CN110987678B - 扣件系统疲劳试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铁路领域的扣件系统组装疲劳性能试验技术领域，尤其涉及一种扣件系统疲劳试验方法。该扣件系统疲劳试验方法，包括以下步骤：在实际钢轨运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；滤除扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到扣件力的第一时域数据，滤除时域数据中高于预定频率的部分，得到扣件力的第二时域数据；根据扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据确定待加载激振力函数；对待试验扣件系统根据待加载激振力函数进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命。该扣件系统疲劳试验方法，通过该扣件系统疲劳试验方法对待试验扣件进行试验，可以综合考虑及分析低频载荷和高频载荷对待试验扣件的疲劳性能的影响。

Description

扣件系统疲劳试验方法
技术领域
本发明涉及铁路领域的扣件系统组装疲劳性能试验技术领域，尤其涉及一种扣件系统疲劳试验方法。
背景技术
扣件系统是轨道系统的关键组成部分，扣件系统应有足够的扣压力和一定的弹性，使钢轨几何形位保持在一定范围，同时将力传递至轨枕，减小轮轨系统的振动和冲击作用。
目前扣件系统组装疲劳性能试验标准要求的加载频率在3Hz-5Hz的低频范围内，未能考虑实际存在的高频载荷，然而大量研究表明轨道波磨、多边形车轮产生的高频轮轨激励会引起扣件系统的部件如弹条发生共振，共振引起部件动态响应增大，应力变化幅值增大，疲劳寿命减小，扣件系统的弹条服役寿命远低于标准要求的500万次。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扣件系统疲劳试验方法，以在一定程度上解决现有技术中对扣件系统进行疲劳试验时仅考虑低频载荷而未能考虑高频载荷的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案；
基于上述第一目的，本发明提供的扣件系统疲劳试验方法，包括以下步骤：
在实际轨道运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；
滤除所述扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到所述扣件力的第一时域数据，滤除所述时域数据中高于所述预定频率的部分，得到所述扣件力的第二时域数据；
根据所述扣件力的第一时域数据和所述扣件力的第二时域数据确定待加载激振力函数；
对待试验扣件系统根据所述待加载激振力函数进行加载试验，以确定所述待试验扣件系统的疲劳寿命。
在上述任一技术方案中，可选地，根据所述扣件力的第一时域数据和所述扣件力的第二时域数据确定待加载激振力函数，包括；
设定待加载激振力函数A与加载时间t之间的关系为：
A(t)＝A1*sin(ω1*t)+A2*sin(ω2*t)，其中，ω1为第一角速度，ω2为第二角速度，t为加载时间，t≥0；
根据所述扣件力的第一时域数据确定参数A1，根据所述扣件力的第二时域数据确定参数A2。
在上述任一技术方案中，可选地，所述参数A1为所述第一时域数据的最大幅值和最小幅值的差值；
所述参数A2为所述第二时域数据的最大幅值和最小幅值的差值。
在上述任一技术方案中，可选地，设定所述第一角速度ω1＝2π*F1，并设定所述第二角速度ω2＝2π*F2；
根据所述扣件力的时域数据得到所述扣件力的频域数据，根据所述扣件力的频域数据确定参数F1和参数F2。
在上述任一技术方案中，可选地，所述参数F1为所述扣件力的频域数据在小于所述预定频率的条件下的最大扣件力所对应的频率，所述参数F2为所述扣件力的频域数据在大于所述预定频率的条件下的最大扣件力对应的频率。
在上述任一技术方案中，可选地，所述对待试验扣件系统根据待加载激振力函数进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命的步骤具体执行为：
根据所述待加载激振力函数确定所述待加载激振力函数的加载周期；
根据所述待加载激振力函数对所述待试验扣件进行持续加载试验；
测定所述待试验扣件发生疲劳失效的时间，通过疲劳失效时间与所述加载周期的比值得到所述待试验扣件的最大加载次数，以确定所述待试验扣件的疲劳寿命。
在上述任一技术方案中，可选地，通过疲劳试验设备对所述待试验扣件系统根据所述待加载激振力函数进行加载试验。
在上述任一技术方案中，可选地，所述待试验扣件系统包括弹条、螺栓、轨下垫板和两个轨距挡块；所述轨距挡块固定于所述轨下垫板，钢轨设置于两个所述轨距挡块之间，所述弹条的部分通过所述螺栓与所述轨距挡块连接，所述弹条的其余部分抵接所述钢轨的背离于所述轨下垫板的表面以使所述钢轨压紧于所述轨下垫板；
所述疲劳试验设备包括机架和加载件，所述加载件和所述轨下垫板均设置于所述机架，所述加载件能够抵接所述钢轨以对所述钢轨根据所述待加载激振力函数进行加载。
在上述任一技术方案中，可选地，所述机架形成有支撑斜面和支撑平面，所述支撑斜面与所述支撑平面呈夹角设置；所述加载件设置于所述支撑平面，所述轨下垫板设置于所述支撑斜面；
所述加载件为机械凸轮式振动加载件或电动式振动加载件。
在上述任一技术方案中，可选地，所述预定频率为30Hz-100Hz。
采用上述技术方案，本发明的有益效果：
本发明提供的扣件系统疲劳试验方法，扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据为通过在实际轨道运行环境下得到的扣件力的时域数据进行高、低通滤波得到，因而通过扣件力的第一时域数据保留了实际载荷的低频特性，并通过扣件力的第二时域数据保留了实际载荷的高频特性。在此基础上，通过扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据共同得到的待加载激振力函数，就能够同时表现出实际载荷的高频特性和低频特性，即得到的待加载激振力函数为高低频组合激振力。对待试验扣件系统根据高低频组合激振力进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命。也就是说，通过该扣件系统疲劳试验方法对待试验扣件进行试验，可以综合考虑及分析低频载荷和高频载荷对待试验扣件的疲劳性能的影响，有利于提高试验结果对于扣件系统实际应用的参考价值，保障铁路运行安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的扣件系统疲劳试验方法获取的扣件力的时域数据的曲线图；
图2为本发明实施例提供的扣件系统疲劳试验方法获取的扣件力的第一时域数据的曲线图；
图3为本发明实施例提供的扣件系统疲劳试验方法获取的扣件力的第二时域数据的曲线图；
图4为本发明实施例提供的扣件系统疲劳试验方法获取的扣件力的频域数据的曲线图；
图5为本发明实施例提供的扣件系统疲劳试验方法获取的待加载激振力的第一曲线图；
图6为本发明实施例提供的扣件系统疲劳试验方法获取的待加载激振力的第二曲线图；
图7为本发明实施例提供的扣件系统试验方法的第一流程图；
图8为本发明实施例提供的扣件系统试验方法的第二流程图；
图9为本发明实施例提供的扣件系统试验方法的第三流程图；
图10为本发明实施例提供的扣件系统试验方法的第四流程图；
图11为本发明实施例提供的扣件系统试验方法的第五流程图；
图12为本发明实施例提供的扣件系统试验方法对待加载扣件进行加载试验的第一状态示意图；
图13为图12在D处的局部放大图；
图14为本发明实施例提供的扣件系统试验方法对待加载扣件进行加载试验的第二状态示意图。
图标：1-待试验扣件系统；11-轨距挡块；12-螺栓；13-弹条；14-连接工装；20-底座；21-支撑工装；22-支撑台体；23-振动台动圈；24-滑台；25-转接工装；3-钢轨。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
参见图1至图13所示，本实施例提供的扣件系统疲劳试验方法，具体参见图7中示出的流程示意图，包括以下步骤：
S100，在实际轨道运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；
S110，滤除扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到扣件力的第一时域数据，滤除时域数据中高于预定频率的部分，得到扣件力的第二时域数据；
S120，根据扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据确定待加载激振力函数；
S130，对待试验扣件系统根据待加载激振力函数进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命。
具体地，其中实际轨道运行环境可以为现有的具有扣件系统的高铁轨道上行驶有高铁的数据测量环境，或者现有的具有扣件系统的地铁轨道上行驶有地铁的数据测量环境，或者在专用实验室中通过仿真模拟的手段模拟出现有的高铁轨道运行环境或者地铁轨道运行环境等。
为了保证获取的扣件力的时域数据的全面性，也即保证引起扣件力响应的实际轮轨力激励中同时包括由于轴重引起的低频载荷和由于多边形车轮、轨道波磨等引起的高频载荷。
预定频率的大小与待试验扣件系统的固有频率和实际轨道运行环境有关。预定频率能够根据相关经验结合相关文献资料确定，需要保证由于轴重引起的低频载荷的频率低于预定频率，且需要保证由于多边形车轮、轨道波磨等引起的高频载荷的频率高于预定频率。
可选地，扣件力的时域数据可以以微分方程或者时域曲线图等方式表达的扣件力随时间变化的规律。如图1则通过时域曲线图的方式示出了实际轨道运行环境中，扣件系统受到的扣件力的时域数据。
可选地，通过现有的数据分析软件对扣件力的时域数据进行高通滤波操作以得到扣件力的第一时域数据，如图2所示，通过时域曲线图示出了第一时域数据。通过现有的数据分析软件对扣件力的时域数据进行低通滤波操作以得到扣件力的第二时域数据，如图3所示，通过时域曲线图示出了第二时域数据。其中，现有的数据分析软件可以为Matlab。
值得强调的是，由于在实际轨道运行环境下，获取的钢轨位移与扣件系统受到的扣件力之间存在已知的换算关系，因而也可以通过获取钢轨位移的时域数据，并对钢轨位移的时域数据进行高低通滤波，以得到待加载激振力函数。显然，这种方法也与本实施例提供的发明构思相一致，因而也在本发明的保护范围内。
本实施例中的扣件系统疲劳试验方法，扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据为通过在实际轨道运行环境下得到的扣件力的时域数据进行高、低通滤波得到，因而通过扣件力的第一时域数据保留了实际载荷的低频特性，并通过扣件力的第二时域数据保留了实际载荷的高频特性。在此基础上，通过扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据共同得到的待加载激振力函数，就能够同时表现出实际载荷的高频特性和低频特性，即得到的待加载激振力函数为高低频组合激振力。对待试验扣件系统根据高低频组合激振力进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命。也就是说，通过该扣件系统疲劳试验方法对待试验扣件进行试验，可以综合考虑及分析低频载荷和高频载荷对待试验扣件的疲劳性能的影响，有利于提高试验结果对于扣件系统实际应用的参考价值，保障铁路运行安全。
本实施例的可选方案中，预定频率为30Hz-100Hz。现有技术中进行的低频试验的加载频率通常为3Hz-5Hz，频率范围较窄，而本申请中的预定频率限定在30Hz-100Hz，低频加载频率的范围和高频加载频率的范围均得以拓宽。例如，预定频率可以为30Hz、40Hz、45Hz、50Hz、60Hz、70Hz或100Hz。
也就是说，可以使扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据保留扣件力的时域数据的宽频带特性，宽频带特性表征了实际载荷的频率具有周期性的同时具有一定随机性，因而通过扣件力的第一时域数据和扣件力的第二时域数据得到的待加载激振力函数能够更贴切地模拟实际载荷的周期性和随机性。显然，疲劳试验结果的准确性与构建的待加载激振力函数的贴切程度呈正比，也就是说，待加载激振力函数越贴近实际载荷的特性，那么疲劳试验结果的准确性就越高。
本实施例的可选方案中，本实施例提供的扣件系统疲劳试验方法，具体参见图8中示出的流程示意图，包括以下步骤：
S200，在实际轨道运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；
S210，滤除扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到扣件力的第一时域数据，滤除时域数据中高于预定频率的部分，得到扣件力的第二时域数据；
S220，设定待加载激振力函数A与加载时间t之间的关系为：A(t)＝A1*sin(ω1*t)+A2*sin(ω2*t)，其中，ω1为第一角速度，ω2为第二角速度，t为加载时间，t≥0；
S230，根据扣件力的第一时域数据确定参数A1，根据扣件力的第二时域数据确定参数A2；
S240，对待试验扣件系统根据待加载激振力函数进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命。
通过将待加载激振力函数设定为正弦组合激励函数，不仅可以简化建模过程，又能够贴切地模拟实际载荷的周期性和随机性。根据扣件力的第一时域数据确定参数A1，根据扣件力的第二时域数据确定参数A2，从而将待加载激振力函数的幅值同时与低频载荷和高频载荷关联起来，进而待加载激振力函数的幅值特性能够更加贴切地模拟实际载荷的幅值特性。
本实施例的可选方案中，本实施例提供的扣件系统疲劳试验方法，具体参见图9中示出的流程示意图，包括以下步骤：
S300，在实际轨道运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；
S310，滤除扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到扣件力的第一时域数据，滤除时域数据中高于预定频率的部分，得到扣件力的第二时域数据；
S320，设定待加载激振力函数A与加载时间t之间的关系为：A(t)＝A1*sin(ω1*t)+A2*sin(ω2*t)，其中，ω1为第一角速度，ω2为第二角速度，t为加载时间，t≥0；
S330，根据扣件力的第一时域数据确定参数A1，根据扣件力的第二时域数据确定参数A2；
S340，设定第一角速度ω1＝2π*F1，并设定第二角速度ω2＝2π*F2；
S350，根据扣件力的时域数据得到扣件力的频域数据，根据扣件力的频域数据确定参数F1和参数F2；
S360，对待试验扣件系统根据待加载激振力函数进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命。
根据扣件力的频域数据确定参数F1和参数F2，也就是说从扣件力的频域数据中获取与扣件力强相关的两个频率值即参数F1和参数F2，从而使第一角速度和第二角速度与实际载荷的频率特性联系起来，进而待加载激振力函数的频率特性能够更加贴切地模拟实际载荷的频率特性。
本实施例的可选方案中，如图2所示，参数A1为第一时域数据的最大幅值和最小幅值的差值，表征了在低频载荷下扣件力的最大可变化幅值；如图3所示，参数A2为第二时域数据的最大幅值和最小幅值的差值，表征了在高频载荷下扣件力的最大可变化幅值。待加载激振力函数的幅值的最大值为低频载荷的最大可变化幅值和高频载荷的最大可变化幅值的和，待加载激振力函数的幅值的最小值为零，进而待加载激振力函数的幅值特性能够更加贴切地模拟实际载荷的幅值特性。
本实施例的可选方案中，如图4所示，参数F1为扣件力的频域数据在小于预定频率条件下的最大扣件力所对应的频率，也即第一优势频率；参数F2为扣件力的频域数据在大于预定频率条件下的最大扣件力对应的频率，也即第二优势频率。由于第一优势频率在低频范围内，第二优势频率在高频范围内，第一角速度与第一优势频率相关，第二角速度与第二优势频率相关，且待加载激振力函数的周期和频率均由第一角速度和第二角速度共同决定，所以待加载激振力函数的周期和频率由第一优势频率和第二优势频率共同决定，进而待加载激振力函数的周期和频率也能够贴切地模拟实际组合载荷的周期和频率。
本实施例的可选方案中，本实施例提供的扣件系统疲劳试验方法，具体参见图10中示出的流程示意图，包括以下步骤：
S400，在实际轨道运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；
S410，滤除扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到扣件力的第一时域数据，滤除扣件力的时域数据中高于预定频率的部分，得到扣件力的第二时域数据；
S420，设定待加载激振力函数A与加载时间t之间的关系为：A(t)＝A1*sin(ω1*t)+A2*sin(ω2*t)，其中，ω1为第一角速度，ω2为第二角速度，t为加载时间，t≥0；
S430，根据扣件力的第一时域数据确定参数A1，根据扣件力的第二时域数据确定参数A2；
S440，设定第一角速度ω1＝2π*F1，并设定第二角速度ω2＝2π*F2；
S450，根据扣件力的时域数据得到扣件力的频域数据，根据扣件力的频域数据确定参数F1和参数F2；
S460，根据待加载激振力函数确定待加载激振力函数的加载周期；
S470，根据待加载激振力函数对待试验扣件进行持续加载试验；
S480，测定待试验扣件发生疲劳失效的时间，通过疲劳失效时间与加载周期的比值得到待试验扣件的最大加载次数，以确定待试验扣件的疲劳寿命。
具体地，疲劳失效时间为从开始加载时刻到扣件系统失效的起始时刻之间所经历的总加载时长。待加载激振力函数的一个周期作为单位加载时长，由于待加载激振力函数的周期易于测算，且疲劳失效时间也易于测算，从而易于通过计算得到待试验扣件的最大加载次数，以最大加载次数表征待试验扣件的疲劳寿命显然是简单易行的方案。
本实施例的可选方案中，本实施例提供的扣件系统疲劳试验方法，具体参见图11中示出的流程示意图，包括以下步骤：
S500，在实际轨道运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；
S510，滤除扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到扣件力的第一时域数据，滤除时域数据中高于预定频率的部分，得到扣件力的第二时域数据；
S520，设定待加载激振力函数A与加载时间t之间的关系为：A(t)＝A1*sin(ω1*t)+A2*sin(ω2*t)，其中，ω1为第一角速度，ω2为第二角速度，t为加载时间，t≥0；
S530，根据扣件力的第一时域数据确定参数A1，根据扣件力的第二时域数据确定参数A2；
S540，设定第一角速度ω1＝2π*F1，并设定第二角速度ω2＝2π*F2；
S550，根据扣件力的时域数据得到扣件力的频域数据，根据扣件力的频域数据确定参数F1和参数F2；
S560，根据待加载激振力函数确定待加载激振力函数的加载周期；
S570，通过疲劳试验设备根据待加载激振力函数对待试验扣件进行持续加载试验；
S580，测定待试验扣件发生疲劳失效的时间，通过疲劳失效时间与加载周期的比值得到待试验扣件的最大加载次数，以确定待试验扣件的疲劳寿命。
通过疲劳试验设备对待试验扣件进行持续加载试验，通过将疲劳试验设备的振动规律与待加载激振力函数相匹配，从而能够准确地根据待加载激振力函数进行加载。其中，疲劳试验设备为现有的疲劳试验设备。
在一个实际应用中，如图5所示，为A1＝50，A2＝40，F1＝2Hz，F2＝812Hz情况下，待加载激振力函数A(t)＝50*sin(4π*t)+40*sin(1624π*t)的时域曲线a，A(t)的第一分量A(t)’＝50*sin(4π*t)的时域曲线b，以及A(t)的第一分量A(t)”＝40*sin(1624π*t)的时域曲线c。
在另一个实际应用中，如图6所示，为A1＝70，A2＝10，F1＝1Hz，F2＝20Hz情况下，待加载激振力函数A(t)＝70*sin(2π*t)+10*sin(40π*t)的时域曲线d，A(t)的第一分量A(t)’＝70*sin(2π*t)的时域曲线e，以及A(t)的第一分量A(t)”＝70*asin(2π*t)的时域曲线f。
本实施例的可选方案中，参见图12至图14所示，待试验扣件系统包括弹条13、螺栓12、轨下垫板和两个轨距挡块11。轨距挡块11固定于轨下垫板，钢轨3设置于两个轨距挡块11之间，弹条13的部分通过螺栓12与轨距挡块11连接，弹条13的其余部分抵接钢轨3的背离于轨下垫板的表面以使钢轨3压紧于轨下垫板。其中，通过钢轨3模拟现有的轨道。
通过对待试验扣件进行重复加载，直至出现弹条13、螺栓12断裂或者轨下垫板、轨距挡块11等出现磨损失效的时刻，记录疲劳失效时间。
疲劳试验设备包括机架和加载件，加载件和轨下垫板均设置于机架，加载件能够抵接钢轨3以对钢轨3根据待加载激振力函数进行加载。通常弹条13包括ω型弹条和e型弹条，疲劳试验设备能够分别对ω型弹条和e型弹条进行试验。
为了保证试验结果的准确性，要确保疲劳试验设备能够提供足够大的激振力，以满足根据待试验激振力函数输出激振力的要求。
本实施例的可选方案中，机架形成有支撑斜面和支撑平面，支撑斜面与支撑平面呈夹角设置；加载件设置于支撑平面，轨下垫板设置于支撑斜面；加载件为机械凸轮式振动加载件或电动式振动加载件。
机架包括底座20、支撑工装21和支撑台体22，加载件包括振动台动圈23、滑台24和转接工装25，支撑工装21和支撑台体22均设置于底座20，支撑台体22上形成有与底座20平行的支撑平面，支撑工装21面向支撑台体22的一侧形成支撑斜面，转接工装25的一端抵接扣件系统的钢轨3，转接工装25的另一端与滑台24相连接，振动台动圈23能够驱动所述滑台24在所述支撑表面内往复移动，以使所述转接工装25压紧或放松钢轨3。
通过使滑台24根据待加载激振力函数往复移动，即可模拟实际载荷并对扣件系统进行全频段组合加载试验，而现有的疲劳试验设备只能单独进行低频试验或单独进行高频试验，并不能实现全频带组合加载试验。
可选地，如图12所示，轨下垫板的底部还依次设置有板下垫板和轨枕，轨下垫板、板下垫板和轨枕共同作为连接工装14设置于支撑斜面；或者，如图14所示，轨下垫板可以单独作为连接工装14设置于支撑斜面。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种扣件系统疲劳试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
在实际轨道运行环境中，获取扣件系统受到的扣件力的时域数据；
滤除所述扣件力的时域数据中低于预定频率的部分，得到所述扣件力的第一时域数据，滤除所述时域数据中高于所述预定频率的部分，得到所述扣件力的第二时域数据；
根据所述扣件力的第一时域数据和所述扣件力的第二时域数据确定待加载激振力函数；
对待试验扣件系统根据所述待加载激振力函数进行加载试验，以确定所述待试验扣件系统的疲劳寿命；
其中，根据所述扣件力的第一时域数据和所述扣件力的第二时域数据确定待加载激振力函数，包括；
设定待加载激振力函数A与加载时间t之间的关系为：
A(t)＝A1*sin(ω1*t)+A2*sin(ω2*t)，其中，ω1为第一角速度，ω2为第二角速度，t为加载时间，t≥0；
根据所述扣件力的第一时域数据确定参数A1，根据所述扣件力的第二时域数据确定参数A2；
所述参数A1为所述第一时域数据的最大幅值和最小幅值的差值；
所述参数A2为所述第二时域数据的最大幅值和最小幅值的差值；
设定所述第一角速度ω1＝2π*F1，并设定所述第二角速度ω2＝2π*F2；
根据所述扣件力的时域数据得到所述扣件力的频域数据，根据所述扣件力的频域数据确定参数F1和参数F2；
所述参数F1为所述扣件力的频域数据在小于所述预定频率的条件下的最大扣件力所对应的频率，所述参数F2为所述扣件力的频域数据在大于所述预定频率的条件下的最大扣件力对应的频率。
2.根据权利要求1所述的扣件系统疲劳试验方法，其特征在于，所述对待试验扣件系统根据待加载激振力函数进行加载试验，以确定待试验扣件系统的疲劳寿命的步骤具体执行为：
根据所述待加载激振力函数确定所述待加载激振力函数的加载周期；
根据所述待加载激振力函数对所述待试验扣件进行持续加载试验；
测定所述待试验扣件发生疲劳失效的时间，通过疲劳失效时间与所述加载周期的比值得到所述待试验扣件的最大加载次数，以确定所述待试验扣件的疲劳寿命。
3.根据权利要求1所述的扣件系统疲劳试验方法，其特征在于，
通过疲劳试验设备对所述待试验扣件系统根据所述待加载激振力函数进行加载试验。
4.根据权利要求3所述的扣件系统疲劳试验方法，其特征在于，
所述待试验扣件系统包括弹条、螺栓、轨下垫板和两个轨距挡块；所述轨距挡块固定于所述轨下垫板，钢轨设置于两个所述轨距挡块之间，所述弹条的部分通过所述螺栓与所述轨距挡块连接，所述弹条的其余部分抵接所述钢轨的背离于所述轨下垫板的表面以使所述钢轨压紧于所述轨下垫板；
所述疲劳试验设备包括机架和加载件，所述加载件和所述轨下垫板设置于所述机架，所述加载件能够抵接所述钢轨以对所述钢轨根据所述待加载激振力函数进行加载。
5.根据权利要求4所述的扣件系统疲劳试验方法，其特征在于，
所述机架形成有支撑斜面和支撑平面，所述支撑斜面与所述支撑平面呈夹角设置；所述加载件设置于所述支撑平面，所述轨下垫板设置于所述支撑斜面；
所述加载件为机械凸轮式振动加载件或电动式振动加载件。
6.根据权利要求1所述的扣件系统疲劳试验方法，其特征在于，
所述预定频率为30Hz-100Hz。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111707528B (zh) * 2020-07-16 2023-05-26 上海宇航系统工程研究所 一种基于累积损伤等效的动力学环境时频转换方法
CN112213091B (zh) * 2020-09-30 2022-07-01 华东交通大学 一种铁路弹条扣件检测台
CN113252263A (zh) * 2021-04-12 2021-08-13 西南交通大学 扣件高频振动疲劳试验系统
CN114295508B (zh) * 2021-12-30 2023-07-18 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4266720A (en) * 1979-12-20 1981-05-12 Stedef S.A. Rail fastener
CN102419262B (zh) * 2011-08-21 2015-06-03 江苏荣昌机械制造集团有限公司 压路机橡胶减震块动态疲劳试验机
CN202204689U (zh) * 2011-08-21 2012-04-25 江苏荣昌机械制造集团有限公司 压路机橡胶减震块动态疲劳试验机
CN106053272A (zh) * 2016-08-16 2016-10-26 苏州东菱振动试验仪器有限公司 一种宽频疲劳试验机
CN106932162B (zh) * 2017-03-28 2019-10-18 西南交通大学 轨道动刚度测试方法及系统
CN107036892A (zh) * 2017-05-27 2017-08-11 西南交通大学 弹条疲劳试验装置及弹条疲劳试验方法
CN207798589U (zh) * 2017-12-26 2018-08-31 四川广正科技有限公司 一种铁路弹条疲劳试验辅助装置
WO2019138421A1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Venkateswara Chowdary P Elastic fastening assembly for railway rail
CN108593233B (zh) * 2018-04-18 2020-09-04 西南交通大学 疲劳强度测量设备及系统
CN108240896A (zh) * 2018-04-18 2018-07-03 西南交通大学 疲劳强度测量方法及装置
CN109657306B (zh) * 2018-12-04 2019-12-03 西南交通大学 铁路扣件弹条损坏识别方法及装置
CN109612710A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机
CN209707079U (zh) * 2018-12-29 2019-11-29 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机
CN109799150B (zh) * 2019-02-19 2021-04-20 北京建筑大学 铁路i型弹条高频疲劳测试方法
CN109799135B (zh) * 2019-02-19 2021-11-23 北京建筑大学 铁路i型弹条高频疲劳测试夹具及系统
CN109990967B (zh) * 2019-04-30 2024-04-30 上海材料研究所有限公司 一种钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置及方法

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