CN106644344B - 一种列车撞击模型试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种列车撞击模型试验装置，其特征是：台面中部安置模拟轨道的工字型钢，列车编组模型安装于工字型钢上；列车编组模型的前部两侧设置有翼板，翼板正后方的台面上固定有冲击气缸；冲击气缸与空气压缩机相连；列车编组模型前方的台面上固定有模拟隧道边墙的角度可调的刚性挡板，刚性挡板上安装有力传感器；工字型钢前部一侧的台面安装两个激光发射器、另一侧的台面对应安装两个激光感应器。该装置能模拟列车编组以不同速度、不同撞击角度对隧道边墙的撞击，得到列车脱轨撞击隧道的冲击力，为隧道的防撞设计、建造提供更准确、可靠的试验依据，以避免列车脱轨撞击对隧道造成严重破坏、诱发水灾等二次灾害，降低事故产生的伤亡和损失。

Description

一种列车撞击模型试验装置
技术领域
本发明涉及一种列车撞击模型试验装置。
背景技术
近年来，随着列车运行速度的提高，全球发生列车脱轨的事件时有发生，如1998年德国艾舍德镇附近发生的城际特快列车脱轨事故，2011年韩国YTN高速铁路发生的列车脱轨事故、同年中国温州发生的动车追尾脱轨事故，以及2013年西班牙圣地亚哥附近发生的高速列车脱轨事故等等。这些列车脱轨事故不仅造成了大量人员伤亡，而且还可能对铁路基础设施造成重大破坏，尤其是当脱轨事故发生在长大水下盾构隧道中时，撞击盾构隧道导致的隧道破坏极易诱发水灾等二次灾害，增加救援难度和人员伤亡率，严重的将导致隧道淹没和报废。
然而，要研究列车脱轨撞击盾构隧道的动力响应和破坏行为，必须要获得列车脱轨撞击荷载。目前，尚未有实测的列车脱轨撞击荷载曲线，仅有的研究都是通过非线性有限元软件对列车编组进行建模，然后撞击刚性墙获得不同列车编组、不同撞击速度和不同撞击角度的列车撞击荷载时程曲线。这种数值仿真方式涉及高速接触问题、数值建模复杂、简化假定较多，运算工作量大；加之影响列车撞击的客观因素十分复杂，理论仿真所获的列车脱轨撞击荷载的曲线与实际撞击荷载的偏差大、可靠性低。
发明内容
本发明的目的是提供一种列车撞击模型试验装置，该装置能模拟列车编组以不同速度、不同撞击角度对隧道边墙的撞击，得到列车脱轨撞击隧道的冲击力，为隧道的防撞设计与建造提供更准确、可靠的试验依据，进而避免列车脱轨撞击对隧道造成严重破坏、诱发水灾等二次灾害，以降低事故产生的伤亡和损失。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，其特征是：
台面的中部安置模拟轨道的工字型钢，列车编组模型安装于工字型钢上；列车编组模型的前部两侧设置有翼板，翼板正后方的台面上固定有冲击气缸；冲击气缸与空气压缩机相连；
所述的列车编组模型前方的台面上固定有模拟隧道边墙的角度可调的刚性挡板，刚性挡板中部安装有两向力传感器；
所述的工字型钢前部一侧的台面安装两个激光发射器、工字型钢前部另一侧的台面对应安装两个激光感应器。
本发明的使用方法和原理是：
将刚性挡板调节并锁定至设定角度；随后启动空气压缩机，待空气压缩机气压达到设定的气压时，再启动冲击气缸。冲击气缸的冲击件即向前高速撞击列车编组模型的两侧翼板，使列车编组模型沿着工字型钢轨道高速前进，并撞击刚性挡板。同时，工字型钢前部的激光发射器和激光感应器，测出撞击瞬间列车编组模型的速度，刚性挡板上的力传感器测出撞击瞬间的列车编组模型的冲撞力。
调整刚性挡板角度和空气压缩机的气压，即可测出：不同撞击角度，不同运行速度下列车与隧道间的撞击力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过角度可调的刚性挡板模拟隧道边墙、通过冲击气缸驱动列车编组模型高速前进，实现了列车高速撞击隧道相似模拟试验。同时通过激光发射器和激光感应器精确测出列车编组模型撞击时的运行速度，并通过刚性挡板上的力传感器测出撞击瞬间的列车编组模型的冲撞力。从而通过模拟试验得到不同角度、不同速度下列车脱轨撞击隧道的冲击力的实验数据。其得到的实验数据较之理论仿真数据更加准确、可靠，为隧道的防撞设计与建造提供更准确、可靠的试验依据，进而避免列车脱轨撞击对隧道造成严重破坏、诱发水灾等二次灾害，以降低事故产生的伤亡和损失。
上述的列车编组模型由6节车辆模型组成，车辆模型之间用弹簧连接。
由于列车编组的撞击力时程曲线主要与前5-6节车辆有关，撞击过程时间极短，列车编组7节以后的车辆惯性力通过车辆之间的弹簧传递到撞击部位时已经是撞击过程的后段，难以形成叠加效应。因此，由6节车辆模型用弹簧连接组成的列车编组模型，既能满足模拟实际中列车撞击产生的撞击力的要求；同时列车编组的车辆节数较少，对动力的要求低、试验装置的结构简化，试验成本低。
上述的列车编组模型安装于工字型钢上的具体结构是：车辆模型的底部两侧均固定有内折的L型限位挡板，车辆模型的底部连接有上万向滚球，L型限位挡板的横板上表面连接有下万向滚球，L型限位挡板的竖板内侧面连接防撞轴承；工字型钢顶板嵌于上万向滚球、下万向滚球及防撞轴承之间。
这种结构，可以保证列车编组模型在工字型钢上高速运动，极大的减小了与工字型钢的摩擦力，更加符合现实中的列车与轨道的运动关系，进一步保证了测试数据更真实、可靠。
上述的刚性挡板的具体结构是：台面上的竖向转轴插于竖直的钢板的轴腔中，钢板背离列车编组模型的背面两侧焊接有三角形加劲肋，锁紧螺栓的螺杆穿过三角形加劲肋的底边的通槽及台面上的圆弧形通槽连接锁紧螺母；所述的圆弧形通槽的圆心为竖向转轴轴心。
这样，刚性挡板可以通过竖向转轴任意旋转并通过锁紧螺栓固定，从而可以方便的调节设定任意的撞击角度，与现实中列车脱轨撞击隧道内壁的角度不可预测性相符合；选择刚性挡板的目的是要利用其刚性保障测试获得的撞击荷载不因挡板材质的不同而不同；钢板背离列车编组模型的背面两侧焊接三角形加劲肋，保证了刚性挡板的强度，保护其不被列车编组模型撞坏和移位。
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的俯视结构示意图。
图2是本发明实施例的列车编组模型及工字型钢的端面放大结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种列车撞击模型试验装置，其特征是：
台面1的中部安置模拟轨道的工字型钢14，列车编组模型3安装于工字型钢14上；列车编组模型3的前部两侧设置有翼板15，翼板15正后方的台面1上固定有冲击气缸16；冲击气缸16与空气压缩机4相连；
所述的列车编组模型3前方的台面1上固定有模拟隧道边墙的角度可调的刚性挡板2，刚性挡板2中部安装有力传感器11；
所述的工字型钢14前部一侧的台面1安装两个激光发射器13a、工字型钢14前部另一侧的台面1对应安装两个激光感应器13b。
本例的列车编组模型3由6节车辆模型组成，车辆模型之间用弹簧17连接。
图2示出，本例的列车编组模型3安装于工字型钢14上的具体结构是：车辆模型的底部两侧均固定有内折的L型限位挡板21，车辆模型的底部连接有上万向滚球20a，L型限位挡板21的横板上表面连接有下万向滚球20b，L型限位挡板21的竖板内侧面连接防撞轴承19；工字型钢14顶板嵌于上万向滚球20a、下万向滚球20b及防撞轴承19之间。
本例的台面1上的竖向转轴2b插于竖直的钢板2a的轴腔中，钢板2a背离列车编组模型3的背面两侧焊接有三角形加劲肋2c，锁紧螺栓2d的螺杆穿过三角形加劲肋2c的底边的通槽2f及台面1上的圆弧形通槽7连接锁紧螺母；所述的圆弧形通槽7的圆心为竖向转轴2b轴心。

Claims (4)

1.一种列车撞击模型试验装置，其特征是：
台面(1)的中部安置模拟轨道的工字型钢(14)，列车编组模型(3)安装于工字型钢(14)上；列车编组模型(3)的前部两侧设置有翼板(15)，翼板(15)正后方的台面(1)上固定有冲击气缸(16)；冲击气缸(16)与空气压缩机(4)相连；
所述的列车编组模型(3)前方的台面(1)上固定有模拟隧道边墙的角度可调的刚性挡板(2)，刚性挡板(2)中部安装有力传感器(11)；
所述的工字型钢(14)前部一侧的台面(1)安装两个激光发射器(13a)、工字型钢(14)前部另一侧的台面(1)对应安装两个激光感应器(13b)。
2.根据权利要求1所述的列车撞击模型试验装置，其特征是，所述的列车编组模型(3)由6节车辆模型组成，车辆模型之间用弹簧(17)连接。
3.根据权利要求2所述的列车撞击模型试验装置，其特征是，所述列车编组模型(3)安装于工字型钢(14)上的具体结构是：车辆模型的底部两侧均固定有内折的L型限位挡板(21)，车辆模型的底部连接有上万向滚球(20a)，L型限位挡板(21)的横板上表面连接有下万向滚球(20b)，L型限位挡板(21)的竖板内侧面连接防撞轴承(19)；工字型钢(14)顶板嵌于上万向滚球(20a)、下万向滚球(20b)及防撞轴承(19)之间。
4.根据权利要求1所述的列车撞击模型试验装置，其特征是，所述的刚性挡板(2)的具体结构是：台面(1)上的竖向转轴(2b)插于竖直的钢板(2a)的轴腔中，钢板(2a)背离列车编组模型(3)的背面两侧焊接有三角形加劲肋(2c)，锁紧螺栓(2d)的螺杆穿过三角形加劲肋(2c)的底边的通槽(2f)及台面(1)上的圆弧形通槽(7)连接锁紧螺母；所述的圆弧形通槽(7)的圆心为竖向转轴(2b)轴心。
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