CN112198039A - 中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置及其测试方法，装置包含加力架，所述加力架的两个斜向支腿分别连接于两个F型钢轨顶面，两个所述F型钢轨分别连接于轨枕两端，所述轨枕通过扣件系统连接于承轨台，所述承轨台设于基座上，所述F型钢轨设有垂向位移测量装置和横向位移测量装置。本装置能够有效模拟实际运营环节中列车荷载通过轨排、扣件传递到下部基础的力学传递特性，更好的反应实际工况下的轨道结构特性，使试验结果更加符合工程实际，有效验证理论设计方法的正确性，有利于对初步参数的优化设计，同时，还能用于实现扣件组装扣压力、钢轨纵向阻力、冲击荷载衰减、扣件组装动静刚度试验、预埋件的拉拔试验。

Description

中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置及其测试方法。
背景技术
中低速磁浮的扣件系统是轨道结构的重要组成部件，将轨排固定在承轨台上，并将列车荷载通过轨排、扣件传递到下部基础，保持良好的轨道几何形位，进而保证磁浮轨道的稳定性和可靠性。
目前，关于中低速磁浮轨道扣件系统的研究还不够深入，已有的一些测试只是针对单个或者单组扣件系统进行，试验结果也难以反映扣件系统在实际工况下的力学状态。即使进一步优化之后，参照轨道交通用扣件系统的试验方法，针对一根H型钢轨枕组装状态下的扣件系统开展试验，在轨枕上施加不同方向、不同大小的荷载以模拟实际工况下的服役性能，也难以反映中低速磁浮轨道结构的力学传递特性，试验结果也值得商榷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的疲劳测试往往独立针对扣件系统进行，难以反映扣件系统在实际工况下的力学性能，导致测试结果不可靠的上述不足，提供一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置及其测试方法。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置，包含加力架，所述加力架的两个斜向支腿分别连接于两个F型钢轨顶面，两个所述F型钢轨分别连接于轨枕两端，所述轨枕通过扣件系统连接于承轨台，所述承轨台设于基座上，所述F型钢轨设有垂向位移测量装置和横向位移测量装置。
其中，所述斜向支腿从上往下向所述F型钢轨外侧倾斜，有效模拟列车运营时产生的向下及向外的作用力；所述垂向位移测量装置和横向位移测量装置均可采用现有轨道交通中适用的位移测量装置。
采用本发明所述的一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置，采用包含所述扣件系统、轨枕与F型钢轨的轨排结构固定在所述承轨台上，再将所述承轨台固定在所述基座上，所述轨排结构与实际运营结构为相同结构参数，有效模拟实际运营环节中列车荷载通过轨排、扣件传递到下部基础的力学传递特性，通过加载系统对设于所述F型钢轨顶面的加力架进行加压疲劳测试，以测试整体组装状态下的力学性能，更好的反应实际工况下的轨道结构特性，使试验结果更加符合工程实际，有效验证理论设计方法的正确性，有利于对初步参数的优化设计，同时，还能用于实现扣件组装扣压力、钢轨纵向阻力、冲击荷载衰减、扣件组装动静刚度试验、预埋件的拉拔试验，以贴近真实运营情况。
优选的，所述加力架包含横梁，所述横梁顶面中部设有用于连接加载系统的连接板，所述斜向支腿可拆卸连接于所述横梁两端部，所述斜向支腿粘接或者焊接连接于所述F型钢轨。
进一步优选的，所述横梁两端部对称分布有若干个安装孔，所述斜向支腿螺栓连接于所述横梁。
以便于适配不同轨距的轨道结构的疲劳试验。
进一步优选的，所述斜向支腿底面具有卡槽，所述卡槽适配连接所述F型钢轨轨面。
优选的，所述斜向支腿与竖直方向的夹角为10-20°。
优选的，同一个所述F型钢轨上的两个所述垂向位移测量装置分别位于所述加力架两侧。
进一步优选的，所述横向位移测量装置设于所述F型钢轨外侧面，所述横向位移测量装置对应所述垂向位移测量装置设置。
一种如上述任一所述的中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置的测试方法，包含如下步骤：
a、将组装完成的轨排结构吊装至基座顶面预定位置，调平所述轨排结构，然后施工承轨台，之后调节扣件系统的螺栓至设计值，其中，所述轨排结构包含F型钢轨、轨枕和所述扣件系统；
b、在所述F型钢轨顶面安装并固定加力架；
c、在所述F型钢轨上安装垂向位移测量装置和横向位移测量装置；
d、采用加载系统通过所述加力架对轨排结构进行疲劳加载，获取所述垂向位移测量装置和横向位移测量装置的测量值，确认所述扣件系统及其预埋件是否损坏，完成测试。
采用本发明所述的一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置的测试方法，吊装所述轨排结构至预定位置后浇筑所述承轨台，有利于保证所述轨排结构的安装位置更符合设计参数，利于提高测试结果的准确性及有效性，本测试方法通过前期安装时对轨排结构的精确把控，有利于提高对理论设计验证的正确性，试验中分别模拟短期及长期列车荷载作用，对中低速磁浮轨道结构进行原比例疲劳试验，使试验结果更加符合工程实际，进一步保证试验结果的可靠性。
优选的，所述加载系统循环加载第一预定次数个循环荷载，记录若干组所述F型钢轨相对所述承轨台的横向位移，取若干组横向位移的平均值记为动态位置量；
d2、卸载后测量两个所述F型钢轨的间距T1，所述加载系统循环加载第二预定次数个疲劳加载值用于模拟长期列车荷载，卸载预定时长后再次测量两个所述F型钢轨的间距T2，求得轨距扩大值△G，△G=T2-T1。
通过分析所述F型钢轨相对承轨台的动态位移及两个所述F型钢轨之间轨距扩大情况，得到扣件部件疲劳前后的状态，进而确定扣件的组装疲劳性能，使试验结果更加符合工程实际。
进一步优选的，在所述步骤d中，疲劳加载值取一个转向架的等效轴重。
其中，一个转向架的等效轴重＝列车极端工况下总重÷列车编组数量÷转向架数量÷转向架长度。
综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用本发明所述的一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置，能够有效模拟实际运营环节中列车荷载通过轨排、扣件传递到下部基础的力学传递特性，通过加载系统对设于所述F型钢轨顶面的加力架进行加压疲劳测试，以测试整体组装状态下的力学性能，更好的反应实际工况下的轨道结构特性，使试验结果更加符合工程实际，有效验证理论设计方法的正确性，有利于对初步参数的优化设计，同时，还能用于实现扣件组装扣压力、钢轨纵向阻力、冲击荷载衰减、扣件组装动静刚度试验、预埋件的拉拔试验，以贴近真实运营情况。
2、采用本发明所述的一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置的测试方法，通过前期安装时对轨排结构的精确把控，有利于提高对理论设计验证的正确性，试验中分别模拟短期及长期列车荷载作用，对中低速磁浮轨道结构进行原比例疲劳试验，使试验结果更加符合工程实际，进一步保证试验结果的可靠性。
附图说明：
图1为本发明所述的一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置的立体结构图；
图2为图1中的结构正视图；
图3为实施例中的加力架的结构示意图；。
图中标记：1-加力架，11-斜向支腿，12-横梁，13-连接板，2-F型钢轨，3-轨枕，4-扣件系统，5-承轨台，6-基座，71-垂向位移测量装置，72-横向位移测量装置。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图1-3所示，本发明所述的一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置，包含加力架1，所述加力架1的两个斜向支腿11分别连接于两个F型钢轨2顶面，两个所述F型钢轨2分别连接于轨枕3两端，所述加力架1与轨枕3相平行,所述轨枕3采用的H型钢构件，所述轨枕3通过扣件系统4连接于承轨台5，所述承轨台5设于基座6上，所述F型钢轨2设有垂向位移测量装置71和横向位移测量装置72，所述垂向位移测量装置71和横向位移测量装置72均可采用现有轨道交通中适用的位移测量装置，如可采用如现有技术中的精度0.01mm、最大量程50mm的抽芯式直线位移传感器。
如图3所示，所述加力架1包含横梁12，所述横梁12顶面中部焊接有用于连接加载系统的连接板13，所述斜向支腿11可拆卸连接于所述横梁12两端部，所述斜向支腿11从上往下向所述F型钢轨2外侧倾斜，有效模拟列车运营时对轨排结构产生的向下及向外的作用力，所述斜向支腿11与竖直方向的夹角为α，一般为10-20°，α的角度值由钢轨所受横向力与垂向力决定，如根据中低速磁浮轨道结构的特性， tanα＝0.2，则α＝11.3°。所述横梁12两端部对称分布有若干个安装孔，所述斜向支腿11螺栓连接于所述横梁12。所述斜向支腿11底面具有卡槽，所述卡槽适配连接所述F型钢轨2轨面，试验时，所述斜向支腿11粘接或者焊接连接于所述F型钢轨2，保证试验过程中的稳定性。
同一个所述F型钢轨2上的两个所述垂向位移测量装置71分别位于所述加力架1两侧，均位于悬浮检测面的中心线上，所述横向位移测量装置72设于所述F型钢轨2外侧面，所述横向位移测量装置72对齐所述垂向位移测量装置71设置。
采用包含所述扣件系统4、轨枕3与F型钢轨2的轨排结构固定在钢筋混凝土结构的所述承轨台5上，再将所述承轨台5固定在混凝土结构的所述基座6上，所述轨排结构采用与实际运营结构相同的结构参数，有效模拟实际运营环节中列车荷载通过轨排、扣件传递到下部基础的力学传递特性，通过加载系统对设于所述F型钢轨顶面的加力架进行加压疲劳测试，以测试整体组装状态下的力学性能，更好的反应实际工况下的轨道结构特性，使试验结果更加符合工程实际，有效验证理论设计方法的正确性，有利于对初步参数的优化设计，同时，还能用于实现扣件组装扣压力、钢轨纵向阻力、冲击荷载衰减、扣件组装动静刚度试验、预埋件的拉拔试验，以贴近真实运营情况。
采用上述中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置进行测试的方法，包含如下步骤：
a、将组装完成的轨排结构吊装至基座6顶面预定位置，调平所述轨排结构，然后施工承轨台5，之后调节扣件系统4的螺栓至设计值，其中，所述轨排结构包含F型钢轨2、轨枕3和所述扣件系统4；
b、在所述F型钢轨2顶面安装并固定加力架1；
c、在所述F型钢轨2上安装垂向位移测量装置71和横向位移测量装置72；
d、采用加载系统通过所述加力架1对轨排结构进行疲劳加载，获取所述垂向位移测量装置71和横向位移测量装置72的测量值，确认所述扣件系统4及其预埋件是否损坏，完成测试。
先将所述轨排结构进行组装，首先将所述两个所述F型钢轨2连接于所述轨枕3两端部，然后在所述轨枕3上组装所述扣件系统4，之后将组装好的轨排结构吊装至所述基座6顶面预定位置，调平所述轨排结构，然后绑扎所述承轨台5的纵横向钢筋，安装承轨台5模板并浇筑，待承轨台5养护至设计强度值后拆除模板，将所述扣件系统4螺栓拧紧至设计值。
然后安装所述加力架1于所述F型钢2上表面，对齐所述轨枕3的中心线并保持固定，由于所述加力架1较重，故先安装并固定，避免所述加力架1安装时对位移测量装置造成干扰。
之后，安装垂向位移测量装置71和横向位移测量装置72，将测量支架固定安装在所述承轨台5上。
然后进行疲劳加载，采用加载系统通过所述连接板13位置对轨排结构施加循环荷载。疲劳加载值取一个转向架的等效轴重，其值可根据列车极端工况下总重÷列车编组数量÷转向架数量÷转向架长度进行计算，如计算为7t，则利用计算机控制疲劳试验机对轨排结构施加10～70kN的循环荷载，如加载频率为（4±1）Hz。每加载一定次数，分别记录垂向位移测量装置71和横向位移测量装置72的测量值。在最初1000次循环的最后100次循环内，记录10个循环中所述F型钢轨2相对所述承轨台5的动态位移，取平均值记为动态位置量。完成1000次荷载循环后卸载，测量两个所述F型钢轨2中心线之间的相对距离（轨距），记为初始距离T1；然后进行循环加载第二预定次数个疲劳加载值用于模拟长期列车荷载，如进行300万次荷载循环，然后卸载4小时后再次测量该距离，记为疲劳后的间距T2，轨距扩大△G＝T2-T1，加载完成后，确认所述扣件系统4及其预埋件是否损坏，可通过目测确认，完成疲劳测试。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置，其特征在于，包含加力架(1)，所述加力架(1)的两个斜向支腿(11)分别连接于两个F型钢轨(2)顶面，两个所述F型钢轨(2)分别连接于轨枕(3)两端，所述轨枕(3)通过扣件系统(4)连接于承轨台(5)，所述承轨台(5)设于基座(6)上，所述F型钢轨(2)设有垂向位移测量装置(71)和横向位移测量装置(72)。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述加力架(1)包含横梁(12)，所述横梁(12)顶面中部设有用于连接加载系统的连接板(13)，所述斜向支腿(11)可拆卸连接于所述横梁(12)两端部，所述斜向支腿(11)粘接或者焊接连接于所述F型钢轨(2)。
3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述横梁(12)两端部对称分布有若干个安装孔，所述斜向支腿(11)螺栓连接于所述横梁(12)。
4.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述斜向支腿(11)底面具有卡槽，所述卡槽适配连接所述F型钢轨(2)轨面。
5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述斜向支腿(11)与竖直方向的夹角为10-20°。
6.根据权利要求1-5任一所述的试验装置，其特征在于，同一个所述F型钢轨(2)上的两个所述垂向位移测量装置(71)分别位于所述加力架(1)两侧。
7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述横向位移测量装置(72)设于所述F型钢轨(2)外侧面，所述横向位移测量装置(72)对应所述垂向位移测量装置(71)设置。
8.一种如权利要求1-7任一所述的中低速磁浮扣件系统疲劳试验装置的测试方法，其特征在于，包含如下步骤：
a、将组装完成的轨排结构吊装至基座(6)顶面预定位置，调平所述轨排结构，然后施工承轨台(5)，之后调节扣件系统(4)的螺栓至设计值，其中，所述轨排结构包含F型钢轨(2)、轨枕(3)和所述扣件系统(4)；
b、在所述F型钢轨(2)顶面安装并固定加力架(1)；
c、在所述F型钢轨(2)上安装垂向位移测量装置(71)和横向位移测量装置(72)；
d、采用加载系统通过所述加力架(1)对轨排结构进行疲劳加载，获取所述垂向位移测量装置(71)和横向位移测量装置(72)的测量值，确认所述扣件系统(4)及其预埋件是否损坏，完成测试。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述步骤d包含如下步骤：
d1、所述加载系统循环加载第一预定次数个循环荷载，记录若干组所述F型钢轨(2)相对所述承轨台(5)的横向位移，取若干组横向位移的平均值记为动态位置量；
d2、卸载后测量两个所述F型钢轨(2)的间距T1，所述加载系统循环加载第二预定次数个疲劳加载值用于模拟长期列车荷载，卸载预定时长后再次测量两个所述F型钢轨(2)的间距T2，求得轨距扩大值△G，△G=T2-T1。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，在所述步骤d中，疲劳加载值取一个转向架的等效轴重。
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