一種路基動力加載模型試驗系統技術方案

本發明專利技術公開了一種路基動力加載模型試驗系統，由試驗箱、兩套加固樁嵌固裝置、加載裝置、兩套制動裝置構成。通過千斤頂和激振器分別模擬列車恒載和行進過程產生的沖擊力，通過電機驅動模型轉向架在模型軌道上高速運動，通過合理設置各模型轉向架之間的間距及模型軌道長度實現僅用有限個模型轉向架即可模擬出多節車廂相繼經過該段路基的作用效果。解決了單點激振與多作動器聯動模擬列車荷載時不能實現荷載移動的問題，將列車行進產生的沖擊力考慮進去，更符合實際。該試驗系統可用于測試重載列車作用下路基動力響應以及檢驗斜向高壓旋噴樁加固路基的加固效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術主要涉及列車荷載作用下路基的動力響應，尤其是涉及一種路基動力加載模型試驗系統。
技術介紹
重載鐵路輸送能力大、社會經濟效益顯著，發展重載鐵路運輸已成為我國加速提高鐵路運輸能力的主要途徑。另一方面，隨著大批客運專線相繼投入運營，既有線的運輸能力得到一定程度的釋放。對既有線路進行有計劃加固改造后開行重載鐵路能充分利用既有線路資源，節約資金。近年來的工程實踐表明，既有線經加固改造后開行重載鐵路是可行的，但仍存在許多問題，例如，由于重載鐵路的列車牽引質量大、行車密度高，導致路堤出現了不同程度的沉降。另外，列車軸重的增加導致路基的動力響應也大幅增加，路基振動易導致邊坡滑塌、道砟沉陷、冒泥翻漿等病害，應引起足夠重視。采用斜向高壓旋噴樁加固鐵路路基相比其他加固技術具有不斷交施工、施工質量容易控制的優點，故其被廣泛地應用于既有線加固工程中，但其應用在既有線擴能改造工程中的加固效果還有待時間的檢驗。無論是監測重載列車作用下路基的動力響應，還是評價斜向高壓旋噴樁對既有鐵路路基的加固效果，原位測試和模型試驗都是最直接、最有效的手段。原位監測可以很好地研究路基動態響應，但需要耗費大量的人力、物力和時間，室內模型試驗與原位監測相比，試驗的可控性比較強，受外界環境干擾較小，可忽略次要因素而研究主要因素，利于發現規律。但對于列車作用下路基動力響應開展的模型試驗十分有限，既有試驗裝置不能很好地模擬實際情況。開展列車荷載作用下路基動力響應模型試驗的最大的難點就是如何較好地模擬列車荷載，較早開展的模型試驗一般采用單點激振模擬列車荷載，與現實情況有非常大的差距。為了克服這一問題，公開號為CN102109419A，公開日期為2011年06月29日的中國專利高速鐵路列車運行荷載的模擬加載系統提出了采用多作動器間隔一定相位聯合作動的加載方法，各作動器直接作用于鐵軌扣件上。該方法存在的問題是：①作動器輸入的荷載時程曲線由數值模型得出，其準確性本身就有待檢驗，將其作為荷載時程曲線加載至路基模型測試得到的動力響應準確性難以保證；②由于列車對軌道的作用力通過扣件傳遞給軌枕再傳遞給路基，故其采用將作動器加載至扣件上，但這樣就忽略了扣件本身沿路基縱向的寬度，給扣件施加了一個均勻的力，而實際中扣件受力是不均勻的；③所需電液伺服作動器數量多，不可能廣泛開展試驗；④列車荷載是沿線路運行的移動荷載，列車經過某點時，相當于施加了一個沖擊荷載，而作動器采用連續的加載函數來模擬，不符合實際；⑤由于試驗采用的伺服加載作動器對輸入加載函數有一定要求，故需將有限元模型得到的時程曲線中的突兀與峰值進行處理，導致其不能考慮由軌道不平順、輪軌接觸面不均勻磨損等因素造成的沖擊力，而將車輪荷載簡化為勻速移動的恒力，產生與實際情況非常大的差距。
技術實現思路
本專利技術為解決現有試驗設備不能精確模擬列車荷載作用的問題而提出，其目的是提供一種路基動力加載模型試驗系統。本專利技術的技術方案是：一種路基動力加載模型試驗系統，由試驗箱、兩套加固樁嵌固裝置、加載裝置、兩套制動裝置構成。1)所述試驗箱由至少四根鋼管立柱、沿路基模型行車方向布置的兩塊主要側板A和若干塊輔助側板A、垂直路基模型行車方向布置的兩塊主要側板B和若干塊輔助側板B、兩根橫向連接兩鋼管立柱底端的連接槽鋼、嵌擠于鋼管立柱或連接槽鋼與側板B之間的膠墊構成。2)所述加固樁嵌固裝置由后支架、前支架、一根橫梁、兩根橫向限位桿、若干根一級嵌固槽、若干根二級嵌固槽、若干個調角螺栓構成。3)所述加載裝置包括模型轉向架、四根由工字鋼制成的模型軌道、加載反力架、固定于加載反力架上的反力縱梁、固定在反力縱梁上的反力滑道。所述模型轉向架包括動滑輪、滑輪固定板、千斤頂、激振器、荷重傳感器、彈簧J、激振傳力架、頂桿作用槽、千斤頂傳力板、彈簧Q、伸縮限位筒、工型板、軸承、車軸、車輪、電機架、永磁直流電機、傳動輪、傳送帶、電瓶、控制器、停止按鈕、正轉控制按鈕、反轉控制按鈕。4)所述制動裝置包括制動軌道、制動端板、制動反力縱梁、制動滑道、滑動支架、固定支架、步進電機、步進電機控制器、步進電機驅動器、一級制動彈簧、伸縮導向桿、一級制動板、二級制動彈簧、二級制動板、脈沖信號發射按鈕、曲柄連桿結構。所述鋼管立柱的兩個側面上帶有用于固定側板A和側板B的卡槽、底部帶有用于將試驗箱錨固于地面上的錨固板，所述主要側板A、輔助側板A由木板制成，所述主要側板B由鋼化玻璃制成，所述輔助側板B由鋼化玻璃或木板制成。所述后支架、前支架錨固于地面上，所述橫梁和橫向限位桿的兩端分別焊接有螺母，可配合相應的螺栓分別將橫梁和橫向限位桿固定在后支架和前支架的豎向滑槽中，所述一級嵌固槽的后端鉸接于橫梁上，中間由兩根橫向限位桿夾緊以固定其豎向位置及角度，所述二級嵌固槽鉸接于一級嵌固槽的前端，由調角螺栓調節二級嵌固槽相對一級嵌固槽的角度。所述一級嵌固槽由兩片槽鋼制成、所述二級嵌固槽由兩片弧形鋼板制成。所述模型軌道下部帶有由表面光滑的薄鋼片制成的防落土板。所述加載反力架至少兩個，每個加載反力架由兩根立柱、一根橫梁以及兩根斜撐構成，立柱、橫梁、斜撐焊接或用螺栓組合在一起，立柱底部帶有用于將反力架錨固于地面上的錨固板。所述動滑輪與滑輪固定板之間通過U型板和轉軸連接，U型板可繞固定于滑輪固定板上的轉軸轉動，所述滑輪固定板固定于千斤頂底端。所述千斤頂頂桿端部安裝有荷重傳感器，安裝有荷重傳感器的千斤頂頂桿作用在千斤頂傳力板上的頂桿作用槽內。所述千斤頂傳力板中間開有方形通孔，下側焊接有四個伸縮限位筒，伸縮限位筒外側套有彈簧。所述伸縮限位筒的下端、彈簧的下端均焊接在工型板的上側，所述工型板兩端的下側焊接在兩個軸承上，所述軸承為滾動軸承，軸承的內圈與車軸焊接在一起、外圈與工型板焊接在一起。所述車軸的兩端連接有車輪，所述車輪放置在所述模型軌道上。所述激振器通過彈簧J和伸縮限位筒彈性地安裝在激振傳力架上，激振器頂桿與激振傳力架的頂板接觸，激振傳力架穿過千斤頂傳力板的方形通孔后與車軸上的工型板連接在一起。所述電機架焊接在兩個工型板之間，所述永磁直流電機固定在電機架上，所述永磁直流電機的控制器及為永磁直流電機提供電能的電瓶均放置在千斤頂傳力板上。所述停止按鈕有兩個、正轉控制按鈕和反轉控制按鈕各有一個，其中，兩個停止按鈕分別通過按鈕彈簧固定在千斤頂傳力板的前后兩個側面上，其作用相同；正轉控制按鈕和反轉控制按鈕分別通過按鈕彈簧固定在千斤頂傳力板的前后兩個側面上，其分別控制永磁直流電機的正轉、反轉。所述用于連接停止按鈕的按鈕彈簧短于用于連接正轉控制按鈕或反轉控制按鈕的按鈕彈簧。所述傳動輪分別位于車軸和永磁直流電機的動力輸出軸上，永磁直流電機上的傳動輪與車軸上的傳動輪之間通過傳送帶連接。所述制動軌道、制動反力縱梁、制動滑道的中心線均為豎曲線，制動反力縱梁、制動滑道、制動軌道、制動端板均固定在滑動支架上，滑動支架的前后端帶有滑輪。所述固定支架錨固于地面上，固定支架的頂部帶有與滑動支架底部所帶滑輪相匹配的滑槽。所述步進電機放置在固定支架上，步進電機的動力輸出軸通過曲柄連桿結構與滑動支架的底部橫梁相連接。所述步進電機、步進電機驅動器、步進電機控制器、脈沖信號發射按鈕分別通過導線連通。所述制動端板的前端安裝有一級制動彈簧和伸縮導向桿，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種路基動力加載模型試驗系統，其特征在于：由試驗箱（1）、兩套加固樁嵌固裝置（2）、加載裝置（3）、兩套制動裝置（4）構成，所述試驗箱（1）由至少四根鋼管立柱（1?1）、沿路基模型行車方向布置的兩塊主要側板A（1?2?1）和若干塊輔助側板A（1?2?2）、垂直路基模型行車方向布置的兩塊主要側板B（1?3?1）和若干塊輔助側板B（1?3?2）、兩根橫向連接兩鋼管立柱（1?1）底端的連接槽鋼（1?4）、嵌擠于鋼管立柱（1?1）或連接槽鋼（1?4）與側板B（1?3）之間的膠墊（1?5）構成；所述加固樁嵌固裝置（2）由后支架（2?1）、前支架（2?2）、一根橫梁（2?3）、兩根橫向限位桿（2?4）、若干根一級嵌固槽（2?5）、若干根二級嵌固槽（2?6）、若干個調角螺栓（2?7）構成；所述加載裝置（3）包括模型轉向架（3?1）、兩組由工字鋼制成的模型軌道（3?2）、加載反力架（3?3）、固定于加載反力架（3?3）上的反力縱梁（3?4）、固定在反力縱梁（3?4）上的兩組反力滑道（3?5）；所述模型轉向架（3?1）包括動滑輪（3?1?1）、滑輪固定板（3?1?2）、千斤頂（3?1?3）、激振器（3?1?4）、荷重傳感器（3?1?5）、彈簧J（3?1?6）、激振傳力架（3?1?7）、頂桿作用槽（3?1?8）、千斤頂傳力板（3?1?9）、彈簧Q（3?1?10）、伸縮限位筒（3?1?11）、工型板（3?1?12）、軸承（3?1?13）、車軸（3?1?14）、車輪（3?1?15）、電機架（3?1?16）、永磁直流電機（3?1?17）、傳動輪（3?1?18）、傳送帶（3?1?19）、電瓶（3?1?20）、控制器（3?1?21）、停止按鈕（3?1?22）、正轉控制按鈕（3?1?23）、反轉控制按鈕（3?1?24）；所述制動裝置（4）包括制動軌道（4?1）、制動端板（4?2）、制動反力縱梁（4?3）、制動滑道（4?4）、滑動支架（4?5）、固定支架（4?6）、步進電機（4?7）、步進電機控制器（4?8）、步進電機驅動器（4?9）、一級制動彈簧（4?10）、伸縮導向桿（4?11）、一級制動板（4?12）、二級制動彈簧（4?13）、二級制動板（4?14）、脈沖信號發射按鈕（4?15）、曲柄連桿結構（4?16）。...

【技術特征摘要】
1.一種路基動力加載模型試驗系統，其特征在于：由試驗箱（1）、兩套加固樁嵌固裝置（2）、加載裝置（3）、兩套制動裝置（4）構成，所述試驗箱（1）由至少四根鋼管立柱（1-1）、沿路基模型行車方向布置的兩塊主要側板A（1-2-1）和若干塊輔助側板A（1-2-2）、垂直路基模型行車方向布置的兩塊主要側板B（1-3-1）和若干塊輔助側板B（1-3-2）、兩根橫向連接兩鋼管立柱（1-1）底端的連接槽鋼（1-4）、嵌擠于鋼管立柱（1-1）或連接槽鋼（1-4）與側板B（1-3）之間的膠墊（1-5）構成；所述加固樁嵌固裝置（2）由后支架（2-1）、前支架（2-2）、一根橫梁（2-3）、兩根橫向限位桿（2-4）、若干根一級嵌固槽（2-5）、若干根二級嵌固槽（2-6）、若干個調角螺栓（2-7）構成；所述加載裝置（3）包括模型轉向架（3-1）、兩組由工字鋼制成的模型軌道（3-2）、加載反力架（3-3）、固定于加載反力架（3-3）上的反力縱梁（3-4）、固定在反力縱梁（3-4）上的兩組反力滑道（3-5）；所述模型轉向架（3-1）包括動滑輪（3-1-1）、滑輪固定板（3-1-2）、千斤頂（3-1-3）、激振器（3-1-4）、荷重傳感器（3-1-5）、彈簧J（3-1-6）、激振傳力架（3-1-7）、頂桿作用槽（3-1-8）、千斤頂傳力板（3-1-9）、彈簧Q（3-1-10）、伸縮限位筒（3-1-11）、工型板（3-1-12）、軸承（3-1-13）、車軸（3-1-14）、車輪（3-1-15）、電機架（3-1-16）、永磁直流電機（3-1-17）、傳動輪（3-1-18）、傳送帶（3-1-19）、電瓶（3-1-20）、控制器（3-1-21）、停止按鈕（3-1-22）、正轉控制按鈕（3-1-23）、反轉控制按鈕（3-1-24）；所述制動裝置（4）包括制動軌道（4-1）、制動端板（4-2）、制動反力縱梁（4-3）、制動滑道（4-4）、滑動支架（4-5）、固定支架（4-6）、步進電機（4-7）、步進電機控制器（4-8）、步進電機驅動器（4-9）、一級制動彈簧（4-10）、伸縮導向桿（4-11）、一級制動板（4-12）、二級制動彈簧（4-13）、二級制動板（4-14）、脈沖信號發射按鈕（4-15）、曲柄連桿結構（4-16）。2.根據權利要求1所述的一種路基動力加載模型試驗系統，其特征在于：所述鋼管立柱（1-1）的兩個側面上帶有用于固定側板A（1-2）和側板B（1-3）的卡槽、底部帶有用于將試驗箱（1）錨固于地面上的錨固板，所述主要側板A（1-2-1）、輔助側板A（1-2-2）由木板制成，所述主要側板B（1-3-1）由鋼化玻璃制成，所述輔助側板B（1-3-2）由鋼化玻璃或木板制成。3.根據權利要求1所述的一種路基動力加載模型試驗系統，其特征在于：所述后支架（2-1）、前支架（2-2）錨固于地面上，所述橫梁（2-3）和橫向限位桿（2-4）的兩端分別焊接有螺母，可配合相應的螺栓分別將橫梁（2-3）和橫向限位桿（2-4）固定在后支架（2-1）和前支架（2-2）的豎向滑槽中，所述一級嵌固槽（2-5）的后端鉸接于橫梁（2-3）上，中間由兩根橫向限位桿（2-4）夾緊以固定其豎向位置及角度，所述二級嵌固槽（2-6）鉸接于一級嵌固槽（2-5）的前端，由調角螺栓（2-7）調節二級嵌固槽（2-6）相對一級嵌固槽（2-5）的角度，所述一級嵌固槽（2-5）由兩片槽鋼制成、所述二級嵌固槽（2-6）由兩片弧形鋼板制成。4.根據權利要求1所述的一種路基動力加載模型試驗系統，其特征在于：所述模型軌道（3-2）下部帶有由表面光滑的薄鋼片制成的防落土板（3-2-1）。5.根據權利要求1所述的一種路基動力加載模型試驗系統，其特征在于：所述加載反力架（3-3）至少兩個，每個加載反力架（3-3）由兩根立柱、一根橫梁以及兩根斜撐構成，立柱、橫梁、斜撐焊接或用螺栓組合在一起，立柱底部帶有用于將加載反力架（3-3）錨固于地面上的錨固板。6.根據權利要求1所述的一種路基動力加載模型試驗系統，其特征在于：所述動滑輪（3-1-1）與滑輪固定板（3-1-2）之間通過U型板和轉軸連接，U型板可繞固定于滑輪固定板（3-1-2）上的轉軸轉動，所述滑輪固定板（3-1-2）固定于千斤頂（3-1-3）底端。7.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董捷，趙聰，胡子陽，武志輝，李鑫，張松，田易卓，宋思遠，戎賀偉，
申請(專利權)人：河北建筑工程學院，
類型：發明
國別省市：河北;13