CN220418834U - 一种道岔轮轨关系试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种道岔轮轨关系试验装置，包括门架和底座，底座上至少设置两根平行的第一导轨，第一导轨上滑动连接有道岔一级托板，道岔一级托板上沿第一导轨方向固定有道岔，道岔上有轮对；门架横跨在底座两侧，门架顶部中间设置竖向加载机构，门架两内侧对称设置横向加载机构，横向加载机构位于竖向加载机构的下方；竖向加载机构下端连接有一级竖向加载压板，一级竖向加载压板下方共同固定有至少两根平行的第二导轨，第二导轨上滑动连接有门型轮对加载架，门型轮对加载架的两下端固定在轮对两端的轮轴上；每列横向加载机构的内端固定有一根第三导轨，轮对两端的轮轴端头与第三导轨滑动连接。该试验装置能测试不同因素对道岔运行性能的影响。

Description

一种道岔轮轨关系试验装置

技术领域

本实用新型属于轮轨关系试验装置技术领域，具体涉及一种道岔轮轨关系试验装置。

背景技术

铁路道岔中，固定型辙叉广泛用于普速线路和城市轨道交通线路中，其用量占据道岔产品的95％以上，且在普速线路的年通过总量为国外同等铁路的2～3倍。然而，固定型辙叉由于特殊的结构形式，使得列车过岔时的轮轨接触关系变得复杂，产生了道岔区轨道不平顺，从而大大影响到列车运行平稳性和道岔的整体使用寿命。

国内各主要道岔制造厂、科研院所采用在铁路运行线路现场铺设并试运行，后续定期观测的方式，对道岔产品从材料、工艺、结构等多方面开展了改进和研究工作，相继开展了高锰钢组合辙叉、锻造高锰钢组合辙叉、合金钢组合辙叉等形式的固定型辙叉研究与开发工作，取得了良好的应用效果，推动了行业技术进步。这种线路试运行的方式可以很好地观测到道岔产品的实际工作状况，但对轮轨接触的各种影响因素进行分析时，存在试验周期长、试验难度高，无法有效获取多种因素对道岔处轮轨关系的影响等诸多缺陷。

在非道岔区段的一般线路中，通过轮轨关系试验台的方式，为铁路轮轨关系的研究提供了重要的技术手段。试验台进行试验时，有以下优势：测试的时间短，所花费的成本较低并且可以同一时间进行多种项目的测试，可以缩短研究时间并且可以节约经费；具有良好的可重复性，可以排除随机偶然误差，不受外界因素的影响；可以进行在实际铁路线路上由于无法操控而不能进行的极限工况。

而铁路道岔是铁路轨道的薄弱环节及限制列车通过速度的关键设施，其结构复杂、技术难度大、轮轨接触关系相比普通轨道更为复杂。因此建立道岔用轮轨试验台对道岔产品的设计和开发具有非常重要的意义和工程应用价值，国内外目前尚无有关固定型辙叉或道岔系统轮轨关系分析试验平台的开发与应用。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种道岔轮轨关系试验装置。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种道岔轮轨关系试验装置，包括门架和底座，所述底座上至少设置有两根平行的第一导轨，所述第一导轨上滑动连接有道岔一级托板，所述道岔一级托板上沿所述第一导轨方向固定有道岔，所述道岔上设置有轮对；所述门架横跨在所述底座两侧，所述门架顶部中间设置有一列竖向加载机构，所述门架两内侧对称设置有两列横向加载机构，且所述横向加载机构均位于所述竖向加载机构的下方；所述竖向加载机构的下端均连接有一级竖向加载压板，所述一级竖向加载压板下方共同固定有至少两根平行的第二导轨，所述第二导轨上滑动连接有门型轮对加载架，所述门型轮对加载架的两下端套装固定在所述轮对两端的轮轴上；每列所述横向加载机构的内端共同固定有一根第三导轨，且所述第一导轨、第二导轨及第三导轨相互平行，所述轮对两端的轮轴端头与所述第三导轨滑动连接。

进一步地，所述第一导轨上滑动连接有道岔二级托板，所述道岔二级托板上至少设置有两根平行的第四导轨，且所述第四导轨与第一导轨平行，所述道岔一级托板滑动连接在所述第四导轨上。

进一步地，所述第二导轨上滑动连接有二级竖向加载压板，所述二级竖向加载压板下方至少设置有两根平行的第五导轨，且第五导轨与第二导轨平行，所述门型轮对加载架滑动连接在第五导轨上。

进一步地，每列横向加载机构的内端共同固定有横向加载板，所述第三导轨设置在所述横向加载板内端面上，所述轮对两端的轮轴端头均固定有支撑板，所述支撑板与所述第三导轨滑动连接。

进一步地，所述一级竖向加载压板为门形结构，所述二级竖向加载压板及门型轮对加载架上端均位于所述门形结构中。

进一步地，所述道岔的下方设有适配垫板，所述适配垫板通过螺栓固定在所述道岔一级托板上，所述道岔通过扣件固定在所述适配垫板上方。

进一步地，所述道岔的轨底上设置有振动加速度传感器和应变位移传感器，所述道岔的轨腰上设置有应变位移传感器。

进一步地，所述二级竖向加载压板和门型轮对加载架的运动方向与所述道岔一级托板、道岔二级托板的运动方向相反；所述二级竖向加载压板、所述门型轮对加载架的运动方向相同，所述道岔一级托板、所述道岔二级托板的运动方向相同。

本实用新型的有益效果：

1、通过该试验装置，可方便快捷的对道岔系统的动力学特性进行研究，通过在道岔轨件如尖轨、基本轨、导轨、辙叉等上布置振动加速度传感器、应变位移传感器，同时配合相应的采集分析装置可获得道岔主要零部件轨件在轮对经过时的振动加速度、动态位移变化、轮轨相互作用力等动力学参数，从而掌握和研究机车车辆通过道岔区域时道岔系统的动力学行为；

2、通过在适配垫板上布置振动加速度传感器、应变位移传感器，配合采集分析装置可验证道岔区域设置减振措施时该减振部件的减振效果，主要通过分别测试对比有无减振部件时适配板的振动加速度及位移值的大小，可以及时的获取该减振措施的减振量，从验证该减振措施的减振效果；

3、该试验装置可通过控制道岔一级托板、道岔二级托板、门型轮对加载架和二级竖向加载压板的速度来控制轮对通过道岔的相对速度；通过设置竖向、横向加载机构实现轮对相对于待测道岔施加的竖向、横向力加载力从而模拟实际运营工况；通过测试得到的道岔在不同工况受载下的磨耗情况及获得的动力响应(振动加速度、振动位移、轮轨相互作用力等)，从而对道岔的结构和材料进行优化；

4、通过该试验装置，可以验证道岔轨顶廓形、关键位置及各关键断面结构设计合理性，试验过程中，记录不同试验时间节点辙叉整体状况、关键位置以及各关键断面如咽喉始端、心轨顶宽20、40、50mm各断面的磨耗情况(磨耗速率、磨耗量)，通过对以上测试数据及辙叉状况的分析比对，验证辙叉心轨轨顶廓形及各关键断面结构在设计是否存在不足，从而有针对性的对辙叉廓形及心轨各控制断面的结构改进和优化提供依据。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图(图2中隐藏了门架、轮对上方以及道岔下方的所有结构)。

附图标记说明：

1-门架；2-底座；3-第一导轨；4-道岔一级托板；5-道岔；6-轮对；7-适配垫板；8-扣件；9-竖向加载机构；10-横向加载机构；11-一级竖向加载压板；12-第二导轨；13-门型轮对加载架；14-第三导轨；15-道岔二级托板；16-第四导轨；17-二级竖向加载压板；18-第五导轨；19-横向加载板；20-支撑板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

请参见图1～图2，本实用新型实施例提供了一种道岔轮轨关系试验装置，具体包括门架1和底座2，所述底座2上设置三根平行的第一导轨3，所述第一导轨3上滑动连接有道岔一级托板4，所述道岔一级托板4上沿所述第一导轨3的方向固定有道岔5，所述道岔5上设置有轮对6；附图中轮对6右侧的道岔5为待试验的道岔，当道岔一级托板4沿第一导轨3按实验要求的速度V1滑动时，则道岔5获得V1的直线速度，轮对6相对道岔5来说，同样获得了V1的直线速度。

此外，所述道岔5的下方设有适配垫板7，所述适配垫板7通过螺栓固定在所述道岔一级托板4上，所述道岔5通过扣件8固定在所述适配垫板7上方，该适配垫板7可适应不同类型道岔的安装。

所述门架1横跨在所述底座2两侧，所述门架1顶部中间设置有一列竖向加载机构9，通过该竖向加载机构9对所述轮对6施加竖向的作用力，实现列车轴重的模拟；所述门架1两内侧对称设置有两列横向加载机构10，且所述横向加载机构10均位于所述竖向加载机构9的下方；所述竖向加载机构9的下端均连接有一级竖向加载压板11，所述一级竖向加载压板11下方共同固定有三根平行的第二导轨12，所述第二导轨12上滑动连接有门型轮对加载架13，所述门型轮对加载架13的两下端套装固定在所述轮对6两端的轮轴上；每列所述横向加载机构10的内端共同固定有一根第三导轨14，且所述第一导轨3、第二导轨12以及第三导轨14相互平行，所述轮对6两端的轮轴端头与所述第三导轨14滑动连接。当通过竖向加载机构9对轮对6施加压力时，一级竖向加载压板11不动，所述门型轮对加载架13带动轮对6沿所述第二导轨12滑动按试验要求的速度S1滑动，轮对6可获得S1的直线速度。

为了进一步地提高轮对6通过道岔5的试验速度，在所述第一导轨3上滑动连接有道岔二级托板15，所述道岔二级托板15上至少设置有两根平行的第四导轨16，且所述第四导轨16与第一导轨3平行，所述道岔一级托板4滑动连接在所述第四导轨16上；同样的，在所述第二导轨12上滑动连接有二级竖向加载压板17，所述二级竖向加载压板17下方至少设置有两根平行的第五导轨18，且第五导轨18与第二导轨12平行，所述门型轮对加载架13滑动连接在第五导轨18上。所述二级竖向加载压板17和门型轮对加载架13的运动方向与所述道岔一级托板4、道岔二级托板15的运动方向相反；同时所述二级竖向加载压板17、门型轮对加载架13的运动方向相同，所述道岔一级托板4、道岔二级托板15的运动方向相同。

当道岔一级托板4沿所述第四导轨16滑动的试验速度为V1，道岔二级托板15沿第一导轨3滑动的试验速度为V2，当道岔一级托板4和道岔二级托板15按相应的速度向相同方向同时动作时，道岔5可获得V1+V2的直线速度，静止的轮对6相对道岔5来说，获得V1+V2的直线速度。

同样地，当门型轮对加载架13带动轮对6沿所述第五导轨18滑动的试验速度为S1，二级竖向加载压板17沿第二导轨12滑动的试验速度为S2，当门型轮对加载架13和二级竖向加载压板17按相应的速度向相同方向同时动作时，轮对6可获得S1+S2的直线速度。

当道岔一级托板4和道岔二级托板15按V1和V2的速度向相同方向同时动作，门型轮对加载架13和二级竖向加载压板17按S1+S2的速度向相同方向同时动作，且二级竖向加载压板17和门型轮对加载架13的运动方向与所述道岔一级托板4、道岔二级托板15的运动方向相反时，轮对6可获得V1+V2+S1+S2的试验速度。

需要说明的是，如果对试验速度有进一步要求，可在轮对上方增加导轨以及相应的支座；也可在道岔下方增加导轨以及相应的支座，也可同时设置，以满足更高的试验速度要求。

此外，为了保护道岔一级托板4和道岔二级托板15、门型轮对加载架13和二级竖向加载压板17在运动过程中不对外界造成影响，所述一级竖向加载压板11和底座2均为门形结构，所述门型轮对加载架13、二级竖向加载压板17、道岔一级托板4、道岔二级托板15均位于所述门形结构中。

所述横向加载机构10对轮轴施加水平方向的作用力，从而模拟轮对6在实际工作状态的受力情况；该每列横向加载机构10的内端共同固定有横向加载板19，所述第三导轨14设置在所述横向加载板19内端面上，所述轮对6两端的轮轴端头均固定有支撑板20，所述支撑板20与所述第三导轨14滑动连接。

在本实用新型实施例中，道岔一级托板4、道岔二级托板15、门型轮对加载架13、二级竖向加载压板17以及支撑板20均通过滑块与相应的导轨滑动连接。

在本实用新型实施例中，竖向加载机构9和横向加载机构10均为液压机；通过控制横向加载机构10和竖向加载机构9的液压缸的频率、行程、荷载大小来模拟轮对6沿道岔5行驶过程中的轮对蛇行运动、横移等类似状态的轮对接触关系。

由于车轮踏面具有一定的锥度以及轮缘与钢轨之间存在间隙，当机车车辆在行进中轮对偶尔偏离直线轨道的中心线时，两轮便以不同直径的滚动圆在钢轨上滚动，使轮对在行进中一面作横向摆动，一面围绕其重心的垂轴来回摇头，这就形成了一种称为蛇形运动的波形运动，基于车辆行驶过程中蛇形运动的产生原因，本实用新型实施例通过设置一列若干个横向加载机构并使其液压缸以不同的频率、行程、荷载大小进行工作，模拟轮对蛇形运动这一运动状态以及轮对和钢轨在蛇形运动这一过程中的接触状态；

轮对横移是由于道岔几何不平顺的存在和与车辆轮对特殊的接触状态，使得车辆在道岔上产生复杂的振动并与道岔一起构成了随机振动系统，这种振动是由道岔固有不平顺的激励所引起的，当道岔的方向不平顺幅值明显大于轮轨间隙时，将会产生轮缘撞击钢轨的激烈的横向振动，受该横向振动影响，车辆在道岔区间产生横向偏移。车辆的横向移动也就是轮轨间隙(轮缘与钢轨内侧)的变化。本实用新型根据道岔区域轮对产生横向移动的原理出发，通过对横向加载机构的频率、行程、荷载大小进行调整，从而模拟轮对经过待试验道岔时发生横向移动这一过程。

通过模拟列车通过道岔时的轮轨接触关系，综合研究列车通过道岔时的动态行为以及对道岔轨道结构的动力作用，通过该试验装置测得道岔区道岔轨件振动加速度、道岔轨件振动位移、轮轨相互作用力等道岔动力学数据，并以该数据为依据验证道岔相关动力学模型的计算结果，具体地，需要在道岔的轨底上设置振动加速度传感器和应变位移传感器，同时在所述道岔的轨腰上设置应变位移传感器，从而测得待测道岔轨件振动加速度、道岔轨件振动位移、轮轨相互作用力等相关参数。

由于车辆-轨道系统主要以垂向的振动特性为主，因此将振动加速度传感器垂直贴合到待测道岔的轨底上，在轮对经过待测道岔时，轮对和钢轨相互作用，在道岔本身几何不平顺等的激励下轨件产生振动，振动加速度传感器接收到来自轨件的振动信号后触发并将该振动信号传递至配套的采集分析装置，从而获得该轨件的振动特性，通过在道岔不同零部件上多个点布置振动加速度传感器便可获取道岔的振动特性。

道岔轨件的振动位移测试采用应变位移传感器，将应变位移传感器的一端抵靠在待测道岔的轨底上，待测道岔产生振动时，应变位移传感器内部的应变片发生变形，通过配套的应变调理仪会将该变形产生的信号进行放大，再传递至配套的采集分析装置，从而获得该道岔的振动位移值。

此外，也可在适配垫板上布置振动加速度传感器和应变位移传感器，配合采集分析装置可验证减振扣件(该减振扣件位于道岔与适配垫板之间，且图中未示意)的减振效果，主要通过分别测试对比有无减振扣件时适配垫板的振动加速度以及位移值的大小，可以及时的获取该减振扣件的减振量，从而验证该减振措施的减振效果。

轮轨相互作用力(主要指垂向)与振动位移的采集原理相同，将应变位移传感器的一端抵靠在待测道岔的轨腰上，待测道岔产生振动时，应变位移传感器内部的应变片发生变形，通过配套的应变调理仪会将该变形产生的信号进行放大，再传递至配套的采集分析装置，从而获得该轮轨相互作用力。

将待测道岔铺设固定在该试验装置上后，通过对设置在该试验装置中的列车轮对的垂向荷载、横向荷载、移动速度三个变量的控制，模拟列车在通过道岔区间时的车辆轴重、运动速度等，从而模拟列车通过道岔时的实际运行工况以及各种复杂工况，如车辆的蛇形运动、横向移动等，同时配合振动加速度传感器、位移传感器、应变片、轮廓仪等，在试验装置上完成对待试验道岔材料性能、道岔动力学行为、磨耗情况的试验和检验。

此外，由于道岔和轮对廓形的特殊性，即使轮对无横移，辙叉区的轮轨接触几何参数也会发生变化；通过该试验装置，可以研究道岔在正常运行状态以及其他不利工况条件下，轮对与道岔转辙器区、辙叉区的轮轨接触状态，来验证道岔轨顶廓形设计的合理性。

此外，通过该试验装置，可验证道岔(主要指辙叉)轨顶廓形、关键位置及各关键断面的结构设计合理性。通过调节试验装置的试验速度，测试在设定时间内，轮对通过待试验辙叉的次数，根据线路铁路上辙叉的实际使用情况，模拟辙叉在长期使用过程中，不同时间节点(辙叉使用初期、中期、末期)下的辙叉磨损情况；在试验过程中，分别记录各时间节点辙叉的整体状况、辙叉廓形的磨损情况、以及辙叉关键位置和关键断面，比如咽喉始端、心轨顶宽20、40、50mm断面等的磨损量，同时分析不同时间间隔下辙叉的磨损速率，从而在短期内验证该辙叉轨顶廓形、辙叉关键位置及各关键断面在设计上是否存在缺陷，可针对该缺陷进行相应的结构优化，缩短现有辙叉新产品上道所需的观测周期，尽快验证该辙叉产品设计的合理性。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，包括门架和底座，所述底座上至少设置有两根平行的第一导轨，所述第一导轨上滑动连接有道岔一级托板，所述道岔一级托板上沿所述第一导轨方向固定有道岔，所述道岔上设置有轮对；所述门架横跨在所述底座两侧，所述门架顶部中间设置有一列竖向加载机构，所述门架两内侧对称设置有两列横向加载机构，且所述横向加载机构均位于所述竖向加载机构的下方；所述竖向加载机构的下端均连接有一级竖向加载压板，所述一级竖向加载压板下方共同固定有至少两根平行的第二导轨，所述第二导轨上滑动连接有门型轮对加载架，所述门型轮对加载架的两下端套装固定在所述轮对两端的轮轴上；每列所述横向加载机构的内端共同固定有一根第三导轨，且所述第一导轨、第二导轨及第三导轨相互平行，所述轮对两端的轮轴端头与所述第三导轨滑动连接。

2.根据权利要求1所述的道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，所述第一导轨上滑动连接有道岔二级托板，所述道岔二级托板上至少设置有两根平行的第四导轨，且所述第四导轨与第一导轨平行，所述道岔一级托板滑动连接在所述第四导轨上。

3.根据权利要求2所述的道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，所述第二导轨上滑动连接有二级竖向加载压板，所述二级竖向加载压板下方至少设置有两根平行的第五导轨，且第五导轨与第二导轨平行，所述门型轮对加载架滑动连接在第五导轨上。

4.根据权利要求1所述的道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，每列横向加载机构的内端共同固定有横向加载板，所述第三导轨设置在所述横向加载板内端面上，所述轮对两端的轮轴端头均固定有支撑板，所述支撑板与所述第三导轨滑动连接。

5.根据权利要求3所述的道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，所述一级竖向加载压板为门形结构，所述二级竖向加载压板及门型轮对加载架上端均位于所述门形结构中。

6.根据权利要求5所述的道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，所述道岔的下方设有适配垫板，所述适配垫板通过螺栓固定在所述道岔一级托板上，所述道岔通过扣件固定在所述适配垫板上方。

7.根据权利要求6所述的道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，所述道岔的轨底上设置有振动加速度传感器和应变位移传感器，所述道岔的轨腰上设置有应变位移传感器。

8.根据权利要求6所述的道岔轮轨关系试验装置，其特征在于，所述二级竖向加载压板和门型轮对加载架的运动方向与所述道岔一级托板、道岔二级托板的运动方向相反；所述二级竖向加载压板、所述门型轮对加载架的运动方向相同，所述道岔一级托板、所述道岔二级托板的运动方向相同。