[发明专利]一种模拟高速铁路无砟轨道温度梯度疲劳作用装置及方法

权利要求书

1.一种模拟高速铁路无砟轨道温度梯度疲劳作用装置的疲劳作用模拟方法，所述模拟高速铁路无砟轨道温度梯度疲劳作用装置包括两根平行的钢轨，两根所述钢轨安装在模拟高速铁路的无砟轨道上，两根所述钢轨的上端均设置有固定支架，两个所述固定支架的上端分别设置有水平的支撑杆，所述支撑杆与钢轨垂直；两根所述支撑杆的一端通过铰接座铰接，另一端上均设置有蓄水箱，两根所述支撑杆的铰接处上方设置有水箱，所述水箱的下端通过输水管与蓄水箱的下端连接，所述输水管上安装有水泵，所述支撑杆的两端分别设置有中心弹簧和边缘弹簧，所述中心弹簧和边缘弹簧的下端埋入无砟轨道的上层轨道板内；所述水箱的下端与支撑杆的铰接处设置有压力传感器，所述压力传感器与控制器电连接；

所述固定支架的上端设置有滑槽，所述滑槽活动设置在支撑杆上，所述滑槽与固定支架铰接；

所述水箱的下端设置有放水口；

所述水箱的上方设置有加水管，所述加水管上设置有智能水阀，所述智能水阀与控制器电连接；

其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立轨道变形量Δ₂与下压力F的关系：

其中，F为使轨道产生变形的下压力，EI为上层轨道结构的抗弯刚度，l₁为固定支架中心到中心弹簧的距离，l₂为固定支架中心到边缘弹簧的距离，

根据力矩平衡得到下压力F与加水重量G之间的关系：

S2：根据轨道结构在温度梯度作用下产生上凸或下凹的变形作用，建立轨道在温度梯度下的变形量Δ₁关系式：

其中，ΔT为上层轨道结构上、下表面的温度差，α为上层轨道结构的线膨胀系数，h为上层轨道结构的厚度；

S3：根据使轨道产生的相同变形时温度梯度和作用力对等的原则，即Δ₁＝Δ₂，得到温度梯度与加水重量之间的对应关系：

S4：将温度梯度与加水重量之间的对应关系输入控制器，打开智能水阀，通过加水管向水箱内加水，加水的重量满足温度梯度与加水重量之间的对应关系，加完水后，关闭智能水阀停止加水；

S5：水箱内加入设定的水量后，下压支撑杆，使两根支撑杆产生下凹，当两根支撑杆下凹到最大限度时，打开水泵；

S6：水泵按照一定的速率抽取水箱中的水，并排入两侧的蓄水箱内，两根支撑杆逐渐上凸，直到水箱内的水被抽完，并且在此过程中，水泵抽水的速率满足白天轨道受到的正温度梯度ΔT变化与加水重量之间的对应关系；

S7：水泵反向抽取蓄水箱内的水排入水箱内，两根支撑杆逐渐下凹，直到蓄水箱内的水全部抽入水箱内，并且在此过程中，水泵抽水的速率满足夜晚轨道受到的负温度梯度变化ΔT变化与加水重量之间的对应关系；

S8：重复步骤S6-S7，直到满足设定的循环次数，观测并记录轨道结构层间粘结状态和伤损情况，对轨道的服役寿命做出评估。