一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验机及试验方法与流程

本发明涉及钢轨设备技术领域，特别是涉及一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验机及试验方法。

背景技术：

道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，也是轨道的薄弱环节之一，通常在车站、编组站大量铺设，道岔可以充分发挥线路的通过能力，在铁路线路上和地铁线路中都起着重要的作用。道岔爬行是铁轨爬行的一种典型现象，气温变化、列车启停时道岔均会在纵向上产生爬行现象。其中，道岔的尖轨前后爬行时很容易造成道岔设备故障，而道岔结构的整体爬行将会导致道岔区的轨道结构病害，并造成严重经济损失。

目前，鲜有相关实验方案能够模拟列车荷载作用下道岔结构整体的爬行情况。授权公告号为CN204214660U，授权公告日为2015.03.18的中国实用新型专利公开了一种铁路道岔尖轨爬行的模拟装置，包括两个液压缸和四根液压油管，两个液压缸分别设置在左右相互平行的尖轨上，每个液压缸的两端各自连接在同侧前后两段尖轨的轨腰部位，液压缸包括缸筒和插入到缸筒内的活塞杆，有活塞杆的缸筒端为有杆腔，无活塞杆的缸筒端为无杆腔，有杆腔和无杆腔分别连有液压油管。上述的铁路道岔尖轨爬行的模拟装置利用液压缸推动尖轨爬行来模拟尖轨爬行的现象，但是现有技术是直接用油压顶尖轨，直接使尖轨移动而达到模拟尖轨爬行，但是这样不能正确模拟列车－道岔系统之间的相互耦合作用，而且试验测试的数据没有研究价值。

同时由于地形的限制，有时需要将道岔铺设于地形凹陷且坡度较大的地段，在列车下坡频繁制动的过程中，道岔将会产生更加严重的损伤作用。目前，由于坡度导致的列车启动与制动作用下，缺乏响应的试验仪器，相关试验研究领域的可行性成果十分有限，而且直接将实验仪器布设在正常运营的铁路线路容易对列车的正常运行安全造成威胁。鉴于以上条件的限制，国内外关于列车制动作用下道岔的纵向位移爬行的研究存在很大的空缺，并一定程度上限制了铁路技术的发展。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验机，以对地铁大坡度道岔轨道进行爬行试验，测试在列车的启动与制动作用下道岔钢轨爬行的力学行为特点，本发明还提供了一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验机，包括轮对装置、道岔装置和位移传感装置，所述道岔装置包括基本轨、道岔轨道板、轨枕和道岔尖轨，所述轨枕固定布置在所述道岔轨道板上，所述道岔尖轨沿轨道的横向滑动装配在所述轨枕上；

所述轮对装置包括轮对单元、液压单元和支撑单元，所述轮对单元包括滚动装配在所述道岔尖轨与基本轨上的列车轮对和布置在所述列车轮对上的连接组件，所述液压单元包括支撑在所述连接组件上的液压杆和用于固定在地面上的固定架，所述液压杆的顶端与所述固定架固定连接；

所述支撑单元包括与所述连接组件连接的调节架和支撑所述调节架的支撑架，所述固定架与所述调节架之间沿轨道的纵向顶压装配有纵向伸缩杆；

所述位移传感装置包括位移传感器，所述位移传感器用于检测道岔尖轨与基本轨的纵向位移。

优选地，所述调节架上横向导向装配有活动块，所述纵向伸缩杆的输出端顶压装配在所述活动块上。

优选地，所述活动块的上下两侧还分别布置有竖向伸缩杆，各个竖向伸缩杆的输出端均顶压装配在所述活动块上，所述活动块上侧的竖向伸缩杆的固定端固定在所述固定架上，所述活动块下侧的竖向伸缩杆的固定端固定在地面上。

优选地，所述固定架包括第一支撑杆、第二支撑杆、第一连接底座、第二连接底座和支撑底座，所述第一支撑杆沿轨道的横向延伸，所述液压杆的顶端固定在所述第一支撑杆上，所述第一支撑杆与第二支撑杆相互垂直，所述第一连接底座连接在所述第一支撑杆与第二支撑杆之间，所述第二连接底座连接在所述第二支撑杆与所述支撑底座之间，所述支撑底座固定在地面上，所述纵向伸缩杆顶压装配在所述支撑底座与所述调节架之间。

优选地，所述位移传感装置还包括磁性表座底盘、第一传动杆、第二传动杆，所述磁性表座底盘固定布置在所述轨枕上，所述第一传动杆的一端与所述磁性表座底盘铰接、另一端与所述第二传动杆铰接，所述第二传动杆远离所述第一传动杆的一端与所述位移传感器铰接。

优选地，所述连接组件包括固定底座、固定侧壁和连接轴，所述液压杆固定在所述固定底座上，所述固定底座的横向的两端分别固定连接有所述固定侧壁，所述连接轴贯穿两个固定侧壁，所述列车轮对布置在所述固定底座与所述固定侧壁之间。

优选地，所述道岔装置还包括道岔轨道板、扣件底板和扣件弹条支撑块，所述轨枕固定在所述道岔轨道板上，所述扣件底板固定在所述轨枕上，所述扣件弹条支撑块固定在所述扣件底板上，所述道岔尖轨滑动布置在所述扣件底板上，所述基本轨布置在所述扣件弹条支撑块上。

优选地，所述地铁大坡度道岔轨道爬行试验机还包括转辙机，所述转辙机包括机身，所述机身布置在所述轨枕上，所述机身上固定连接有第一连接杆，所述第一连接杆上转动连接有第二连接杆，所述第二连接杆上固定连接有转辙板，所述转辙板贴合所述道岔尖轨的内壁。

本发明提供了一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验方法，包括以下步骤，步骤一，将道岔装置、转辙机布置在坡度可调的试验场地台上，在道岔的尖轨段、连接曲线段和心轨段上方分别布置轮对装置，轮对装置支撑在地面上；步骤二，轮对装置的固定架上的液压杆对道岔尖轨施加竖直向下的力；步骤三，轮对装置的纵向伸缩杆对轮对装置施加纵向的作用力；步骤四，在每个轨枕上布置位移传感装置，利用位移传感装置检测基本轨、道岔尖轨的纵向位移。

优选地，还包括步骤五，当转辙机摆动至直尖轨时，用于模拟列车直向通过道岔；当转辙机摆动至曲尖轨时，用于模拟列车侧向通过道岔。

本发明实施例与现有技术相比，其有益效果在于：道岔装置可以布置在坡度可调的倾斜地面上，根据检测对象的需要可以调节倾斜地面的坡度，模拟不同的大坡度，轮对装置的列车轮对滚动装配在道岔尖轨与基本轨上，通过列车轮对施加制动力，进而通过轮轨接触作用使钢轨产生位移，从而达到真实模拟尖轨以及基本轨爬行的作用，模拟列车在道岔尖轨上的动作状态，通过多次加载与卸载，还能模拟列车制动下道岔钢轨位移的累积效应，试验成果具有极大的工程应用价值；液压杆支撑在连接组件上，液压杆模拟列车向道岔尖轨施加竖直方向的压力，竖向的压力用来模拟列车的轴重，纵向伸缩杆通过支撑单元向轮对装置施加纵向作用力，通过轮轨接触传递到道岔尖轨上，模拟列车牵引与制动时向道岔尖轨施加的纵向的惯性力，从而很好的模拟列车制动时钢轨变形与位移的情况，利用位移传感器可以准确的测出道岔尖轨以及基本轨的纵向位移，通过纵向伸缩杆施加循环荷载，可以模拟多次列车制动时钢轨位移的累积效应，从而得出大坡度上列车在启动以及制动作用下道岔尖轨的力学行为特点。

附图说明

图1是本发明的地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的整体结构示意图；

图2是图1的地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的轮对装置、道岔装置的侧部示意图；

图3是图2的A处局部放大示意图；

图4是图2的B处局部放大示意图；

图5是图2的地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的轮对装置、道岔装置另一侧的结构示意图；

图6是图1的地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的顶部示意图；

图7是图1的地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的转辙机的结构示意图；

图8是图7的转辙机另一视角的结构示意图；

图9是图1的地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的轮对装置的整体结构侧视图；

图10是图1的地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的C处局部放大示意图。

图中，1、轮对装置；101、第一支撑杆；102、第一连接底座；103、第二支撑杆；104、第二连接底座；105、支撑底座；106、调节架；107、上竖向伸缩杆；108、纵向伸缩杆；109、下竖向伸缩杆；110、固定板；111、液压杆；112、固定底座；113、固定侧臂；114、连接轴；115、列车轮对；2、道岔装置；201、道岔轨道板；202、轨枕；203、扣件底板；204、扣件弹条支撑块；205、道岔尖轨；206、磁性表座底盘；207、旋杆；208、第一传动杆；209、第二传动杆；210、位移传感器；211、角钢；3、转辙机；301、机身；302、第一连接杆；303、第二连接杆；304、转辙板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的优选实施例，如图1至图10所示，该地铁大坡度道岔轨道爬行试验机包括轮对装置1、道岔装置2、转辙机3和位移传感装置，道岔装置2形成模拟的轨道，道岔装置2用于布置在大坡度的斜坡上，斜坡的坡度可调，以对列车在不同大坡度的斜面上进行爬行试验；轮对装置1用于模拟列车的车轮与道岔装置2的装配关系，转辙机3用于驱动道岔装置2移动，控制道岔尖轨205的道岔开合；位移传感装置用于检测道岔尖轨205、基本轨的纵向位移。

道岔装置2包括基本轨，基本轨用于布置在大坡度的地面上，以对大坡度下的道岔轨道爬行进行模拟试验。道岔装置2还包括道岔轨道板201、轨枕202和道岔尖轨205，道岔轨道板201布置在地面上并形成该地铁大坡度道岔轨道爬行试验机的支撑基础，道岔轨道板201基本轨固定在道岔轨道板201上。轨枕202为埋入式结构，轨枕202固定在道岔轨道板201的上表面，轨枕202沿轨道的纵向间隔布置有多个，轨道的纵向即为列车的行驶方向，轨道的横向为垂直于纵向的轨道宽度方向，后文中的横向、纵向分别对应轨道的横向、纵向。

每个轨枕202的上表面均通过螺栓固定连接有扣件底板203，扣件底板203的上表面焊接固定有扣件弹条支撑块204，扣件弹条支撑块204上通过螺栓固定连接有卡扣，基本轨固定装配在卡扣上。道岔尖轨205沿轨道的横向滑动装配在扣件底板203上，道岔尖轨205的两侧下壁滑动连接卡扣的内壁。

轮对装置1包括轮对单元、液压单元和支撑单元，轮对单元包括两组列车轮对115和布置在列车轮对115上的连接组件，两组列车轮对115沿轨道的纵向间隔布置，两组列车轮对115之间通过连接组件连接并形成整体结构，连接组件可以增加轮对装置1的强度。两组列车轮对115滚动装配在道岔尖轨205上，模拟列车在道岔尖轨205上的动作状态。

连接组件包括固定底座112、固定侧壁113和连接轴114，固定底座112的横向的两端分别固定连接有固定侧壁113，固定侧壁113与固定底座112之间具有用于容纳列车轮对115的容纳间隔，列车轮对115转动装配在固定底座112于固定侧壁113之间。固定底座112的横向两端贯穿转动装配有连接轴114，连接轴114穿过两个固定侧壁113，列车轮对115固定装配在连接轴114的圆周面上，在连接轴114的作用下列车轮对115同步转动。

液压单元包括液压杆111和固定架，液压杆111用于支撑在连接组件上，固定架用于固定在底面上。液压杆111沿竖直方向布置，液压杆111共有四个，四个液压杆111成矩形分布，每组列车轮对115的连接组件上均布置有两个液压杆111。液压杆111的底端固定在固定底座112上，液压杆111的顶端固定在固定架上，液压杆111用于向轮对装置1施加竖直方向的压力，可以模拟列车向道岔尖轨205施加竖直方向的压力。

固定架用于支撑在底面上，承受轮对装置1对液压杆111的反作用力。固定架包括第一支撑杆101、第二支撑杆103、第一连接底座102、第二连接底座104和支撑底座105，第一支撑杆101沿轨道的横向延伸，第一支撑杆101共有两个，两个第一支撑杆101沿轨道的纵向间隔布置，两个第一支撑杆101分别布置在两组列车轮对115的上侧，液压杆111的顶端支撑在第一支撑杆101上。第一支撑杆101的两端的底部通过螺栓固定连接有第一连接底座102，第二连接底座104的底端通过螺栓固定连接第二支撑杆103，第二支撑杆103沿轨道的纵向延伸，第二支撑杆103与第一支撑杆101相互垂直。第二支撑杆103的两端的底部通过螺栓固定连接有第二连接底座104，第二连接底座104的底端通过螺栓固定连接支撑底座105。支撑底座105支撑固定在地面上，支撑底座105用于保证整个装置的稳定性，同时对列车轮对115的高度起调节作用。

支撑单元包括调节架106和支撑架，调节架106与连接组件之间通过联结杆连接，固定架与调节架106之间沿轨道的纵向顶压装配有纵向伸缩杆108，纵向伸缩杆108的内部安装有千斤顶装置，纵向伸缩杆108用于向调节架106支架纵向的作用力，该纵向的作用力可以模拟列车牵引与制动时向道岔尖轨205施加的纵向的惯性力。支撑架固定在地面上，支撑架为千斤顶，支撑架用于支撑调节架106。

调节架106上横向导向装配有活动块，活动块有两个，两个活动块分别布置在调节架106的纵向的两端。纵向伸缩杆108的固定端通过螺栓固定在支撑底座105上，纵向伸缩杆108的输出端顶压装配在活动块上。活动块的上下两侧还分别布置有竖向伸缩杆，定义活动块上侧的竖向伸缩杆为上竖向支撑杆、活动块下侧的竖向伸缩杆为下竖向支撑杆，上竖向支撑杆的固定端固定在固定架的第二支撑杆103上，下竖向支撑杆的固定端通过螺栓固定连接有固定班，固定板110通过螺栓固定在地面上。上竖向支撑杆、下竖向支撑杆的输出端均顶压装配在活动块上，活动块可以在调节架106上横向移动，上竖向支撑杆、下竖向支撑杆用于对调节架106进行竖向以及横向的微调，同时也可以模拟列车轮对115偏载的情况。

每个轨枕202上均布置有四组位移传感装置，四组位移传感装置与两个基本轨、两个道岔尖轨205一一对应，以分别检测基本轨、道岔尖轨205的纵向位移。列车启动或者制动时，道岔尖轨205与基本轨均会受力，在巨大的惯性力的作用下，基本轨与道岔尖轨205均会产生爬行，位移传感装置用于检测基本轨以及道岔尖轨205的纵向位移。位移传感装置以轨道的纵向中心线为轴沿轨道的横向对称布置，四组位移传感装置的结构相同，此处仅以一组位移传感装置为例进行说明。

位移传感装置包括位移传感器210、磁性表座底盘206、第一传动杆208、第二传动杆209、角钢211，位移传感器210用于检测基本轨、道岔尖轨205的纵向位移。磁性表座底盘206的底部固定连接在扣件底板203的上表面，磁性表座底盘206的上表面通过螺栓连接有旋杆207，旋杆207的上端通过转轴铰接有第一传动杆208，第一传动杆208远离旋杆207的一端通过转轴铰接有第二传动杆209，第二传动杆209远离第一传动杆208的一端通过转轴与位移传感器210铰接。

角钢211的一个侧边通过AB胶与待检测纵向位移的基本轨或者道岔尖轨205粘接固定，角钢211的另一个侧边垂直于轨道的纵向布置。位移传感器210的横向的侧面与角钢211贴合，位移传感器210的纵向的端面与角钢211的另一边贴合。角钢211在随待检测的基本轨或者道岔尖轨205沿纵向移动时，位移传感器210的纵向的端面检测角钢211的位移，可以确定每个轨枕202处的道岔尖轨205与基本轨的纵向位移值。

转辙机3布置在道岔尖轨205的尖轨段的位置处，转辙机3与道岔尖轨205传动连接，转辙机3用于驱动道岔尖轨205移动，模拟道岔尖轨205开合，使模拟实验效果更好。转辙机3包括机身301，机身301的纵向的两端通过螺栓固定布置在轨枕202的上表面，机身301上通过螺栓固定连接有第一连接杆302，第一连接杆302远离机身301的一端通过螺栓转动连接有第二连接杆303，第二连接杆303远离第一连接杆302的一端固定连接有转辙板304，转辙板304远离第二连接杆303的一端贴合道岔尖轨205的内壁。

本发明的地铁大坡度道岔轨道爬行试验方法的具体实施方式，包括以下步骤：

步骤一，将道岔装置2、转辙机3布置在坡度可调的试验场地台上，在本实施例中，斜坡为坡度超过千分之十的大坡度地段，在道岔的尖轨段、连接曲线段和心轨段上方分别布置轮对装置1，轮对装置1的调节架106以及支撑架通过上竖向伸缩杆107、下竖向伸缩杆109以及纵向伸缩杆108将固定架支撑固定，使液压杆111作用在道岔尖轨205上的力为列车实际运行时作用的力；

步骤二，利用液压杆111对道岔尖轨205施加竖直向下的力，模拟列车实际运行时的重力，通过转辙机3控制道岔尖轨205的道岔开合，从而分别研究列车直向与侧向过岔道岔轨道爬行情况；

步骤三，利用上竖向伸缩杆107、下竖向伸缩杆109对列车轮对115进行竖直平面方向的微调，并且利用纵向伸缩杆108对轮对装置1施加纵向的作用力，该纵向的作用力经过轮对装置1作用在道岔尖轨205上，对道岔尖轨205的上表面施加纵向的爬行力，模拟列车在道岔尖轨205上列车启动或者制动时的惯性力；

步骤四，在每个轨枕202上分别布置位移传感装置，每个轨枕202上布置四个位移传感装置，用于检测基本轨、道岔尖轨205的纵向位移，可以准确地测出每个扣件底板203处的道岔尖轨205、基本轨的纵向位移值，从而得出在列车的牵引与制动作用下，道岔轨道爬行的力学行为特点。

步骤五，利用转辙机驱动道岔装置2移动，控制道岔尖轨205的道岔开合，当转辙机3摆动至直尖轨时，用于模拟列车直向通过道岔；当转辙机3摆动至曲尖轨时，用于模拟列车侧向通过道岔，从而得出不同状态下通过道岔时，道岔轨道爬行的力学行为特点。

综上，本发明实施例提供一种地铁大坡度道岔轨道爬行试验机，其道岔装置可以布置在坡度可调的倾斜地面上，根据检测对象的需要可以调节倾斜地面的坡度，模拟不同的大坡度，轮对装置的列车轮对滚动装配在道岔尖轨与基本轨上，通过列车轮对施加制动力，进而通过轮轨接触作用使钢轨产生位移，从而达到真实模拟尖轨以及基本轨爬行的作用，模拟列车在道岔尖轨上的动作状态，通过多次加载与卸载，还能模拟列车制动下道岔钢轨位移的累积效应，试验成果具有极大的工程应用价值；液压杆支撑在连接组件上，液压杆模拟列车向道岔尖轨施加竖直方向的压力，竖向的压力用来模拟列车的轴重，纵向伸缩杆通过支撑单元向轮对装置施加纵向作用力，通过轮轨接触传递到道岔尖轨上，模拟列车牵引与制动时向道岔尖轨施加的纵向的惯性力，从而很好的模拟列车制动时钢轨变形与位移的情况，利用位移传感器可以准确的测出道岔尖轨以及基本轨的纵向位移，通过纵向伸缩杆施加循环荷载，可以模拟多次列车制动时钢轨位移的累积效应，从而得出大坡度上列车在启动以及制动作用下道岔尖轨的力学行为特点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。