本发明涉及轮轨关系研究的辅助试验台，尤其涉及一种缩尺轮轨滚动试验台。
背景技术
随着我国经济的快速发展，以高速铁路、城市轨道交通、重载铁路为代表的轨道交通系统也进入了快速发展阶段。
然而，轮轨交通由于其自身结构、成本的优越性，已成为目前我国大部分轨道交通采用的主要结构形式，列车的牵引、制动和运行都要靠轮轨的滚动接触作用得以实现。可以说，轮轨动态接触关系反映了车轮与钢轨之间的动力相互作用，是车辆-轨道耦合动力学研究的核心问题，也是轨道交通中的关键技术问题，对列车运行的安全性和可靠性具有重要意义。
随着车速的提高与轴重的加大，对轮轨关系的研究提出了更高的要求。现阶段单凭理论研究，无法准确描述轮轨关系这一复杂的滚动形式；然而，现场实际行车试验费用大，持续时间长，更容易受到来自外界复杂环境因素的干扰；但是，在实验室内建立实尺滚动台成本较高，受实验室空间限制也较大，往往需要单独分划较大空间建立滚动台，此外当试验较为复杂时(例如研究轮轨型面匹配时)，实尺滚动台配件的更换工作也极为麻烦；
与此同时，现有技术中对于简易的轮轨滚动试验台建立以及设计，仍然是一片空白。
技术实现要素：
本发明提供的缩尺轮轨滚动试验台，用以解决上述技术缺陷。为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种缩尺轮轨滚动试验台，包括缩尺钢轨模拟盘、驱动电机、轨道位置调节盘、缩尺轮盘、基础承台、悬挂模拟层、加载层及承台导向柱、轴承架装置、限位锚杆组件；
其中，所述缩尺钢轨模拟盘通过轴承架装置安装于轨道位置调节盘之上；且所述缩尺钢轨模拟盘与驱动电机(图中未示出)相连；
所述缩尺轮盘通过轴承架装置安装于悬挂模拟层底部承台的底部处；且所述缩尺轮盘位于所述缩尺钢轨模拟盘的正上方，所述缩尺轮盘用于与所述缩尺钢轨模拟盘表面接触后，并与所述缩尺钢轨模拟盘形成滚动配合；
所述轨道位置调节盘直接设置于所述基础承台中央，且所述轨道位置调节盘相对于所述基础承台在一定角度范围内转动配合；所述轨道位置调节盘通过滚珠转盘转动作用用于驱动缩尺钢轨模拟盘允许在-6°至+6°范围的冲击角内调整动作；
其中，所述悬挂模拟层包括悬挂模拟层底部承台和弹簧；
其中，所述加载层包括自下而上依次设置的加载层下部承力承台、千斤顶加载装置、上部固定反力承台；所述承台导向柱的底部与所述基础承台连接，且所述承台导向柱的顶部自下而上依次穿过悬挂模拟层底部承台、加载层下部承力承台并与所述上部固定反力承台连接；所述上部固定反力承台用于加载时起反力架支撑作用；且所述弹簧设置在所述悬挂模拟层底部承台与所述加载层下部承力承台之间；
所述限位锚杆组件包括限位锚杆和螺纹配合在限位锚杆上的三个螺母；所述限位锚杆自下而上依次穿过悬挂模拟层底部承台、加载层下部承力承台、上部固定反力承台；且其中一个螺母设置在所述悬挂模拟层底部承台的底部，另外两个螺母分别上部固定反力承台的顶部、底部两侧。
优选的，作为一种可实施方案；所述弹簧具体为钢结构弹簧。
优选的，作为一种可实施方案；所述承台导向柱为四根，且四根所述承台导向柱对称分布并穿过悬挂模拟层底部承台的四周边角处、加载层下部承力承台的四周边角处、上部固定反力承台的四周边角处。
优选的，作为一种可实施方案；所述限位锚杆为四根，且四根所述限位锚杆对称分布并穿过悬挂模拟层底部承台的两侧、加载层下部承力承台的两侧、上部固定反力承台的两侧。
优选的，作为一种可实施方案；所述加载层下部承力承台、所述悬挂模拟层底部承台均与所述承台导向柱可滑动配合。
优选的，作为一种可实施方案；所述悬挂模拟层底部承台的顶部设置有限位凹槽结构，且所述加载层下部承力承台的底部也设置有限位凹槽结构；所述悬挂模拟层底部承台的顶部位置的限位凹槽结构与所述加载层下部承力承台的底部的限位凹槽结构位置相对应，并用于容纳所述弹簧。
优选的，作为一种可实施方案；所述缩尺轮轨滚动试验台还包括配重装置；所述配重装置固定连接在所述基础承台的表面上。
优选的，作为一种可实施方案；所述缩尺轮盘、所述缩尺钢轨模拟盘均根据实际型面尺寸按照1：4的比例等比例缩小。
优选的，作为一种可实施方案；所述缩尺轮盘与所述缩尺钢轨模拟盘的直径尺寸比为1：2.5。
优选的，作为一种可实施方案；所述悬挂模拟层底部承台与所述下部承力承台之间的所述承台导向柱上套接设置有摩擦垫；所述摩擦垫为硅橡胶层。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
本发明提供的一种缩尺轮轨滚动试验台，分析上述产品的主要构造可知：该缩尺轮轨滚动试验台，主要由缩尺钢轨模拟盘、驱动电机、轨道位置调节盘、缩尺轮盘、基础承台、悬挂模拟层、加载层及承台导向柱、轴承架装置、限位锚杆组件等结构构成；
其中，所述缩尺钢轨模拟盘通过轴承架装置安装于轨道位置调节盘之上；且所述缩尺钢轨模拟盘与驱动电机(图中未示出)相连；
所述缩尺轮盘通过轴承架装置安装于悬挂模拟层底部承台的底部处；且所述缩尺轮盘位于所述缩尺钢轨模拟盘的正上方，所述缩尺轮盘用于与所述缩尺钢轨模拟盘表面接触后，并与所述缩尺钢轨模拟盘形成滚动配合；
所述轨道位置调节盘直接设置于所述基础承台中央，且所述轨道位置调节盘相对于所述基础承台在一定角度范围内转动配合；所述轨道位置调节盘通过滚珠转盘转动作用用于驱动缩尺钢轨模拟盘允许在-6°至+6°范围的冲击角内调整动作；
其中，所述悬挂模拟层包括悬挂模拟层底部承台和弹簧；
其中，所述加载层包括自下而上依次设置的加载层下部承力承台、千斤顶加载装置、上部固定反力承台；所述承台导向柱的底部与所述基础承台连接，且所述承台导向柱的顶部自下而上依次穿过悬挂模拟层底部承台、加载层下部承力承台并与所述上部固定反力承台连接；所述上部固定反力承台用于加载时起反力架支撑作用；且所述弹簧设置在所述悬挂模拟层底部承台与所述加载层下部承力承台之间；
所述限位锚杆组件包括限位锚杆和螺纹配合在限位锚杆上的三个螺母；所述限位锚杆自下而上依次穿过悬挂模拟层底部承台、加载层下部承力承台、上部固定反力承台；且其中一个螺母设置在所述悬挂模拟层底部承台的底部，另外两个螺母分别上部固定反力承台的顶部、底部两侧。
在具体结构中；上部固定反力承台与承台导向柱固定，上部固定反力承台在加载时起反力架支撑作用；加载层下部承力承台与悬挂模拟层相连，起到固定弹簧、传力的作用；悬挂模拟层位于加载层与缩尺轮盘之间，左右各一对弹簧配合承力承台进行传力；上述承台导向柱贯穿各层，起到支撑整体结构、限制传力方向的作用。
在具体使用过程中：试验时，根据研究需求更换对应型面的缩尺钢轨模拟盘与缩尺轮盘；利用轨道位置调节盘调整钢轨冲击角后，拧动限位锚杆底部的限位松紧螺母，使得缩尺轮盘与缩尺钢轨模拟盘自然接触；通过千斤顶加载装置施加指定压力后，通过电机控制装置启动电机带动缩尺钢轨模拟盘旋转开始试验。试验中可根据具体要求配合其他传感器(如加速度计等)进行相关要素测量。
综上所述，本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台，其模块化程度高，可根据研究需求更换缩尺轮盘及缩尺钢轨模拟盘，可通过调节驱动、加载装置，研究不同压力(轴重)、速度、型面匹配、轮轨相对位置等变量影响下的轮轨接触关系及摩擦磨耗情况。
本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台，其结构新颖，设计合理，通过简单而不寻常的架构设计，完成了滚动试验台的模拟试验，对轮轨关系的研究提供了显著的帮助。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1是本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台的立体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台中的悬挂模拟层底部承台与弹簧以及限位凹槽结构之间的装配结构图；
图3是本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台中的悬挂模拟层底部承台、加载层下部承力承台、上部固定反力承台以及锚杆限位组件之间的立体装配结构图；
图4是本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台中的悬挂模拟层底部承台、加载层下部承力承台、上部固定反力承台以及锚杆限位组件之间的主视装配结构图。
标号：缩尺钢轨模拟盘1；轨道位置调节盘2；缩尺轮盘3；基础承台4；悬挂模拟层底部承台5；弹簧6；加载层下部承力承台7；千斤顶加载装置8；上部固定反力承台9；承台导向柱10；轴承架装置11；限位凹槽结构12；限位锚杆13；螺母14；悬挂模拟层a；加载层b；限位锚杆组件c。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，某些指示的方位或位置关系的词语，其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。
在本发明的描述中，需要说明的是，“连接”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。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参见图1，本发明实施例提供的一种缩尺轮轨滚动试验台，包括缩尺钢轨模拟盘1、驱动电机、轨道位置调节盘2、缩尺轮盘3、基础承台4、悬挂模拟层a、加载层b及承台导向柱10、轴承架装置11、限位锚杆组件c(局部结构可参见图2、图3、图4)；
其中，所述缩尺钢轨模拟盘1通过轴承架装置11安装于轨道位置调节盘2之上；且所述缩尺钢轨模拟盘1与驱动电机(图中未示出)相连；
所述缩尺轮盘3通过轴承架装置11安装于悬挂模拟层底部承台5的底部处；且所述缩尺轮盘3位于所述缩尺钢轨模拟盘1的正上方，所述缩尺轮盘3用于与所述缩尺钢轨模拟盘1表面接触后，并与所述缩尺钢轨模拟盘1形成滚动配合；
所述轨道位置调节盘2直接设置于所述基础承台4中央，且所述轨道位置调节盘2相对于所述基础承台4在一定角度范围内转动配合；所述轨道位置调节盘2通过滚珠转盘转动作用用于驱动缩尺钢轨模拟盘1允许在-6°至+6°范围的冲击角内调整动作；
其中，所述悬挂模拟层a包括悬挂模拟层底部承台5和弹簧6；
其中，所述加载层b包括自下而上依次设置的加载层下部承力承台7、千斤顶加载装置8、上部固定反力承台9；所述千斤顶加载装置8设置在所述加载层下部承力承台7与所述上部固定反力承台9之间；所述承台导向柱10的底部与所述基础承台4连接，且所述承台导向柱10的顶部自下而上依次穿过悬挂模拟层底部承台5、加载层下部承力承台7并与所述上部固定反力承台9连接；所述上部固定反力承台9用于加载时起反力架支撑作用；且所述弹簧6设置在所述悬挂模拟层底部承台5与所述加载层下部承力承台7之间；
所述限位锚杆组件c包括限位锚杆13和螺纹配合在限位锚杆上的三个螺母14；所述限位锚杆自下而上依次穿过悬挂模拟层底部承台5、加载层下部承力承台7、上部固定反力承台9；且其中一个螺母设置在所述悬挂模拟层底部承台5的底部，另外两个螺母分别上部固定反力承台9的顶部、底部两侧。
如图1所示，上述缩尺钢轨模拟盘与驱动电机(图中未示出)相连；轨道位置调节盘直接安装于基础承台4中央，通过滚珠转盘允许缩尺钢轨模拟盘进行-6°至+6°范围的冲击角调整。缩尺轮盘3位于缩尺钢轨模拟盘的正上方，固定于悬挂模拟层底部承台5；加载层由加载层下部承力承台7、千斤顶加载装置8、上部固定反力承台9组成，上部固定反力承台通过承台导向柱10固定，加载时起反力架支撑作用；加载层下部承力承台与悬挂模拟层相连，起到固定弹簧、传力的作用；悬挂模拟层位于加载层与缩尺轮盘之间，左右各一对弹簧6配合承力承台进行传力；承台导向柱10贯穿各层，起到支撑整体结构、限制传力方向的作用。
分析上述产品的主要构造可知：该缩尺轮轨滚动试验台，主要由缩尺钢轨模拟盘1、驱动电机、轨道位置调节盘2、缩尺轮盘3、基础承台4、悬挂模拟层a、加载层b、限位锚杆组件c及承台导向柱10、轴承架装置11等结构构成；
在具体结构中；上部固定反力承台9通过承台导向柱10固定，加载时起反力架支撑作用；所述加载层下部承力承台7与悬挂模拟层a相连，起到固定弹簧、传力的作用；所述悬挂模拟层a位于加载层b与缩尺轮盘3之间，左右各一对弹簧6配合承力承台进行传力；所述承台导向柱10贯穿各层，起到支撑整体结构、限制传力方向的作用；所述基础承台4设置一定配重后固定于地面，保证整体结构稳定。
在具体使用过程中：试验时，根据研究需求更换对应型面的缩尺钢轨模拟盘1与缩尺轮盘3；利用轨道位置调节盘2调整钢轨冲击角后，拧动限位锚杆13底部的限位松紧螺母，使得缩尺轮盘与缩尺钢轨模拟盘自然接触；通过千斤顶加载装置8施加指定压力后，通过电机控制装置启动电机带动缩尺钢轨模拟盘旋转开始试验。试验中可根据具体要求配合其他传感器(如加速度计等)进行相关要素测量。
综上所述，本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台，其结构新颖，设计合理，通过简单而不寻常的架构设计，完成了滚动试验台的模拟试验，对轮轨关系的研究提供了显著的帮助。
另外需要说明的是；轮轨冲角φ(即轮轨冲击角)指的是列车在直线线路上运行时轮对前进方向与轨道中心线切线的夹角或在曲线线路上运行时轮对轴线与轨道曲线径向方向的夹角。
下面对本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台的具体构造以及具体技术效果做一下详细说明：
优选的，作为一种可实施方案；所述弹簧6具体为钢结构弹簧。
需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，如图1所示，上述弹簧6可以选择多种结构形式的压力弹簧，但是最为最优选的技术方案，其优选使用钢结构弹簧，其抗压抗载荷强度高，可恢复形变能力强，特别适用缩尺轮轨滚动试验台中使用。
优选的，作为一种可实施方案；所述承台导向柱10为四根，且四根所述承台导向柱10对称分布并穿过悬挂模拟层底部承台5的四周边角处、加载层下部承力承台7的四周边角处、上部固定反力承台9的四周边角处。
需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，如图1所示，上述承台导向柱10为四根，且四根所述承台导向柱10对称分布并穿过三层承台的四周边角处，这样可以保证稳定的传力和滑动作用。
优选的，作为一种可实施方案；所述加载层下部承力承台7、所述悬挂模拟层底部承台5均与所述承台导向柱10可滑动配合。所述限位锚杆13为四根，且四根所述限位锚杆13对称分布并穿过悬挂模拟层底部承台5的两侧、加载层下部承力承台7的两侧、上部固定反力承台9的两侧。
需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，如图3与图4所示，加载层下部承力承台7与悬挂模拟层底部承台5与承台导向柱10间可滑动。同时，为保证缩尺轮盘3只在必要时和缩尺钢轨模拟盘1接触，需配合限位锚杆13后对承台进行垂向限位。四根对称分布的限位锚杆13穿过三层承台，上部螺母固定在上部固定反力承台9顶部；悬挂模拟层底部承台5上下两侧设置松紧螺母。
上述三层承台通过四根限位锚杆进行垂向限位，限位锚杆上设置螺母实施调节，可保证缩尺轮盘与缩尺钢轨模拟盘只在必要时接触。
优选的，作为一种可实施方案；所述悬挂模拟层底部承台5的顶部设置有限位凹槽结构12，且所述加载层下部承力承台7的底部也设置有限位凹槽结构12；所述悬挂模拟层底部承台5的顶部位置的限位凹槽结构12与所述加载层下部承力承台7的底部的限位凹槽结构12位置相对应，并用于容纳所述弹簧6。
需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，如图2所示，悬挂模拟层底部承台5及加载层下部承力承台7(图中未示出)对应弹簧位置需配合图中所示的限位凹槽结构12使用，以防止弹簧出现屈曲。在钢弹簧安装位置处配套安装对应尺寸的限位凹槽结构，可以实现钢弹簧与限位凹槽结构内均匀传力。
优选的，作为一种可实施方案；所述缩尺轮轨滚动试验台还包括配重装置；所述配重装置固定连接在所述基础承台4的表面上。
需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中，上述基础承台4设置一定配重后固定于地面(即加装配重装置)，这样可以保证缩尺轮轨滚动试验台的整体结构稳定，从而保证试验的顺利进行。
优选的，作为一种可实施方案；所述缩尺轮盘3、所述缩尺钢轨模拟盘1根据实际型面按照1：4的比例等比例缩小。
需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中；所述缩尺轮盘3(即模拟车轮)与所述缩尺钢轨模拟盘1(即模拟钢轨)相互配合，上述缩尺轮盘3实际上与悬挂模拟层底部承台之间是可拆卸连接，该可拆卸连接的设计使得能够根据研究需求自由更换不同轮轨型面组件。
优选的，作为一种可实施方案；所述缩尺轮盘与缩尺钢轨模拟盘直径比为1：2.5。上述缩尺钢轨模拟盘可通过轨道位置调节盘允许一定范围内的冲击角调整；
优选的，作为一种可实施方案；所述驱动电机包括电机及其控制系统，可实现最大120km/h的理想缩尺运行速度，速度可调节。
需要说明的是，在本发明的技术方案中，采用缩尺轮盘实施驱动，并通过车轮加载压力；在具体连接结构中，上述驱动电机的电机轴与缩尺钢轨模拟盘轮轴通过联轴器固定连接，实现直接驱动，这样可以节省试验台空间及成本。
另外需要说明的是，加载层b的上部固定反力承台与下部承力承台在千斤顶加载位置加厚截面进行刚度补强。同时，千斤顶加装装置8的加力可控可调，最高可加载2吨的理想缩尺荷载。
优选的，作为一种可实施方案；位于所述悬挂模拟层底部承台与所述下部承力承台之间的所述承台导向柱上套接设置有摩擦垫；所述摩擦垫为硅橡胶层。
需要说明的是，在本发明实施例的具体技术方案中；位于所述悬挂模拟层底部承台与所述下部承力承台之间的所述承台导向柱上套接设置有摩擦垫，利用上述摩擦垫可以实现减少的承台导向柱磨损以及减震作用。
本发明提供的缩尺轮轨滚动试验台，至少存在如下方面的技术优势：
一、本发明提供的缩尺轮轨滚动试验台，其由缩尺钢轨模拟盘、驱动电机、轨道位置调节盘、缩尺轮盘、基础承台、悬挂模拟层、加载层及承台导向柱、轴承架装置、限位锚杆组件等结构构成；在具体结构中；上部固定反力承台与承台导向柱固定，上部固定反力承台在加载时起反力架支撑作用；加载层下部承力承台与悬挂模拟层相连，起到固定弹簧、传力的作用；悬挂模拟层位于加载层与缩尺轮盘之间，左右各一对弹簧配合承力承台进行传力；上述承台导向柱贯穿各层，起到支撑整体结构、限制传力方向的作用。很显然，上述缩尺钢轨模拟盘、轨道位置调节盘、缩尺轮盘、基础承台、悬挂模拟层、加载层及承台导向柱、轴承架装置、限位锚杆组件等具体结构都是独到的设计，且上述具体结构之间的连接关系以及位置关系都有合理的布局设计；因此本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台，其技术构造更合理，且功能更加完善。本发明提供的缩尺轮轨滚动试验台，其可根据研究需求更换缩尺轮盘及缩尺钢轨模拟盘，可通过调节驱动、加载装置，研究不同压力(轴重)、速度、型面匹配、轮轨相对位置等变量影响下的轮轨接触关系及摩擦磨耗情况。
二、本发明提供的缩尺轮轨滚动试验台，可用于实验室内场地空间受限的情况下开展轮轨关系试验研究。
三、本发明提供的缩尺轮轨滚动试验台，其结构简单，受力明确，造价低廉，为研究轮轨关系提供了一个方便理想的平台。。
基于以上诸多方面的技术优势，因此说本发明实施例提供的缩尺轮轨滚动试验台，其必将带来良好的市场前景和经济效益。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。