本发明涉及高速、重载、城轨等铁路模拟试验技术领域，特别地，涉及一种铁路轮轨高频冲击加载模拟装置。
背景技术：
我国人口、工业、资源分布极不均匀，交通运输业是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》支持发展的重点领域，其中“轨道交通系统”列为了优先发展主题。到2020年，中国铁路营运里程将达到10万公里，主要繁忙干线实现客、货列车分线运行，复线率和电气化率均达到50％。同时，具有准时性、速达性、舒适性和安全性的城市轨道交通已列入我国国民经济发展纲要，并作为拉动国民经济、特别是大城市经济发展的重大战略。
因此，对于轨道交通列车在车轮扁疤或轨道不平顺情况下运行造成高频冲击的研究是十分必要的。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种铁路轮轨高频冲击加载模拟装置。
本发明的目的是通过如下途径实现的：一种铁路轮轨高频冲击加载模拟装置，包括主框架以及处于所述主框架底部的铁路轨道模拟结构，所述主框架与铁路轨道模拟结构之间设有用于模拟列车在实际运行时作用于轨道结构的轮轨高频冲击加载模拟装置，铁路轮轨高频冲击加载模拟装置通过用于模拟列车车轮的模拟机构作用至铁路轨道模拟结构上；
所述的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置包括一组安装在主框架中部用于模拟列车运行的轮轴系统，安装在主框架上部两端的轮轴升降系统，安装在主框架上部中间位于轮轴系统正上方的刹车系统，安装在主框架底部四个角点的水平调节系统，安装在主框架底部横梁上的滑动车轮，安装在主框架一侧的控制台及安装在控制台上方的液压调节系统。
作为本方案的进一步优化，所述轮轴系统由一对铁路列车轮对组成，通过轮轴升降系统控制升降高度，并辅助以刹车系统进行固定。
作为本方案的进一步优化，所述轮轴升降系统包括位于主框架上部两端的两个液压千斤顶，顶升液压千斤顶底部与主框架上部的中间工字钢横梁固定，顶升液压千斤顶顶部与顶部工字钢横梁相接触，工字钢横梁两端底部各垂直安装一根立柱套筒，立柱套筒底部通过固定扣件与轮轴系统连接。
作为本方案的进一步优化，所述刹车系统是在一根圆柱轴两端各设置一个圆形齿轮，圆形齿轮与立柱套筒内部设置的齿轮滑道啮合；圆柱轴的中段安装有的圆盘，圆盘两侧的连杆上分别设置一个刹车鼓轮片，连杆经拉杆通过电力液压制动仪控制动作。
作为本方案的进一步优化，所述水平调节系统是在主框架底部安装有四个液压千斤顶，液压千斤顶由液压控制系统控制。
作为本方案的进一步优化，所述控制台外部包括电源开关、轮轴升降系统开关、水平调节系统开关、轮轴自由下落按钮、轮轴升降高度位移显示仪，控制台用于控制操作该铁路轮轨高频冲击加载模拟装置；控制台内部由控制电路组成，控制电路是按钮通过电线顺序连接熔断器、断电器、接触器及控制按钮，其中接触器通过电线与控制台上部的液压控制系统相连接。
作为本方案的进一步优化，所述液压控制系统由控制台的控制电路先与伺服阀集成块相连接，然后依次连接比例伺服阀，比例伺服阀分别连接溢流阀和压力表，接着同时连接在叠加式过滤阀，然后又连接高压柱塞泵，再通过油管连接各液压千斤顶。
作为本方案的进一步优化，主框架底部安装有滑动车轮。
本发明具有以下有益效果：本发明是一种铁路轮轨高频冲击加载模拟装置，可以模拟各类轨道交通列车在实际运行过程中，由于列车车轮扁疤或轨道不平顺引起的作用于各种轨道结构的高频冲击效应。由于该装置可以精细调节实验仪器布置位置、轮轴下落高度、主框架水平等系统控制项目，适合于不同铁路轨道的轮轨垂向冲击加载，能满足不同轨道高频冲击动力试验。结构合理、操作简单方便、改变以往落轴加载装置操控精度低的缺点，实现了该装置的使用方便、调节精度高、应用范围广的特点。为各自铁路轨道受列车垂向冲击提供可靠的加载平台，为揭示和优化各种轨道结构损伤和空间振动传播特征提供实验依据。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的总体结构示意图；
图2是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置沿线路横向的结构示意图；
图3是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置沿线路纵向的结构示意图；
图4是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的俯视结构示意图；
图5是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的控制台示意图；
图6是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的控制台内部结构示意图
图7是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的控制台内部控制电路示意图
图8是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的液压控制系统示意图
图9是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的液压控制系统工作连接图
图10是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的轮轴升降系统示意图
图11是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的刹车系统平面详图
图12是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的刹车系统立体详图
图13是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的轮轴系统与刹车系统连接图
图14是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的轮轴系统与刹车系统连接剖面图
图15是本发明的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置的齿轮机械制动详图。
图中：水平调节系统1、控制台2、液压调节系统3、轮轴升降系统4、刹车系统5、轮轴系统6、铁路轨道结构7、滑动车轮8、主框架9、电源开关10、轮轴升降系统开关11、水平调节系统开关12、轮轴自由下落按钮13、轮轴升降高度位移显示仪14、鼓式刹车片15、电力液压制动器16、圆柱轴19、拉杆18、圆盘17、圆形齿轮20、立柱套筒21、齿轮滑道22、固定扣件23，溢流阀24、伺服阀集成块25、叠加式过滤阀26、比例伺服阀27、高压柱塞泵28、油管29、顶升液压千斤顶30、中间工字钢横梁31、顶部工字钢横梁32、熔断器33、断电器34、接触器35、电线36、压力表37。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-图4所示，本发明一种铁路轮轨高频冲击加载模拟装置，包括主框架9以及处于所述主框架9底部的铁路轨道模拟结构7，所述主框架9与铁路轨道模拟结构7之间设有用于模拟列车在实际运行时作用于轨道结构的轮轨高频冲击加载模拟装置，铁路轮轨高频冲击加载模拟装置通过用于模拟列车车轮的模拟机构作用至铁路轨道模拟结构7上；
所述的铁路轮轨高频冲击加载模拟装置包括一组安装在主框架9中部用于模拟列车运行的轮轴系统6，安装在主框架9上部两端的轮轴升降系统4，安装在主框架9上部中间位于轮轴系统正上方的刹车系统5，安装在主框架底部四个角点的水平调节系统1，安装在主框架9底部横梁上的滑动车轮8，安装在主框架一侧的控制台2及安装在控制台上方的液压调节系统3。
所述轮轴系统6由一对铁路列车轮对组成，通过轮轴升降系统4控制升降高度，并辅助以刹车系统5进行固定。轮轴系统6可以通过调整不同高度来模拟各种状况下由于列车车轮扁疤或轨道不平顺引起的作用于轨道结构的高频冲击效应，为铁路轨道受列车高频冲击提供可靠的加载平台，为揭示轨道结构损伤和空间振动传播特征提供实验依据。
如图10所示，所述轮轴升降系统4包括位于主框架9上部两端的两个液压千斤顶30，顶升液压千斤顶30底部与主框架9上部的中间工字钢横梁31固定，顶升液压千斤顶30顶部与顶部工字钢横梁32相接触，顶部工字钢横梁32两端底部各垂直安装一根立柱套筒21，立柱套筒21底部通过固定扣件23与轮轴系统6连接。通过顶升液压千斤顶30升降来抬升顶部工字钢横梁32，从而带动立柱套管21升降，立柱套管21与轮轴系统6通过固定扣件23相连，所以可用于调整模拟列车轮对的轮轴系统高度。通过齿轮滑道22及立柱套筒21固定轮轴垂向位置，轮轴系统6可以模拟列车实际运行状况。
如图11-图15所示，所述刹车系统5是在一根圆柱轴19两端各设置一个圆形齿轮20，圆形齿轮20与立柱套筒21内部设置的齿轮滑道22啮合；圆柱轴19的中段安装有的圆盘17，圆盘17两侧的连杆上分别设置一个刹车鼓轮片15，连杆经拉杆18通过电力液压制动仪16控制动作。通过电力液压制动仪16减小拉杆18长度，可带动刹车鼓轮片15与圆盘17抱紧，限制圆柱轴19转动，从而将与圆形齿轮20啮合的立柱套筒固定于某一高度，继而使轮轴系统6固定于一定高度。通过电力液压制动仪16增大拉杆18长度时，刹车鼓轮片15与圆盘17松开，从而圆柱轴19可以自由转动，故轮轴系统6此时可自由下落，模拟铁路轮轨高频冲击。
所述水平调节系统1是在主框架9底部安装有四个液压千斤顶，液压千斤顶由液压控制系统3控制。液压千斤顶用于调节框架整体水平，当安装地面不平整时，启动水平调节系统1，对主框架9四个角点高度逐一进行进行高度调节，使轮轴系统6与钢轨密切贴合并固定，轮轴两端轮对处于同一水平高度，防止轮轴下落时由于两端轮对高度不一致所造成垂直冲击力偏心。
如图5-图7所示，所述控制台2外部包括电源开关10、轮轴升降系统开关11、水平调节系统开关12、轮轴自由下落按钮13、轮轴升降高度位移显示仪14，控制台2用于控制操作该铁路轮轨高频冲击加载模拟装置；控制台内部由控制电路组成，控制电路是按钮通过电线36顺序连接熔断器33、断电器34、接触器35及控制按钮，其中接触器35通过电线与控制台2上部的液压控制系统3相连接。
如图8-图9所示，所述液压控制系统3由控制台的控制电路先与伺服阀集成块25相连接，然后依次连接比例伺服阀27，比例伺服阀27分别连接溢流阀24和压力表37，接着同时连接在叠加式过滤阀26，然后又连接高压柱塞泵28，再通过油管29连接各液压千斤顶。
主框架9底部安装有滑动车轮8。滑动车轮通过四个螺栓与横梁底部相连接，可方便进行拆卸，同时可以调节整体装置的平面位置，方便整体装置的移动。
使用时，先通过滑动车轮8将该铁路轮轨高频冲击加载模拟装置移动到实验场地，并调整至合适平面位置，使轮轴系统6与铁路轨道模拟结构7密切贴合并固定。连接电源，通过控制台2打开电源开关；通过控制台2上的水平调节系统控制按钮，升高主框架9底部的四个液压千斤顶，使滑动车轮处于悬空状态并拆卸滑动车轮8，防止装置由于滑动车轮移动造成实验干扰。再次调整水平调节系统控制按钮，对四个液压千斤顶高度进行精细调整，使铁路轮轨高频冲击加载模拟装置处于整体水平状态，以适应不同场地要求，防止由于场地不平整所造成实验干扰。通过控制台2上的轮轴升降系统控制按钮11对顶升液压千斤顶30进行升降，通过顶升液压千斤顶30对其顶部工字钢横梁32进行升降，从而带动与顶部工字钢横梁32焊接成一体的立柱套筒21升降，最终将与立柱套筒21下方用固定扣件23连接在一起的轮轴系统6进行升降；通过控制台2上的轮轴升降高度位移显示仪14可以计算出轮轴下落高度，方便调整落轴高度，根据不同实验要求，可以将轮轴系统6调整至不同高度进行模拟实验。将轮轴系统6抬升至合适高度后，通过控制台2将轮轴升降系统4的顶升液压千斤顶30高度降落至最低端，此时轮轴系统6无支撑，仅通过刹车系统5固定；刹车系统5通过刹车鼓轮片15与圆盘17抱紧，限制圆柱轴19转动，从而将与圆形齿轮20啮合的立柱套筒固定于某一高度，继而使轮轴系统6固定于一定高度。按下控制台2上的轮轴自由下落按钮13，刹车系统5通过刹车鼓轮片松开圆盘17，从而圆柱轴19自由转动，让轮轴自由下落作用于铁路轨道模拟结构7，从而模拟由于列车车轮扁疤或轨道不平顺引起的作用于轨道结构的高频冲击效应。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。