[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

说明书

本发明公开了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，装置包括两根平行的钢轨，两根钢轨安装在模拟高速铁路的无砟轨道上，两根钢轨的上端均设置有固定支架，两个固定支架的上端分别设置有水平的支撑杆，两根支撑杆的铰接处上方设置有水箱，水箱的下端通过输水管与蓄水箱的下端连接，输水管上安装有水泵，支撑杆的两端分别设置有中心弹簧和边缘弹簧。方法包括：温度梯度与加水重量之间的对应关系、通过控制水量模拟温度梯度对轨道的影响等步骤。本发明利用机械装置，依据液体的流动性原理，以模拟温度梯度对无砟轨道层状结构的疲劳作用，通过水泵使水在中间的水箱和两侧的蓄水箱之间缓慢流动，以模拟温度梯度正、负交替的变化过程。

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及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。

背景技术

无砟轨道以其高稳定性、高平顺性、少维修等优势，广泛应用于现今高速铁路的建设。然而，无砟轨道长期暴露于温度周期性变化的大气环境之中，其层状结构不可避免地会承受温度梯度作用作用和影响，使得无砟轨道层间粘结性能弱化，上层结构出现翘曲、上拱、剥离掉块等轨道病害，进而影响到行车的平稳性和安全性及整体轨道结构的服役寿命，因此，有必要设计并构建室内装置，以模拟环境中温度梯度对无砟轨道层状结构的周期性作用，并据此对无砟轨道的安全服役提出合理且实用的建议。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种模拟高速铁路无砟轨道温度梯度疲劳作用的装置及方法

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种模拟高速铁路无砟轨道温度梯度疲劳作用装置，其包括两根平行的钢轨，两根钢轨安装在模拟高速铁路的无砟轨道上，两根钢轨的上端均设置有固定支架，两个固定支架的上端分别设置有水平的支撑杆，支撑杆与钢轨垂直；两根支撑杆的一端通过铰接座铰接，另一端上均设置有蓄水箱，两根支撑杆的铰接处上方设置有水箱，水箱的下端通过输水管与蓄水箱的下端连接，输水管上安装有水泵，支撑杆的两端分别设置有中心弹簧和边缘弹簧，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；水箱的下端与支撑杆的铰接处设置有压力传感器，压力传感器与控制器电连接。

进一步地，固定支架的上端设置有滑槽，滑槽活动设置在支撑杆上，滑槽与固定支架铰接。

进一步地，水箱的下端设置有放水口。

进一步地，水箱的上方设置有加水管，加水管上设置有智能水阀，智能水阀与控制器电连接。

一种采用上述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，其包括以下步骤：

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：