CN107436216B - 一种列车横向激振和测力装置 - Google Patents

一种列车横向激振和测力装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种列车横向激振和测力装置，包括用于提供地震作用的激振装置、用于进行研究的桥梁‑列车模型以及测力系统，测量系统包括测力传感器；激振装置包括振动动力源、动力加载器、固定底座、滑轨组和振动台座；桥梁‑列车模型包括高桥墩模型、简支箱梁模型、轨道模型和列车模型，列车模型包括列车车体、轮对、轮对底盘和连杆，列车车体和轮对底盘之间设有测力传感器。应用本发明的技术方案，效果是：整体结构精简，便于操作；且通过本发明的激振装置和列车模型的设计，能够精准获取横风和横向地震激励作用对移动列车的叠加作用力，可以实现对实际工程中桥梁‑列车在运营状态下同时遭受强风和地震的模拟，为保证列车运行的安全性提供依据。

Description

一种列车横向激振和测力装置
技术领域
本发明涉及机车技术领域，特别地，涉及一种列车横向激振和测力装置。
背景技术
高速铁路的快速发展是国民经济发展、国力增强的重要体现。2016年7月20日，国家发改委发布了关于印发《中长期铁路网规划》的通知。根据规划，到2025年我国铁路网规模达到17.5万公里，其中高铁达到3.8万公里，高速铁路主通道形成“八横八纵”的格局，形成连接中国主要城市的高速网络。由此，高速列车经过强风区和多发地震区的可能性大大增加，强风和地震等多源作用的概率增大。风环境和地震下列车的行驶安全性研究成为迫切需要关注和解决的问题。目前的研究中，主要局限于理论分析和数值模拟，专门针对强风作用下高速铁路车-桥系统整体气动力测量的试验不多见，而同时考虑强风和地震共同影响的列车受力测量试验则没有报道。
此外，移动列车的作用力有线测试由于复杂性和不便性，严重制约了相关的研究进展。
因此，业内急需一种能够同时考虑强风和地震影响、脱离带线的约束、并实现移动列车无线测力的装置，为之后进行列车倾覆性验证提供技术支撑。
发明内容
本发明目的在于提供一种列车横向激振和测力装置，以解决现有实验装置没有同时考虑强风和地震影响的技术问题，具体技术方案是：
一种列车横向激振和测力装置，包括用于提供地震作用的激振装置、用于进行研究的桥梁-列车模型以及测力系统；
所述测量系统包括用于对列车所受力进行测量的测力传感器；
所述激振装置包括振动动力源、动力加载器、固定底座、滑轨组和振动台座，所述固定底座固定设置，且其沿纵桥向布置；所述滑轨组中的滑轨沿横桥向铺设；所述振动台座通过所述滑轨组活动设置在所述固定底座上，且所述振动台座能在所述轨道组上进行横桥向滑动；所述振动动力源为所述振动台座提供振动动力，其通过所述动力加载器与所述振动台座连接，所述动力加载器能带动所述振动台座在所述轨道组上沿横桥向方向往复运动；
所述桥梁-列车模型包括从下至上依次设置的高桥墩模型、简支箱梁模型、轨道模型和列车模型，所述高桥墩模型设置在所述振动台座上，且所述高桥墩模型、简支箱梁模型、轨道模型三者与所述振动台座固定为一体，同步发生振动；列车模型包括列车车体、轮对、轮对底盘和连杆，所述轮对底盘固定在所述轮对上，相邻两组轮对底盘通过连杆进行连接，所述列车车体和轮对底盘之间设有所述测力传感器。
以上技术方案中优选的，所述测力系统包括上位机和下位机，所述上位机包括带无线网卡且可接受无线信号并进行储存的笔记本或台式机以及能向下位机发送指令并控制下位机工作状态的控制部件；所述下位机包括测力传感器、采集通信模块和供电模块，所述采集通信模块包括依次串联设置的A/D信号转换器、滤波器和无线数据收发模块-加密型嵌入式Wi-Fi模块，所述A/D信号转换器与所述测力传感器连接，所述无线数据收发模块-加密型嵌入式Wi-Fi模块与所述上位机中的笔记本或台式机之间进行数据传输；所述供电模块用于给所述测力传感器和采集通信模块供电。
以上技术方案中优选的，所述测力传感器为六分力传感器，所述列车车体用于安装所述六分力传感器的部位设置有螺孔，所述六分力传感器通过螺孔和螺帽的组合同时与列车车体和轮对底盘进行连接。
以上技术方案中优选的，所述振动动力源包括加载控制系统、液压源和电液伺服阀，所述电液伺服阀分别与所述加载控制系统和所述液压源连接，所述液压源与所述动力加载器连接；所述动力加载器为液压加载器。
以上技术方案中优选的，所述轮对呈两外侧向内凹型，使得车轮内表面贴合在轨道模型表面。
以上技术方案中优选的，所述固定底座固定在地面上设置，所述滑轨组包括沿纵桥向每隔固定距离并列设置的多组滑轨单件，所述滑轨单件包括三道并列设置的滑轨，所述滑轨长度方向同横桥向方向；
所述振动台座下表面上对应所述滑轨位置设置有滑槽，内扣滑轨上部；所述滑轨上表面设置钢珠，与振动台座底面形成良好接触的滑动面。
应用本发明的技术方案，效果是：
1、本发明装置包括用于提供地震作用的激振装置、用于进行研究的桥梁-列车模型以及测力系统，测量系统包括测力传感器；激振装置包括振动动力源、动力加载器、固定底座、滑轨组和振动台座；桥梁-列车模型包括高桥墩模型、简支箱梁模型、轨道模型和列车模型，整体结构精简，便于操作；通过本发明的激振装置和桥梁列车模型的设计，能够获得列车在横向地震激励作用下的受力数据；本发明的装置结合现有实验室的风洞系统，能够精准获取列车在横风和横向地震激励作用对移动列车的叠加作用力，精准获取相应受力数据，可以实现对实际工程中桥梁-列车在运营状态下同时遭受强风和地震的模拟，为保证列车运行的安全性提供依据。
2、本发明的测力系统包括上位机和下位机，上位机包括带无线网卡且可接受无线信号并进行储存的笔记本或台式机以及能向下位机发送指令并控制下位机工作状态的控制部件；下位机包括测力传感器、采集通信模块和供电模块。可实现无线采集、传递和接收数据，并能实现实时数据处理和储存。
3、本发明控制振动台座的往复运动具体采用的方式是：振动形式由加载控制系统发出指令至电液伺服阀，电液伺服阀接受指令后控制液压源进行油压输入，从而控制液压加载器在横桥向方向上推动振动台座往复运动，能有效模拟横向随机地震激励。而滑轨上表面设置钢珠使振动台的滑动更顺畅、滑动频率更高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的装置正面结构示意图；
图2是本发明优选实施例的装置侧面结构示意图；
图3是本发明优选实施例的列车模型中头车的三维结构示意图；
图4是本发明优选实施例的列车模型底盘三维结构示意图；
图5是本发明优选实施例的测力传感器连接方式结构示意图；
其中，1、激振装置，1.1、振动动力源，1.11、加载控制系统，1.12、液压源，1.13、电液伺服阀，1.2、动力加载器，1.3、固定底座，1.4、滑轨组，1.5、振动台座，2、桥梁-列车模型，2.1、高桥墩模型，2.2、简支箱梁模型，2.3、轨道模型，2.4、列车模型，2.41、列车车体，2.42、轮对，2.43、轮对底盘，2.44、连杆，3、测力系统，3.1、上位机，3.2、下位机，3.21、测力传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种列车横向激振和测力装置，参见图1-图5，具体包括用于提供地震作用的激振装置1、用于进行研究的桥梁-列车模型2以及测力系统3，详情如下：
所述测量系统3包括上位机3.1和下位机3.2，所述上位机3.1包括带无线网卡且可接受无线信号并进行储存的笔记本或台式机以及能向下位机发送指令并控制下位机工作状态的控制部件。所述下位机3.2包括测力传感器3.21、采集通信模块和供电模块，所述采集通信模块包括依次串联设置的A/D信号转换器、滤波器和无线数据收发模块-加密型嵌入式Wi-Fi模块，所述A/D信号转换器与所述测力传感器3.21连接，所述无线数据收发模块-加密型嵌入式Wi-Fi模块与所述上位机3.1中的笔记本或台式机之间进行数据传输；所述供电模块用于给所述测力传感器3.21和采集通信模块供电。所述上位机3.1可设置在控制室，所述下位机3.2设置在列车上，详见图2。所述测力传感器用于对列车所受力进行测量。
所述激振装置1包括振动动力源1.1、动力加载器1.2、固定底座1.3、滑轨组1.4和振动台座1.5，具体是：
所述固定底座1.3固定设置在地面上，且其沿纵桥向布置。
所述滑轨组1.4包括沿纵桥向每隔固定距离并列设置的多组滑轨单件(滑轨单件之间的距离与桥墩之间的距离有关，每个桥墩下可设置一组滑轨单件和一个振动台座)，所述滑轨单件包括三道并列设置的滑轨，所述滑轨长度方向同横桥向方向。
所述振动台座1.5通过所述滑轨组1.4活动设置在所述固定底座1.3上，且所述振动台座1.5能在所述轨道组1.4上进行横桥向滑动。具体是：所述振动台座1.5下表面上对应滑轨位置设置有滑槽，内扣滑轨上部；滑轨上表面设置钢珠，与振动台座1.5底面形成良好接触的滑动面。
所述振动动力源1.1为所述振动台座1.5提供振动动力，其通过所述动力加载器1.2与所述振动台座1.5连接，所述动力加载器1.2能带动所述振动台座1.5在所述轨道1.3上沿横桥向方向往复运动。优选的：所述振动动力源1.1包括加载控制系统1.11、液压源1.12和电液伺服阀1.13，所述电液伺服阀1.13分别与所述加载控制系统1.11和所述液压源1.12连接，所述液压源1.12与所述动力加载器1.2连接；所述动力加载器1.2为液压加载器。
所述桥梁-列车模型2包括从下至上依次设置的高桥墩模型2.1、简支箱梁模型2.2、轨道模型2.3和列车模型2.4，所述高桥墩模型2.1设置在所述振动台座1.5上，且所述高桥墩模型2.1、简支箱梁模型2.2、轨道模型2.3三者与所述振动台座1.5固定为一体，同步发生振动。列车模型2.4包括列车车体2.41、轮对2.42、轮对底盘2.43和连杆2.44，所述轮对底盘2.43固定在所述轮对2.42上，相邻两组轮对底盘2.43通过连杆2.44进行连接(所述轮对2.42呈两外侧向内凹型，使得车轮内表面贴合在轨道模型表面；连杆确保两组轮对保持有效联动)，所述列车车体2.41和轮对底盘2.43之间设有所述测力传感器，具体是：所述测力传感器3.21为六分力传感器，所述列车车体2.41在用于安装所述六分力传感器的部位设置有螺孔，所述六分力传感器通过螺孔和螺帽的组合同时与列车车体2.41和轮对底盘2.43进行连接，详见图5。此处轮对包括前轮组和后轮组，前轮组和后轮组均包含了四个轮子，详见图3和图4。
每个桥墩下可设置一个激振装置，各组激振装置激励可以是完全一样的，也可以按一定的相干关系实现激振，即一致激励和非一致激励。
应用本实施例的技术方案具体是：
1、模拟横向随机地震作用，详情是：
激振装置的振动形式由加载控制系统发出指令至电液伺服阀，电液伺服阀接受指令后控制液压源进行油压输入，从而控制液压加载器在横桥向方向上推动振动台座往复运动；高桥墩模型、简支箱梁模型、轨道模型三者与振动台座固定为一体，同步振动；列车模型在轨道模型上按一定速度移动，由车体与轮对之间的测力传感器进行地震作用力测量。
此处还可以设有速度控制装置，通过速度控制装置控制列车模型在轨道模型上按一定速度移动。速度控制装置的结构多种多样，如：采用速度控制器进行控制，或借助于弹射系统等等。
2、若需模拟列车在风洞中的受力时，仅需在模拟地震作用的同时开动风洞风机产生与列车模型运动方向垂直的横向气流(采用实验室的风洞系统提供风源产生气流模拟自然风)，测力传感器进行气动力和地震作用力测量。
3、数据采集、传输和接收过程，详情是：
上位机运行上位机软件，搜索查找下位机的IP并与之建立基于TCP协议的无线通信，随后发送指令控制下位机进入工作状态；下位机接受到指令后通过供电模块给测力传感器和采集通信模块提供稳定电源，使采集通信模块开始工作，将测力传感器收集的数据进行转换、放大、去噪及储存等处理后通过内置的无线数据收发模块-加密型嵌入式Wi-Fi模块与带无线网卡的上位机进行无线通信并进行数据存储。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种列车横向激振和测力装置，其特征在于，包括用于提供地震作用的激振装置（1）、用于进行研究的桥梁-列车模型（2）以及测力系统（3）；
所述测力系统（3）包括用于对列车所受力进行测量的测力传感器；
所述激振装置（1）包括振动动力源（1.1）、动力加载器（1.2）、固定底座（1.3）、滑轨组（1.4）和振动台座（1.5），所述固定底座（1.3）固定设置，且其沿纵桥向布置；所述滑轨组（1.4）中的滑轨沿横桥向铺设；所述振动台座（1.5）通过所述滑轨组（1.4）活动设置在所述固定底座（1.3）上，且所述振动台座（1.5）能在所述滑轨组（1.4）上进行横桥向滑动；所述振动动力源（1.1）为所述振动台座（1.5）提供振动动力，其通过所述动力加载器（1.2）与所述振动台座（1.5）连接，所述动力加载器（1.2）能带动所述振动台座（1.5）在所述滑轨组（1.4）上沿横桥向方向往复运动；
所述桥梁-列车模型（2）包括从下至上依次设置的高桥墩模型（2.1）、简支箱梁模型（2.2）、轨道模型（2.3）和列车模型（2.4），所述高桥墩模型（2.1）设置在所述振动台座（1.5）上，且所述高桥墩模型（2.1）、简支箱梁模型（2.2）、轨道模型（2.3）三者与所述振动台座（1.5）固定为一体，同步发生振动；列车模型（2.4）包括列车车体（2.41）、轮对（2.42）、轮对底盘（2.43）和连杆（2.44），所述轮对底盘（2.43）固定在所述轮对（2.42）上，相邻两组轮对底盘（2.43）通过连杆（2.44）进行连接，所述列车车体（2.41）和轮对底盘（2.43）之间设有所述测力传感器；
模拟横向随机地震作用：控制动力加载器在横桥向方向上推动振动台座往复运动；高桥墩模型、简支箱梁模型、轨道模型三者与振动台座固定为一体，同步振动；列车模型在轨道模型上移动，由车体与轮对之间的测力传感器进行地震作用力测量；
若需模拟列车在风洞中的受力时，仅需在模拟横向随机地震作用的同时开动风洞风机产生与列车模型运动方向垂直的横向气流，测力传感器进行气动力和地震作用力测量。
2.根据权利要求1所述的列车横向激振和测力装置，其特征在于，所述测力系统（3）包括上位机（3.1）和下位机（3.2），所述上位机（3.1）包括带无线网卡且可接受无线信号并进行储存的笔记本或台式机以及能向下位机发送指令并控制下位机工作状态的控制部件；所述下位机（3.2）包括测力传感器（3.21）、采集通信模块和供电模块，所述采集通信模块包括依次串联设置的A/D信号转换器、滤波器和无线数据收发模块-加密型嵌入式Wi-Fi 模块，所述A/D信号转换器与所述测力传感器（3.21）连接，所述无线数据收发模块-加密型嵌入式Wi-Fi 模块与所述上位机（3.1）中的笔记本或台式机之间进行数据传输；所述供电模块用于给所述测力传感器（3.21）和采集通信模块供电。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的列车横向激振和测力装置，其特征在于，所述测力传感器（3.21）为六分力传感器，所述列车车体（2.41）在用于安装所述六分力传感器的部位设置有螺孔，所述六分力传感器通过螺孔和螺帽的组合同时与列车车体（2.41）和轮对底盘（2.43）进行连接。
4.根据权利要求1所述的列车横向激振和测力装置，其特征在于，所述振动动力源（1.1）包括加载控制系统（1.11）、液压源（1.12）和电液伺服阀（1.13），所述电液伺服阀（1.13）分别与所述加载控制系统（1.11）和所述液压源（1.12）连接，所述液压源（1.12）与所述动力加载器（1.2）连接；所述动力加载器（1.2）为液压加载器。
5.根据权利要求1所述的列车横向激振和测力装置，其特征在于，所述轮对（2.42）呈两外侧向内凹型，使得车轮内表面贴合在所述轨道模型（2.3）表面。
6.根据权利要求1所述的列车横向激振和测力装置，其特征在于，所述固定底座（1.3）固定在地面上设置；所述滑轨组（1.4）包括沿纵桥向每隔固定距离并列设置的多组滑轨单件，所述滑轨单件包括三道并列设置的滑轨，所述滑轨长度方向同横桥向方向；
所述振动台座（1.5）下表面上对应所述滑轨位置设置有滑槽，内扣滑轨上部；所述滑轨上表面设置钢珠，与振动台座（1.5）底面形成良好接触的滑动面。
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