CN110108434A - 一种轨道系统落锤冲击试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轨道系统落锤冲击试验机，包括导轨(1)、道砟箱(2)、机架系统(3)、卷扬机系统(4)、落锤架系统(5)、横梁系统(6)、钢丝绳索，道砟箱(2)置于两根导轨(1)之间，待检测轨枕扣件系统(12)置于道砟箱(2)内，所述的机架系统(3)放置在两根导轨(1)上，横梁系统(6)设置在机架系统(3)上，落锤架系统(5)位于机架系统(3)内，并与横梁系统(6)连接，横梁系统(6)通过钢丝绳索连接卷扬机系统(4)。与现有技术相比，本发明试验机可进行铁路有砟及无砟轨道不同扣件、不同轨枕结构的冲击载荷对比测试，且本发明具有试验重复性好、参数设置人性化、系统自动化程度及稳定性高、试验效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，尤其是涉及一种轨道系统落锤冲击试验机。
背景技术
随着铁路技术发展及线网体系的形成，轨道交通逐步成为现代社会中非常重要的交通手段，一方面，铁路路网与沿线建筑物之间的距离越来越近，尤其在城市交通线路紧邻建筑物；另一方面，列车运行引起的建筑物振动和噪声问题也越来越受到的关注，因此轨道交通中线路的安全性和环保问题不得忽视。为研究验证轮轨接触时车辆对轨道系统的动态冲击及衰减效果，在实验室中测试不同轨道扣件及轨枕的冲击衰减效果试验，利用钢轨轨枕系统中的参考垫板和试验垫板的应变测试值来对比评定钢轨轨枕系统的冲击衰减效果。
现有的轨道系统落锤冲击试验机一般为手动落锤，即通过手动绳索提起落锤架到一定高度，然后瞬间松手使落锤架自由落体并接触轨道部件产生冲击。此套结构简单方便，但是手动落锤冲击每次提起及下落参数无法准备设置，参数变化较大，导致多次重复测试时数据采集结果有差异，试验的重复性差，同时手动落锤机移动及落锤过程中劳动强度大，效率非常低。
中国实用新型专利ZL201821465528.6公开了一种地铁减振扣件落锤冲击试验装置。它包括横梁及两个三角架作为装置的支承部件；可在横梁上自由移动的落锤冲击部件；将落锤固定在所需高度的锁定部件及调节部件。该装置可以准确定位样件位置，可以实现在不同尺寸的轨枕、轨道板上施加落轴冲击荷载。尽管该装置采用了电机驱动导链升降落锤系统，但是该装置没有模拟真实的轮轨接触时车辆对轨道系统的自由动态冲击情况，测量过程不同高度参数都需重新进行螺杆设置，指针式位移计读数不够准确，试验的重复性差，特别对有砟轨道系统，而且该装置在锤体自由落体过程中锁定装置齿轮一直和齿轮纹滑道处于不受力的反啮合状态，结合铁路标准BS EN 13146-3：2012，一定程度上限制了锤体的自由落锤状态，影响测试数据结果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可靠性高、数据重复性好、使用方便的轨道系统落锤冲击试验机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种轨道系统落锤冲击试验机，包括导轨、道砟箱、机架系统、卷扬机系统、落锤架系统、横梁系统、钢丝绳索，所述的道砟箱置于两根导轨之间，待检测轨枕扣件系统置于道砟箱内，所述的机架系统放置在两根导轨上，并通过机架下方四个车轮与导轨接触并在其上滚动；所述的横梁系统设置在机架系统上，所述的落锤架系统位于机架系统内，并与横梁系统连接，所述的横梁系统通过钢丝绳索连接卷扬机系统。
进一步地，所述的机架系统包括横跨在轨道上的支撑架，该支撑架底部设有四个车轮，与导轨接触并在其上滚动，所述的支撑架顶部设有上平台，上平台中心上设有落锤孔，两侧设有两根立柱和齿槽导柱，齿槽导柱内侧设有与其匹配的齿型条，两根立柱和齿槽导柱顶部设有支撑梁。
进一步地，所述的支撑梁顶部设有两个定滑轮，所述的钢丝绳索一端连接横梁系统，另一端绕过两个定滑轮连接卷扬机系统。
进一步地，所述的车轮上还设有用于将机架系统固定在轨道上的锁紧装置。
进一步地，所述的落锤架系统位于横梁系统下方，其两侧套设在两根立柱上，底部设有锤体，上部设有吊环和档销孔，两侧设有防二次冲击机构。
进一步地，所述的锤体下方设有可拆卸的锤头，锤头拆卸处设置有橡胶垫；
所述的防二次冲击机构与机架系统的齿型条相匹配，当锤头接触钢轨轨枕系统瞬间，两侧防二次冲击机构卡伸出在并卡在机架系统齿型条上，防止了落锤架系统产生二次冲击。
进一步地，所述的横梁系统包括横梁，以及其下端设置的吊钩和档销，所述的横梁两端穿设在所述立柱上，横梁上面与钢丝绳索连接，下面通过吊钩及档销与落锤架系统连接，所述吊钩与所述吊环相匹配，档销与所述档销孔相匹配；通过控制柜及卷扬机系统使横梁系统在立柱上、下移动，并通过控制档销、吊钩与档销孔、吊环的连接或脱钩，从而使落锤架系统跟随横梁系统上升或自由落体运动。
进一步地，所述的卷扬机系统置于机架系统的上平台上，卷扬机系统为市售卷扬机，利用钢丝绳索将机架系统顶部两个定轮滑与横梁系统连接。
进一步地，所述的道砟箱放置在机架系统下方和两根导轨之间，箱内存放道砟，待检测轨枕扣件系统包括钢轨、扣件、轨枕以及应变片，钢轨通过扣件固定在轨枕上，轨枕上将按照铁路标准BS EN 13146-3：2012的要求预先布置应变片，其中应变片安装高度h满足10mm＜h＜25mm，且应变片与外接采集系统连接进行数据采集。
进一步地，所述试验机还设有控制柜，控制柜上设有用户交互界面、开关和操作手柄，所述用户交互界面用以输入试验参数，包括横梁上升高度和试验次数，所述开关包括控制开始、暂停、急停、调试、自动、手动、吊钩、档销和防二次冲击机构的开关，操作手柄控制卷扬机系统正反转拉伸钢丝绳索以实现横梁上下移动。
空压机对整个试验机提供气压动力源；试验前，控制柜设置落锤架系统高度及冲击次数，关闭防二次冲击机构，打开吊钩，挂在吊环上，档销插入档销孔内，将落锤架系统连接在横梁系统上，通过卷扬机系统钢丝绳索拉动横梁系统，从而带动落锤架系统上升到设定高度，然后，吊钩打开，档销从档销孔抽出，落锤架系统沿齿槽导柱自由落体，锤体将通过机架系统上落锤孔撞击箱体内预埋的钢轨轨枕系统，对钢轨轨枕系统产生冲击，通过轨枕上应变片及外接数据采集系统，同时，防二次冲击机构自动打开，将落锤架系统固定在机架系统上的齿型条上，防止其对钢轨进行二次冲击，此时试验机完成一次落锤冲击。系统在完成一次落锤后，控制柜控制横梁系统自动下降，下降到落锤架系统处时，横梁系统的吊钩自动打开，穿入落锤架系统的吊环中，档销自动打开，插入落锤架系统的档销孔中，系统开始第二次试验。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
(1)本发明设计了用于模拟轮轨接触对轨道结构产生的冲击荷载的试验机结构，使得落锤冲击的过程完全自动控制进行，落锤冲击过程中边界条件的影响小，测试的数据结果可靠性高，避免了人为误差，试验重复性好，且操作简单方便，减轻了劳动强度；
(2)本发明设计的落锤架系统采用可拆卸的锤头，根据试验要求更换不同硬度、重量和材质，扣件可以选择不同结构以进行对比试验，使得试验机的普适性好，适用范围广，测试过程更严谨，可信度高；
(3)本发明利用防二次冲击结构和齿槽导柱共同避免锤头对钢轨进行二次冲击，使得试验结果更可靠，将立柱穿过落锤冲击组件和横梁使之只能上下活动，增加了系统的稳定性，机架底部采用带有锁紧装置的轮子与轨道接触，且在道砟箱中装入道砟，有效模拟了列车通过时对轨道结构产生的冲击荷载，系统稳定性好。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为机架系统结构示意图；
图3为落锤架系统结构示意图；
图4为横梁系统结构示意图；
图5为道砟箱结构示意图；
图中：1-导轨，2-道砟箱，3-机架系统，4-卷扬机系统，5-落锤架系统，6-横梁系统，7-齿槽导柱，9-定滑轮，11-立柱，12-钢轨轨枕系统，31-车轮，32-锁紧机构，33-落锤孔，34-齿型条，35-支撑架，36-上平台，37-支撑梁，51-锤体，52-吊环，53-档销孔，54-防二次冲击机构，55-橡胶垫，56-锤头，61-吊钩，62-档销，63-横梁，121-钢轨，122-扣件，123-轨枕，124-应变片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1，一种轨道系统落锤冲击试验机，包括导轨1、道砟箱2、机架系统3、卷扬机系统4、落锤架系统5、横梁系统6、钢丝绳索8，所述的道砟箱2置于两根导轨1之间，待检测轨枕扣件系统12置于道砟箱2内，所述的机架系统3放置在两根导轨1上，所述的横梁系统6设置在机架系统3上，所述的落锤架系统5位于机架系统3内，并与横梁系统6连接，所述的横梁系统6通过钢丝绳索8连接卷扬机系统4。
机架系统3如图2所示，包括横跨在轨道1上的支撑架35，该支撑架35底部设有四个车轮31，与导轨1接触并在其上滚动，所述的车轮31上还设有用于将机架系统3固定在轨道1上的锁紧装置32，所述的支撑架35顶部设有上平台36，上平台36中心上设有落锤孔33，两侧设有两根立柱11和齿槽导柱7，齿槽导柱7内侧设有与其匹配的齿型条34，两根立柱11和齿槽导柱7顶部设有支撑梁37，所述的支撑梁37顶部设有两个定滑轮9，所述的钢丝绳索8一端连接横梁系统6，另一端绕过两个定滑轮9连接卷扬机系统4，所述的卷扬机系统4置于机架系统3的上平台36上。
所述的落锤架系统5位于横梁系统6下方，其结构如图3所示，其两侧套设在两根立柱11上，底部设有锤体51，上部设有吊环52和档销孔53，两侧设有防二次冲击机构54。所述的锤体51下方设有可拆卸的锤头56，锤头56拆卸处设置有橡胶垫55，可以根据实验要求更换不同的硬度、重量和材质；所述的防二次冲击机构54与机架系统3的齿型条34相匹配，当锤头56接触钢轨轨枕系统12瞬间，两侧防二次冲击机构54卡伸出在并卡在机架系统3齿型条34上，防止了落锤架系统5产生二次冲击。
所述的横梁系统6如图4所示，包括横梁63，以及其下端设置的吊钩61和档销62，所述的横梁63两端穿设在所述立柱11上，所述吊钩61与所述吊环52相匹配，档销62与所述档销孔53相匹配；
所述的道砟箱2放置在机架系统3下方和两根导轨1之间，箱内存放道砟，待检测轨枕扣件系统12包括钢轨121、扣件122、轨枕123以及应变片124，钢轨121通过扣件122固定在轨枕123上，轨枕123上将按照铁路标准BS EN 13146-3：2012的要求预先布置应变片124，其中应变片124安装高度h满足10mm＜h＜25mm，且应变片124与外接采集系统连接进行数据采集。
试验机上设有控制柜，控制柜上设有用户交互界面、开关和操作手柄，所述用户交互界面用以输入试验参数，包括横梁2上升高度和试验次数，所述开关包括控制开始、暂停、急停、调试、自动、手动、吊钩、档销和防二次冲击机构32的开关，操作手柄控制卷扬机系统4正反转拉伸钢丝绳索8以实现横梁2上下移动。整个系统通过空压机对整个试验机提供气压动力源。
试验前，防二次冲击机构54的气压泵顶针弹出并推动弯形卡尺，使其弯形一端回收而不与齿形条34接触，通过气压泵控制打开吊钩61和档销62，分别挂在吊环52和插入档销孔53，将落锤架系统5连接在横梁系统6上，通过钢丝绳索8拉动横梁系统6，从而带动落锤架系统5上升到设定高度，试验时，吊钩61打开，档销62从档销孔53抽出，落锤架系统5沿齿槽导柱7自由落体，锤体51将通过机架系统3上落锤孔33撞击道砟箱2内的预埋钢轨轨枕结构12，对轨枕扣件系统12产生冲击，通过轨枕123上应变片124及外接数据采集系统，同时，防二次冲击机构54中的气压泵顶针收缩，拉动弯形卡尺使其弯形一端卡入齿形条34的槽内实现抱紧，落锤架系统5位置固定在机架系统3，防止其对钢轨进行二次冲击，此时试验机完成一次落锤冲击；当设定的实验次数大于1次时，系统完成一次落锤之后，横梁系统6再次下降至落锤架系统5处，打开吊钩61挂在吊环52上，档销62插入档销孔53内，系统进行第二次试验。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，包括导轨(1)、道砟箱(2)、机架系统(3)、卷扬机系统(4)、落锤架系统(5)、横梁系统(6)、钢丝绳索(8)，所述的道砟箱(2)置于两根导轨(1)之间，待检测轨枕扣件系统(12)置于道砟箱(2)内，所述的机架系统(3)放置在两根导轨(1)上，所述的横梁系统(6)设置在机架系统(3)上，所述的落锤架系统(5)位于机架系统(3)内，并与横梁系统(6)连接，所述的横梁系统(6)通过钢丝绳索(8)连接卷扬机系统(4)。
2.根据权利要求1所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的机架系统(3)包括横跨在轨道(1)上的支撑架(35)，该支撑架(35)底部设有四个车轮(31)，与导轨(1)接触并在其上滚动，所述的支撑架(35)顶部设有上平台(36)，上平台(36)中心上设有落锤孔(33)，两侧设有两根立柱(11)和齿槽导柱(7)，齿槽导柱(7)内侧设有与其匹配的齿型条(34)，两根立柱(11)和齿槽导柱(7)顶部设有支撑梁(37)。
3.根据权利要求2所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的支撑梁(37)顶部设有两个定滑轮(9)，所述的钢丝绳索(8)一端连接横梁系统(6)，另一端绕过两个定滑轮(9)连接卷扬机系统(4)。
4.根据权利要求2所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的车轮(31)上还设有用于将机架系统(3)固定在轨道(1)上的锁紧装置(32)。
5.根据权利要求2所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的落锤架系统(5)位于横梁系统(6)下方，其两侧套设在两根立柱(11)上，底部设有锤体50kg(51)，上部设有吊环(52)和档销孔(53)，两侧设有防二次冲击机构(54)。
6.根据权利要求5所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的锤体(51)下方设有可拆卸的锤头(56)，锤头(56)拆卸处设置有橡胶垫(55)；
所述的防二次冲击机构(54)与机架系统(3)的齿型条(34)相匹配，当锤头(56)接触钢轨轨枕扣件系统(12)瞬间，两侧防二次冲击机构(54)卡伸出在并卡在机架系统(3)齿型条(34)上，防止了落锤架系统(5)产生二次冲击。
7.根据权利要求5所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的横梁系统(6)包括横梁(63)，以及其下端设置的吊钩(61)和档销(62)，所述的横梁(63)两端穿设在所述立柱(11)上，所述吊钩(61)与所述吊环(52)相匹配，档销(62)与所述档销孔(53)相匹配；
试验前，关闭防二次冲击机构(54)，打开吊钩(61)，挂在吊环(52)上，档销(62)插入档销孔(53)内，将落锤架系统(5)连接在横梁系统(6)上，通过钢丝绳索(8)拉动横梁系统(6)，从而带动落锤架系统(5)上升到设定高度，试验时，吊钩打开(61)，档销(62)从档销孔(53)抽出，落锤架系统(5)沿齿槽导柱(7)自由落体，撞击道砟箱(2)内的预埋钢轨轨枕结构(12)，防二次冲击机构(54)自动打开，将落锤架系统(5)固定在机架系统(3)上的齿型条(34)上，防止其对钢轨进行二次冲击，此时试验机完成一次落锤冲击。
8.根据权利要求2所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的卷扬机系统(4)置于机架系统(3)的上平台(36)上。
9.根据权利要求2所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述的道砟箱(2)放置在机架系统(3)下方和两根导轨(1)之间，箱内存放道砟，待检测轨枕扣件系统(12)包括钢轨(121)、扣件(122)、轨枕(123)以及应变片(124)，钢轨(121)通过扣件(122)固定在轨枕(123)上，轨枕(123)上将按照铁路标准BS EN 13146-3：2012的要求预先布置应变片(124)，其中应变片(124)安装高度h满足10mm＜h＜25mm，且应变片(124)与外接采集系统连接进行数据采集。
10.根据权利要求1所述的一种轨道系统落锤冲击试验机，其特征在于，所述试验机还设有控制柜，控制柜上设有用户交互界面、开关和操作手柄，所述用户交互界面用以输入试验参数，包括横梁(2)上升高度和试验次数，所述开关包括控制开始、暂停、急停、调试、自动、手动、吊钩、档销和防二次冲击机构(54)的开关，操作手柄控制卷扬机系统(4)正反转拉伸钢丝绳索(8)以实现横梁(2)上下移动。
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