CN107884171A - 钢轨扣件可靠性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于铁路装备可靠性试验技术领域，涉及一种能够模拟火车对钢轨扣件施加载荷的钢轨扣件可靠性试验装置；克服了目前可靠性试验装置无法对钢轨扣件进行模拟工况加载的可靠性试验问题，包括X方向加载部分、Y方向加载部分、Z方向加载部分、辅助加载部分以及自动控制部分；X方向加载部分的X向液压缸的轴线与模拟钢轨的轴线共线；Y方向加载部分包括三个结构完全相同的Y向加载单元，三个Y向加载单元的Y向液压缸的轴线相互平行，且垂直于模拟钢轨的轴线；Z方向加载部分包括两个结构完全相同的Z方向加载单元；两个Z方向加载单元的Z向液压缸的轴线平行，且垂直于模拟钢轨的轴线。

Description

钢轨扣件可靠性试验装置

技术领域

本发明属于铁路装备可靠性试验技术领域，尤其涉及一种能够模拟火车对钢轨扣件施加载荷的钢轨扣件可靠性试验装置。

背景技术

钢轨扣件是轨道上用于固定钢轨的重要部件，铁路长期频繁地承受轮轨动力作用，将会引起轨道系统的振动，可能导致钢轨扣件发生断裂、松脱，这些因素会给铁路的行车安全带来重大隐患，随着我国铁路的发展，特别是高速铁路、地铁、轻轨的快速发展，钢轨扣件的使用越来越广泛，对钢轨扣件的可靠性水平要求也越来越高。因此对钢轨扣件进行可靠性试验具有重要的意义。

目前专家学者对钢轨扣件进行了深入的理论研究。轮轨关系的复杂性和随机性决定了对轨道结构的严格要求，而轨道结构是由扣件将钢轨和轨下基础扣结在一起，因此扣件每一个部件的性能都与轨道结构紧密相关，我国钢轨扣件每个部件的研究有一定深度，但作为一个结构、一个整体，其可靠性研究比较匮乏。目前，可靠性研究一般是通过对故障数据进行收集、建模和分析。故障数据的取得主要有两个途径。一种途径：通过现场可靠性试验获得。这种现场可靠性试验方法获得的试验数据最为真实，但其试验周期长。第二种途径：通过在实验室建立可靠性试验台获取。长期以来，钢轨扣件的实验室试验通常是进行单一方面的性能试验，例如，振动试验、应力变形试验、温升试验等，而这些试验都无法模拟钢轨扣件的实际使用工况来进行可靠性试验。因此，研究开发能够模拟钢轨扣件实际工况的钢轨扣件可靠性试验装置，通过可靠性试验暴漏、找出影响钢轨扣件可靠性的因素及其可靠性试验数据，进而为可靠性改进设计提供基础数据具有重要的实际应用价值。

本发明根据钢轨扣件的实际使用工况，提出了一种能够模拟车轮对钢轨扣件施加载荷的钢轨扣件可靠性试验装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了目前可靠性试验装置无法对铁路扣件进行模拟实际工况加载的可靠性试验问题,提供了一种能够模拟车轮对钢轨扣件施加载荷的钢轨扣件可靠性试验装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种钢轨扣件可靠性试验装置，包括X方向加载部分、Y方向加载部分、Z方向加载部分、辅助加载部分以及自动控制部分；

所述辅助加载部分包括模拟钢轨（5）；所述模拟钢轨（5）固定在枕木（2）上；

所述X方向加载部分包括X向铰链（9）、X向U形连接架（10）、X向位移传感器（11）、X向液压缸（12）、X向顶件装置（16）、X向拉压力传感器（17）、X向连接螺杆（18）和X向支撑座（22）；所述X向支撑座（22）固定在地平铁（1）上；所述X向U形连接架（10）焊接在X向支撑座（22）上；所述X向液压缸（12）的左端通过X向铰链（9）与X向U形连接架（10）铰接；所述X向液压缸（12）的右端与X向连接螺杆（18）的左端螺纹连接；所述X向连接螺杆（18）的右端与X向拉压力传感器（17）的左端螺纹连接；所述X向拉压力传感器（17）的右端与X向顶件装置（16）的左端螺纹连接；所述X向顶件装置（16）的右端与模拟钢轨（5）的端面上的镶嵌槽（7）接触；所述X向顶件装置（16）的轴线、X向拉压力传感器（17）的轴线与X向连接螺杆（18）的轴线共线，且与模拟钢轨（5）的轴线共线；

所述Y方向加载部分包括三个结构完全相同的Y向加载单元；所述三个结构完全相同的Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的同一侧，其中一个Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的一侧左下角，一个Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的一侧中间，另一个Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的一侧右下角；所述三个Y向加载单元的Y向液压缸（27）的轴线垂直于模拟钢轨（5）的轴线，且所述三个Y向加载单元的Y向液压缸（27）的轴线相互平行；

所述Z方向加载部分包括龙门架（6）和两个结构完全相同的Z方向加载单元；所述两个结构完全相同的Z方向加载单元的Z向液压缸（38）的轴线平行，且垂直于模拟钢轨（5）的轴线；

所述龙门架（6）通过螺栓固定在地平铁（1）上；两个结构完全相同的Z方向加载单元通过T型螺栓安装在龙门架（6）的横梁下表面上。

技术方案中所述模拟钢轨（5）包括轨头、轨底和轧腰；所述模拟钢轨（5）的轨头的顶面、侧面在沿模拟钢轨（5）的轴线方向均匀开设有镶嵌槽（7）；所述模拟钢轨（5）的轨头的端面轴线处也开设有一个镶嵌槽（7）。

技术方案中所述X方向加载部分还包括X向定位螺栓（8）、X向支架（13）、X向压紧螺栓（14）、X向连接杆（15）、X向支撑架（19）、X向支撑座底座（20）、X向垫板（21）、和X向电液伺服阀（52）；

所述X向支撑座（22）为由底板和垂板焊接而成的L型结构件，底板和垂板连接处焊接有两个加强筋，底板上开有4个用于穿过X向定位螺栓（8）将X向支撑座（22）和垫板（21）固定在X向支撑座底座（20）上的通孔；所述垫板（21）为平板类零件，所述垫板（21）可以更换不同的厚度；所述X向支撑座底座（20）的上表面开设有4个用于穿过螺栓把X向支撑座底座（20）固定在地平铁（1）上的通孔；

所述X向位移传感器（11）的壳体通过X向支架（13）固定在X向液压缸（12）的外表面上侧，X向连接杆（15）的上下两端均开设有通孔，X向连接螺杆（18）的左端螺杆段穿过X向连接杆（15）的下端通孔，并把X向连接杆（15）固定在X向连接螺杆（18）上；所述X向连接杆（15）的上端通孔穿过X向位移传感器（11）的伸缩杆，并用X向压紧螺栓（14）固定连接；所述X向位移传感器（11）的轴线与X向液压缸（12）的轴线平行；

所述X向支撑架（19）由底板与竖直板焊接而成；X向支撑架（19）的底板开设有用于穿过螺栓把X向支撑架（19）固定在地平铁上的通孔，所述X向支撑架（19）的竖直板上端为圆弧形，与X向液压缸（12）的下表面接触；

所述X向电液伺服阀（52）通过螺栓固定在X向支撑座（22）的垂板上。

技术方案中所述Y向加载单元包括Y向定位螺栓（23）、Y向铰链（24）、Y向U形连接架（25）、Y向位移传感器（26）、Y向液压缸（27）、Y向支架（28）、Y向压紧螺栓（29）、Y向连接杆（30）、Y向顶件装置（31）、Y向拉压力传感器（32）、Y向连接螺杆（33）、Y向支撑架（34）、Y向支撑座底座（35）、Y向垫板（36）、Y向支撑座（37）和Y向电液伺服阀（53）；

所述Y向支撑座（37）为由底板和垂板焊接而成的L型结构件，底板和垂板连接处焊接有两个加强筋，底板上开有4个用于穿过Y向定位螺栓（23）将Y向支撑座（37）和垫板（36）固定在Y向支撑座底座（35）上的通孔；所述垫板（36）为平板类零件，上表面开设有四个通孔；所述Y向支撑座底座（35）为长方体零件，上表面开设有4个用于穿过螺栓把Y向支撑座底座（35）固定在地平铁（1）上的通孔；

所述Y向U形连接架（25）通过焊接连接在Y向支撑座（37）上, Y向U形连接架（25）在水平方向上开设有通孔；

所述Y向液压缸（27）的右端开设有通孔，通过Y向铰链（24）与Y向U形连接架（25）铰接；所述Y向液压缸（27）的活塞杆从左端伸出；所述Y向连接螺杆（33）右端与Y向液压缸（27）的活塞杆端部螺纹孔连接，所述Y向连接螺杆（33）左端与Y向拉压力传感器（32）的右端螺纹连接；所述Y向拉压力传感器（32）的左端通过螺纹与Y向顶件装置（31）连接；所述Y向顶件装置（31）左端与模拟钢轨（5）的侧面的镶嵌槽（7）接触；

所述Y向顶件装置（31）的轴线、Y向拉压力传感器（32）的轴线与Y向连接螺杆（33）的轴线同轴；

所述Y向位移传感器（26）的壳体通过Y向支架（28）固定在Y向液压缸（27）的外表面上侧，Y向连接杆（30）的上下两端均开设有通孔，Y向连接螺杆（33）的右端螺杆段穿过Y向连接杆（30）的下端通孔，并把Y向连接杆（30）固定在Y向连接螺杆（33）上；所述Y向连接杆（30）的上端通孔穿过Y向位移传感器（26）的伸缩杆，并用Y向压紧螺栓（29）固定连接；所述Y向位移传感器（26）的轴线与Y向液压缸（27）的轴线平行；

所述Y向支撑架（34）由底板与竖直板焊接而成；Y向支撑架（34）的底板开设有用于穿过螺栓把Y向支撑架（34）固定在地平铁上的通孔，所述Y向支撑架（34）的竖直板上端为圆弧形，与Y向液压缸（27）的下表面接触，用于支承Y向液压缸（27）；

所述Y向电液伺服阀（53）通过螺栓固定在Y向支撑座（37）的垂板上。

技术方案中所述Z方向加载单元包括Z向液压缸（38）、Z向连接螺杆（39）、Z向拉压力传感器（40）、Z向顶件装置（41）、Z向连接杆（42）、Z向压紧螺栓（43）、Z向位移传感器（44）、Z向支架（45）、Z向U形连接架（46）、Z向液压缸底座（47）和Z向铰链（48）；

所述龙门架（6）的横梁下表面沿X方向开设有两个相互平行的T型槽，所述龙门架（6）的T型槽的中心线与模拟钢轨（5）的轴线平行；

所述Z向液压缸底座（47）上开有4个用于穿过T型螺栓将液压缸底座（47）固定在龙门架（6）上的通孔；

所述Z向液压缸（38）的上端开设有通孔，通过Z向铰链（48）与Z向U形连接架（46）铰接；所述Z向液压缸（38）的活塞杆从下端伸出；所述Z向连接螺杆（39）上端与Z向液压缸（38）的活塞杆端部螺纹孔连接；所述Z向连接螺杆（39）下端与Z向拉压力传感器（40）的上端螺纹连接；所述Z向拉压力传感器（40）的下端通过螺纹与Z向顶件装置（41）连接；所述Z向顶件装置（41）下端与模拟钢轨（5）的镶嵌槽（7）接触；

所述Z向顶件装置（41）的轴线、Z向拉压力传感器（40）的轴线与Z向连接螺杆（39）的轴线同轴；

所述Z向位移传感器（44）的壳体通过Z向支架（45）固定在Z向液压缸（38）的外表面右侧，Z向连接杆（42）的左右两端均开设有通孔，Z向连接螺杆（39）的上端螺杆段穿过Z向连接杆（42）的左端通孔，并把Z向连接杆（42）固定在Z向连接螺杆（39）上；所述Z向连接杆（42）的右端通孔穿过Z向位移传感器（44）的伸缩杆，并用Z向压紧螺栓（43）固定连接；所述Z向位移传感器（44）的轴线与Z向液压缸（38）的轴线平行。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置采用液压加载装置对钢轨扣件进行模拟加载，对被测的钢轨扣件进行模拟实际轮轨动力工况的可靠性试验，并进行实时的故障数据采集，为后期的可靠性建模、可靠性增长、可靠性改进设计和可靠性预测提供实用的真实的基础故障数据，大大缩短了数据采集时间。

2. 本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置适应范围比较广，能够针对不同型号钢轨扣件进行测试，只需通过调节各方向加载装置的高度调节部分即可对其进行可靠性加载试验与性能参数的检测与监测，体现了本试验系统的灵活性和通用性。

3．本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置的自动控制部分主要通过拉压力传感器、位移传感器对模拟的载荷实时监测。实现实时监控和闭环控制及反馈，来提高模拟轮轨动力的精度。同时将加载力参数显示在上位工控机的人机操作界面上。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置整体的轴测投影图；

图2为本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置中X方向加载部分的轴测投影图；

图3为本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置中Y向加载单元的轴测投影图；

图4为本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置中Z向加载单元的轴测投影图；

图5为本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置中的扣件连接部分的轴侧投影图；

图6为本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置中模拟钢轨的轴侧投影图；

图7为本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置中的自动控制原理框图。

图中：1.地平铁，2.枕木，3.定位螺栓，4.模拟钢轨扣件，5.模拟钢轨，6.龙门架，7.镶嵌槽，8.X向定位螺栓，9.X向铰链，10.X向U形连接架，11.X向位移传感器，12. X向液压缸，13. X向支架，14. X向压紧螺栓，15. X向连接杆，16. X向顶件装置，17. X向拉压力传感器，18. X向连接螺杆，19. X向支撑架，20. X向支撑座底座， 21. X向垫板，22. X向支撑座。23. Y向定位螺栓，24. Y向铰链，25. Y向U形连接架，26. Y向位移传感器，27. Y向液压缸，28. Y向支架，29. Y向压紧螺栓，30. Y向连接杆，31. Y向顶件装置，32. Y向拉压力传感器，33. Y向连接螺杆，34. Y向支撑架，35. Y向支撑座底座， 36. Y向垫板，37. Y向支撑座，38. Z向液压缸，39. Z向连接螺杆，40. Z向拉压力传感器，41. Z向顶件装置，42. Z向连接杆，43. Z向压紧螺栓，44. Z向位移传感器，45. Z向支架，46. Z向U形连接架，47. Z向液压缸底座，48. Z向铰链，49.弹条，50.道钉，51. 轨距档板，52. X向电液伺服阀，53. Y向电液伺服阀，54. Z向电液伺服阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围：

本发明根据钢轨扣件的实际使用工况，提出了一种采用液压缸模拟实际载荷对钢轨扣件进行加载的钢轨扣件可靠性试验装置。

参阅图1，本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置包括X方向加载部分、Y方向加载部分、Z方向加载部分、辅助加载部分以及自动控制部分。

参阅图1、图5，利用本发明所述的钢轨扣件可靠性试验装置进行可靠性试验的对象是钢轨扣件，钢轨扣件包括弹条49、道钉50和轨距档板51。所述轨距档板51上设有挡肩，挡肩与模拟钢轨5的轨底之间设有绝缘块。通过道钉50与枕木2中预埋的套管配合紧固弹条49，以达到联结模拟钢轨5和枕木2的目的。

参阅图1，所述地平铁1为长方形板类结构件，上表面设置有T型槽。

一．辅助加载部分

参阅图1、图5，所述辅助加载部分包括模拟钢轨5。所述模拟钢轨5包括轨头、轨底和轧腰。所述模拟钢轨5的轨头的顶面、侧面在沿模拟钢轨5的轴线方向均匀开设有镶嵌槽7；所述模拟钢轨5的轨头的端面轴线处也开设有一个镶嵌槽7。所述模拟钢轨5通过钢轨扣件固定在枕木2上。

二．X方向加载部分

参阅图1、图2，所述X方向加载部分包括：X向定位螺栓8、X向铰链9、 X向U形连接架10、X向位移传感器11、X向液压缸12、X向支架13、X向压紧螺栓14、X向连接杆15、X向顶件装置16、X向拉压力传感器17、X向连接螺杆18、X向支撑架19、X向支撑座底座20、X向垫板21、X向支撑座22和X向电液伺服阀52。

参阅图2，所述X向支撑座22为由底板和垂板焊接而成的L型结构件，底板和垂板连接处焊接有两个加强筋，底板上开有4个通孔，用于穿过X向定位螺栓8将X向支撑座22和垫板21固定在X向支撑座底座20上。所述垫板21为平板类零件，上表面开设有四个通孔，用于穿过X向定位螺栓8。所述垫板21可以更换不同的厚度，用于调节X向液压缸12的高度。所述X向支撑座底座20为长方体零件，上表面开设有4个通孔，用于穿过螺栓把X向支撑座底座20固定在地平铁1上。

所述X向U形连接架10焊接在X向支撑座22上, X向U形连接架10在水平方向上开设有通孔。

所述X向液压缸12的左端开设有通孔，通过X向铰链9与X向U形连接架10铰接。所述X向液压缸12的活塞杆从右端伸出。所述X向连接螺杆18左端与X向液压缸12的活塞杆端部螺纹孔连接，所述X向连接螺杆18右端与X向拉压力传感器17的左端螺纹连接；所述X向拉压力传感器17的右端通过螺纹与X向顶件装置16连接。所述X向顶件装置16右端与模拟钢轨5的端面的镶嵌槽7接触，实现对模拟钢轨5的 X向力的加载，来模拟火车实际运行中车轮对钢轨施加的X向力。

所述X向顶件装置16的轴线、X向拉压力传感器17的轴线与X向连接螺杆18的轴线共线，且与模拟钢轨5的轴线共线。

所述X向位移传感器11的壳体通过X向支架13固定在X向液压缸12的外表面上侧，X向连接杆15的上下两端均开设有通孔，X向连接螺杆18的左端螺杆段穿过X向连接杆15的下端通孔，并把X向连接杆15固定在X向连接螺杆18上。所述X向连接杆15的上端通孔穿过X向位移传感器11的伸缩杆，并用X向压紧螺栓14固定连接。所述X向位移传感器11的轴线与X向液压缸12的轴线平行。

所述X向支撑架19由底板与竖直板焊接而成。X向支撑架19的底板开设有通孔，用于穿过螺栓把X向支撑架19固定在地平铁上，所述X向支撑架19的竖直板上端为圆弧形，与X向液压缸12的下表面接触，用于支承X向液压缸12。

所述X向电液伺服阀52通过螺栓固定在X向支撑座22的垂板上。

三．Y方向加载部分

参阅图１，所述Y方向加载部分包括三个结构完全相同的Y向加载单元；所述三个结构完全相同的Y向加载单元位于模拟钢轨5的同一侧，其中一个Y向加载单元位于模拟钢轨5的一侧左下角，一个Y向加载单元位于模拟钢轨5的一侧中间，另一个Y向加载单元位于模拟钢轨5的一侧右下角。所述三个Y向加载单元的液压缸27的轴线垂直于模拟钢轨5的轴线，且所述三个Y向加载单元的液压缸27的轴线相互平行。

参阅图3，所述Y向加载单元包括：Y向定位螺栓23、Y向铰链24、 Y向U形连接架25、Y向位移传感器26、Y向液压缸27、Y向支架28、Y向压紧螺栓29、Y向连接杆30、 Y向顶件装置31、Y向拉压力传感器32、Y向连接螺杆33、Y向支撑架34、Y向支撑座底座35、 Y向垫板36、Y向支撑座37和Y向电液伺服阀53。

参阅图3，所述Y向支撑座37为由底板和垂板焊接而成的L型结构件，底板和垂板连接处焊接有两个加强筋，底板上开有4个通孔，用于穿过Y向定位螺栓23将Y向支撑座37和垫板36固定在Y向支撑座底座35上。所述垫板36为平板类零件，上表面开设有四个通孔，用于穿过Y向定位螺栓23。所述垫板36可以更换不同的厚度，用于调节Y向液压缸27的高度。所述Y向支撑座底座35为长方体零件，上表面开设有4个通孔，用于穿过螺栓把Y向支撑座底座35固定在地平铁1上。

参阅图3，所述Y向U形连接架25通过焊接连接在Y向支撑座37上, Y向U形连接架25在水平方向上开设有通孔。

参阅图3，所述Y向液压缸27的右端开设有通孔，通过Y向铰链24与Y向U形连接架25铰接。所述Y向液压缸27的活塞杆从左端伸出。所述Y向连接螺杆33右端与Y向液压缸27的活塞杆端部螺纹孔连接，所述Y向连接螺杆33左端与Y向拉压力传感器32的右端螺纹连接；所述Y向拉压力传感器32的左端通过螺纹与Y向顶件装置31连接。所述Y向顶件装置31左端与模拟钢轨5的侧面的镶嵌槽7接触，实现对模拟钢轨5的Y向力的加载，来模拟火车实际工作中车轮对钢轨施加的Y向力。

参阅图3，所述Y向顶件装置31的轴线、Y向拉压力传感器32的轴线与Y向连接螺杆33的轴线同轴。

参阅图3，所述Y向位移传感器26的壳体通过Y向支架28固定在Y向液压缸27的外表面上侧，Y向连接杆30的上下两端均开设有通孔，Y向连接螺杆33的右端螺杆段穿过Y向连接杆30的下端通孔，并把Y向连接杆30固定在Y向连接螺杆33上。所述Y向连接杆30的上端通孔穿过Y向位移传感器26的伸缩杆，并用Y向压紧螺栓29固定连接。所述Y向位移传感器26的轴线与Y向液压缸27的轴线平行。

参阅图3，所述Y向支撑架34由底板与竖直板焊接而成。Y向支撑架34的底板开设有通孔，用于穿过螺栓把Y向支撑架34固定在地平铁上，所述Y向支撑架34的竖直板上端为圆弧形，与Y向液压缸27的下表面接触，用于支承Y向液压缸27。

参阅图3，所述Y向电液伺服阀53通过螺栓固定在Y向支撑座37的垂板上。

四．Z方向加载部分

参阅图1、图4，所述Z方向加载部分包括龙门架6和两个结构完全相同的Z方向加载单元。

参阅图1、图4，所述龙门架6通过螺栓固定在地平铁1上，所述龙门架6的横梁下表面沿X方向开设有两个相互平行的T型槽，所述龙门架6的T型槽的中心线与模拟钢轨5的轴线平行。两个结构完全相同的Z方向加载单元通过T型螺栓安装在龙门架6的横梁下表面上；试验时，先松开T型螺栓，根据实际工况参数调整所述的两个Z方向加载单元的位置，然后，再锁紧T型螺栓把两个Z方向加载单元固定在龙门架6上。所述两个结构完全相同的Z方向加载单元的Z向液压缸38的轴线平行，且垂直于模拟钢轨5的轴线。

参阅图4，所述Z方向加载单元包括Z向液压缸38、Z向连接螺杆39、Z向拉压力传感器40、Z向顶件装置41、Z向连接杆42、Z向压紧螺栓43、Z向位移传感器44、Z向支架45、Z向U形连接架46、Z向液压缸底座47和Z向铰链48。

参阅图4，所述Z向液压缸底座47上开有4个通孔，用于穿过T型螺栓将液压缸底座47固定在龙门架6上。

所述Z向液压缸38的上端开设有通孔，通过Z向铰链48与Z向U形连接架46铰接。所述Z向液压缸38的活塞杆从下端伸出。所述Z向连接螺杆39上端与Z向液压缸38的活塞杆端部螺纹孔连接，所述Z向连接螺杆39下端与Z向拉压力传感器40的上端螺纹连接；所述Z向拉压力传感器40的下端通过螺纹与Z向顶件装置41连接。所述Z向顶件装置41下端与模拟钢轨5的镶嵌槽7接触，实现对模拟钢轨5的Z向力的加载，来模拟火车实际工作中车轮对钢轨施加的Z向力。

参阅图4，所述Z向顶件装置41的轴线、Z向拉压力传感器40的轴线与Z向连接螺杆39的轴线同轴。

参阅图4，所述Z向位移传感器44的壳体通过Z向支架45固定在Z向液压缸38的外表面右侧，Z向连接杆42的左右两端均开设有通孔，Z向连接螺杆39的上端螺杆段穿过Z向连接杆42的左端通孔，并把Z向连接杆42固定在Z向连接螺杆39上。所述Z向连接杆42的右端通孔穿过Z向位移传感器44的伸缩杆，并用Z向压紧螺栓43固定连接。所述Z向位移传感器44的轴线与Z向液压缸38的轴线平行。

五、自动控制部分

参阅图7，所述自动控制部分包括X向伺服控制器、Y向伺服控制器、Z向伺服控制器。

参阅图7，所述X向伺服控制器通过RS232C端口与工控机电线连接，当对模拟钢轨5施加X向力时，X向伺服控制器输出信号给X向电液伺服阀52，进而控制X向液压缸12的压力、位移，同时X向拉压力传感器17、X向位移传感器11采集加载信号通过信号放大器上传给X向伺服控制器，X向伺服控制器输出信号给X向电液伺服阀52，进而控制X向液压缸12，实现X向液压缸12的压力、位移的闭环控制。

参阅图7，所述Y向伺服控制器通过RS232C端口与工控机电线连接，当对模拟钢轨5施加Y向力时，Y向伺服控制器输出信号给Y向电液伺服阀53，进而控制Y向液压缸27的压力、位移，同时Y向拉压力传感器32、Y向位移传感器26采集加载信号通过信号放大器上传给Y向伺服控制器，Y向伺服控制器输出信号给Y向电液伺服阀53，进而控制Y向液压缸27，实现Y向液压缸27的压力、位移的闭环控制。

参阅图7，所述Z向伺服控制器通过RS232C端口与工控机电线连接，当对模拟钢轨5施加Z向力时，Z向伺服控制器输出信号给Z向电液伺服阀54，进而控制Z向液压缸38的压力、位移，同时Z向拉压力传感器40、Z向位移传感器44采集加载信号通过信号放大器上传给Z向伺服控制器，Z向伺服控制器输出信号给Z向电液伺服阀54，进而控制Z向液压缸38，实现Z向液压缸38的压力、位移的闭环控制。

钢轨扣件可靠性试验装置的工作原理：

首先根据图 1 所示，安装 X 方向加载部分，使X向顶件装置16的轴线、X向拉压力传感器17的轴线与X向连接螺杆18的轴线同轴，X向位移传感器11的轴线与X向液压缸12的轴线平行，同时平行于模拟钢轨5的方向。其次，安装三个结构完全相同的Y向加载单元在模拟钢轨5的同一侧，其中一个Y向加载单元安装在模拟钢轨5的左下角位置，第二个Y向加载单元安装在模拟钢轨5的正下方位置，第三个Y向加载单元安装在模拟钢轨5的右下脚位置；再安装Z方向加载部分，使Z向顶件装置41的轴线、Z向拉压力传感器40的轴线与Z向连接螺杆39的轴线同轴，Z向位移传感器44的轴线与Z向液压缸38的轴线平行，同时垂直于模拟钢轨5的顶面；再安装自动控制部分。通过控制X方向拉压力、Y方向拉压力、Z方向拉压力等参数，进行钢轨扣件的可靠性试验。在试验过程中，所设置的拉压力传感器、位移传感器实时把信号传回主机并控制相对应的液压缸，实现闭环控制，并把相关试验数据存储，为后续的可靠性分析提供依据。

本发明中所述的实施例是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发明，本发明只是一种优化的实施例，或者说是一种较佳的具体的技术方案，故本发明不限于实施这一种比较具体技术方案的描述。如果相关的技术人员在坚持本发明基本技术方案的情况下做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种钢轨扣件可靠性试验装置，包括X方向加载部分、Y方向加载部分、Z方向加载部分、辅助加载部分以及自动控制部分，其特征在于：

所述辅助加载部分包括模拟钢轨（5）；所述模拟钢轨（5）固定在枕木（2）上；

所述X方向加载部分包括X向铰链（9）、X向U形连接架（10）、X向位移传感器（11）、X向液压缸（12）、X向顶件装置（16）、X向拉压力传感器（17）、X向连接螺杆（18）和X向支撑座（22）；所述X向支撑座（22）固定在地平铁（1）上；所述X向U形连接架（10）焊接在X向支撑座（22）上；所述X向液压缸（12）的左端通过X向铰链（9）与X向U形连接架（10）铰接；所述X向液压缸（12）的右端与X向连接螺杆（18）的左端螺纹连接；所述X向连接螺杆（18）的右端与X向拉压力传感器（17）的左端螺纹连接；所述X向拉压力传感器（17）的右端与X向顶件装置（16）的左端螺纹连接；所述X向顶件装置（16）的右端与模拟钢轨（5）的端面上的镶嵌槽（7）接触；所述X向顶件装置（16）的轴线、X向拉压力传感器（17）的轴线与X向连接螺杆（18）的轴线共线，且与模拟钢轨（5）的轴线共线；

所述Y方向加载部分包括三个结构完全相同的Y向加载单元；所述三个结构完全相同的Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的同一侧，其中一个Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的一侧左下角，一个Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的一侧中间，另一个Y向加载单元位于模拟钢轨（5）的一侧右下角；所述三个Y向加载单元的Y向液压缸（27）的轴线垂直于模拟钢轨（5）的轴线，且所述三个Y向加载单元的Y向液压缸（27）的轴线相互平行；

所述Z方向加载部分包括龙门架（6）和两个结构完全相同的Z方向加载单元；

所述龙门架（6）通过螺栓固定在地平铁（1）上；所述两个结构完全相同的Z方向加载单元通过T型螺栓安装在龙门架（6）的横梁下表面上；所述两个结构完全相同的Z方向加载单元的Z向液压缸（38）的轴线平行，且垂直于模拟钢轨（5）的轴线。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨扣件可靠性试验装置，其特征在于：

所述模拟钢轨（5）包括轨头、轨底和轧腰；所述模拟钢轨（5）的轨头的顶面、侧面在沿模拟钢轨（5）的轴线方向均匀开设有镶嵌槽（7）；所述模拟钢轨（5）的轨头的端面轴线处也开设有一个镶嵌槽（7）。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨扣件可靠性试验装置，其特征在于：

所述X方向加载部分还包括X向定位螺栓（8）、X向支架（13）、X向压紧螺栓（14）、X向连接杆（15）、X向支撑架（19）、X向支撑座底座（20）、X向垫板（21）、和X向电液伺服阀（52）；

所述X向支撑座（22）为由底板和垂板焊接而成的L型结构件，底板和垂板连接处焊接有两个加强筋，底板上开有4个用于穿过X向定位螺栓（8）将X向支撑座（22）和垫板（21）固定在X向支撑座底座（20）上的通孔；所述垫板（21）为平板类零件，所述垫板（21）可以更换不同的厚度；所述X向支撑座底座（20）的上表面开设有4个用于穿过螺栓把X向支撑座底座（20）固定在地平铁（1）上的通孔；

所述X向位移传感器（11）的壳体通过X向支架（13）固定在X向液压缸（12）的外表面上侧，X向连接杆（15）的上下两端均开设有通孔，X向连接螺杆（18）的左端螺杆段穿过X向连接杆（15）的下端通孔，并把X向连接杆（15）固定在X向连接螺杆（18）上；所述X向连接杆（15）的上端通孔穿过X向位移传感器（11）的伸缩杆，并用X向压紧螺栓（14）固定连接；所述X向位移传感器（11）的轴线与X向液压缸（12）的轴线平行；

所述X向支撑架（19）由底板与竖直板焊接而成；X向支撑架（19）的底板开设有用于穿过螺栓把X向支撑架（19）固定在地平铁上的通孔，所述X向支撑架（19）的竖直板上端为圆弧形，与X向液压缸（12）的下表面接触；

所述X向电液伺服阀（52）通过螺栓固定在X向支撑座（22）的垂板上。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨扣件可靠性试验装置，其特征在于：

所述Y向加载单元包括Y向定位螺栓（23）、Y向铰链（24）、Y向U形连接架（25）、Y向位移传感器（26）、Y向液压缸（27）、Y向支架（28）、Y向压紧螺栓（29）、Y向连接杆（30）、Y向顶件装置（31）、Y向拉压力传感器（32）、Y向连接螺杆（33）、Y向支撑架（34）、Y向支撑座底座（35）、Y向垫板（36）、Y向支撑座（37）和Y向电液伺服阀（53）；

所述Y向支撑座（37）为由底板和垂板焊接而成的L型结构件，底板和垂板连接处焊接有两个加强筋，底板上开有4个用于穿过Y向定位螺栓（23）将Y向支撑座（37）和垫板（36）固定在Y向支撑座底座（35）上的通孔；所述垫板（36）为平板类零件，上表面开设有四个通孔；所述Y向支撑座底座（35）为长方体零件，上表面开设有4个用于穿过螺栓把Y向支撑座底座（35）固定在地平铁（1）上的通孔；

所述Y向U形连接架（25）通过焊接连接在Y向支撑座（37）上, Y向U形连接架（25）在水平方向上开设有通孔；

所述Y向液压缸（27）的右端开设有通孔，通过Y向铰链（24）与Y向U形连接架（25）铰接；所述Y向液压缸（27）的活塞杆从左端伸出；所述Y向连接螺杆（33）右端与Y向液压缸（27）的活塞杆端部螺纹孔连接，所述Y向连接螺杆（33）左端与Y向拉压力传感器（32）的右端螺纹连接；所述Y向拉压力传感器（32）的左端通过螺纹与Y向顶件装置（31）连接；所述Y向顶件装置（31）左端与模拟钢轨（5）的侧面的镶嵌槽（7）接触；

所述Y向顶件装置（31）的轴线、Y向拉压力传感器（32）的轴线与Y向连接螺杆（33）的轴线同轴；

所述Y向位移传感器（26）的壳体通过Y向支架（28）固定在Y向液压缸（27）的外表面上侧，Y向连接杆（30）的上下两端均开设有通孔，Y向连接螺杆（33）的右端螺杆段穿过Y向连接杆（30）的下端通孔，并把Y向连接杆（30）固定在Y向连接螺杆（33）上；所述Y向连接杆（30）的上端通孔穿过Y向位移传感器（26）的伸缩杆，并用Y向压紧螺栓（29）固定连接；所述Y向位移传感器（26）的轴线与Y向液压缸（27）的轴线平行；

所述Y向支撑架（34）由底板与竖直板焊接而成；Y向支撑架（34）的底板开设有用于穿过螺栓把Y向支撑架（34）固定在地平铁上的通孔，所述Y向支撑架（34）的竖直板上端为圆弧形，与Y向液压缸（27）的下表面接触，用于支承Y向液压缸（27）；

所述Y向电液伺服阀（53）通过螺栓固定在Y向支撑座（37）的垂板上。

5.根据权利要求1所述的一种钢轨扣件可靠性试验装置，其特征在于：

所述Z方向加载单元包括Z向液压缸（38）、Z向连接螺杆（39）、Z向拉压力传感器（40）、Z向顶件装置（41）、Z向连接杆（42）、Z向压紧螺栓（43）、Z向位移传感器（44）、Z向支架（45）、Z向U形连接架（46）、Z向液压缸底座（47）和Z向铰链（48）；

所述龙门架（6）的横梁下表面沿X方向开设有两个相互平行的T型槽，所述龙门架（6）的T型槽的中心线与模拟钢轨（5）的轴线平行；

所述Z向液压缸底座（47）上开有4个用于穿过T型螺栓将液压缸底座（47）固定在龙门架（6）上的通孔；

所述Z向液压缸（38）的上端开设有通孔，通过Z向铰链（48）与Z向U形连接架（46）铰接；所述Z向液压缸（38）的活塞杆从下端伸出；所述Z向连接螺杆（39）上端与Z向液压缸（38）的活塞杆端部螺纹孔连接；所述Z向连接螺杆（39）下端与Z向拉压力传感器（40）的上端螺纹连接；所述Z向拉压力传感器（40）的下端通过螺纹与Z向顶件装置（41）连接；所述Z向顶件装置（41）下端与模拟钢轨（5）的镶嵌槽（7）接触；

所述Z向顶件装置（41）的轴线、Z向拉压力传感器（40）的轴线与Z向连接螺杆（39）的轴线同轴；

所述Z向位移传感器（44）的壳体通过Z向支架（45）固定在Z向液压缸（38）的外表面右侧，Z向连接杆（42）的左右两端均开设有通孔，Z向连接螺杆（39）的上端螺杆段穿过Z向连接杆（42）的左端通孔，并把Z向连接杆（42）固定在Z向连接螺杆（39）上；所述Z向连接杆（42）的右端通孔穿过Z向位移传感器（44）的伸缩杆，并用Z向压紧螺栓（43）固定连接；所述Z向位移传感器（44）的轴线与Z向液压缸（38）的轴线平行。