一种钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置的制作方法

本实用新型属于铁路配件技术领域，尤其是涉及一种钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置。

背景技术：

近年来，公路运输愈发引发环境污染、土地占用、能源消耗、运输费用及运输安全等成本效应，我国交通运输战略逐步转变为“优先发展铁路、促进铁路公路协调发展”的模式。高铁、地铁等轨道交通与路面交通和空中交通相比，具有土地及空间占用率低、运输量大、运行速度快、环境污染小、舒适性和准点率高等优点，因此伴随着城市化进程的加速，我国轨道交通建设正在经历黄金发展期。

轨道系统作为轨道车辆的直接承载结构，在结构稳定方面要求具有绝对可靠性，钢轨与轨枕之间的扣件系统是起到联接作用的关键部件。扣件系统承受并传递轮轨纵向、横向及垂向力，其中高分子元件给轨道结构尤其是轨下提供弹性，对轮轨冲击起到缓冲作用，对振动能量的传递起到隔离或消耗作用。扣件弹条通过自身的拉压、弯曲及扭转组合形变对钢轨施加扣压力，在一定弹程范围内可调整轨道几何形位，保证钢轨与轨枕的相对位置固定，保障行车安全。目前，扣件系统的主要病害有：弹性垫板发生疲劳破坏或产生永久变形、螺栓松动、预埋套管断裂、轨距块或垫圈等被压溃、弹条产生裂纹或断裂破坏等。其中，扣件弹性垫板的疲劳和永久变形会使弹性发生改变，引起轨下刚度不平顺，尤其在小半径曲线路段或轨面波磨、掉块、鱼鳞纹等病害较严重路段，轨下弹性垫板的刚度改变会降低扣件减、隔振效率，加剧复杂轮轨力作用下的轨道结构不良动态响应。此外，螺栓、预埋套管零部件虽然体积较小，但其失效破坏可能导致弹条扣压力不足、几何位置偏转、弹程减小等，从而放大钢轨在节点位置的动力响应。有研究结果表明，当连续三个扣件弹条断裂失效时，轨距可能急剧扩张，严重时可能导致断轨或列车脱轨事故的发生。可见，扣件系统作为轨道结构的关键连接部件和轨下重要的减、隔振元件，其服役可靠性直接关系到车辆运营安全，组装扣件及其零部件的综合性能亟待改善。然而，现有的室内组装扣件系统动态和疲劳性能检测方法，仅针对单一低频(一般在3～5hz范围内)和固定幅值的简谐振动响应进行测试和分析，与实际线路中钢轨的振动响应满布2000hz频域范围，全局优势频率集中在20～400hz中低频段不符，且扣件系统的实际工作带宽受到行车速度、轨道减振结构等诸多因素的影响，因此采用传统检测方法获取的组装扣件动态和疲劳性能，无法准确、全面地预测扣件系统在实际线路中的动态和疲劳力学行为。综上所述，开发出基于不同车速、轴重、轨道结构、线路线形、轨面状态等更接近实际工况的组装扣件动态和疲劳性能检测装置及方法迫在眉睫。

技术实现要素：

本实用新型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钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置法。

本实用新型钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置具有操作简便、成本低廉且更能准确的模拟弹条实际工况等优点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置，用于对钢轨组装扣件系统进行动态力学行为检测与疲劳性能检测，所述钢轨组装扣件系统包括钢轨、轨枕及连接在钢轨与轨枕之间的扣压元件，所述检测装置包括底板、竖向立柱、激振器、作动头、过渡滑块、舌板、辅梁、箱体及上部横梁，所述竖向立柱固定连接在底板上，所述辅梁与上部横梁分别连接在竖向立柱上，所述箱体位于辅梁与上部横梁之间，所述箱体用于固定轨枕，所述激振器固定在底板上，所述激振器的作动头与过渡滑块连接，所述过渡滑块用于支撑钢轨的轨头，所述舌板用于实现钢轨的轨头与过渡滑块之间的连接。

在本实用新型的一个实施方式中，所述箱体为抽屉式结构，设有内胆，所述内胆可由侧向箱门抽出并完成更换，可根据钢轨组装扣件系统的轨枕尺寸更换箱体内胆，使检测装置对不同型式的钢轨组装扣件系统具有普遍适用性。

在本实用新型的一个实施方式中，所述过渡滑块上端设有用于放置钢轨轨头的凹型槽，所述凹型槽的槽底几何形状与钢轨轨头顶面一致，所述凹型槽两侧设置倒角，确保其紧密贴合，保证连接精度。可根据钢轨组装扣件系统的钢轨类型，使用配套的过渡滑块。

在本实用新型的一个实施方式中，所述舌板与钢轨轨头下颚几何形状一致，确保其紧密贴合，保证连接精度。可根据钢轨组装扣件系统的钢轨类型，使用配套的舌板。

在本实用新型的一个实施方式中，所述过渡滑块和舌板通过连接螺栓和连接螺母对钢轨轨顶进行固定连接，可实现钢轨在给定初始平衡位置附近的正、负向加速度载荷或力载荷的输入。

在本实用新型的一个实施方式中，所述竖向立柱通过l型钢与上部横梁及辅梁连接。

在本实用新型的一个实施方式中，所述竖向立柱通过l型钢与上部横梁的连接处加工有多个螺纹通孔，配合调高螺栓和锁紧螺母共同调节上部横梁的安装高度。

在本实用新型的一个实施方式中，所述过渡滑块与作动头的相对水平位置和角度可以改变，用于调节激振器对钢轨的作用方向，实现钢轨组装扣件系统垂向、横向动力特性或疲劳特性的同步测量。

在本实用新型的一个实施方式中，所述辅梁为工字辅梁。

现有的室内组装扣件系统动态和疲劳性能检测装置，仅针对单一低频(一般在3～5hz范围内)和固定幅值的简谐振动响应进行测试和分析，与实际线路中钢轨的振动响应满布2000hz频域范围，全局优势频率集中在20～400hz中低频段不符，且扣件系统的实际工作带宽受到行车速度、轨道减振结构等诸多因素的影响，因此采用传统检测装置获取的组装扣件动态和疲劳性能，无法准确、全面地预测扣件系统在实际线路中的动态和疲劳力学行为。与现有技术相比，本实用新型可在组装扣件系统的动态和疲劳试验中，充分考虑车速、轴重、轨道结构、线路线形、轨面状态等现实因素的影响，实现宽频带激励、多工况检测，且操作简便、成本低廉。

附图说明

图1为实施例1中一种钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置分解结构示意图。

图2为实施例1中一种钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置主视结构示意图。

图3为图2中ⅰ处局部放大结构示意图。

图中标号：1、底板，2、竖向立柱，3、激振器，4、作动头，5、过渡滑块，6、钢轨，7、舌板，8、连接螺母，9、连接螺栓，10、辅梁，11、扣压元件，12、箱体，13、轨枕，14、上部横梁，15、调高螺柱，16、锁紧螺母，17、l型钢。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

参考图1-图3，一种钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测装置，用于对钢轨组装扣件系统进行动态力学行为检测与疲劳性能检测，所述钢轨组装扣件系统包括钢轨6、轨枕13及连接在钢轨6与轨枕13之间的扣压元件11，所述检测装置包括底板1、竖向立柱2、激振器3、作动头4、过渡滑块5、舌板7、辅梁10、箱体12及上部横梁14，所述竖向立柱2固定连接在底板1上，所述辅梁10与上部横梁14分别连接在竖向立柱2上，所述箱体12位于辅梁10与上部横梁14之间，所述箱体12用于固定轨枕13，所述激振器3固定在底板1上，所述激振器3的作动头4与过渡滑块5连接，所述过渡滑块5用于支撑钢轨6的轨头，所述舌板7用于实现钢轨6的轨头与过渡滑块5之间的连接。

本实施例中，所述箱体12为抽屉式结构，设有内胆，所述内胆可由侧向箱门抽出并完成更换，可根据钢轨组装扣件系统的轨枕尺寸更换箱体12内胆，使检测装置对不同型式的钢轨组装扣件系统具有普遍适用性。

本实施例中，所述过渡滑块5上端设有用于放置钢轨6轨头的凹型槽，所述凹型槽的槽底几何形状与钢轨6轨头顶面一致，所述凹型槽两侧设置倒角，确保其紧密贴合，保证连接精度。可根据钢轨组装扣件系统的钢轨类型，使用配套的过渡滑块。

本实施例中，所述舌板7与钢轨6轨头下颚几何形状一致，确保其紧密贴合，保证连接精度。可根据钢轨组装扣件系统的钢轨类型，使用配套的舌板。

本实施例中，所述过渡滑块5和舌板7通过连接螺栓8和连接螺母8对钢轨6轨顶进行固定连接，可实现钢轨在给定初始平衡位置附近的正、负向加速度载荷或力载荷的输入。

本实施例中，所述竖向立柱2通过l型钢17与上部横梁14及辅梁10连接。

本实施例中，所述竖向立柱2通过l型钢17与上部横梁14的连接处加工有多个螺纹通孔，配合调高螺栓15和锁紧螺母16共同调节上部横梁14的安装高度。

本实施例中，所述过渡滑块5与作动头4的相对水平位置和角度可以改变，用于调节激振器3对钢轨6的作用方向，实现钢轨组装扣件系统垂向、横向动力特性或疲劳特性的同步测量。

本实施例中，所述辅梁10为工字辅梁。

本本实施例中还提供进行钢轨组装扣件系统的动态和疲劳性能检测方法，包括以下步骤：

将所述钢轨组装扣件系统倒置，将所述轨枕13固定于箱体12内，将所述钢轨6的轨头卡接在过渡滑块5与舌板7之间，使激振器3的作动头4可对钢轨6的轨头施加某一初始压缩预载荷下的拉压动态循环载荷，由于所述轨枕13不参与振动，激振器3在激励幅值相等的条件下可实现更宽频域范围的能量输入，同时避免惯性效应导致的测量误差。

所述激振器3采用振动台代替传统组装扣件系统动态和疲劳性能测试中的万能试验机，所述振动台的控制器需具有路谱功能，使运营轨道线路中现场采集的钢轨动力响应信息，比如焊缝等冲击载荷信号、周期轮轨激励信号、钢轨波磨或车轮多边形引起的高频简谐波、小曲线半径或道岔等线路区间的随机振动信号等，可以输入到控制器中，并以加速度载荷或力载荷的形式施加给所述钢轨6的轨头，使组装扣件系统的动态和疲劳性能测试更符合实际工况。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。