钢轨横向激振设备的制作方法

本发明属于铁道工程技术领域，涉及一种钢轨横向激振设备。

背景技术：

随着我国经济的突飞猛进，我国交通基础设施建设进入一个大发展时期，列车的运营里程达到前所未有的程度，因此，开展铁路线路动力学试验研究，尤其是对轨道结构的激振效应研究是必不可少的。而其中最为关键的技术难点是如何精确模拟列车荷载的特性，经查询相关的专利和科技文献数据库，目前，尚未发现对钢轨横向激振进行研究的具有真实轮轨几何形状的加载单元。在现场原位测试中，模拟真实轮轨几何形状对于试验精确性至关重要。

技术实现要素：

为了克服现有室内模型试验和现场原位测试在轮轨关系模拟精确度上的不足，本发明的目的在于为研究铁路钢轨在横向列车荷载下产生的激振效应，提供一种能够模拟列车运营时产生的钢轨激振的加载单元，不仅可以更加精确地模拟轮轨关系，而且操作方便，单人即可完成试验，从而实现在现场能够简易有效地进行钢轨横向激振模拟试验。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：提供一种钢轨横向激振设备，包括反力系统、加载单元以及传感器，所述反力系统包括势能转换架以及限位反力架，所述势能转换架上设有向下延伸的滑道，所述滑道的末端横向伸出所述势能转换架，所述加载单元滑设于所述滑道上，所述滑道穿过所述限位反力架并伸向钢轨，所述限位反力架上设有限位反力面，所述限位反力面设于所述钢轨的正上方，所述加载单元包括用于激振所述钢轨的加载头，所述限位反力面与所述钢轨的轨枕之间具有用于限位所述加载头的空间，所述传感器安装于所述加载单元上以供记录并传输加载数据。

优选地，所述传感器与外部控制系统连接，通过所述传感器配合所述外部控制系统控制所述加载单元模拟荷载的大小和速率。

优选地，所述加载单元设有滑轮以及配重块，所述加载单元通过所述滑轮滑设于所述滑道上，所述加载单元通过所述配重块调节自身配重。

优选地，所述加载单元包括基础块以及转换连接块，所述滑轮固设于所述基础块上，所述转换连接块通过螺栓连接于所述基础块上，多块所述配重块通过螺栓相互叠加且连接于所述转换连接块上，所述传感器安装于任意两块相互间隔的所述配重块之间，所述加载头与所述配重块通过螺栓连接。

优选地，所述加载头为落锤，所述落锤具有供与所述轨枕外表面紧密契合的弧形撞击面。

优选地，所述势能转换架的顶部设有动力源，所述滑道的始端起始于所述动力源下，所述加载单元与所述动力源连接。

优选地，所述滑道包括分设于两侧的多根承托曲杆，每根所述承托曲杆沿自身长度方向设有滑槽，所述加载单元沿所述滑槽上下滑动。

优选地，所述滑道的末端设有加固撑杆进而竖向加固所述滑道，所述加载单元通过钢丝绳与所述动力源连接。

优选地，所述限位反力架为框架结构且跨设于所述钢轨，所述限位反力架的高度低于所述势能转换架，所述滑道由所述限位反力架的一侧伸向所述钢轨，所述限位反力架的顶面设有挂架，所述限位反力面位于所述挂架的底面。

优选地，所述限位反力架包括分别位于所述钢轨两侧的多根限位撑杆，任意一侧所述限位反力架的相邻两根所述限位撑杆的间距等于所述滑道的宽度进而所述滑道的两侧限位于相邻两根所述限位撑杆之间。

本发明钢轨横向激振设备的有益效果包括：

1)本发明提供的钢轨横向激振装置的轮轨关系模拟精确，适用范围广，加载用的落锤选择了更接近真实轮轨的几何形状，解决了现有试验装置由于采用简化轮轨形状而导致试验不精确的问题，能够提供更精确的模拟方法与试验结果，更好地反映铁路钢轨在横向列车荷载下产生的激振效应；

2)本发明提供的钢轨横向激振装置操作方便，试验装置尺寸合理，横纵梁之间以高强螺栓连接，安装及拆卸方便，解决了现有试验装置尺寸过大的问题，从而实现了单人现场原位测试；

3)本发明提供的钢轨横向激振装置能够实现模拟列车对钢轨的激振效应，并能更精确地模拟轮轨关系，且试验装置操作方便，单人即可进行现场原位测试，为进一步开展铁路线路动力学试验研究，尤其是对轨道结构的激振效应研究提供了精确便捷的加载单元；

4)本发明提供的钢轨横向激振装置能够提供更精确的模拟方法与试验结果，更好地反映铁路钢轨在横向列车荷载下产生的激振效应，同时具有极好的便携性，具有重要的工程应用价值；

5)本发明提供的钢轨横向激振装置由于采用可拆卸且轻质高强的横纵梁，使得整体装置拆卸方便，能够完成单人原位测试。

附图说明

图1为本发明钢轨横向激振设备的整体结构示意图；

图2为对应于图1的主视结构示意图；

图3为对应于图2的右视结构示意图；

图4为对应于图1中加载单元的爆炸分解结构示意图。

其中：1为落锤，21为基础块，22为转换连接块，23为配重块，3为滑轮，411为第一加载曲杆，412为第二加载曲杆，413为第三加载曲杆，414为第四加载曲杆，421为第一加载竖杆，422为第二加载竖杆，423为第三加载竖杆，424为第四加载竖杆，425为第五加载竖杆，51为第一反力横梁，52为第二反力横梁，53为第三反力横梁，54为第四反力横梁，611为第一竖杆，612为第二竖杆，613为第一横杆，614为第二横杆，621为第三竖杆，622为第四竖杆，623为第三横杆，624为第四横杆，631为第五竖杆，632为第六竖杆，633为第五横杆，641为第七竖杆，642为第八竖杆，643为第六横杆，7为轨枕，8为动力源装置，9为高强螺栓，10为钢丝绳，11为轨道板，12为传感器。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

结合图1至图3所示，本发明首先提供了一种钢轨横向激振设备，包括控制系统、反力系统和加载单元，所述加载单元分别与所述控制系统和所述反力系统连接。

所述控制系统为计算机控制系统，通过线路与加载单元相连以进行控制。

所述反力系统包括：框架结构；由第一加载曲杆411、第二加载曲杆412、第三加载曲杆413、第四加载曲杆414所构成的滑道；由第一加载竖杆421、第二加载竖杆422、第三加载竖杆423、第四加载竖杆424所构成的势能转换架；由第五加载竖杆425和第六加载竖杆加固上述滑道。

其中，所述第一加载曲杆411、所述第二加载曲杆412、所述第三加载曲杆413和所述第四加载曲杆414分别与框架结构以高强螺栓进行连接。

所述第一加载曲杆411、所述第二加载曲杆412、所述第三加载曲杆413和所述第四加载曲杆414的相对内侧均设有用于滑动嵌设滑轮3的凹槽。

所述第一加载曲杆411、所述第二加载曲杆412、所述第三加载曲杆413和所述第四加载曲杆414的材质为方形钢管。

具体地，所述框架结构为一个前面、后面、左面、右面围成的结构以用于限位加固滑道，所述框架结构包括：由第一反力横梁51、第二反力横梁52、第一左反力纵框和第一右反力纵框所构成的限位反力架；由第三反力横梁53、第四反力横梁54、第二左反力纵框和第二右反力纵框所构成的挂架。

所述第一左反力纵框位于框架结构的左面，所述第一右反力纵框位于框架结构的右面，所述第一反力横梁51的两端分别与所述第一左反力纵框和所述第一右反力纵框以高强螺栓进行连接；所述第一反力横梁51所在平面为前面，所述第二反力横梁52的两端分别与所述第一左反力纵框和所述第一右反力纵框以高强螺栓进行连接，所述第二反力横梁52所在平面为后面，所述第二左反力纵框的两端分别与所述第一反力横梁51和所述第二反力横梁52以高强螺栓连接，所述第二右反力纵框的两端分别与所述第一反力横梁51和所述第二反力横梁52以高强螺栓连接，所述第三反力横梁53的两端分别与所述第二左反力纵框和所述第二右反力纵框以高强螺栓连接，所述第四反力横梁54的两端分别与所述第二左反力纵框和所述第二右反力纵框以高强螺栓连接，从而，通过第三反力横梁53第四反力横梁54配合在挂架的底面形成限位反力面。较为优选地，所述框架结构的材质为方形钢管。

所述第一左反力纵框是由四根杆组成的结构，包括第一竖杆611、第二竖杆612、第一横杆613和第二横杆614，所述第一竖杆611和所述第二竖杆612平行设置，所述第一竖杆611和所述第二竖杆612之间设有间隔设置的所述第一横杆613和所述第二横杆614，所述第一横杆613的两端分别与所述第一竖杆611和所述第二竖杆612的一端连接，所述第二横杆613的两端分别与所述第一竖杆611和所述第二竖杆612的另一端连接。

所述第一右反力纵框是由四根杆组成的结构，包括第三竖杆621、第四竖杆622、第三横杆623和第四横杆624，所述第三竖杆621和所述第四竖杆622平行设置，所述第三竖杆621和所述第四竖杆622之间设有间隔设置的所述第三横杆623和所述第四横杆624，所述第三横杆623的两端分别与所述第三竖杆621和所述第四竖杆622的一端连接，所述第四横杆623的两端分别与所述第三竖杆621和所述第四竖杆622的另一端连接。

所述第二左反力纵框是由三根杆组成的结构，包括第五竖杆631、第六竖杆632和第五横杆633，所述第五竖杆631和所述第六竖杆632平行设置，所述第五横杆633分别与所述第五竖杆631和所述第六竖杆632的一端连接。

所述第二右反力纵框是由三根杆组成的结构，包括第七竖杆641、第八竖杆642和第六横杆643，所述第七竖杆641和所述第八竖杆642平行设置，所述第六横杆643分别与所述第七竖杆641和所述第八竖杆642的一端连接。

细看图4，所述加载单元包括落锤1、基础块21、转换连接块22、配重块23和动力源装置8，所述基础块21通过钢丝绳10与所述动力源装置8进行连接，所述基础块21的两个侧面上分别间隔设有两个滑轮3，所述落锤1与所述基础块21之间设有一个转换连接块22和若干个所述配重块23，所述配重块23的中央设有一个圆孔，用于盛放传感器12，所述基础块21、所述转换连接块22、所述配重块23和所述落锤1依次固定连接，所述传感器12与所述控制系统连接。所述落锤1、所述转换连接块22和所述配重块23上通过对应的若干个连接孔配合螺栓依次紧靠连接到一起。所述滑轮3分别滑设于所述第一加载曲杆411、所述第二加载曲杆412、所述第三加载曲杆413和所述第四加载曲杆414的凹槽内。较为优选地，所述动力源装置8为小型卷扬机。所述基础块21、所述转换连接块22和所述配重块23均由铸铁制成。

在具有上述结构特征后，结合图1至图4所示，本发明便携式钢轨横向激振装置的工作过程如下：

先将框架结构设置于地面上，并将轨道板11水平纵向放置在一个基础面上。

再于轨枕7两侧对称布置第一左反力纵框和第一右反力纵框，用第一反力横梁51、第二反力横梁52、第三反力横梁53、第四反力横梁54将第一右反力纵框和第一左反力纵框、第二右反力纵框和第二左反力纵框连接起来组成框架结构，第一加载曲杆411、第二加载曲杆412、第三加载曲杆413、第四加载曲杆414、第一加载竖杆421、第二加载竖杆422、第三加载竖杆423、第四加载竖杆424、第五加载竖杆425、第六加载竖杆分别固定放置在框架结构上，然后安装动力源装置8，调整第一左反力纵框、第一右左反力纵框、第二左反力纵框、第二右左反力纵框的位置，使动力源装置8下端对准轨道板11上的轨枕7的上表面，安装落锤1、基础块21、转换连接块22、配重块23和传感器12，配重块23根据需要可以安装多个，调整基础块21的位置，使其上端与动力源装置8对齐并通过钢丝绳13连接，下端沿轴线对齐轨道板11上的轨枕7的上表面，调整传感器12的位置，使其上端固定在配重块23上，下端对齐轨道板11上的轨枕7的上表面，调整落锤1的位置，使其上端固定在传感器12上，下端对齐轨道板11上的轨枕7的上表面。

然后，通过动力源装置8将落锤1、基础块21、转换连接块22、配重块23和传感器12提升至满足要求的加载高度，使其在第一加载曲杆411、第二加载曲杆412、第三加载曲杆413、第四加载曲杆414的轨道上自由落下，对钢轨产生预定的激振作用；其中，落锤1呈L形，落锤1的下表面为类L形的弧形撞击面以供紧密契合于轨枕7的上表面。

而后，通过传感器12和外部计算机软件可实现对加载单元模拟荷载大小的控制，即可对钢轨结构实现激振作用，并即时记录加载情况；

最后，通过测量装置可收集数据，分析钢轨结构在激振作用下的承载及变形特性。综上所述，便携式钢轨横向激振装置依据所需要模拟的荷载大小和速率，控制落锤1的落下间隔和提升高度，实现钢轨横向激振的模拟。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。