CN101561979A - 一种车桥耦合动力实验模型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车桥耦合动力实验模型装置，属于铁路桥梁工程技术领域，实验模型装置是由模型车辆和模型桥梁组成，包括多跨连续梁、桥墩、加速段和减速段。模型车辆按照真实车辆的尺寸和构造加工而成。用电动机将车辆拉到加速段的不同位置和高度，然后断电释放，从而保证车辆以不同速度通过桥梁。减速段设置了两级减速装置来消耗车辆的动能，同时为了防止车辆弹回，在减速段端部设置防回弹装置。利用该实验模型装置可以了解车辆和桥梁的真实构造，并可模拟车辆通过桥梁时车辆与桥梁之间的动力耦合作用过程。

Description

一种车桥耦合动力实验模型装置

技术领域

本发明涉及一种模拟车辆与桥梁动力耦合作用的动力实验模型装置，属于铁路桥梁工程技术领域。

背景技术

当列车通过铁路桥梁时，不可避免地会引起桥梁的振动，此时的桥梁结构不仅要承受静力作用，还要承受包括移动荷载，即列车以一定速度通过时对桥梁的加载和卸载以及由于桥梁和车辆振动产生的惯性力等各种动力作用。这些动力作用引起的桥梁振动可能使结构构件产生疲劳，降低其强度和稳定性；桥梁振动过大时还会对桥上车辆的运行安全性和稳定性产生影响。

各国学者研究车辆与桥梁动力相互作用时采用了两类侧重点不同的研究方法：一类以实验为主要手段，另一类则侧重于理论分析。车桥系统的振动实验往往采用原型实验或现场实测的方法，这样得到的结果能客观而综合地反映桥梁在列车动载作用下的实际工作状况。但如果仅停留在实验阶段，而不去进一步揭露其内在规律，结果往往是为了确定新的动态参数而不得不随着桥梁结构类型、跨度及车辆性能等的不断变化而进行大量的重复实验，这样不仅耗资巨大，而且周期较长。因此，单纯的实验方法往往受到很多限制。另一方面，单纯利用理论分析来解决这一问题也是很困难的。这是因为，车辆荷载作用下的桥梁振动是一个十分复杂的课题，要想通过理论分析得到符合实际的结果，必须考虑很多因素，包括车体和转向架的质量，阻尼器和弹簧的作用，行车速度，梁跨和墩台的质量、刚度和阻尼等影响，这使得体系的力学模型十分复杂。所以，尽管对梁的动力分析早已有了成熟的算法，但由于受到计算手段的限制，不得不采用各种各样的近似方法，建立十分简单的桥梁和车辆系统分析模型。这些简化模型面临的首要问题就是需要对其建模的合理性进行验证，而这只能通过实验才能解决。

然而，在桥梁振动领域的研究中未见用车桥模型来模拟车辆与桥梁动力相互作用过程的报道。本发明的目的是建立一种由模型车辆和模型桥梁组成的车桥耦合动力实验模型装置，让列车以不同的速度通过桥梁，从而模拟车辆与桥梁之间的动力相互作用过程。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明车桥耦合动力实验模型装置，它是由模型车辆和模型桥梁两部分组成，模型车辆6是按照实际运营车辆的构造和外形缩尺加工而成的，模型桥梁包括梁1、桥墩2、加速段、减速段、轨道以及防回弹装置12等。其中：加速段是由加速斜坡7、加速曲线8和直线段9组成，即从电动机3起到梁1前端止的轨道线，起始位置为一斜坡，终点为一直线段，斜坡与平直段之间为圆弧过渡，加速段支撑在支架14上；减速段采用两级减速装置，第一级减速装置10是位于车辆6车底靠近尾部的钩子拉住梁上的弹性带，第二级减速装置11是位于减速段末端的固定弹簧；防回弹装置12是一个安装在减速段末端挡板13上的固定钳子状装置。

在模型桥梁加速段加速斜坡7的最高点处设有电动机3，在模型车辆6的尾端设有一电磁吸附装置5，通过钢绞线4将电动机3与电磁吸附装置5连接。

在模型桥梁的加速段、梁和减速段上铺设有车辆滑行的轨道；在轨道的两侧设有护栏，以防止车辆6滑出。

车辆6为一缩尺客车模型，是按照真实客车的比例和外形设计加工而成的。车辆为两系悬挂系统，为了调节车辆的重量，可在车厢内均匀对称地配加重物。

实验时，接通电源，启动电动机3，通过钢绞线4牵引吸附在车辆6上电磁吸附装置5，从而拉动车辆6到达加速段的不同位置和高度，然后切断电源释放，车辆6利用自身重力从加速段坡道向下滑落的加速方式以不同的速度通过梁1。

减速段的主要作用是让车辆6通过桥梁后迅速停止并防止其反弹回到桥梁上面，为此设置了两级减速装置。首先用位于车底靠近车辆尾部的钩子拉住梁上的减速弹性带10，消耗一定能量；如果能量未被消耗完毕，则用位于减速段末端的固定弹簧减速装置11来吸收车辆6的剩余动能。车辆6停止后，用固定在挡板13上的钳子状防回弹装置12拉住车辆6头部的拉杆，避免车辆6被弹回。

本发明的有益效果是：通过模型实验可以让学习者了解车辆和桥梁的结构和车辆通过桥梁的动态过程，让人们理解车辆与桥梁之间的动力相互作用机理，增强对所学理论知识的感性认识。

附图说明

图1为本发明车桥耦合动力实验模型装置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，车桥耦合动力实验模型装置是由模型车辆和模型桥梁两部分组成，模型车辆6是按照实际运营25K客车的构造和外形，按照1∶10的比例缩尺设计加工的两系悬挂装置。模型桥梁包括梁1、桥墩2、加速段、减速段和轨道以及防回弹装置12等。其中：

加速段是由加速斜坡7、过渡曲线8和直线段9组成，即从电动机3到梁1前段止的轨道线，用支架14支撑。

减速段采用两级减速装置，第一级减速装置10是位于车辆6车底靠近尾部的钩子拉住梁上的弹性带，第二级减速装置11是位于减速段末端挡板13上的固定弹簧。

开始模型实验时，接通电源，启动电动机3，通过钢绞线4牵引吸附在车辆6上的电磁铁5，从而拉动车辆6到加速段的不同位置和高度，然后切断电源，电磁铁失去磁力，车辆6脱离钢绞线4的牵引，以自身的重力沿轨道向下自由滑行，从而以不同的速度通过梁1。车辆6通过梁1后，首先用橡皮筋减速装置10拉住车辆6车底靠近尾部的钩子，将车辆的动能转化为橡皮筋的弹性势能；如果能量还未被消耗完毕，则用减速装置固定弹簧11继续吸收车辆的动能，最终使车辆完全停止下来。为了防止车辆被弹回桥面，影响桥梁的响应测试，用固定在挡板13上的钳子状装置12钩住车辆6头部的拉杆。

通过本实验模型装置，可以了解车辆和桥梁构造，并模拟车辆与桥梁之间的动力耦合作用过程。在车辆能安全运行并稳定停止的前提下，模型车辆最大运行速度可达15Km/h。

Claims (6)

1、一种车桥耦合动力实验模型装置，其特征在于：它是由模型车辆和模型桥梁两部分组成，模型桥梁包括梁(1)、桥墩(2)、加速段、减速段、轨道以及防回弹装置(12)，在模型桥梁加速段加速斜坡(7)的最高点处设有电动机(3)，在模型车辆(6)的尾端设有一电磁吸附装置(5)，通过钢绞线(4)将电动机(3)与电磁吸附装置(5)连接；在加速段、桥梁和减速段上铺设有整体道床板，板上铺设有车辆滑行的轨道；

启动电动机(3)，通过钢绞线(4)牵引吸附在车辆(6)上电磁吸附装置(5)，从而拉动车辆(6)到达加速段的不同位置和高度，然后断电释放，车辆(6)利用自身重力从加速段坡道向下滑落的加速方式以不同的速度通过梁(1)，真实模拟车辆(6)通过桥梁(1)时，车辆与桥梁之间的动力相互作用过程。

2、根据权利要求1所述的一种车桥耦合动力实验模型装置，其特征在于：所述的加速段是由加速斜坡(7)、过渡曲线(8)和直线段(9)组成，即从电动(3)起到桥梁(1)前端止的轨道线。

3、根据权利要求1所述的一种车桥耦合动力实验模型装置，其特征在于：所述的减速段是采用两级减速装置，第一级减速装置(10)是位于车辆(6)车底靠近尾部的钩子拉住梁上的弹性带；第二级减速装置(11)是位于减速段末端的固定弹簧。

4、根据权利要求1所述的一种车桥耦合动力实验模型装置，其特征在于：所述的防回弹装置(12)是一个安装在减速段末端挡板(13)上的固定钳子状装置。

5、根据权利要求1所述的一种车桥耦合动力实验模型装置，其特征在于：所述的梁(1)为多跨连续梁。

6、根据权利要求1所述的一种车桥耦合动力实验模型装置，其特征在于：所述的桥墩(2)顶端均设有支座，第一个桥墩上为固定铰支座，其余桥墩上为滑动支座。

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