一种路基动力加载模型试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种路基动力加载模型试验系统，由试验箱、两套加固桩嵌固装置、加载装置、两套制动装置构成。通过千斤顶和激振器分别模拟列车恒载和行进过程产生的冲击力，通过电机驱动模型转向架在模型轨道上高速运动，通过合理设置各模型转向架之间的间距及模型轨道长度实现仅用有限个模型转向架即可模拟出多节车厢相继经过该段路基的作用效果。解决了单点激振与多作动器联动模拟列车荷载时不能实现荷载移动的问题，将列车行进产生的冲击力考虑进去，更符合实际。该试验系统可用于测试重载列车作用下路基动力响应以及检验斜向高压旋喷桩加固路基的加固效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及列车荷载作用下路基的动力响应，尤其是涉及一种路基动力加载模型试验系统。
技术介绍
重载铁路输送能力大、社会经济效益显著，发展重载铁路运输已成为我国加速提高铁路运输能力的主要途径。另一方面，随着大批客运专线相继投入运营，既有线的运输能力得到一定程度的释放。对既有线路进行有计划加固改造后开行重载铁路能充分利用既有线路资源，节约资金。近年来的工程实践表明，既有线经加固改造后开行重载铁路是可行的，但仍存在许多问题，例如，由于重载铁路的列车牵引质量大、行车密度高，导致路堤出现了不同程度的沉降。另外，列车轴重的增加导致路基的动力响应也大幅增加，路基振动易导致边坡滑塌、道砟沉陷、冒泥翻浆等病害，应引起足够重视。采用斜向高压旋喷桩加固铁路路基相比其他加固技术具有不断交施工、施工质量容易控制的优点，故其被广泛地应用于既有线加固工程中，但其应用在既有线扩能改造工程中的加固效果还有待时间的检验。无论是监测重载列车作用下路基的动力响应，还是评价斜向高压旋喷桩对既有铁路路基的加固效果，原位测试和模型试验都是最直接、最有效的手段。原位监测可以很好地研究路基动态响应，但需要耗费大量的人力、物力和时间，室内模型试验与原位监测相比，试验的可控性比较强，受外界环境干扰较小，可忽略次要因素而研究主要因素，利于发现规律。但对于列车作用下路基动力响应开展的模型试验十分有限，既有试验装置不能很好地模拟实际情况。开展列车荷载作用下路基动力响应模型试验的最大的难点就是如何较好地模拟列车荷载，较早开展的模型试验一般采用单点激振模拟列车荷载，与现实情况有非常大的差距。为了克服这一问题，公开号为CN102109419A，公开日期为2011年06月29日的中国专利高速铁路列车运行荷载的模拟加载系统提出了采用多作动器间隔一定相位联合作动的加载方法，各作动器直接作用于铁轨扣件上。该方法存在的问题是：①作动器输入的荷载时程曲线由数值模型得出，其准确性本身就有待检验，将其作为荷载时程曲线加载至路基模型测试得到的动力响应准确性难以保证；②由于列车对轨道的作用力通过扣件传递给轨枕再传递给路基，故其采用将作动器加载至扣件上，但这样就忽略了扣件本身沿路基纵向的宽度，给扣件施加了一个均匀的力，而实际中扣件受力是不均匀的；③所需电液伺服作动器数量多，不可能广泛开展试验；④列车荷载是沿线路运行的移动荷载，列车经过某点时，相当于施加了一个冲击荷载，而作动器采用连续的加载函数来模拟，不符合实际；⑤由于试验采用的伺服加载作动器对输入加载函数有一定要求，故需将有限元模型得到的时程曲线中的突兀与峰值进行处理，导致其不能考虑由轨道不平顺、轮轨接触面不均匀磨损等因素造成的冲击力，而将车轮荷载简化为匀速移动的恒力，产生与实际情况非常大的差距。
技术实现思路
本专利技术为解决现有试验设备不能精确模拟列车荷载作用的问题而提出，其目的是提供一种路基动力加载模型试验系统。本专利技术的技术方案是：一种路基动力加载模型试验系统，由试验箱、两套加固桩嵌固装置、加载装置、两套制动装置构成。1)所述试验箱由至少四根钢管立柱、沿路基模型行车方向布置的两块主要侧板A和若干块辅助侧板A、垂直路基模型行车方向布置的两块主要侧板B和若干块辅助侧板B、两根横向连接两钢管立柱底端的连接槽钢、嵌挤于钢管立柱或连接槽钢与侧板B之间的胶垫构成。2)所述加固桩嵌固装置由后支架、前支架、一根横梁、两根横向限位杆、若干根一级嵌固槽、若干根二级嵌固槽、若干个调角螺栓构成。3)所述加载装置包括模型转向架、四根由工字钢制成的模型轨道、加载反力架、固定于加载反力架上的反力纵梁、固定在反力纵梁上的反力滑道。所述模型转向架包括动滑轮、滑轮固定板、千斤顶、激振器、荷重传感器、弹簧J、激振传力架、顶杆作用槽、千斤顶传力板、弹簧Q、伸缩限位筒、工型板、轴承、车轴、车轮、电机架、永磁直流电机、传动轮、传送带、电瓶、控制器、停止按钮、正转控制按钮、反转控制按钮。4)所述制动装置包括制动轨道、制动端板、制动反力纵梁、制动滑道、滑动支架、固定支架、步进电机、步进电机控制器、步进电机驱动器、一级制动弹簧、伸缩导向杆、一级制动板、二级制动弹簧、二级制动板、脉冲信号发射按钮、曲柄连杆结构。所述钢管立柱的两个侧面上带有用于固定侧板A和侧板B的卡槽、底部带有用于将试验箱锚固于地面上的锚固板，所述主要侧板A、辅助侧板A由木板制成，所述主要侧板B由钢化玻璃制成，所述辅助侧板B由钢化玻璃或木板制成。所述后支架、前支架锚固于地面上，所述横梁和横向限位杆的两端分别焊接有螺母，可配合相应的螺栓分别将横梁和横向限位杆固定在后支架和前支架的竖向滑槽中，所述一级嵌固槽的后端铰接于横梁上，中间由两根横向限位杆夹紧以固定其竖向位置及角度，所述二级嵌固槽铰接于一级嵌固槽的前端，由调角螺栓调节二级嵌固槽相对一级嵌固槽的角度。所述一级嵌固槽由两片槽钢制成、所述二级嵌固槽由两片弧形钢板制成。所述模型轨道下部带有由表面光滑的薄钢片制成的防落土板。所述加载反力架至少两个，每个加载反力架由两根立柱、一根横梁以及两根斜撑构成，立柱、横梁、斜撑焊接或用螺栓组合在一起，立柱底部带有用于将反力架锚固于地面上的锚固板。所述动滑轮与滑轮固定板之间通过U型板和转轴连接，U型板可绕固定于滑轮固定板上的转轴转动，所述滑轮固定板固定于千斤顶底端。所述千斤顶顶杆端部安装有荷重传感器，安装有荷重传感器的千斤顶顶杆作用在千斤顶传力板上的顶杆作用槽内。所述千斤顶传力板中间开有方形通孔，下侧焊接有四个伸缩限位筒，伸缩限位筒外侧套有弹簧。所述伸缩限位筒的下端、弹簧的下端均焊接在工型板的上侧，所述工型板两端的下侧焊接在两个轴承上，所述轴承为滚动轴承，轴承的内圈与车轴焊接在一起、外圈与工型板焊接在一起。所述车轴的两端连接有车轮，所述车轮放置在所述模型轨道上。所述激振器通过弹簧J和伸缩限位筒弹性地安装在激振传力架上，激振器顶杆与激振传力架的顶板接触，激振传力架穿过千斤顶传力板的方形通孔后与车轴上的工型板连接在一起。所述电机架焊接在两个工型板之间，所述永磁直流电机固定在电机架上，所述永磁直流电机的控制器及为永磁直流电机提供电能的电瓶均放置在千斤顶传力板上。所述停止按钮有两个、正转控制按钮和反转控制按钮各有一个，其中，两个停止按钮分别通过按钮弹簧固定在千斤顶传力板的前后两个侧面上，其作用相同；正转控制按钮和反转控制按钮分别通过按钮弹簧固定在千斤顶传力板的前后两个侧面上，其分别控制永磁直流电机的正转、反转。所述用于连接停止按钮的按钮弹簧短于用于连接正转控制按钮或反转控制按钮的按钮弹簧。所述传动轮分别位于车轴和永磁直流电机的动力输出轴上，永磁直流电机上的传动轮与车轴上的传动轮之间通过传送带连接。所述制动轨道、制动反力纵梁、制动滑道的中心线均为竖曲线，制动反力纵梁、制动滑道、制动轨道、制动端板均固定在滑动支架上，滑动支架的前后端带有滑轮。所述固定支架锚固于地面上，固定支架的顶部带有与滑动支架底部所带滑轮相匹配的滑槽。所述步进电机放置在固定支架上，步进电机的动力输出轴通过曲柄连杆结构与滑动支架的底部横梁相连接。所述步进电机、步进电机驱动器、步进电机控制器、脉冲信号发射按钮分别通过导线连通。所述制动端板的前端安装有一级制动弹簧和伸缩导向杆，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路基动力加载模型试验系统，其特征在于：由试验箱（1）、两套加固桩嵌固装置（2）、加载装置（3）、两套制动装置（4）构成，所述试验箱（1）由至少四根钢管立柱（1‑1）、沿路基模型行车方向布置的两块主要侧板A（1‑2‑1）和若干块辅助侧板A（1‑2‑2）、垂直路基模型行车方向布置的两块主要侧板B（1‑3‑1）和若干块辅助侧板B（1‑3‑2）、两根横向连接两钢管立柱（1‑1）底端的连接槽钢（1‑4）、嵌挤于钢管立柱（1‑1）或连接槽钢（1‑4）与侧板B（1‑3）之间的胶垫（1‑5）构成；所述加固桩嵌固装置（2）由后支架（2‑1）、前支架（2‑2）、一根横梁（2‑3）、两根横向限位杆（2‑4）、若干根一级嵌固槽（2‑5）、若干根二级嵌固槽（2‑6）、若干个调角螺栓（2‑7）构成；所述加载装置（3）包括模型转向架（3‑1）、两组由工字钢制成的模型轨道（3‑2）、加载反力架（3‑3）、固定于加载反力架（3‑3）上的反力纵梁（3‑4）、固定在反力纵梁（3‑4）上的两组反力滑道（3‑5）；所述模型转向架（3‑1）包括动滑轮（3‑1‑1）、滑轮固定板（3‑1‑2）、千斤顶（3‑1‑3）、激振器（3‑1‑4）、荷重传感器（3‑1‑5）、弹簧J（3‑1‑6）、激振传力架（3‑1‑7）、顶杆作用槽（3‑1‑8）、千斤顶传力板（3‑1‑9）、弹簧Q（3‑1‑10）、伸缩限位筒（3‑1‑11）、工型板（3‑1‑12）、轴承（3‑1‑13）、车轴（3‑1‑14）、车轮（3‑1‑15）、电机架（3‑1‑16）、永磁直流电机（3‑1‑17）、传动轮（3‑1‑18）、传送带（3‑1‑19）、电瓶（3‑1‑20）、控制器（3‑1‑21）、停止按钮（3‑1‑22）、正转控制按钮（3‑1‑23）、反转控制按钮（3‑1‑24）；所述制动装置（4）包括制动轨道（4‑1）、制动端板（4‑2）、制动反力纵梁（4‑3）、制动滑道（4‑4）、滑动支架（4‑5）、固定支架（4‑6）、步进电机（4‑7）、步进电机控制器（4‑8）、步进电机驱动器（4‑9）、一级制动弹簧（4‑10）、伸缩导向杆（4‑11）、一级制动板（4‑12）、二级制动弹簧（4‑13）、二级制动板（4‑14）、脉冲信号发射按钮（4‑15）、曲柄连杆结构（4‑16）。...

【技术特征摘要】
1.一种路基动力加载模型试验系统，其特征在于：由试验箱（1）、两套加固桩嵌固装置（2）、加载装置（3）、两套制动装置（4）构成，所述试验箱（1）由至少四根钢管立柱（1-1）、沿路基模型行车方向布置的两块主要侧板A（1-2-1）和若干块辅助侧板A（1-2-2）、垂直路基模型行车方向布置的两块主要侧板B（1-3-1）和若干块辅助侧板B（1-3-2）、两根横向连接两钢管立柱（1-1）底端的连接槽钢（1-4）、嵌挤于钢管立柱（1-1）或连接槽钢（1-4）与侧板B（1-3）之间的胶垫（1-5）构成；所述加固桩嵌固装置（2）由后支架（2-1）、前支架（2-2）、一根横梁（2-3）、两根横向限位杆（2-4）、若干根一级嵌固槽（2-5）、若干根二级嵌固槽（2-6）、若干个调角螺栓（2-7）构成；所述加载装置（3）包括模型转向架（3-1）、两组由工字钢制成的模型轨道（3-2）、加载反力架（3-3）、固定于加载反力架（3-3）上的反力纵梁（3-4）、固定在反力纵梁（3-4）上的两组反力滑道（3-5）；所述模型转向架（3-1）包括动滑轮（3-1-1）、滑轮固定板（3-1-2）、千斤顶（3-1-3）、激振器（3-1-4）、荷重传感器（3-1-5）、弹簧J（3-1-6）、激振传力架（3-1-7）、顶杆作用槽（3-1-8）、千斤顶传力板（3-1-9）、弹簧Q（3-1-10）、伸缩限位筒（3-1-11）、工型板（3-1-12）、轴承（3-1-13）、车轴（3-1-14）、车轮（3-1-15）、电机架（3-1-16）、永磁直流电机（3-1-17）、传动轮（3-1-18）、传送带（3-1-19）、电瓶（3-1-20）、控制器（3-1-21）、停止按钮（3-1-22）、正转控制按钮（3-1-23）、反转控制按钮（3-1-24）；所述制动装置（4）包括制动轨道（4-1）、制动端板（4-2）、制动反力纵梁（4-3）、制动滑道（4-4）、滑动支架（4-5）、固定支架（4-6）、步进电机（4-7）、步进电机控制器（4-8）、步进电机驱动器（4-9）、一级制动弹簧（4-10）、伸缩导向杆（4-11）、一级制动板（4-12）、二级制动弹簧（4-13）、二级制动板（4-14）、脉冲信号发射按钮（4-15）、曲柄连杆结构（4-16）。2.根据权利要求1所述的一种路基动力加载模型试验系统，其特征在于：所述钢管立柱（1-1）的两个侧面上带有用于固定侧板A（1-2）和侧板B（1-3）的卡槽、底部带有用于将试验箱（1）锚固于地面上的锚固板，所述主要侧板A（1-2-1）、辅助侧板A（1-2-2）由木板制成，所述主要侧板B（1-3-1）由钢化玻璃制成，所述辅助侧板B（1-3-2）由钢化玻璃或木板制成。3.根据权利要求1所述的一种路基动力加载模型试验系统，其特征在于：所述后支架（2-1）、前支架（2-2）锚固于地面上，所述横梁（2-3）和横向限位杆（2-4）的两端分别焊接有螺母，可配合相应的螺栓分别将横梁（2-3）和横向限位杆（2-4）固定在后支架（2-1）和前支架（2-2）的竖向滑槽中，所述一级嵌固槽（2-5）的后端铰接于横梁（2-3）上，中间由两根横向限位杆（2-4）夹紧以固定其竖向位置及角度，所述二级嵌固槽（2-6）铰接于一级嵌固槽（2-5）的前端，由调角螺栓（2-7）调节二级嵌固槽（2-6）相对一级嵌固槽（2-5）的角度，所述一级嵌固槽（2-5）由两片槽钢制成、所述二级嵌固槽（2-6）由两片弧形钢板制成。4.根据权利要求1所述的一种路基动力加载模型试验系统，其特征在于：所述模型轨道（3-2）下部带有由表面光滑的薄钢片制成的防落土板（3-2-1）。5.根据权利要求1所述的一种路基动力加载模型试验系统，其特征在于：所述加载反力架（3-3）至少两个，每个加载反力架（3-3）由两根立柱、一根横梁以及两根斜撑构成，立柱、横梁、斜撑焊接或用螺栓组合在一起，立柱底部带有用于将加载反力架（3-3）锚固于地面上的锚固板。6.根据权利要求1所述的一种路基动力加载模型试验系统，其特征在于：所述动滑轮（3-1-1）与滑轮固定板（3-1-2）之间通过U型板和转轴连接，U型板可绕固定于滑轮固定板（3-1-2）上的转轴转动，所述滑轮固定板（3-1-2）固定于千斤顶（3-1-3）底端。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：董捷，赵聪，胡子阳，武志辉，李鑫，张松，田易卓，宋思远，戎贺伟，
申请(专利权)人：河北建筑工程学院，
类型：发明
国别省市：河北;13