CN211717735U - 一种便携式模拟铁轨运营的激振装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，包括步进电机、减速箱、支架、夹紧装置、激振器。激振装置通过夹紧装置固定在被测的铁轨上，支架上的步进电机通过减速箱，将动力平均输出给减速箱的两根输出轴，两根输出轴末端各装有一个单齿齿轮，单齿齿轮连续旋转与激振杆上的齿进行啮合，驱动激振装置的激振杆上移，激振杆在弹簧力作用下复位，冲击被测铁轨。步进电机转速通过控制器可以调节，实现不同激振频率，冲击力可以通过调解弹簧的预压缩量实现。本实用新型的优点为：结构紧凑、易便携，安装和使用方法简单，可靠性高，现场调解方便，可以模拟不同工况下铁轨激振信号。

Description

一种便携式模拟铁轨运营的激振装置

技术领域

本实用新型涉及激振装置技术领域，特别涉及电控激振装置，具体为一种便携式模拟铁轨运营的电动加载系统。

背景技术

我国的铁路和地铁建设事业发展迅猛，并且已经取得良好的经济和社会效益。随着轨道交通运输速度不断提升，对铁轨的试运营以及使用一段时间后的状态监测是确保轨道交通安全运行的重要保障，对铁轨运行状态和安全状况的检测是目前轨道部门亟待解决的难题之一，更是确保轨道交通长时间安全运行的重中之重。

铁轨在火车或者地铁激励下的振动是检测铁轨运行状态的关键内容，利用火车或地铁运行时进行铁轨的在线检测，不仅时间短且成本高，对现场传感器和设备损害大，同时，建筑物附近的轨道交通对居民生活、工作和休息会产生一定的影响，因此，轨道交通振动引发的问题备受关注，针对列车或者地铁正常运行期间的振动对铁轨、地基、周边环境、地表建筑的影响成为主要的研究方向。

目前，针对模拟铁轨冲击试验多用重锤法，重锤法设备庞大，且冲击力大小和频率难以调节，方法不够灵活。

因此，为切实模拟铁轨运行时的真实振动特性，需要一套冲击力大小和频率可调的便携式激振设备，为铁轨振动研究提供激振源，特别为铁轨振动监测的实验研究提供一种新手段。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种用于模拟列车或地铁运行在铁轨上时，对铁轨产生的振动冲击，实现振动频率和冲击力可调的便携式模拟铁轨运营的激振装置。该装置具有安装调节方便、结构简单、成本低等特点，可以很好适用于列车铁轨或地铁铁轨的振动冲击。本实用新型的技术方案是：

一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，其特征在于，所述的激振装置包括步进电机和变速箱总成、设备支架、激振装置、夹紧装置；

所述步进电机和变速箱总成安装在设备支架上；

所述设备支架包括铝型材、角铁，其中，铝型材立柱沿其高度方向设置有多个安装孔，铝型材中的上部横梁通过选择铝合金立柱上的不同位置连接而调整其高度位置，实现激振力调节；

所述激振装置包括复位弹簧、弹簧座、激振杆、不完全齿轮、激振杆导路；所述变速箱设置有两根平行的输出轴，两根输出轴上分别设置所述不完全齿轮，激振杆处在两根输出轴上之间，激振杆的两侧边分别设置与不完全齿轮相配的单齿或齿条；

所述夹紧装置设置在设备支架的下部，用于夹紧被测铁轨，使被测铁轨不松动地处在激振装置的下方；所述夹紧装置的底盘通过底盘安装螺栓选择铝合金立柱上的不同位置连接，实现夹紧装置在高度方向上的整体位置调整；

所述激振杆通过激振杆导路与弹簧座形成移动副，所述激振杆可以在竖直方向沿着激振杆导路方向上下移动；所述弹簧座通过弹簧座固定螺栓固定在设备支架的上部横梁上，所述弹簧座与所述激振杆中间设有复位弹簧。

进一步地，所述变速箱是由上箱体、下箱体、输入轴、输入轴平键、第一输出轴、第二输出轴、放油螺塞、透视盖、透视盖安装螺栓、输入轴齿轮、第一输出轴齿轮、第二输出轴齿轮、轴承透盖、轴承闷盖；所述输入轴齿轮通过平键与输入轴进行周向定位，通过套筒进行轴向定位，同时所述输入轴由一对轴承支撑，且通过嵌入式轴承透盖和嵌入式轴承闷盖进行轴承的轴向定位；所述第一输出轴和第二输出轴结构和其上零件相同，其中所述第一输出轴上的第一输出轴齿轮通过平键实现与第一输出轴的周向固定，所述第一输出轴齿轮通过套筒与第一输出轴实现轴向定位，所述第一输出轴上的轴承通过嵌入式轴承透盖和嵌入式轴承闷盖进行轴向定位；所述不完全齿轮由平键与第一输出轴进行周向固定，通过齿轮轴端定位挡圈和齿轮轴端固定螺栓与第一输出轴实现周向定位以及紧固。

进一步地，所述不完全齿轮为单齿齿轮或2-4个连续齿的齿轮，所述激振杆两侧边设置相应的单齿或齿条。

进一步地，所述第一输出轴伸出端，装有轴承支撑，所述轴承支撑安装在设备支架铝型材的槽中，轴承支撑侧边设有螺纹孔，所述轴承支撑通过铝型材角铁固定在设备支架上，轴承支撑可以在槽内进行水平方向的位移调节。

进一步地，所述夹紧装置包括所述夹紧装置底盘、夹紧装置底盘安装螺栓、夹紧块、夹紧装置上连架杆、带手柄的夹紧装置连杆、夹紧装置下连架杆、夹紧装置铰链、夹紧装置支撑杆；

所述激振装置是由夹紧块实现与被测铁轨夹紧，所述夹紧块与夹紧装置支撑杆固结一起，同时夹紧装置支撑杆与夹紧装置下连架杆固结，所述夹紧块、夹紧装置支撑杆和夹紧装置下连架杆共同构成同一构件，所述夹紧装置下连架杆通过夹紧装置铰链与夹紧装置连杆形成转动副，所述夹紧装置上连架杆与夹紧装置连杆通过夹紧装置铰链形成转动副，所述夹紧装置上连架杆和夹紧装置下连架杆与夹紧装置底盘各通过夹紧装置铰链形成转动副，所述夹紧装置底盘通过四组夹紧装置底盘安装螺栓固定在设备支架上；

所属夹紧装置夹紧时保证夹紧装置上连架杆与夹紧装置连杆共线，处于四杆机构的死点状态，确保夹紧可靠。

本实用新型装置方便携带和易于安装，能够模拟列车启动、停止及运行时对铁轨产生的冲击，替代实际列车运行时的实际工况，降低测试成本，保障测试安全，测试过程获取振动信号为铁轨正常维护以及列车运行时对周围环境的影响提供数据支持。

附图说明

图1、2分别为一种便携式模拟铁轨运营激振装置的主视图和A向视图；

图3、4分别为本实用新型中步进电机和变速箱总成的主视图和立体图；

图5为本实用新型中变速箱内输入轴系和输出轴系的立体图；

图6为本实用新型中设备支架立体图；

图7、8分别为本实用新型中激振装置的主视图和立体图；

图9、10分别为本实用新型中夹紧装置的主视图和立体图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本实用新型的具体实施方式做进一步详细描述，但本实施并非用于限制本实用新型的保护范围，凡是采用本实用新型的相似结构及其细节变化，均应列入本实用新型的保护范围。

一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，包括：步进电机和变速箱(DX)、设备支架、激振装置(JZ)、夹紧装置(JJ)。夹紧装置(JJ)操作方便且安全可靠，激振装置(JZ)中激振杆的振动频率和振动力大小可调。所述步进电机和变速箱总成(DX)包括步进电机1、电机座2、电机安装螺栓组3、联轴器4、变速箱5、变速箱安装螺栓16、电机支架安装螺栓17。所述激振装置(JZ)包括复位弹簧8、弹簧座9、激振杆10、单齿齿轮11和38、单齿齿轮轴端定位挡圈23、单齿齿轮轴端固定螺栓24、弹簧座固定螺栓25、激振杆导路26。所述夹紧装置(JJ)包括夹紧装置底盘12、夹紧装置底盘安装螺栓13、夹紧块14、夹紧装置上连架杆 18、带操作手柄的夹紧装置连杆19、夹紧装置下连架杆21、夹紧装置铰链20、夹紧装置支撑杆22。

所述步进电机1通过电机安装螺栓组3安装在电机支架2上，所述电机支架 2通过电机支架安装螺栓17固定在设备支架6上。所述步进电机1通过电机轴平键28与联轴器4相连，并通过变速箱输入轴平键29将电机动力输入至变速箱 5。所述变速箱5通过变速箱安装螺栓16固定在设备支架6上，所述设备支架6 是由30mm×30mm铝型材通过铝型材角铁7搭建而成。

所述变速箱5是由上箱体27、下箱体32、输入轴30、输入轴平键29、第一输出轴40、第二输出轴37、放油螺塞31、透视盖33、透视盖安装螺栓34、输入轴齿轮39、第一输出轴齿轮42、第二输出轴齿轮35、轴承透盖36、轴承闷盖 41及输出轴末端单齿齿轮11、38及单齿齿轮轴端定位挡圈23和单齿齿轮轴端固定个螺栓24组成。所述输入轴齿轮39通过第一平键44与输入轴30进行周向定位，通过套筒45进行轴向定位，同时所述输入轴30由一对轴承43支撑，且通过嵌入式轴承透盖36和嵌入式轴承闷盖41进行轴承43的轴向定位，所述嵌入式轴承透盖36和嵌入式轴承闷盖41，分别嵌在齿轮箱下箱体32和上箱体27 的沉槽50内，可以选择性增添无石棉材料的调整垫圈以确保输入轴30上轴承 43和齿轮42定位可靠。所述第一输出轴40和第二输出轴37结构和其上零件相同，其中第一输出轴40上的第一输出轴齿轮42通过第一平键44实现与第一输出轴40的周向固定，所述第一输出轴齿轮42通过套筒45与第一输出轴40实现轴向定位，所述第一输出轴40上轴承43通过嵌入式轴承透盖36和嵌入式轴承闷盖41进行轴向定位。所述第一输出轴40伸出端装有单齿齿轮38，所述单齿齿轮38由第二平键46与第一输出轴40进行周向固定，通过单齿齿轮轴端定位挡圈23和单齿齿轮轴端固定螺栓24与第一输出轴40实现周向定位以及紧固。

在所述第一输出轴40的伸出端装有轴承支撑49，所述轴承支撑49安装在设备支架6铝型材的槽中，轴承支撑49侧边设有螺纹孔，所述轴承支撑49通过铝型材角铁7固定在设备支架6上，轴承支撑49可以在槽内进行水平方向的位移调节。

所述激振装置是由夹紧块14实现与被测铁轨15夹紧，所述夹紧块14与夹紧装置支撑杆22固结一起，同时夹紧装置支撑杆22与夹紧装置下连架杆21固结，所述夹紧块14、夹紧装置支撑杆22和夹紧装置下连架杆21共同构成同一构件，所述夹紧装置连杆19通过夹紧装置铰链20与夹紧装置下连架杆21连接形成转动副，所述夹紧装置上连架杆18与夹紧装置连杆(19)通过夹紧装置铰链20形成转动副，所述夹紧装置上连架杆18和夹紧装置下连架杆21与夹紧装置底盘12各通过夹紧装置铰链20形成转动副，所述夹紧装置底盘12通过四组夹紧装置底盘安装螺栓13固定在设备支架6上。设备支架6的铝型材立柱L2上设有平行于立柱的槽(C1)，所述安装螺栓13可以在槽(C1)内上下移动，所述夹紧装置底盘12可以通过调节底盘安装螺栓13在设备支架6竖直方向的位置实现夹紧装置(JJ)整体位置调整。

所属夹紧装置(JJ)夹紧时保证夹紧装置上连架杆18与夹紧装置连杆19共线，处于四杆机构的死点状态，确保夹紧可靠。

所述激振杆10两侧边设置两个齿C1、C2，所述两个齿C1、C2侧边为直线，工作时与两单齿齿轮11、38分别啮合。所述激振杆10通过两个激振杆导路26 与弹簧座9形成移动副，所述激振杆10可以在竖直方向沿着激振杆导路26方向上下移动。所述弹簧座9通过弹簧座固定螺栓25固定在设备支架6的上横梁L1 上，所述弹簧座9与所述激振杆10中间设有复位弹簧8。所述上横梁L1可以通过调整其下方4组角铁51上螺栓组52在铝型材立柱L2上槽C1的位置并予以固定，改变复位弹簧8的压缩量，实现激振力调节。

模拟铁轨运营激振信号与信号频率和激振力大小密切相关，同时要求激振装置具有便携的特点以实现铁轨不同位置激振信号加载。本实用新型可以实现通过调节设备支架6的上横梁L1的位置，可以实现复位弹簧8初始压缩量调节，进而改变铁轨上激振力大小，本实用新型中的步进电机1配上其控制器，可实现电机转速调节，通过变速箱5输出轴上的单齿齿轮11可以实现激振杆10振动频率调节。

激振装置(JZ)中的激振杆10末端为球面，系统启动前与被测铁轨15保持接触，激振杆10侧边对称设置的两个单齿齿条C1,C2，单齿齿轮11、38旋转到齿轮上的单齿与齿条上单齿进入啮合时，激振杆10末端远离被测铁轨15，啮合结束后，激振杆10在复位弹簧8的作用下，对被测铁轨15施加冲击。

为确保施加激振信号的可靠性，激振装置需要将被测铁轨15牢靠夹紧，本实用新型中的夹紧装置(JJ)的工作部分是与铁轨横截面仿形加工出来的夹紧块 14，夹紧块14可采用硬度较高的工程塑料，如聚四氟乙烯。所述夹紧块14随着夹紧装置(JJ)上手柄运动实现夹紧和放松，夹紧装置(JJ)采用铰链四杆机构实现，且夹紧时，夹紧装置上连架杆18和夹紧装置连杆19位于同一直线，此时无论夹紧块14在冲击时受到多大的力，夹紧装置的上连架杆18受到的力和速度均成90°，即没有让夹紧装置上连杆18复位的力，只有当操作人员往内侧拨动夹紧装置连杆19上的手柄时，夹紧块14与被测铁轨15脱离接触，处于放松的状态。

变速箱5的输出采用两根输出轴37、40，两根输出轴上分别安装了两个单齿齿轮11、38，所述两个单齿齿轮11、38转速相同且转向相反，齿轮上的齿的相位关于变速箱中间对称面对称，能够实现同时与激振杆齿C1和C2进入啮合和脱离啮合。变速箱5内设置三个齿轮，中间齿轮39的齿轮输入轴30与电机轴通过联轴器连接，中间齿轮39与两个输出轴的齿轮35、42处于外啮合，确保两输出轴37、40上的齿轮转速相同。所述中间输入轴上齿轮39与两根输出轴上齿轮 35、42模数相同，齿数可以相同也可以不同。

单齿齿轮38通过与激振杆上齿C2啮合，能确保激振杆10在其导路26上移动的位移Δx为：

Δx＝mπ/2

其中：m为单齿齿轮和激振杆上齿的模数。为获得更大激振力，

可以增加激振杆10的相对位移，即复位弹簧8的压缩量，此时，可将单齿齿轮设置成多齿数的不完全齿轮，如2～4齿，相应激振杆10上齿条上齿数也增加到相同齿数，增加齿数后激振杆10在导路上移动的位移Δx为：

Δx＝(z-1/2)mπ

其中：z-不完全齿轮的齿数。

激振杆10施加在被测铁轨15上的激振力F的公式如下：

FΔt/2＝m_gv

Δt＝1/f

F＝2mvf

其中：k-弹簧刚度，N/mm。m_g-激振杆的质量，kg。v-激振杆的接触铁轨前的速度，m/s。Δt-激振周期，s。f-激振频率，Hz。

本实用新型中的激振装置在现场安装时，首先将设备支架6两排平行的支脚对称放置在被测铁轨15的两侧，并确保激振杆10末端与被测铁轨上表面接触，其次，拨动两个手柄，将设备支架6上对称的两套夹紧装置(JJ)的夹紧块14 夹紧被测铁轨，并确保夹紧装置上连架杆18和连杆19共线，接着，调节弹簧座位置确保复位弹簧8压缩量满足激振力要求，最后，启动步进电动1实现激振。若被测铁轨15横截面尺寸不同，可以更换不同的夹紧块14，夹紧装置(JJ)可以调整位移，以适应不同环境下的铁轨予以夹紧。

步进电机1是激振装置的动力源，通过设置步进电机驱动信号，实现激振杆 10模拟列车或者地铁运营的振动信号，当模拟列车或地铁处于启动阶段时，步进电机1在驱动信号下实现转速逐渐上升，激振频率逐渐增加，当模拟正常运行时，维持步进电机转速恒定，当列车或地铁减速停止时，步进电机转速逐渐降低，实现降频输出。

所述的步进电机驱动器可以是用单片机控制系统实现不同频率驱动信号的输出。本实用新型中的模拟铁轨运营的激振装置，配合相关传感器、数据采集和分析系统即可实现铁轨、道床、周围环境、地面建筑等进行振动信号检测，为轨道交通运行时的影响提供可靠的实验数据。

Claims (5)

1.一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，其特征在于，所述的激振装置包括步进电机和变速箱总成(DX)、设备支架、激振装置(JZ)、夹紧装置(JJ)；

所述步进电机和变速箱总成(DX)安装在设备支架上；

所述设备支架(6)包括铝型材、角铁(7)，其中，铝型材中的上部横梁(L1)通过选择铝合金立柱上的不同位置连接而调整其高度位置，实现激振力调节；

所述激振装置(JZ)包括复位弹簧(8)、弹簧座(9)、激振杆(10)、不完全齿轮(11、38)、激振杆导路(26)；所述变速箱设置有两根平行的输出轴，两根输出轴上分别设置所述不完全齿轮，激振杆(10)处在两根输出轴上之间，激振杆(10)的两侧边分别设置与不完全齿轮相配的单齿或齿条；

所述夹紧装置(JJ)设置在设备支架的下部，用于夹紧被测铁轨，使被测铁轨不松动地处在激振装置(JZ)的下方；所述夹紧装置的底盘(12)通过底盘安装螺栓(13)选择铝合金立柱上的不同位置连接，实现夹紧装置(JJ)在高度方向上的整体位置调整；

所述激振杆(10)通过激振杆导路(26)与弹簧座(9)形成移动副，所述激振杆(10)可以在竖直方向沿着激振杆导路(26)方向上下移动；所述弹簧座(9)通过弹簧座固定螺栓(25)固定在设备支架(6)的上部横梁(L1)上，所述弹簧座(9)与所述激振杆(10)中间设有复位弹簧(8)。

2.如权利要求1所述的一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，其特征在于，所述变速箱(5)是由上箱体(27)、下箱体(32)、输入轴(30)、输入轴平键(29)、第一输出轴(40)、第二输出轴(37)、放油螺塞(31)、透视盖(33)、透视盖安装螺栓(34)、输入轴齿轮(39)、第一输出轴齿轮(42)、第二输出轴齿轮(35)、轴承透盖(36)、轴承闷盖(41)；所述输入轴齿轮(39)通过第一平键(44)与输入轴(30)进行周向定位，通过套筒(45)进行轴向定位，同时所述输入轴(30)由一对轴承(43)支撑，且通过嵌入式轴承透盖(36)和嵌入式轴承闷盖(41) 进行轴承(43)的轴向定位；所述第一输出轴(40)和第二输出轴(37)结构和其上零件相同，其中所述第一输出轴(40)上的第一输出轴齿轮(42)通过第一平键(44)实现与第一输出轴(40)的周向固定，所述第一输出轴齿轮(42)通过套筒(45)与第一输出轴(40)实现轴向定位，所述第一输出轴(40)上的轴承(43)通过嵌入式轴承透盖(36)和嵌入式轴承闷盖(41)进行轴向定位；所述不完全齿轮由第二平键(46)与第一输出轴(40)进行周向固定，通过齿轮轴端定位挡圈(23)和齿轮轴端固定螺栓(24)与第一输出轴(40)实现周向定位以及紧固。

3.如权利要求1所述的一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，其特征在于，所述不完全齿轮为单齿齿轮或2-4个连续齿的齿轮，所述激振杆(10)两侧边设置相应的单齿或齿条。

4.如权利要求2所述的一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，其特征在于，所述第一输出轴(40)伸出端，装有轴承支撑(49)，所述轴承支撑(49)安装在设备支架铝型材的槽中，轴承支撑(49)侧边设有螺纹孔，所述轴承支撑(49)通过铝型材角铁(7)固定在设备支架上，轴承支撑(49)可以在槽内进行水平方向的位移调节。

5.如权利要求1所述的一种便携式模拟铁轨运营的激振装置，其特征在于，所述夹紧装置(JJ)包括所述夹紧装置底盘(12)、夹紧装置底盘安装螺栓(13)、夹紧块(14)、夹紧装置上连架杆(18)、带手柄的夹紧装置连杆(19)、夹紧装置下连架杆(21)、夹紧装置铰链(20)、夹紧装置支撑杆(22)；

所述激振装置是由夹紧块(14)实现与被测铁轨(15)夹紧，所述夹紧块(14)与夹紧装置支撑杆(22)固结一起，同时夹紧装置支撑杆(22)与夹紧装置下连架杆(21)固结，所述夹紧块(14)、夹紧装置支撑杆(22)和夹紧装置下连架杆(21)共同构成同一构件，所述夹紧装置下连架杆(21)通过夹紧装置铰链(20)与夹紧装置连杆(19)形成转动副，所述夹紧装置上连架杆(18)与夹紧装置连杆(19)通过夹紧装置铰链(20)形成转动副，所述夹紧装置上连架杆(18)和夹紧装置下连架杆(21)与夹紧装置底盘(12)各通过夹紧装置铰链(20)形成转动副，所述夹紧装置底盘(12)通过四组夹紧装置底盘安装螺栓(13)固定在设备支架(6)上；

所属夹紧装置(JJ)夹紧时保证夹紧装置上连架杆(18)与夹紧装置连杆(19)共线，处于四杆机构的死点状态，确保夹紧可靠。

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