具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的制造方法
具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高速铁路振动试验设备，具体涉及一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置。
【背景技术】
[0002]我国铁路事业虽然起步晚，但是发展迅猛，如今不论是总里程和运行速度都排在世界前列。由于我国地域辽阔，地质条件复杂，铁路不可避免的要跨越许多山川峡谷、江河湖泊等恶劣地理区域，故桥梁在铁路线路中所占比重大，尤其是近几年尚铁线路。尚速铁路为满足线路平顺性和稳定性的要求，往往连续几公里甚至十几公里都采用高架桥，使得地震发生时列车在桥上的几率很大。地震作用下列车脱轨或倾覆事故国内外时有发生，我国是地震多发国家，研宄地震作用下高速列车的安全、舒适运行及车桥耦合振动性能成为各级政府和人民群众关注的焦点。地震作用下列车运行稳定性及车桥耦合振动的研宄现仍局限于理论分析和数值模拟，缺乏试验验证，主要原因是相关的试验设备和试验技术少。因此，研宄一种新型振动台列车动态模拟试验系统意义重大。
【实用新型内容】
[0003]为了弥补现有技术的缺陷，本实用新型专利提供了一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，能够真实模拟地震作用下列车运行稳定性及车桥耦合振动。
[0004]为了实现上述技术目的，本实用新型专利的技术方案是:一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，包括用于模拟高铁列车的车辆模型、用于提供车辆模型循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架以及试验数据采集设备；车辆模型与循环轨道之间设有用于防止车辆模型从循环轨道上脱落的防脱机构。
[0005]可选地，防脱机构采用沿循环轨道铺设方向布置在循环轨道表面并用于限制车辆模型的车轮沿循环轨道径向脱出的支撑导轨。
[0006]可选地，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置并从车辆模型的车轮的两相对方向抱箍车轮的夹持导轨。
[0007]可选地，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置的槽形导轨，槽形导轨的槽底贴合在车辆模型的车轮外侧轮面上，槽形导轨的槽口扣合在车辆模型的车轮内侧轮面上。
[0008]可选地，循环轨道沿竖直方向布置，循环轨道包括轨道面朝下的上部的试验段轨道、轨道面朝上的下部的试验段轨道、引导段轨道以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨；试验段轨道用于连通上部的试验段轨道与下部的试验段轨道；支撑导轨沿循环轨道的轨道中心轴布设。
[0009]可选地，循环轨道沿水平方向布置，循环轨道包括两条轨道面朝上并且相互平行的试验段轨道、设于试验段轨道两端并用于将车辆模型从一条试验段轨道端部以环形方式引入到另一条试验段轨道的水平环形引导段轨道以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨；支撑导轨沿循环轨道的轨道中心轴布设。
[0010]可选地，试验段轨道与水平环形引导段轨道之间还设有用于消减车辆模型在轨道转弯部位的冲击力的过渡段；过渡段的第一端通过万向铰和橡胶导轨与试验段轨道连接；过渡段的第二端通过万向铰和橡胶导轨与水平环形引导段轨道连接。
[0011]可选地，桥梁振动模型包括桥梁板、支撑在桥梁板底部的桥墩以及设于桥墩底部的振动台；桥梁板的板侧设有用于感应振动信息的传感器。
[0012]可选地，车辆模型包括车身平台，车身平台两侧分别装有两组车轮；车身平台上设有激振器、蓄电池、带触摸屏的控制箱以及配重质量块；控制箱内设有电机调速控制器、定位触发开关、急停开关、PLC控件和电源开关。
[0013]可选地，车身平台底部设有车轮轮轴、用于支撑车轮轮轴的轴承以及用于联接前部车轮轮轴和后部车轮轮轴的驱动轴；车轮轮轴上装有转向器；车轮轮轴通过联轴器与驱动轴联接，车轮轮轴与驱动轴联接的部位设有编码器；无刷直流电机的输出端通过减速器连接在驱动轴上；驱动轴上装有轴刹装置；车身平台上设有用于感应车辆模型行使信息的传感器。
[0014]本实用新型的有益技术效果是:
[0015]1、装置功能先进
[0016]装置可以试验模拟地震下上部列车引起桥梁的弱作用与振动台引起桥梁震动的强作用相互耦合，实现列车和地震的混合模拟，可完成单列火车运行，两车会车或并行等运行工况下静力、动力试验研宄，为地震作用下的列车运行稳定性及车桥耦合振动性能的试验研宄提供了技术保证。
[0017]2、本实用新型车辆模型功能完善，能真实模拟车辆激励荷载
[0018]车辆模型自身安装动力装置，试验时无需外界拖引，并且运动方式可预先进行设置。同时，车辆模型轴重可以通过调整配重质量块进行改变，轴距也可以进行调节，车辆模型上安装了电磁式惯性激振器，激振器采用MIMO闭环控制系统进行振动控制。车辆模型能较为真实地模拟车辆激励荷载，从而获得更准确的试验数据。
[0019]3、本实用新型能够实现车辆模型多次往复和高速运行
[0020]通过车辆运行控制系统和车辆动力驱动装置，可以有效地模拟车辆模型在桥梁上的多种运行工况，包括加速、减速和匀速通过桥梁模型；同时，车辆模型的车轮滑嵌在环形轨道内，确保车辆模型得以沿着环形轨道运行，同时确保车辆模型高速运行时，在转弯段离心力的作用下车辆模型不至于和环形轨道脱离。
[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；
[0023]图2是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；
[0024]图3是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；
[0025]图4是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；
[0026]图5是本实用新型实施例的水平单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；
[0027]图6是图2中1-1剖面视图；
[0028]图7是图4中2-2剖面视图；
[0029]图8是引导段和试验段及过渡段铰接处的示意图；
[0030]图9是引导段和试验段铰接处的剖面视图；
[0031]图10是车辆模型的整体结构示意图；
[0032]图11是车辆模型的调节车身长度后的整体结构示意图；
[0033]图12是车辆模型的车身底部结构平面图；
[0034]图13是车辆模型的车身结构示意图；
[0035]图14是控制箱的示意图；
[0036]图15是控制箱内部装置的示意图；
[0037]图16是配重质量块的示意图；
[0038]图17是蓄电池的示意图。
[0039]其中，I为引导段轨道，2为试验段轨道，3为车辆模型，4为桥梁振动模型，5为桥墩，6为引导段轨道支架，7为传感器，8为车轮，9为支撑导轨，10为轨道中心轴，11为水平环形引导段轨道，12为试验数据采集设备，13为激振器，14为蓄电池，15为控制箱，16为触摸屏，17为轴刹装置，18为联轴器，19为轴承，20为配重质量块，21为电机调速控制器，22为无刷直流电机， 23为车身平台，24为编码器，25为转向器，26为驱动轴，27为减速器，28为螺栓孔，29为螺栓，30为定位触发开关，31为急停开关，32为PLC控件，33为万向铰，34为车轮轮轴，35为电源开关，36为振动台，37为过渡段，38为橡胶导轨。
【具体实施方式】
[0040]下面对本实用新型技术内容的进一步说明，但并非对本实用新型实质内容的限制。
[0041]图1是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；图2是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；图3是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；图4是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；图5是本实用新型实施例的水平单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；图6是图2中1-1剖面视图；图7是图4中2-2剖面视图；图8是引导段和试验段及过渡段铰接处的示意图；图9是引导段和试验段铰接处的剖面视图；图10是车辆模型的整体结构示意图；图11是车辆模型的调节车身长度后的整体结构示意图；图12是车辆模型的车身底部结构平面图；图13是车辆模型的车身结构示意图；图14是控制箱的示意图；图15是控制箱内部装置的示意图；图16是配重质量块的示意图；图17是蓄电池的示意图。
[0042]如图1所示，本实用新型实施例的一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，包括用于模拟高铁列车的车辆模型3、用于提供车辆模型3循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型4、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架6以及试验数据采集设备12 ;车辆模型3与循环轨道之间设有用于防止车辆模型3从循环轨道上脱落的防脱机构。
[0043]其还在于，防脱机构采用沿循环轨道铺设方向布置在循环轨道表面并用于限制车辆模型3的车轮8沿循环轨道径向脱出的支撑导轨9。
[0044]其还在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置并从车辆模型3的车轮8的两相对方向抱箍车轮8的夹持导轨。
[0045]其还在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置的槽形导轨。槽形导轨的槽底贴合在车辆模型3的车轮8外侧轮面上。槽形导轨的槽口扣合在车辆模型3的车轮8内侧轮面上。
[0046]其还在于，循环轨道沿竖直方向布置，循环轨道包括轨道面朝下的上部的试验段轨道2、轨道面朝上的下部的试验段轨道2、引导段轨道I以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨9。试验段轨道2用于连通上部的试验段轨道2与下部的试验段轨道2。支撑导轨9沿循环轨道的轨道中心轴10布设。
[0047]其还在于，循环轨道沿水平方向布置，循环轨道包括两条轨道面朝上并且相互平行的试验段轨道2、设于试验段轨道2两端并用于将车辆模型3从一条试验段轨道2端部以环形方式引入到另一条试验段轨道2的水平环形引导段轨道11以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨9。支撑导轨9沿循环轨道的轨道中心轴10布设。
[0048]其还在于，试验段轨道2与水平环形引导段轨道11之间还设有用于消减车辆模型3在轨道转弯部位的冲击力的过渡段37。过渡段37的第一端通过万向铰33和橡胶导轨38与试验段轨道2连接。过渡段37的第二端通过万向铰33和橡胶导轨38与水平环形引导段轨道11连接。
[0049]其还在于，桥梁振动模型4包括桥梁板、支撑在桥梁板底部的桥墩5以及设于桥墩5底部的振动台36 ;桥梁板的板侧设有用于感应振动信息的传感器7。
[0050]其还在于，车辆模型3包括车身平台23，车身平台23两侧分别装有两组车轮8。车身平台23上设有激振器13、蓄电池14、带触摸屏16的控制箱15以及配重质量块20。控制箱15内设有电机调速控制器21、定位触发开关30、急停开关31、PLC控件32和电源开关35ο
[0051]其还在于，车身平台23底部设有车轮轮轴34、用于支撑车轮轮轴34的轴承19以及用于联接前部车轮轮轴34和后部车轮轮轴34的驱动轴26 ;车轮轮轴34上装有转向器25。车轮轮轴34通过联轴器18与驱动轴26联接，车轮轮轴34与驱动轴26联接的部位设有编码器24。无刷直流电机22的输出端通过减速器27连接在驱动轴26上。驱动轴26上装有轴刹装置17 ;车身平台23上设有用于感应车辆模型3行使信息的传感器7。
[0052]如图1、2、6所示，一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验系统包括桥梁振动模型4、车辆模型3、竖向布设的环形轨道、振动台36、传感器7、引导段轨道支架6、试验数据采集设备12。试验段轨道2固定于桥梁振动模型4上，竖向布设的环形轨道的环形轨道引导段由引导段轨道支架6支撑固定。桥梁振动模型4通过桥墩5设置在振动台36上。引导段轨道I和试验段轨道2及过渡段37轨道采用万向铰33铰接在一起，形成闭环环形轨道，环形轨道为单线轨道，车辆模型3沿试验段轨道2和引导段轨道I及过渡段37轨道组成的闭环环形轨道上循环运行。
[0053]如图3、4、7所示，一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验系统包括桥梁振动模型4、车辆模型3、竖向布设的环形轨道、振动台36、传感器7、引导段轨道支架6、试验数据采集设备12。试验段轨道2固定于桥梁振动模型4上，引导段轨道I由引导段轨道支架6支撑固定。桥梁振动模型4通过桥墩5设置在振动台36上。引导段轨道I和试验段轨道2及过渡段37轨道采用万向铰33铰接在一起，形成闭环环形轨道，环形轨道为双线轨道，车辆模型3沿试验段轨道2和引导段轨道I及过渡段37轨道组成的闭环环形轨道上循环运行。
[0054]如图5所示，一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验系统包括桥梁振动模型4、车辆模型3、水平环形轨道、振动台36、传感器7、引导段轨道支架6、试验数据采集设备12。试验段轨道2固定与桥梁振动模型4上，水平环形轨道的水平环形轨道引导段11由引导段轨道支架6支撑固定。桥梁振动模型4通过桥墩5设置在振动台36上。水平引导段轨道I和试验段轨道2及过渡段37轨道采用万向铰33铰接在一起，形成闭环环形轨道，环形轨道为单线轨道，车辆模型3沿试验段轨道2和引导段轨道I及过渡段37轨道组成的闭环环形轨道上循环运行。
[0055]如图6所示，图中车辆模型3包括车辆动力驱动装置和车轮8，车轮8滑嵌在试验段轨道2内，确保车辆模型3得以沿着环形轨道运行，同时确保车辆模型3高速运行时，在转弯段离心力的作用下车辆模型3不至于和环形轨道脱离；同时试验段轨道2固定于桥梁振动模型4上。
[0056]如图7所示，图中车辆模型3包括车辆动力驱动装置和车轮8，车轮8滑嵌在引导段轨道I内，确保车辆模型3得以沿着环形轨道运行，同时确保车辆模型3高速运行时，在转弯段离心力的作用下车辆模型3不至于和环形轨道脱离；同时引导段轨道I固定于轨道中心轴10上。轨道中心轴10的作用是用于固定和支撑导轨9。
[0057]如图8、图9所示，试验段轨道2和引导段轨道I之间设置过渡段37轨道，试验段轨道2和过渡段37轨道，引导段轨道I和过渡段37轨道之间均采用万向铰33连接，在铰接处导轨采用橡胶导轨38，减少了引导段轨道I对桥梁振动模型4振动试验数据的影响。
[0058]如 图10所示，车辆模型3主要是五部分，分别是车体、激振器13、蓄电池14、控制箱15、配重质量块20。蓄电池14、控制箱15安装在车体的车身平台23两侧；激振器13通过可靠连接安装在车体的车身平台23中部，激振器13可以水平放置，也可以是垂直放置，分别对模型施加水平激励和垂直激励；配重质量块20安装在激振器13的两侧，配重质量块20可以根据需要进行调整，以模拟不同的轴重。
[0059]如图11所示，车辆模型3的车身平台23可以分为三块，中间和两侧连接处有相交重叠部分，重叠部分的长度可以进行调节，且均有螺栓孔28，用螺栓29将车身平台23三部分进行锚固。调整车身平台23的长度后，再更换对应长度的驱动轴26，这样就可以调整模型车前后轴的轴距。车身平台23三部分连接处的钢板均具有足够的刚度和强度。
[0060]如图12、图13所示，模型车采用无刷直流电机22进行驱动，无刷直流电机22安装在车身平台23底部，电机机轴和减速器27的输入轴采用联轴器18连接。减速器27输出轴和驱动轴26采用联轴器18连接，减速器27可以降低电机输出的转速，进而对整车行驶速度进行控制。驱动轴26上安装轴刹装置17，当模型车到达指定位置，或处于紧急状态时，能够及时制动。驱动轴26上安装旋转编码器24，可判断模型车运行距离，并反馈车辆的实时速度和运行距离。模型车的前后轮轴34上均安装转向器25，使模型车在运行过程中可随机改变运行的方向，前进或后退。模型车轮8的车轮轮轴34通过轴承19安装在车体上，车轮8安装在轮轴34上，车轮8是可拆卸的，可以根据需要更换车轮8。模型车上安装传感器7，传感器7可测试模型车运行过程中车轴处的的压力的变化值和车体在运行过程中的振动加速度。
[0061]如图14、图15所示，控制箱15上面安装有触摸屏16，内部安装电源开关35、急停开关31、定位触发开关30、电机调速控制器21和PLC控件32。
[0062]图16是配重质量块20的示意图，配重质量块20安装在车身平台23上，可以根据所要的模拟轴重大小进行调整配重块多少。
[0063]图17是蓄电池14的示意图。蓄电池14安装在车身平台23端部，为电机提供直流电。
[0064]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，包括用于模拟高铁列车的车辆模型(3)、用于提供车辆模型(3)循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型(4)、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架出)以及试验数据采集设备(12);车辆模型(3)与循环轨道之间设有用于防止车辆模型(3)从循环轨道上脱落的防脱机构。2.根据权利要求1所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，防脱机构采用沿循环轨道铺设方向布置在循环轨道表面并用于限制车辆模型(3)的车轮(8)沿循环轨道径向脱出的支撑导轨(9)。3.根据权利要求2所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置并从车辆模型(3)的车轮(8)的两相对方向抱箍车轮(8)的夹持导轨。4.根据权利要求2所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置的槽形导轨，槽形导轨的槽底贴合在车辆模型(3)的车轮(8)外侧轮面上，槽形导轨的槽口扣合在车辆模型(3)的车轮(8)内侧轮面上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，循环轨道沿竖直方向布置，循环轨道包括轨道面朝下的上部的试验段轨道(2)、轨道面朝上的下部的试验段轨道(2)、引导段轨道(I)以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨(9);试验段轨道(2)用于连通上部的试验段轨道(2)与下部的试验段轨道⑵；支撑导轨(9)沿循环轨道的轨道中心轴(10)布设。6.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，循环轨道沿水平方向布置，循环轨道包括两条轨道面朝上并且相互平行的试验段轨道(2)、设于试验段轨道(2)两端并用于将车辆模型(3)从一条试验段轨道(2)端部以环形方式引入到另一条试验段轨道(2)的水平环形引导段轨道(11)以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨(9);支撑导轨(9)沿循环轨道的轨道中心轴(10)布设。7.根据权利要求6所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，试验段轨道(2)与水平环形引导段轨道(11)之间还设有用于消减车辆模型(3)在轨道转弯部位的冲击力的过渡段(37);过渡段(37)的第一端通过万向铰(33)和橡胶导轨(38)与试验段轨道(2)连接；过渡段(37)的第二端通过万向铰(33)和橡胶导轨(38)与水平环形引导段轨道(11)连接。8.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，桥梁振动模型(4)包括桥梁板、支撑在桥梁板底部的桥墩(5)以及设于桥墩(5)底部的振动台(36);桥梁板的板侧设有用于感应振动信息的传感器(7)。9.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，车辆模型(3)包括车身平台(23)，车身平台(23)两侧分别装有两组车轮⑶；车身平台(23)上设有激振器(13)、蓄电池(14)、带触摸屏(16)的控制箱(15)以及配重质量块(20);控制箱(15)内设有电机调速控制器(21)、定位触发开关(30)、急停开关(31)、PLC控件(32)和电源开关(35)。10.根据权利要求9所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，车身平台(23)底部设有车轮轮轴(34)、用于支撑车轮轮轴(34)的轴承(19)以及用于联接前部车轮轮轴(34)和后部车轮轮轴(34)的驱动轴(26);车轮轮轴(34)上装有转向器(25);车轮轮轴(34)通过联轴器(18)与驱动轴(26)联接，车轮轮轴(34)与驱动轴(26)联接的部位设有编码器(24);无刷直流电机(22)的输出端通过减速器(27)连接在驱动轴(26)上；驱动轴(26)上装有轴刹装置(17);车身平台(23)上设有用于感应车辆模型(3)行使信息的传感器(7)。
【专利摘要】本实用新型为一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，包括用于模拟高铁列车的车辆模型(3)、用于提供车辆模型(3)循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型(4)、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架(6)以及试验数据采集设备(12)；车辆模型(3)与循环轨道之间设有用于防止车辆模型(3)从循环轨道上脱落的防脱机构。
【IPC分类】G01M17/08, G01M7/02
【公开号】CN204694433
【申请号】CN201520069249
【发明人】朱志辉, 蒋小金, 杨乐, 余志武, 李耀庄
【申请人】中南大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年2月2日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高速铁路振动试验设备，具体涉及一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置。
【背景技术】
[0002]我国铁路事业虽然起步晚，但是发展迅猛，如今不论是总里程和运行速度都排在世界前列。由于我国地域辽阔，地质条件复杂，铁路不可避免的要跨越许多山川峡谷、江河湖泊等恶劣地理区域，故桥梁在铁路线路中所占比重大，尤其是近几年尚铁线路。尚速铁路为满足线路平顺性和稳定性的要求，往往连续几公里甚至十几公里都采用高架桥，使得地震发生时列车在桥上的几率很大。地震作用下列车脱轨或倾覆事故国内外时有发生，我国是地震多发国家，研宄地震作用下高速列车的安全、舒适运行及车桥耦合振动性能成为各级政府和人民群众关注的焦点。地震作用下列车运行稳定性及车桥耦合振动的研宄现仍局限于理论分析和数值模拟，缺乏试验验证，主要原因是相关的试验设备和试验技术少。因此，研宄一种新型振动台列车动态模拟试验系统意义重大。
【实用新型内容】
[0003]为了弥补现有技术的缺陷，本实用新型专利提供了一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，能够真实模拟地震作用下列车运行稳定性及车桥耦合振动。
[0004]为了实现上述技术目的，本实用新型专利的技术方案是:一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，包括用于模拟高铁列车的车辆模型、用于提供车辆模型循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架以及试验数据采集设备；车辆模型与循环轨道之间设有用于防止车辆模型从循环轨道上脱落的防脱机构。
[0005]可选地，防脱机构采用沿循环轨道铺设方向布置在循环轨道表面并用于限制车辆模型的车轮沿循环轨道径向脱出的支撑导轨。
[0006]可选地，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置并从车辆模型的车轮的两相对方向抱箍车轮的夹持导轨。
[0007]可选地，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置的槽形导轨，槽形导轨的槽底贴合在车辆模型的车轮外侧轮面上，槽形导轨的槽口扣合在车辆模型的车轮内侧轮面上。
[0008]可选地，循环轨道沿竖直方向布置，循环轨道包括轨道面朝下的上部的试验段轨道、轨道面朝上的下部的试验段轨道、引导段轨道以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨；试验段轨道用于连通上部的试验段轨道与下部的试验段轨道；支撑导轨沿循环轨道的轨道中心轴布设。
[0009]可选地，循环轨道沿水平方向布置，循环轨道包括两条轨道面朝上并且相互平行的试验段轨道、设于试验段轨道两端并用于将车辆模型从一条试验段轨道端部以环形方式引入到另一条试验段轨道的水平环形引导段轨道以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨；支撑导轨沿循环轨道的轨道中心轴布设。
[0010]可选地，试验段轨道与水平环形引导段轨道之间还设有用于消减车辆模型在轨道转弯部位的冲击力的过渡段；过渡段的第一端通过万向铰和橡胶导轨与试验段轨道连接；过渡段的第二端通过万向铰和橡胶导轨与水平环形引导段轨道连接。
[0011]可选地，桥梁振动模型包括桥梁板、支撑在桥梁板底部的桥墩以及设于桥墩底部的振动台；桥梁板的板侧设有用于感应振动信息的传感器。
[0012]可选地，车辆模型包括车身平台，车身平台两侧分别装有两组车轮；车身平台上设有激振器、蓄电池、带触摸屏的控制箱以及配重质量块；控制箱内设有电机调速控制器、定位触发开关、急停开关、PLC控件和电源开关。
[0013]可选地，车身平台底部设有车轮轮轴、用于支撑车轮轮轴的轴承以及用于联接前部车轮轮轴和后部车轮轮轴的驱动轴；车轮轮轴上装有转向器；车轮轮轴通过联轴器与驱动轴联接，车轮轮轴与驱动轴联接的部位设有编码器；无刷直流电机的输出端通过减速器连接在驱动轴上；驱动轴上装有轴刹装置；车身平台上设有用于感应车辆模型行使信息的传感器。
[0014]本实用新型的有益技术效果是:
[0015]1、装置功能先进
[0016]装置可以试验模拟地震下上部列车引起桥梁的弱作用与振动台引起桥梁震动的强作用相互耦合，实现列车和地震的混合模拟，可完成单列火车运行，两车会车或并行等运行工况下静力、动力试验研宄，为地震作用下的列车运行稳定性及车桥耦合振动性能的试验研宄提供了技术保证。
[0017]2、本实用新型车辆模型功能完善，能真实模拟车辆激励荷载
[0018]车辆模型自身安装动力装置，试验时无需外界拖引，并且运动方式可预先进行设置。同时，车辆模型轴重可以通过调整配重质量块进行改变，轴距也可以进行调节，车辆模型上安装了电磁式惯性激振器，激振器采用MIMO闭环控制系统进行振动控制。车辆模型能较为真实地模拟车辆激励荷载，从而获得更准确的试验数据。
[0019]3、本实用新型能够实现车辆模型多次往复和高速运行
[0020]通过车辆运行控制系统和车辆动力驱动装置，可以有效地模拟车辆模型在桥梁上的多种运行工况，包括加速、减速和匀速通过桥梁模型；同时，车辆模型的车轮滑嵌在环形轨道内，确保车辆模型得以沿着环形轨道运行，同时确保车辆模型高速运行时，在转弯段离心力的作用下车辆模型不至于和环形轨道脱离。
[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；
[0023]图2是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；
[0024]图3是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；
[0025]图4是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；
[0026]图5是本实用新型实施例的水平单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；
[0027]图6是图2中1-1剖面视图；
[0028]图7是图4中2-2剖面视图；
[0029]图8是引导段和试验段及过渡段铰接处的示意图；
[0030]图9是引导段和试验段铰接处的剖面视图；
[0031]图10是车辆模型的整体结构示意图；
[0032]图11是车辆模型的调节车身长度后的整体结构示意图；
[0033]图12是车辆模型的车身底部结构平面图；
[0034]图13是车辆模型的车身结构示意图；
[0035]图14是控制箱的示意图；
[0036]图15是控制箱内部装置的示意图；
[0037]图16是配重质量块的示意图；
[0038]图17是蓄电池的示意图。
[0039]其中，I为引导段轨道，2为试验段轨道，3为车辆模型，4为桥梁振动模型，5为桥墩，6为引导段轨道支架，7为传感器，8为车轮，9为支撑导轨，10为轨道中心轴，11为水平环形引导段轨道，12为试验数据采集设备，13为激振器，14为蓄电池，15为控制箱，16为触摸屏，17为轴刹装置，18为联轴器，19为轴承，20为配重质量块，21为电机调速控制器，22为无刷直流电机， 23为车身平台，24为编码器，25为转向器，26为驱动轴，27为减速器，28为螺栓孔，29为螺栓，30为定位触发开关，31为急停开关，32为PLC控件，33为万向铰，34为车轮轮轴，35为电源开关，36为振动台，37为过渡段，38为橡胶导轨。
【具体实施方式】
[0040]下面对本实用新型技术内容的进一步说明，但并非对本实用新型实质内容的限制。
[0041]图1是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；图2是本实用新型实施例的竖向单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；图3是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；图4是本实用新型实施例的竖向双线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的正面视图；图5是本实用新型实施例的水平单线具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置的轴侧图；图6是图2中1-1剖面视图；图7是图4中2-2剖面视图；图8是引导段和试验段及过渡段铰接处的示意图；图9是引导段和试验段铰接处的剖面视图；图10是车辆模型的整体结构示意图；图11是车辆模型的调节车身长度后的整体结构示意图；图12是车辆模型的车身底部结构平面图；图13是车辆模型的车身结构示意图；图14是控制箱的示意图；图15是控制箱内部装置的示意图；图16是配重质量块的示意图；图17是蓄电池的示意图。
[0042]如图1所示，本实用新型实施例的一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，包括用于模拟高铁列车的车辆模型3、用于提供车辆模型3循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型4、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架6以及试验数据采集设备12 ;车辆模型3与循环轨道之间设有用于防止车辆模型3从循环轨道上脱落的防脱机构。
[0043]其还在于，防脱机构采用沿循环轨道铺设方向布置在循环轨道表面并用于限制车辆模型3的车轮8沿循环轨道径向脱出的支撑导轨9。
[0044]其还在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置并从车辆模型3的车轮8的两相对方向抱箍车轮8的夹持导轨。
[0045]其还在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置的槽形导轨。槽形导轨的槽底贴合在车辆模型3的车轮8外侧轮面上。槽形导轨的槽口扣合在车辆模型3的车轮8内侧轮面上。
[0046]其还在于，循环轨道沿竖直方向布置，循环轨道包括轨道面朝下的上部的试验段轨道2、轨道面朝上的下部的试验段轨道2、引导段轨道I以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨9。试验段轨道2用于连通上部的试验段轨道2与下部的试验段轨道2。支撑导轨9沿循环轨道的轨道中心轴10布设。
[0047]其还在于，循环轨道沿水平方向布置，循环轨道包括两条轨道面朝上并且相互平行的试验段轨道2、设于试验段轨道2两端并用于将车辆模型3从一条试验段轨道2端部以环形方式引入到另一条试验段轨道2的水平环形引导段轨道11以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨9。支撑导轨9沿循环轨道的轨道中心轴10布设。
[0048]其还在于，试验段轨道2与水平环形引导段轨道11之间还设有用于消减车辆模型3在轨道转弯部位的冲击力的过渡段37。过渡段37的第一端通过万向铰33和橡胶导轨38与试验段轨道2连接。过渡段37的第二端通过万向铰33和橡胶导轨38与水平环形引导段轨道11连接。
[0049]其还在于，桥梁振动模型4包括桥梁板、支撑在桥梁板底部的桥墩5以及设于桥墩5底部的振动台36 ;桥梁板的板侧设有用于感应振动信息的传感器7。
[0050]其还在于，车辆模型3包括车身平台23，车身平台23两侧分别装有两组车轮8。车身平台23上设有激振器13、蓄电池14、带触摸屏16的控制箱15以及配重质量块20。控制箱15内设有电机调速控制器21、定位触发开关30、急停开关31、PLC控件32和电源开关35ο
[0051]其还在于，车身平台23底部设有车轮轮轴34、用于支撑车轮轮轴34的轴承19以及用于联接前部车轮轮轴34和后部车轮轮轴34的驱动轴26 ;车轮轮轴34上装有转向器25。车轮轮轴34通过联轴器18与驱动轴26联接，车轮轮轴34与驱动轴26联接的部位设有编码器24。无刷直流电机22的输出端通过减速器27连接在驱动轴26上。驱动轴26上装有轴刹装置17 ;车身平台23上设有用于感应车辆模型3行使信息的传感器7。
[0052]如图1、2、6所示，一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验系统包括桥梁振动模型4、车辆模型3、竖向布设的环形轨道、振动台36、传感器7、引导段轨道支架6、试验数据采集设备12。试验段轨道2固定于桥梁振动模型4上，竖向布设的环形轨道的环形轨道引导段由引导段轨道支架6支撑固定。桥梁振动模型4通过桥墩5设置在振动台36上。引导段轨道I和试验段轨道2及过渡段37轨道采用万向铰33铰接在一起，形成闭环环形轨道，环形轨道为单线轨道，车辆模型3沿试验段轨道2和引导段轨道I及过渡段37轨道组成的闭环环形轨道上循环运行。
[0053]如图3、4、7所示，一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验系统包括桥梁振动模型4、车辆模型3、竖向布设的环形轨道、振动台36、传感器7、引导段轨道支架6、试验数据采集设备12。试验段轨道2固定于桥梁振动模型4上，引导段轨道I由引导段轨道支架6支撑固定。桥梁振动模型4通过桥墩5设置在振动台36上。引导段轨道I和试验段轨道2及过渡段37轨道采用万向铰33铰接在一起，形成闭环环形轨道，环形轨道为双线轨道，车辆模型3沿试验段轨道2和引导段轨道I及过渡段37轨道组成的闭环环形轨道上循环运行。
[0054]如图5所示，一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验系统包括桥梁振动模型4、车辆模型3、水平环形轨道、振动台36、传感器7、引导段轨道支架6、试验数据采集设备12。试验段轨道2固定与桥梁振动模型4上，水平环形轨道的水平环形轨道引导段11由引导段轨道支架6支撑固定。桥梁振动模型4通过桥墩5设置在振动台36上。水平引导段轨道I和试验段轨道2及过渡段37轨道采用万向铰33铰接在一起，形成闭环环形轨道，环形轨道为单线轨道，车辆模型3沿试验段轨道2和引导段轨道I及过渡段37轨道组成的闭环环形轨道上循环运行。
[0055]如图6所示，图中车辆模型3包括车辆动力驱动装置和车轮8，车轮8滑嵌在试验段轨道2内，确保车辆模型3得以沿着环形轨道运行，同时确保车辆模型3高速运行时，在转弯段离心力的作用下车辆模型3不至于和环形轨道脱离；同时试验段轨道2固定于桥梁振动模型4上。
[0056]如图7所示，图中车辆模型3包括车辆动力驱动装置和车轮8，车轮8滑嵌在引导段轨道I内，确保车辆模型3得以沿着环形轨道运行，同时确保车辆模型3高速运行时，在转弯段离心力的作用下车辆模型3不至于和环形轨道脱离；同时引导段轨道I固定于轨道中心轴10上。轨道中心轴10的作用是用于固定和支撑导轨9。
[0057]如图8、图9所示，试验段轨道2和引导段轨道I之间设置过渡段37轨道，试验段轨道2和过渡段37轨道，引导段轨道I和过渡段37轨道之间均采用万向铰33连接，在铰接处导轨采用橡胶导轨38，减少了引导段轨道I对桥梁振动模型4振动试验数据的影响。
[0058]如 图10所示，车辆模型3主要是五部分，分别是车体、激振器13、蓄电池14、控制箱15、配重质量块20。蓄电池14、控制箱15安装在车体的车身平台23两侧；激振器13通过可靠连接安装在车体的车身平台23中部，激振器13可以水平放置，也可以是垂直放置，分别对模型施加水平激励和垂直激励；配重质量块20安装在激振器13的两侧，配重质量块20可以根据需要进行调整，以模拟不同的轴重。
[0059]如图11所示，车辆模型3的车身平台23可以分为三块，中间和两侧连接处有相交重叠部分，重叠部分的长度可以进行调节，且均有螺栓孔28，用螺栓29将车身平台23三部分进行锚固。调整车身平台23的长度后，再更换对应长度的驱动轴26，这样就可以调整模型车前后轴的轴距。车身平台23三部分连接处的钢板均具有足够的刚度和强度。
[0060]如图12、图13所示，模型车采用无刷直流电机22进行驱动，无刷直流电机22安装在车身平台23底部，电机机轴和减速器27的输入轴采用联轴器18连接。减速器27输出轴和驱动轴26采用联轴器18连接，减速器27可以降低电机输出的转速，进而对整车行驶速度进行控制。驱动轴26上安装轴刹装置17，当模型车到达指定位置，或处于紧急状态时，能够及时制动。驱动轴26上安装旋转编码器24，可判断模型车运行距离，并反馈车辆的实时速度和运行距离。模型车的前后轮轴34上均安装转向器25，使模型车在运行过程中可随机改变运行的方向，前进或后退。模型车轮8的车轮轮轴34通过轴承19安装在车体上，车轮8安装在轮轴34上，车轮8是可拆卸的，可以根据需要更换车轮8。模型车上安装传感器7，传感器7可测试模型车运行过程中车轴处的的压力的变化值和车体在运行过程中的振动加速度。
[0061]如图14、图15所示，控制箱15上面安装有触摸屏16，内部安装电源开关35、急停开关31、定位触发开关30、电机调速控制器21和PLC控件32。
[0062]图16是配重质量块20的示意图，配重质量块20安装在车身平台23上，可以根据所要的模拟轴重大小进行调整配重块多少。
[0063]图17是蓄电池14的示意图。蓄电池14安装在车身平台23端部，为电机提供直流电。
[0064]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，包括用于模拟高铁列车的车辆模型(3)、用于提供车辆模型(3)循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型(4)、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架出)以及试验数据采集设备(12);车辆模型(3)与循环轨道之间设有用于防止车辆模型(3)从循环轨道上脱落的防脱机构。2.根据权利要求1所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，防脱机构采用沿循环轨道铺设方向布置在循环轨道表面并用于限制车辆模型(3)的车轮(8)沿循环轨道径向脱出的支撑导轨(9)。3.根据权利要求2所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置并从车辆模型(3)的车轮(8)的两相对方向抱箍车轮(8)的夹持导轨。4.根据权利要求2所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，防脱机构采用平行于循环轨道方向设置的槽形导轨，槽形导轨的槽底贴合在车辆模型(3)的车轮(8)外侧轮面上，槽形导轨的槽口扣合在车辆模型(3)的车轮(8)内侧轮面上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，循环轨道沿竖直方向布置，循环轨道包括轨道面朝下的上部的试验段轨道(2)、轨道面朝上的下部的试验段轨道(2)、引导段轨道(I)以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨(9);试验段轨道(2)用于连通上部的试验段轨道(2)与下部的试验段轨道⑵；支撑导轨(9)沿循环轨道的轨道中心轴(10)布设。6.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，循环轨道沿水平方向布置，循环轨道包括两条轨道面朝上并且相互平行的试验段轨道(2)、设于试验段轨道(2)两端并用于将车辆模型(3)从一条试验段轨道(2)端部以环形方式引入到另一条试验段轨道(2)的水平环形引导段轨道(11)以及用于固定和支撑整个循环轨道的支撑导轨(9);支撑导轨(9)沿循环轨道的轨道中心轴(10)布设。7.根据权利要求6所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，试验段轨道(2)与水平环形引导段轨道(11)之间还设有用于消减车辆模型(3)在轨道转弯部位的冲击力的过渡段(37);过渡段(37)的第一端通过万向铰(33)和橡胶导轨(38)与试验段轨道(2)连接；过渡段(37)的第二端通过万向铰(33)和橡胶导轨(38)与水平环形引导段轨道(11)连接。8.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，桥梁振动模型(4)包括桥梁板、支撑在桥梁板底部的桥墩(5)以及设于桥墩(5)底部的振动台(36);桥梁板的板侧设有用于感应振动信息的传感器(7)。9.根据权利要求1至4中任一项所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，车辆模型(3)包括车身平台(23)，车身平台(23)两侧分别装有两组车轮⑶；车身平台(23)上设有激振器(13)、蓄电池(14)、带触摸屏(16)的控制箱(15)以及配重质量块(20);控制箱(15)内设有电机调速控制器(21)、定位触发开关(30)、急停开关(31)、PLC控件(32)和电源开关(35)。10.根据权利要求9所述的具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，其特征在于，车身平台(23)底部设有车轮轮轴(34)、用于支撑车轮轮轴(34)的轴承(19)以及用于联接前部车轮轮轴(34)和后部车轮轮轴(34)的驱动轴(26);车轮轮轴(34)上装有转向器(25);车轮轮轴(34)通过联轴器(18)与驱动轴(26)联接，车轮轮轴(34)与驱动轴(26)联接的部位设有编码器(24);无刷直流电机(22)的输出端通过减速器(27)连接在驱动轴(26)上；驱动轴(26)上装有轴刹装置(17);车身平台(23)上设有用于感应车辆模型(3)行使信息的传感器(7)。
【专利摘要】本实用新型为一种具有环形轨道的车辆-轨道-桥梁振动台试验装置，包括用于模拟高铁列车的车辆模型(3)、用于提供车辆模型(3)循环运行轨迹的循环轨道、用于从循环轨道底部模拟桥梁地震状态的桥梁振动模型(4)、用于从循环轨道底部支撑循环轨道端部的引导段轨道支架(6)以及试验数据采集设备(12)；车辆模型(3)与循环轨道之间设有用于防止车辆模型(3)从循环轨道上脱落的防脱机构。
【IPC分类】G01M17/08, G01M7/02
【公开号】CN204694433
【申请号】CN201520069249
【发明人】朱志辉, 蒋小金, 杨乐, 余志武, 李耀庄
【申请人】中南大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年2月2日
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