雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置的制作方法

本实用新型涉及铁路模拟试验技术领域，特别是一种雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置。

背景技术：

我国铁路建设正呈跨越式发展之势，多条客运专线和铁路正在建设之中。随着列车运行速度的提高，工程结构的动力学问题日益突出，而目前铁路动力学设计尚未形成系统的理论体系，现有设计方法已难以满足铁路快速发展的需要。针对铁路工程结构动力学关键问题，对列车-轨道-路基系统动力学开展模型试验，提出铁路轨道-路基动力性能室内模型试验和现场测试标准，对形成具有自主知识产权的我国铁路建造技术体系具有重大的实际意义，为我国铁路建设和可持续发展提供重要技术支撑。

目前，铁路动力荷载模拟装置仅能满足垂向动力加载，而列车在运行时会受到外部复杂环境的影响，现阶段主要是雨水的作用，其亦会对轨道-结构以及列车运行的安全性造成不可忽视的影响，现有模拟装置忽略了轨道结构在实际运营过程中所受外部雨水的影响，不能完整研究轨道动态特性，通过此实际尺寸模型所模拟反映的轨道-路基的经时性行为有其局限性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置。

本实用新型的目的是通过如下途径实现的：1.一种雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置，其特征在于：它包括垂向反力架、位于所述垂向反力架下方的铁路轨道模拟结构、位于垂向反力架与铁路轨道模拟结构之间的轨道垂直施力机构及雨水喷淋机构；

所述的垂向反力架由两根垂直固定于反力架基础上的反力架立柱，以及一根水平摆放且两端固定于反力架立柱顶部的横梁构成；

所述的铁路轨道模拟结构是指在路基上固定的轨道；

所述的轨道垂直施力机构为两组在轨道上滚动的轮对，可调节垫板与固定垫板上下固定，二者之间设有轴孔，轮对的轮轴活动安装于轴孔中；可调节垫板通过其顶部设有的凹糟与垂向作动器底部的作动头啮合安装；

所述的雨水喷淋机构由设置于轮对上方的喷淋装置，以及与之连接并控制其水量的控制阀构成。

作为本方案的进一步优化，可调节垫板顶部凹槽内壁与垂向作动器底部作动头之间留有4cm间隙。

本实用新型雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置，可以模拟列车实际运行时雨水耦合作用时作用于轨道结构的垂向力，使得试验结果更加贴近实际。转向架模拟机构模拟高速列车转向架，垂向力传递至转向架模拟机构，可以模拟列车实际运行中垂向力对轨道结构的作用。通过垂向反力架可以自由调节模拟装置的安装高度，向轨道垂直施力机构输入预设的动力荷载时程，可以对不同的轨道结构形式进行加载。为铁路轨道-路基在雨水耦合作用下垂向动力学分析提供可靠的加载平台，为揭示轨道结构损伤破坏经时性特征提供实验依据。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型中轨道垂直施力机构及雨水喷淋机构侧向结构示意图；

图3是本实用新型中轨道垂直施力机构及雨水喷淋机构俯视结构示意图；

图4是本实用新型中轨道垂直施力机构及雨水喷淋机构立体结构示意图；

图5是本实用新型中的可调节垫板和固定垫板安装结构示意图;

图6是本实用新型中的可调节垫板和固定垫板拆分结构示意图；

图中：

1、垂向反力架；2、反力架立柱；3、反力架基础；4、控制阀；5、固定垫板；6、垂向作动器；7、可调节垫板；8、喷洒模拟器；9、轮对；10、轨道；11、斜撑；12、路基；13、横梁。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置，它包括垂向反力架1、位于所述垂向反力架1下方的铁路轨道模拟结构、位于垂向反力架1与铁路轨道模拟结构之间的轨道垂直施力机构及雨水喷淋机构；

所述的垂向反力架1由两根垂直固定于反力架基础3上的反力架立柱2，以及一根水平摆放且两端固定于反力架立柱2顶部的横梁13构成；

所述的铁路轨道模拟结构是指在路基12上固定的轨道10；

如图2-图6所示，所述的轨道垂直施力机构为两组在轨道10上滚动的轮对9，用于均匀传递上部荷载的可调节垫板7与固定垫板5上下固定，二者之间设有轴孔，轮对9的轮轴活动安装于轴孔中；可调节垫板7通过其顶部设有的凹糟与垂向作动器6底部的作动头啮合安装；可调节垫板7顶部凹槽内壁与垂向作动器6底部作动头之间留有4cm间隙。如图5所示，凹槽的槽深大于垂向作动器6的作动头与凹槽的槽底之间的间距，以防止作动头从凹槽内脱出。垂向作动器6的作动头与凹槽的槽侧壁之间留有4cm的间隙，以保证垂向作动器6与可调节垫板7接触。

所述的雨水喷淋机构用于模拟外界环境降雨，它由设置于轮对9上方的喷淋装置8，以及与之连接并控制其水量的控制阀4构成。

用于模拟高铁列车实际运行时环境雨水作用于轨道结构的机构，由控制阀4和喷洒模拟器8组成，控制阀4控制每次模拟雨水的总量，所述喷洒模拟器8则模拟外界环境降雨。

本实施例的雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置，包括垂向反力架1以及处于垂向反力架1底部的铁路轨道模拟结构，垂向反力架1与铁路轨道模拟结构之间设有用于模拟高铁列车实际运行时雨水耦合作用下作用于轨道结构的垂向力的轨道垂直施力机构。本实用新型雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置，可以同时模拟列车实际运行时雨水耦合作用下作用于轨道结构的垂向力，使得试验结果更加贴合实际。转向架模拟机构模拟高速列车转向架，垂向力传递至转向架模拟机构，可以模拟列车实际运行中垂向力对轨道结构的作用。通过垂向反力架可以自由调节模拟装置的安装高度，向轨道垂向施力机构输入预设的动力荷载时程，可以对不同的轨道结构形式进行加载。为铁路轨道-路基在雨水耦合作用下垂向动力学分析提供可靠的加载平台，为揭示轨道结构损伤破坏经时性特征提供实验依据。

本实施例中，轨道垂直施力机构包括沿竖向固接在垂直反力架1的横梁13上并垂直铁路轨道模拟结构用于向转向架模拟机构均匀施加垂向力的垂向作动器6。垂向作动器6的作动头置于可调节垫板7上表面开设的凹槽中。垂向作动器6的作动头底部与可调节垫板接触。

本实施例中，可调节垫板7在传力时与固定垫板5接触，用于防止其在垂向作动器6加载时下挠接触轮轴和防止应力集中。

垂直反力架1的横梁13上设有用于吊装反力架1的吊耳。垂直反力架1的立柱为高度可调的伸缩立柱3，或者反力架1的横梁13在立柱上高度可调。

试验过程中通过调节可调节垫板7的高度，可适应不同的铁路路面结构或作动器。采用多个作动器联动，可实现列车运行过程中不同轮对下的动力荷载。在可调节垫板7上设置尺寸略大于垂向作动器6底部尺寸的凹槽，用以防止垂向作动器6在试验过程中纵横向位移超限。如图1、图5所示，在可调节垫板中部设置尺寸略大于垂向作动器6底部尺寸的方形凹槽，保证作动头放于凹槽正中心时，凹槽内壁与作动头之间留有4cm的间隙。可调节垫板7在传力时与固定垫板5接触，用于防止其在垂向作动器6加载时下挠接触轮轴和防止应力集中。如图1、2、3、4所示，转向架模拟机构包括两组安装在铁路轨道模拟结构的轨道上用于模拟高铁列车转向架并防止在铁路轨道模拟结构的轨道滚动的完整的轮对9、垂直并对称固接在完整的轮对9上用于均匀传递上部荷载的可调节垫板7。雨水喷淋机构用于模拟外界环境降雨，作用于轨道结构。

雨水耦合作用下铁路轮轨垂向力加载模拟装置可以同时模拟列车实际运行时雨水耦合作用下作用于轨道结构的垂向力，使得试验结果更加贴合实际。垂向作动器6下部置于可调节垫板7的凹槽中，允许垂向作动器6产生有限的移动。可调节垫板7在传力时与固定垫板5接触，用于防止其在垂向作动器6加载时下挠接触轮轴和防止应力集中。通过垂向反力架可以自由调节模拟装置的安装高度，向轨道垂直施力机构输入预设的动力荷载时程，可以对不同的轨道结构形式进行加载。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型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，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。