车桥耦合振动模型试验的加速和减速装置及其加速和减速方法与流程

本发明属于桥梁工程技术领域。特别涉及一种车桥耦合振动模型试验的加速和减速装置及其加速和减速方法。

背景技术：

近年来，随着重载交通的发展和桥梁结构趋于大跨、轻型化，车辆动荷载在桥梁所受荷载中所占比例逐渐增大，车辆荷载对桥梁结构的冲击和振动影响，已成为桥梁结构计算分析中不可忽略的重要因素之一。

在公路工程中，研究车桥耦合相互作用时，新的动态参数随着桥梁结构类型、跨度、加载位置以及车辆等因素的变化而变化，为确定其大小往往需要大量的重复试验，而现场试验不仅操作难、投资大、周期长，而且不确定性因素较多，对动态参数的确定影响较大。因此，采用车桥耦合振动实验模型装置进行模拟实验是一种高效的分析手段。

现有车桥耦合模型试验装置的加速方法中，坡道大多采用曲率突变或曲率连续变化的曲线形式。曲率突变的坡道加工便捷，但是在坡道末端与水平引道之间存在突变(曲线上曲率为固定值，是曲率半径的倒数，直线段曲率为0)。在试验过程中，车辆模型的重心瞬间下移，使模型车辆的减震弹簧81压缩，从而产生振动，使车辆在进入试验平台前存在竖向位移，车体上下跳动，即模型车辆产生桥头跳车现象，造成实验误差。曲率连续变化的坡道理论上可以解决曲率突变坡道所存在的跳车问题，但是曲线形式较为理想化，在施加加工时造价较高且困难，加工不理想时，还是会存在桥头跳车的现象。

现有车桥耦合模型试验装置减速采用的装置主要有多级耗能减速装置、缓冲耗能减速装置、坡道减速装置等。多级耗能减速装置与缓冲耗能减速装置均存在撞击现象，冲击的产生不仅造成较大的噪声，而且对车辆模型甚至整个装置产生存在潜在的危害，对其耐久性不利。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种车桥耦合振动模型试验的加速和减速装置及其加速和减速方法，本发明采用弹性势能与动能相互转化的方法，通过加速装置解决现有坡道加速装置存在的桥头跳车问题；通过减速装置，并将减速装置安装于导轨之上，解决现有撞击耗能减速方法冲击大、噪声响、损害高等问题。

本发明之一种车桥耦合振动模型试验的加速和减速装置，包括加速段、车桥耦合振动试验区、水平引道、减速段、支撑装置、桥梁支座和水平导轨；加速段具有加速装置；车桥耦合振动试验区包括桥梁模型和模型车辆；减速段具有减速装置。

加速段、车桥耦合振动试验区、水平引道和减速段从左至右水平衔接在一起，加速段、水平引道和减速段由支撑装置支撑，车桥耦合振动试验区由桥梁支座支撑，两根水平导轨间隔设置在加速段、车桥耦合振动试验区、水平引道和减速段上方；

所述加速装置为弹簧，可根据模型车辆所需不同速度更换不同刚度的弹簧。同时，不局限于弹簧，所述加速装置也可为弹性绳等可释放弹性势能的装置。弹簧一端由螺栓固定在加速段底板上，弹簧与螺栓高度均低于模型车辆车轴的高度，弹簧另一端装有倒钩装置，倒钩装置与模型车辆后轴连接。当弹簧伸长量为零时，模型车辆速度达到最大，继续向前行驶，倒钩装置自动与模型车辆后轴脱离。

所述的模型车辆的车体两侧安装有导轮，导轮与外侧的具有定向作用的水平导轨内侧接触限位，使模型车辆始终沿水平导轨方向前进。当弹簧处于拉伸状态，储存弹性势能，释放弹簧后，弹性势能转化为模型车辆动能，当弹簧拉伸量为零时，模型车辆达到最大速度，并以该速度继续前行进入车桥耦合振动试验区，而弹簧的倒钩装置与模型车辆后轴自动脱落，实现对模型车辆的零影响，实现模型车辆的加速。

所述的水平引道的长度大于模型车辆的长度。

所述的减速装置为弹性刹车片，减速段的两根水平导轨内侧均安装弹性刹车片，弹性刹车片的厚度从内侧向外侧逐渐加厚；

当模型车辆进入减速段后，安装在模型车辆上的导轮与安装在水平导轨上的弹性刹车片摩擦，由于弹性刹车片的厚度沿模型车辆前进方向逐渐增厚，实现摩擦力逐渐增大，达到类似实际车辆的刹车效果。无需设计防回溜装置，即可实现模型车辆的平稳减速，直至停车。

本发明之装置的加速和减速方法：

1、加速过程：

本发明采用利用加速装置将弹性势能转化为动能的加速方法：加速装置的弹簧储存弹性势能，弹簧末端倒钩装置与模型车辆后轴相连，释放弹簧，将弹性势能转化为模型车辆的动能，实现模型车辆加速。

弹簧一段由螺栓固定在加速段底板上，弹簧与螺栓高度均低于模型车辆车轴的高度，弹簧另一端装有倒钩装置，与模型车辆后轴连接。模型车辆车体两侧安装有导轮，导轮外侧安装具有定向作用的水平导轨，使车辆始终沿水平导轨方向前进。当弹簧处于拉伸状态，储存弹性势能，释放弹簧后，弹性势能转化为模型车辆动能，当弹簧拉伸量为零时，模型车辆达到最大速度，并以该速度继续前行进入车桥耦合振动试验区，而弹簧倒钩装置与模型车辆后轴自动脱落，实现对模型车辆的零影响，实现模型车辆的加速。

2、减速过程：

当模型车辆通过水平引道，进入减速段后，安装在模型车辆上的导轮与安装在水平导轨上的弹性刹车片摩擦，无需设计防回溜装置，即可实现模型车辆的平稳减速，直至停车。

弹性刹车片安装在水平导轨上，且弹性刹车片的厚度沿模型车辆前进方向逐渐增厚。当模型车辆驶离车桥耦合振动试验区，驶过水平引道进入减速段时，安装在模型车辆两侧的导轮与安装在水平导轨上的弹性刹车片产生摩擦作用，并且随着车辆的前进，摩擦力逐渐增大，类似于实际车辆的正常刹车过程。同时，减速装置安装水平导轨之上，与模型车辆脱离，对装置的耐久性有利。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明通过加速装置解决现有坡道加速装置存在的桥头跳车问题；通过减速装置，并将减速装置安装于导轨之上，解决现有撞击耗能减速方法冲击大、噪声响、损害高等问题。

2、本发明之装置，安装制作简便，造价低，适用于多种工况下的车桥耦合振动模型试验。

3、本发明之加速方法，可根据具体需要更换不用刚度的弹簧，适用于不同重量、不同速度的车辆模型。

4、本发明的加速装置与车桥耦合模型试验区处于同一水平面，相对于坡道加速装置，可去掉加速段与车桥耦合模型试验区之间的水平引道，更节省空间，为主体部分提供了更大的自由空间，可进一步研究不同跨径、多车过桥情况下的车桥耦合振动问题。

5、本发明的类似于实际车辆的减速装置，保证车辆平稳减速，无噪声，无振动，整个减速过程中车辆模型不参与摩擦，对车体无损害。

6、本发明的水平导轨为引道车辆按照既定路线行驶，可根据车辆不同行驶方向自行更换。

附图说明

图1本发明的侧视图。

图2本发明的俯视图。

图3本发明的加速装置侧视图。

图4本发明的加速装置后视图。

图5本发明的减速装置示意图。

其中，1-加速段；2-车桥耦合振动试验区；3-水平引道；4-减速段；5-导轮；6-水平导轨；7-减速装置；71-弹性刹车片；8-加速装置；81-弹簧；82-螺栓；83-倒钩装置；9-模型车辆；9-模型车辆后轴；10-桥梁支座；11-支撑装置；12-桥梁模型。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明之一种车桥耦合振动模型试验的加速、减速装置，包括加速段1、车桥耦合振动试验区2、水平引道3、减速段4、支撑装置11、桥梁支座10和水平导轨6；加速段1具有加速装置8；车桥耦合振动试验区2包括桥梁模型12和模型车辆9；减速段4具有减速装置7。

加速段1、车桥耦合振动试验区2、水平引道3和减速段4从左至右水平衔接在一起，加速段1、水平引道3和减速段4由支撑装置支撑，车桥耦合振动试验区2由桥梁支座10支撑，两根水平导轨6间隔设置在加速段1、车桥耦合振动试验区2、水平引道3和减速段4上方；

所述加速装置8为弹簧81，可根据模型车辆9所需不同速度更换不同刚度的弹簧81。同时，不局限于弹簧81，所述加速装置8也可为弹性绳等可释放弹性势能的装置。弹簧81一端由螺栓82固定在加速段1底板上，弹簧81与螺栓82高度均低于模型车辆9车轴的高度，弹簧81另一端装有倒钩装置83，倒钩装置83与模型车辆后轴91连接。当弹簧81伸长量为零时，模型车辆9速度达到最大，继续向前行驶，倒钩装置83自动与模型车辆后轴91脱离。

模型车辆9的车体两侧安装有导轮5，导轮5与外侧的具有定向作用的水平导轨6内侧接触限位，使模型车辆9始终沿水平导轨6方向前进。当弹簧81处于拉伸状态，储存弹性势能，释放弹簧81后，弹性势能转化为模型车辆9动能，当弹簧81拉伸量为零时，模型车辆9达到最大速度，并以该速度继续前行进入车桥耦合振动试验区2，而弹簧81的倒钩装置83与模型车辆后轴91自动脱落，实现对模型车辆9的零影响，实现模型车辆9的加速。

所述的水平引道3的长度大于模型车辆9的长度。

所述的减速装置7为弹性刹车片71，减速段4的两根水平导轨6内侧均安装弹性刹车片71，弹性刹车片71的厚度从内侧向外侧逐渐加厚；

当模型车辆9进入减速段4后，安装在模型车辆9上的导轮5与安装在水平导轨6上的弹性刹车片71摩擦，由于弹性刹车片71的厚度沿模型车辆9前进方向逐渐增厚，实现摩擦力逐渐增大，达到类似实际车辆的刹车效果。无需设计防回溜装置，即可实现模型车辆9的平稳减速，直至停车。

本发明之装置的加速和减速方法：

1、加速过程：

如图3和图4所示，本发明采用利用加速装置8将弹性势能转化为动能的加速方法：加速装置8的弹簧81储存弹性势能，弹簧81末端倒钩装置83与模型车辆后轴91相连，释放弹簧81，将弹性势能转化为模型车辆9的动能，实现模型车辆9加速。

如图1、图2、图3和图4所示，弹簧81一段由螺栓82固定在加速段1底板上，弹簧81与螺栓82高度均低于模型车辆9车轴的高度，弹簧81另一端装有倒钩装置83，与模型车辆后轴91连接。模型车辆9车体两侧安装有导轮5，导轮5外侧安装具有定向作用的水平导轨6，使车辆始终沿水平导轨6方向前进。当弹簧81处于拉伸状态，储存弹性势能，释放弹簧81后，弹性势能转化为模型车辆9动能，当弹簧81拉伸量为零时，模型车辆9达到最大速度，并以该速度继续前行进入车桥耦合振动试验区2，而弹簧81倒钩装置83与模型车辆后轴91自动脱落，实现对模型车辆9的零影响，实现模型车辆9的加速。

2、减速过程：

如图1、图2和图5所示，当模型车辆9通过水平引道3，进入减速段4后，安装在模型车辆9上的导轮5与安装在水平导轨6上的弹性刹车片71摩擦，无需设计防回溜装置，即可实现模型车辆9的平稳减速，直至停车。

弹性刹车片71安装在水平导轨6上，且弹性刹车片71的厚度沿模型车辆9前进方向逐渐增厚。当模型车辆9驶离车桥耦合振动试验区2，驶过水平引道3进入减速段4时，安装在模型车辆9两侧的导轮5与安装在水平导轨6上的弹性刹车片71产生摩擦作用，并且随着车辆的前进，摩擦力逐渐增大，类似于实际车辆的正常刹车过程。同时，减速装置7安装水平导轨6之上，与模型车辆9脱离，对装置的耐久性有利。