气动阻尼减速网行车系统两级无损列车捕获装置的制作方法

本发明涉及一种列车捕获装置，具体涉及一种气动阻尼减速网行车系统两级无损列车捕获装置。

背景技术：

国家铁路局官方网站上的数据显示，截止2017年底，我国铁路运营里程达12.7万公里，其中高铁2.5万公里，占世界高铁总里程的66.3％，稳居世界第一位。中国在高铁建设上取得的成就令世界瞩目，如今高铁已经成为中国伟大复兴的响亮名片。然而，我国高速铁路建设和运营也面临着诸多挑战和危险，如地质复杂、气候多变、耐久性和经时行为凸显以及风、地震等动力作用都给高铁建设和运营带来危险，其中强地震作用的潜在危险值得关注。我国位于环太平洋地震带，属于地震多发国家，地震活动频繁。最近十几年更是频繁遭受强地震危害，如2008年的汶川地震、2010年青海玉树地震、2013年四川雅安地震、2017年四川九寨沟地震，历次的强地震都给我国人民造成了严重的经济损失及人员伤亡，强烈的地震动导致人民的生命财产受到极大威胁，同时也使得铁路等生命线工程遭受破坏。高铁线路不可避免的会存在跨越地震带或沿着地震带修建等情况，从而导致地震发生时高速列车线上运行的几率大大增加，研究地震作用下高铁列车运营的安全性十分必要。

然而实际中，由于地震发生的不可预见性和测试的困难，很难规划何时或如何通过实际震害测到地震下行车的珍贵数据，从而实验室内试验的重要性则凸显出来。地震下高速列车桥上行车试验研究具有诸多难点，其中模型列车的回收捕获存在几个大的技术难点。(1)如何短距高效安全回收试验模型车辆？由于试验模型车辆具有质量大、速度高的特点，其蕴含的动能极大，例如采用1：10的缩尺比，加速度相似比选为1，弹模相似比选0.5，原型车辆采用crh380a，此时计算得模型车辆质量在500kg上下，速度在20m/s上下，常规摩擦降速方案需要足够长的轨道，但实验室往往场地受限，没有足够的长度来布置减速段，因而需要设计短距高效的降速方案。(2)如何无损回收试验模型列车？试验模型列车由于缩尺比小，制作精度要求高，且模型列车往往需要内置各种传感器，因而模型列车的制作耗时耗资，如试验过程中如发生损坏，不仅会造成不必要的经济损失，同时也将耽误试验进程，确保制作精细的试验模型车辆不被损坏则成为必须要解决的问题。(3)如何衔接试验段和减速段？由于试验段落于地震模拟振动台上，在试验中存在上下左右方向的运动，而减速段在整个试验过程中静止不动。此时试验段的轨道结构如延续到试验段，两者在交界处将存在大的变形甚至破坏，与实际过程不符；如试验段和减速段的轨道断开布置，则在交界处两侧轨道的对中又成为大问题，对中不准确将使得高速运行的模型列车发生跳轨甚至倾覆，从而造成模型列车损坏的潜在风险，因而需要设计新的解决方案。

基于此，本发明提出了一种气动阻尼减速网行车系统两级无损列车捕获装置，其能够解决上述三个难题。该装置采用软性减速网捕获列车，软性减速网可保证模型车辆不发生破坏，实现无损捕获；减速网与气动阻尼系统的串联设计可实现两级高效耗能，初级(一级)耗能为减速网自身变形耗能，主级(二级)耗能为气动阻尼器运动耗能，减速网和气动阻尼器通过滑轮组串联，可有效缩短降速距离，实现短距高效回收捕获模型列车；同时减速网采用悬吊设计，网口稍大于模型列车截面尺寸，保证运动中的模型列车始终能够准确进入减速网，有效规避试验段和减速段摩擦降速轨道对中问题。该捕获装置能够为地震下高速列车桥上行车安全相关试验研究的列车捕获提供强有力的技术保障和回收方案。

技术实现要素：

针对现有技术问题，本发明的目的在于提供一种气动阻尼减速网行车系统两级无损列车捕获装置，其能够为地震作用下高速列车行车安全相关试验研究提供试验模型列车回收捕获的技术保障。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：一种气动阻尼减速网行车系统两级无损列车捕获装置，整个装置包括测试试验段和减速捕获段，测试试验段根据试验内容不同区别设置，试验过程中，高速行驶的模型列车通过地震模拟振动台台阵试验段后，进入减速捕获段，减速捕获段通过减速网变形进行初级耗能，随后通过钢丝绳带动气动阻尼系统进行主级耗能，从而实现模型列车短距快速降速的两级无损捕获。整个试验装置为地震作用下高速列车桥上行车试验研究提供了安全可靠的列车回收方案和技术保障。

本发明还在于，试验段根据试验内容不同区别设置，例如在进行地震作用下高速列车桥上行车安全试验中，该试验段由振动台台阵系统、缩尺模型桥梁系统、以及缩尺模型轨道系统等组成。

本发明还在于，减速捕获段由减速网、气动阻尼系统、减速导轨系统、支撑钢架系统等组成。

本发明还在于，减速网应该具有高强度高弹性等特点，高强度可使减速网承受高速行驶的模型列车荷载而不破坏，高弹性可使减速网发生足够的形变，在延长作用时间减小相互作用力的同时吸收掉模型列车部分能量，实现初级耗能；减速网与模型列车相互作用力应该小于试验模型列车的破坏荷载限值，保证模型列车不被损坏。优选地方案为采用碳纤维绳外包弹性橡胶编织减速网。

本发明还在于，减速网形状应该与试验模型列车契合，减速网网口可收缩，当试验模型列车全部进入减速网后，由钢丝绳带动网口伸缩绳封闭网口，防止试验模型列车反弹掉出减速网，同时保证模型列车和减速网运动的一致性。

本发明还在于，减速网在网口和网底位置通过导轨挂钩悬吊于减速导轨下，悬挂吊绳应该具有足够的强度，保证具有强大动能的试验模型列车进入减速网后，不至于拉断吊绳或吊绳变形过大，从而碰撞到四周的其他结构构件。

本发明还在于，减速导轨由中空的凹型轨和尾部带有圆环的t型挂钩组成，t型挂钩一端通过圆环与减速网相连，一端套在凹型轨道上，从而限制减速网在规定的范围内运动，不至于碰撞到周围的其他结构构件，从而损坏试验模型列车。

本发明还在于，气动阻尼系统由钢丝绳固定螺栓组，定滑轮，钢丝绳，气动阻尼器限定板，动滑轮，气动阻尼器等组成。

本发明还在于，钢丝绳一端连接着减速网，随后穿过东端支撑钢架上的定滑轮，接着穿过气动阻尼器中的动滑轮，最后通过螺栓将钢丝绳另一端固定在支撑钢架上，从而使得减速网能够带动气动阻尼器协同工作，形成两级耗能减速捕获装置。

本发明还在于，定滑轮通过螺栓固定在前端支撑钢架的上下横梁上，动滑轮则焊接与气动阻尼器的伸缩杆上，两者组成滑轮组，滑轮组的主要作用是将高速模型列车的运动距离缩短后限定在气动阻尼器的量程范围内，如单组滑轮缩放效果不理想，可以设置多组滑轮组。

本发明还在于，气动阻尼器为主耗能装置，其尺寸和布置数量可根据试验需要进行调整，多气动阻尼器可进行并联布置或串联布置。

本发明还在于，前后支撑钢架的钢柱和横梁上预设有螺栓孔，可以根据试验需要调整减速网和气动阻尼器的位置，从而满足试验要求，使得试验模型车辆能够准确安全的进入减速网。

本发明专利的有益效果在于：

(1)无损捕获。试验模型列车由于缩尺比小，制作精度要求高，且模型列车往往需要内置各种传感器，因而模型列车的制作耗时耗资；另外，地震下行车安全试验需要多次观察测试，才能获得可靠的试验结果。如果试验中模型列车出现损坏，不仅会造成不必要的经济损失，同时也将耽误试验进程。因而保证试验模型车辆安全有效的回收捕获十分重要。本发明采用高强度富有弹性材料制成的减速网捕获高速模型列车，列车与减速网为柔性接触，因而模型列车与减速网发生碰撞后不会出现破坏，同时模型列车进入减速网后，减速网自动锁口，保证模型列车不会因反弹掉出减速网，最终模型列车在减速网的导引下平稳安全降速至静止，从而实现试验模型列车的无损捕获。

(2)两级耗能。针对试验模型列车质量大、速度快，蕴藏动能大的特点，本发明设计两级耗能思路：初级(一级)耗能设计成采用减速网的弹性变形耗能，根据动量定理，碰撞物体的有效作用力与有效接触时间成反比，有效接触时间越长，有效作用力越小，移动的弹性减速网设计方案可保证足够的有效接触时长，从而有效的降低模型列车与减速网间的相互作用力；当两者速度达到一致时进入主级(二级)耗能，主级耗能采用气动阻尼器运动耗能，装有模型列车的减速网通过钢丝绳带动气动阻尼器运动，气动阻尼器提供高效阻尼实现快速耗能，使得模型列车和减速网最终静止。两级耗能设计能够安全快速高效的耗散掉试验模型列车能量，减少试验场地占有，实现短距模型列车的有效回收。

(3)布置灵活。整个减速捕获段主要由减速网和气动阻尼器组成，两者通过螺栓与支撑钢架固定，支撑钢架上预留有螺栓孔，因而可根据试验需求，灵活布置减速装置的数量和位置，例如进行双线列车并行试验时，可左右对称布置两对减速捕获装置，如进行双线列车交会试验时，可前后对称布置两对减速捕获装置。

下面结合附图对本发明专利作进一步说明。

附图说明

图1为桥上行车试验系统总体概况简图；

图2为减速段概况图；

图3为减速段爆炸图；

图4为气动阻尼器详图；

图5为减速网详图；

图6为减速导轨详图；

图7为支撑钢架详图；

其中1为减速网，包括101减速网吊绳，102减速网网口伸缩绳，103为网身，2为气动阻尼系统，包括201钢丝绳固定螺栓组，202为定滑轮，203为钢丝绳，204为气动阻尼器限定板，205为动滑轮，206为气动阻尼器伸缩杆，207为气动阻尼器储气筒，3为导轨挂钩，301为导轨t型钩身，302为导轨挂钩钩环，4为减速导轨，5为隔离板，6为支撑钢架，包括601支撑横梁，602支撑竖梁，603为底部固定板，604为预留螺栓孔，605为紧固螺栓，7为刚性支撑平台。

具体实施方式

下面对本发明专利技术内容的进一步说明，但并非对本发明专利实质内容的限制。

图1为桥上行车试验系统部分概况简图，只包括测试试验段，以及与其紧密相连的减速(列车捕获)段，试验时具有一定速度的模型列车经过测试试验段后进入减速段，减速段通过布置的减速网系统和气动阻尼系统两级无损捕获装置实现对模型列车的安全可靠地捕获。图2为减速捕获段的整体概况图，图3为减速捕获段的爆炸图，由图2、3可知整个气动阻尼减速网行车系统两级无损列车捕获装置主要由减速网1，气动阻尼系统2，减速导轨系统3、4，支撑系统5、6、7等组成。支撑系统包含三个两层支撑钢架6，一个单层支撑钢架6，一个刚性支撑平台7和两块隔离板5。其中，东端布置一个两层支撑钢架6，西端布置两个两层支撑钢架6，中间布置一个单层支撑钢架6，四个支撑钢架的第一层上连接着刚性支撑平台7，刚性支撑平台7上固定有气动阻尼系统2，三个两层支撑钢架上固定有减速导轨4。其中，支撑钢架包括支撑横梁601和支撑竖梁602，梁上均预留有螺栓孔604，横竖梁之间通过紧固螺栓605进行连接。气动阻尼系统2，三个两层支撑钢架上固定有减速导轨4与支撑横梁602之间同样通过螺栓连接，其位置根据试验需要可在预留螺栓孔间自由调整。四个支撑钢架通过底部固定板嵌固在振动台试验室混凝土整体基础上。气动阻尼系统2包括钢丝绳固定螺栓组201，定滑轮202，钢丝绳203，气动阻尼器限定板204，动滑轮205，气动阻尼器伸缩杆206，气动阻尼器储气筒207等。其中，钢丝绳203一端连接着减速网网口绳索绳102，随后穿过支撑钢架6上的定滑轮201，接着穿过气动阻尼器中的动滑轮205，最后通过钢丝绳固定螺栓组201将钢丝绳另一端固定在支撑钢架上，从而使得减速网能够带动气动阻尼器协同工作，形成两级耗能。定滑轮201通过螺栓固定在前端支撑钢架6的一二级横梁上，动滑轮205则焊接在气动阻尼器的伸缩杆206上，两者组成滑轮组，滑轮组的主要作用是将高速模型列车的运动距离缩短后限定在气动阻尼器的量程范围内，如单组滑轮缩放效果不理想，可以设置多组滑轮组。滑轮组的位置和数量同样可以根据实验需要进行灵活调整。减速网1包括减速网吊绳101，减速网网口伸缩绳102和网身103，整个减速网1的形状应该与试验模型列车契合，减速网网口可收缩，当试验模型列车全部进入减速网后，网口会自动封口闭合，防止试验模型列车反弹掉出减速网，减速网网口伸缩绳102与钢丝绳203相连，减速网在网口和网底位置通过减速网吊绳101与导轨挂钩钩环302相连，从而使得减速网1悬吊在减速导轨4下。减速网吊绳101应该具有足够的强度，保证具有强大动能的试验模型列车进入减速网1后，不至于拉断吊绳或吊绳变形过大碰撞到四周的其他结构构件。减速网1可跟随导轨挂钩3一起在减速导轨4上定向滑动，从而有效限制减速网的运动，保证试验模型列车进入减速网后不会因为晃动过大碰撞到周围结构构件。上述设计的气动阻尼减速网行车系统两级无损列车捕获装置，具有两级耗能、无损捕获、布置灵活等诸多特点，其能够为地震作用下高速列车行车安全相关试验研究提供试验模型列车回收捕获的技术保障。