[发明专利]轨道车辆轮轨垂向耦合作用力的模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆振动测试领域，尤其是涉及一种轨道车辆轮轨垂向耦合作用力的模拟装置及方法。

背景技术

车辆振动试验可分为线路运行试验及实验室振动试验两类。线路运行试验具有试验周期长、费用高、影响因素多和影响线路运行等缺点，所以，实验室模型试验受到广泛重视，特别是在日本、德国、美国和我国的原铁道部部属大学都在试验台试验方面做了大量研究工作。但建造一座现代化的全尺寸机车车辆模型进行试验，不仅工程巨大、而且研制费用高，是一般研究机构或一般研究项目所难以承受的。所以，采用缩尺比例的模型进行试验同样受到重视。我国在上海、兰州和成都的原铁道部直属高校也曾建造过l：5比例的滚动试验台，用于车辆动力学方面的试验研究。研究的主要有两种试验台，机车车辆滚动试验台和车辆—轨道振动试验台。前者通过滚轮系统模拟轨道的不平顺给车辆施加耦合作用力来研究车辆的动力学特性，后者对车辆和轨道都建立了完整的模型，但是对于钢轨及其轨下系统动力学的研究，建立包括车体、构架、轮对质量和一系、二系悬挂刚度及阻尼的完整的车辆模型显得过于复杂，且没有必要。寻找一种结构简单的，能模拟车辆给轨道系统垂向耦合作用力的方法和装置显得很有必要。现有技术中，对于车辆垂向耦合作用力的模拟总是要建立复杂的车辆模型，而且无法模拟轨道不平顺所引起的车体振动，缺乏针对轨道垂向耦合振动台架试验的有效方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轨道车辆轮轨垂向耦合作用力的模拟装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轨道车辆轮轨垂向耦合作用力的模拟装置，包括激振机构、行驶机构和质量块，所述的激振机构固定在行驶机构上，所述的质量块设置在激振机构上，轨道车辆的车轮连接于激振机构，在激振机构及质量块的作用下向位于车轮下方的钢轨施加荷载。

所述的激振机构包括激振器、振动箱、直线导轨滑块、弹簧和悬挂板，所述的激振器设置于振动箱内，直线导轨滑块设置在振动箱的侧板上，悬挂板通过弹簧与振动箱的底板连接，轨道车辆的车轮固定在悬挂板上。

所述的激振器有两个，以振动箱的中心线为轴对称设置，所述的弹簧设有4个，呈矩形状连接于振动箱的底板。

所述的行驶机构包括行走直线滑块、行走电机垫板、行走齿轮、两个行走梁、行走变频调速电机、行走机构侧板、激振机构防脱架、行走侧立板和行走直线导轨，所述的行走直线导轨固定在行走侧立板上，行走侧立板上固定有四个激振机构防脱架，所述的行走梁与行走侧立板连接，其中一个行走梁上连接行走变频调速电机，行走变频调速电机的输出轴上设有行走齿轮，该行走齿轮与行走直线导轨上的齿条啮合连接关系。

所述的质量块为轻载质量块、满载质量块或超载质量块。

一种应用上述装置的轨道车辆轮轨垂向耦合作用力的模拟方法，通过设置不同的质量块分别模拟轻载、满载或超载的工况，调节激振器的频率和质量块的偏向距，使激振机构的振动频率以及激振器的作用力达到预设值。

该模拟方法包括对静荷载的模拟和对动荷载的模拟两部分，其中，所述的静荷载利用加载质量块来模拟，所述的动荷载利用一个激振机构模拟。动荷载是仅考虑引起车辆动荷载的主要因素建筑结构沉降所产生的长波不平顺频率情况下的动荷载，所述的动荷载的变化规律为正弦曲线Fsin(wt+ψ)，所述的w对应于建筑结构沉降所产生的长波不平顺引起的车辆振动频率，所述的F为对应频率的动荷载分量。

建筑结构沉降所产生的长波不平顺引起的车辆振动频率w和对应频率的动荷载分量F的计算方法：采用二系悬挂减振装置的列车简化计算模型，一系、二系悬挂简化为弹性阻尼系统，其值为k₁和c₁、k₂和c₂；轮对、转向架和车体都简化为质量块，其中m₁模拟轮对质量、m₂模拟转向架质量、m₃模拟车体质量；y_i为参考坐标系，分别对应于各质量的静平衡位置；P为轮轨间的作用力，假定车体的重量均匀分配给每个轮对，可取m₁为单个轮对质量、m₂为转向架质量的二分之一、m₃为车体质量的四分之一。