压板191的形状可以有多种，于本实施例中，优选地，所述传力压板191呈“t”字状。其中，优选地，所述弹簧组件193可以是包括一组支撑弹簧，也可以是包括两组支撑弹簧，还可是包括两组以上的支撑弹簧。于本实施例中，优选地，该弹簧组件193包括两组支撑弹簧。由于传力压板191是通过弹簧组件193固定于顶板112上的，因此弹簧组件193处于压缩状态，以此保证凸轮与作动装置19紧密接触，即确保凸轮转动产生的竖向运动与作动装置19的竖向运动一致。

所述作动头192与所述传力压板191连接，所述作动头192的尺寸可以有多种，优选地，作动头192的半径与铁路车辆车轮半径相同，以尽可能模仿实际车轮与钢轨的接触状态。

其中，上述中的凸轮是第一凸轮173、第二凸轮174或第三凸轮175的简称。

其中，螺旋升降仪20安装在正弦位移激励加载装置10上，进一步地，螺旋升降仪20安装在正弦位移激励加载装置10中的第二底座111上。如图6所示，该螺旋升降仪20包括：第一底座21、驱动装置23、调节组件25和支承板27。

所述第一底座21的形状可以有多种，例如，可以是圆形，也可以是长方形，还可以是三角形等等。于本实施例中，优选地，所述第一底座21的形状可以为长方形。优选地，所述第一底座21的材质可以为金属材质，其中，所述第一底座21的材质可以有多种，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。

所述第一底座21分别与所述驱动装置23和所述调节组件25连接。其中，所述第一底座21与所述驱动装置23连接的方式可以有多种，例如，可以是通过中间件连接，例如，该中间件为：螺母和螺杆、螺钉等；也可以是通过粘合、焊接等方式连接，还可以是通过组合方式连接，例如，通过凹槽与凸块等组合方式连接。于本实施例中，优选地，所述驱动装置23通过中间件安装于所述第一底座21上。所述第一底座21与所述调节组件25的连接方式可以有多种，其连接方式可以参见上述的第一底座21与驱动装置23连接的方式，为了避免累赘，此处不再一一举例。

所述驱动装置23安装于所述第一底座21上，且与所述调节组件25连接。该驱动装置23用于控制调节组件25的升降，以调节所述支承板27的高度。于本实施例中，优选地，所述驱动装置23包括：第二动力装置231和齿轮组件232。

所述第二动力装置231安装于所述第一底座21上，且与所述齿轮组件232传动连接，用于驱动所述齿轮组件232的转动，以控制所述调节组件25的升降。所述第二动力装置231包括但不限于：电机。其中，该电机可以是目前市场上常使用的交流电机。由于，该电机只需要驱动齿轮组件232旋转即可，不需要太大的功率，为了节约成本，于本实施例中，优选地，该电机可以为单相交流电动机。

所述齿轮组件232安装于所述第一底座21上，且与所述第二动力装置231传动连接，在第二动力装置231的驱动下，该齿轮组件232可以实现逆时针旋转，或者顺时针旋转，从而实现对调节组件25的调节，以便于调节所述支承板27的高度。其中，该齿轮组件232还与调节组件25连接，于本实施例中，如图7所示，优选地，该齿轮组件232包括：中心齿轮233和与该中心齿轮233啮合的第一齿轮234。

所述中心齿轮233安装于第一底座21上，与所述第二动力装置231传动连接。该中心齿轮233还与至少两个第一齿轮234啮合。在第二动力装置231的作用下，该中心齿轮233可以逆时针或者逆时针旋转，以带动第一齿轮234可以逆时针或者逆时针旋转。

所述第一齿轮234安装于第一底座21上，与所述中心齿轮233啮合，此外，该第一齿轮234还与调节组件25连接。所述第一齿轮234的数量可以是2个，也可以是2个以上，于本实施例中，优选地，所述第一齿轮234的数量可以是4个。例如，该4个第一齿轮234分布于所述第一底座21的4个边角处，即，位于中心齿轮233的左上角的所述第一底座21上设置有一个第一齿轮234，位于中心齿轮233的左下角的所述第一底座21上设置有一个第一齿轮234，位于中心齿轮233的右上角的所述第一底座21上设置有一个第一齿轮234，位于中心齿轮233的右下角的所述第一底座21上设置有一个第一齿轮234。

所述调节组件25用于调节支承板27的高度，该调节组件25的分别与所述第一底座21和所述支承板27连接。于本实施例中，优选地，所述调节组件25包括：套筒250和与所述套筒250相匹配的螺旋撑杆253。

所述套筒250安装于所述第一底座21上，与第一齿轮234啮合。此外，该套筒250还与螺旋撑杆253螺纹连接。所述套筒250的数量与所述第一齿轮234的数量相匹配，即所述套筒250的数量可以是2个，也可以是2个以上，于本实施例中，优选地，所述套筒250的数量可以是4个。例如，该4个套筒250分布于所述第一底座21的4个边角处，即，左上角、左下角、右上角和右下角。于本实施例中，如图8所示，优选地，每个所述套筒250均包括：内筒251和外筒252。

所述内筒251内设置有内螺纹，与其对应的所述螺旋撑杆253的一端螺纹连接。所述内筒251底端外侧设置有轮齿，即，外筒252套设于内筒251上时，裸露于外筒252的所述内筒251一端设置有轮齿。所述内筒251与其对应的一个所述第一齿轮234通过齿啮合连接，可在第一齿轮234的带动下实现转动，进而带动螺旋撑杆253实现升降。

所述外筒252安装于所述第一底座21上，用于固定所述内筒251，所述内筒251可相对于所述外筒252转动。在第二动力装置231的驱动下，中心齿轮233转动，进而带动中心齿轮233周围的4个第一齿轮234转动，从而带动套筒250转动，实现螺旋撑杆253的升降，达到调整支承板27高度的效果。其中，优选地，套筒250的数量与第一齿轮234的数量相匹配，优选地，套筒250的数量可以为4个。

所述螺旋撑杆253的一端与其对应的一个所述套筒250螺纹连接，所述螺旋撑杆253的另一端与所述支承板27连接。优选地，在与套筒250连接的所述螺旋撑杆253上设置有外螺纹，该外螺纹与设置于套筒250内的内螺纹相匹配。所述螺旋撑杆253的数量与所述套筒250的数量相匹配，即所述螺旋撑杆253的数量可以是2个，也可以是2个以上，于本实施例中，优选地，所述螺旋撑杆253的数量可以是4个。

其中，在第二动力装置231的驱动下，中心齿轮233转动，进而带动中心齿轮233周围的4个第一齿轮234转动，从而带动套筒250转动。例如，当套筒250逆时针转动时，螺旋撑杆253相对与套筒250向上运动，此时支承板27相对于地面的高度增加，当套筒250顺时针转动时，螺旋撑杆253相对与套筒250向下运动，此时支承板27相对于地面的高度减小，以此，来实现对所述支承板27的高度的调节。

所述支承板27的形状可以有多种，例如，可以是圆形，也可以是长方形，还可以是三角形等等。于本实施例中，优选地，所述支承板27的形状可以为长方形。优选地，所述支承板27的材质可以为金属材质，其中，所述支承板27的材质可以有多种，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。优选地，该支承板27可以为支承钢板。

所述支承板27与调节组件25连接，优选地，该支承板27与螺旋撑杆253连接。其中，该螺旋撑杆253与支撑板的连接方式可以有多种，例如，可以是通过粘合、焊接等方式连接，也可以是通过螺杆和螺母、螺钉等中间件连接，还可以是一体成型等。优选地，该支承板27与螺旋撑杆253可以是通过中间件连接的。

其中，螺旋升降仪20安装在正弦位移激励加载装置10上，进一步的螺旋升降仪20中的第一底座21安装在正弦位移激励加载装置10中的第二底座111上，其连接方式可以有多种，例如，通过螺杆和螺母、螺钉等中间件连接。

测试时，将测试组件30加载于螺旋升降仪20上，如图9所示。通过调节螺旋升降仪20的高度，使测试组件30与正弦激励加装装置相接触，然后控制正弦激励加装装置对弹性垫板31进行正弦位移激励试验。其中，以图10所示的装载方式对测试组件30进行安装。在支承板27上依次安装：第一砂布32(有砂粒面朝上)、被测弹性垫板31、第二砂布33(有砂粒面朝下)、铁垫板34、短钢轨35。在支承板27对角上布置2个独立的位移传感器36，测定铁垫板34的垂向位移，在传力压板191与作动头192之间布置一个压力传感器37，以测定作动头192所受的压力。然后，检查试验设备的连接状态，确保螺旋升降仪20、正弦位移激励加载装置10、位移传感器36、压力传感器37可正常工作，并将压力传感器37和位移传感器36初始状态调整归零。

准备就绪后，通过控制螺旋升降仪20来调整支承板27高度，并实时关注压力传感器37读数，待弹性垫板31受预压力达到测试工况要求时，停止螺旋升降仪20的升降。待预压力读数稳定后，控制位移激励加载装置对弹性垫板31进行正弦位移激励试验。需要注意的是，位移激励加载装置加载时，通过控制异步电机频率对加载频率进行调节，加载频率需由小到大缓慢调节，直至返回的实测加载频率达到试验要求频率。待加载稳定后，继续对弹性垫板31加载至少100次，高频加载时可适当增加加载次数，最终选取最后20个连续循环加载中的力和位移数据进行数据处理，计算弹性垫板31动力性能。

其中，位移传感器36仅用于测试弹性垫板31在力作用下发生的压缩变形位移，因此对位移传感器36的原理、构造并没有固定要求，只对位移传感器36测试精度、采样频率及量程有要求。本实施例中，优选地，选用采样频率大于等于2000hz，测试量程大于等于10mm，测试精度小于等于0.01mm的位移传感器36。例如，选用型号为wydc－10l、wydc－5d、ghsd750、cd375、hstar750、ghsd750等型号的位移传感器。

其中，压力传感器37仅用于测试弹性垫板31所受的压力，因此对压力传感器37的原理、构造并没有固定要求，只对压力传感器37测试精度、采样频率及量程有要求。本实施例中，优选地，选用采样频率大于等于2000hz，测试量程大于等于150kn，测试精度小于等于500n的压力传感器37。例如，选用型号为m10b、n10b、c10e、myd－8433、myz－133等型号的压力传感器。

本发明实施例还提供了一种控制装置300，如图11所示。该控制装置300包括：控制器310、控制终端330和上述的铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备100。

所述控制器310与所述螺旋升降仪20中的驱动装置23耦合，用于控制所述驱动装置23转动，以控制所述螺旋升降仪20中的调节组件25的升降。优选地，该控制器310与驱动装置23中的第二动力装置231耦合，用于控制电机的转速、转向以及输出功率等，例如，控制电机逆时针旋转或顺时针旋转，以实现螺旋撑杆253的升降，达到调整支承钢板高度的效果。

此外，所述控制器310还与所述正弦位移激励加载装置10中的第一动力装置13耦合，用于控制所述第一动力装置13转动，以使所述正弦位移激励加载装置10中的加载组件17产生正弦位移激励。优选地，该控制器310与第一动力装置13中的电机耦合，用于控制电机的转速、转向以及输出功率等，例如，控制电机逆时针旋转或顺时针旋转，进而实现轮轴171的逆时针旋转或顺时针旋转，以使凸轮将所述轮轴171的转动转化为竖向运动，从而产生一个正弦位移激励。

其中，进一步优选地，该控制器310通过控制变频器18输出交流频率，进而控制三相异步电机的转速和功率。其连接方式上，控制器310与变频器18通过plc模块和变频器18上的rs485通讯接口进行通信，采用plc编程通信控制。该变频器18与电机连接时，直接将变频器18的u/v/w三个端子用合适的导线按顺序分别连接到的电机的u/v/w端子即可。其中，优选地，该控制器310集成了plc控制模块，以便于控制变频器18输出交流频率，进而控制三相异步电机的转速和功率。

其中，所述控制器310可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器310可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该控制器310也可以是任何常规的处理器等。于本实施例中，优选地，该控制器310可以是stm32系列的处理器，例如stm32f103c8t6、stm32f103vet6等型号。优选地，该控制器310预留串行通讯接口(即com口)。

所述控制终端330与所述控制器310耦合，用于控制控制器310，以控制电机的转速、转向以及输出功率等，例如，所述控制终端330向控制器310发送控制指令，以控制电机逆时针或者顺时针旋转。其中，所述控制终端330包括但不限于：电脑。优选地，该控制终端330通过串口线与控制器310连接，实现对电机的控制。

综上所述，本发明实施例提供了一种铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备及控制装置。该铁路扣件弹性垫板垂向动力性能测试设备包括螺旋升降仪和正弦位移激励加载装置。测试时，所述正弦位移激励加载装置用于向测试组件施加正弦加载激励，所述螺旋升降仪用于调节测试组件与所述正弦位移激励加载装置之间的高度，以使测试组件被所述螺旋升降仪与所述正弦位移激励加载装置相互挤压而发生形变。

该正弦位移激励加载装置包括：支撑架、第一动力装置、传动装置、加载组件、变频器和作动装置。其中，该支撑架包括：第二底座、顶板、第一支撑板和第二支撑板。所述加载组件包括：轮轴和凸轮组，所述凸轮组包括：第一凸轮、第二凸轮和第三凸轮。在传动装置的带动下，可以将所述第一动力装置的功率传递到所述加载组件中的所述轮轴上，以实现所述轮轴与所述第一动力装置的同步转动，以使所述第一凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动，进而产生一个正弦位移激励。其次，通过控制变频器输出交流频率，进而控制三相异步电机的转速和功率便可以改变该激励的扰动频率。此外，通过改变凸轮上凸起部的数目以及凸轮的凸起高度便可以改变位移激励扰动频率以及位移激励的振幅。加之，采用半径与铁路车辆车轮半径相同的作动头来尽可能模仿出实际车轮与钢轨的接触状态，以保证测试的准确性以及可行性，使其所得的测试数据更加可信。该正弦位移激励加载装置解决了现有技术(例如大型疲劳机)产生的正弦力激励不易控制，以及其加载频率不能满足测试的需求的问题。

该螺旋升降仪包括：第一底座、第二动力装置、齿轮组件(包括：中心齿轮和4个第一齿轮)、套筒、螺旋撑杆、支承板等。在第二动力装置的作用下，该中心齿轮可以顺时针或者逆时针转动，进而带动该中心齿轮周围的4个第一齿轮顺时针或者逆时针轮动，从而带动套筒顺时针或者逆时针转动，实现螺旋撑杆的升降，达到调整支承板高度的效果，具备自动调节支承板高度的功能，可以大大降低人工调节的成本。在对弹性垫板的动力性能进行测试时，该螺旋升降仪主要用于在弹性垫板安装好后调整加载台高度，使作动头与短钢轨能够接触，并调整弹性垫板的初始预压力。此外，本发明还具备：结构简单、调节方便、效果好、成本低、受人工的主观因素影响较小、适用性强等诸多优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。