铁路扣件高频刚度测试用横向动加载装置的制作方法

本实用新型涉及轨道交通领域，提出了一种铁路扣件高频刚度测试用横向动加载装置。

背景技术：

在轨道交通领域，扣件系统作为连接钢轨和轨枕最重要的部件，其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。城市轨道交通常用扣件为减振设计，扣件系统弹性垫板为两层设计，随着线路的运营时间增加，弹性垫板长期在潮湿阴暗或高架线路暴晒条件下出现老化，扣件系统的刚度增大。同时，随着城市人口不断增加，地铁公司为进一步提升运能，其发车间隔及运行速度都有不同程度上提高，同时由于扣件系统刚度的变化，城市轨道交通的环保压力进一步提高。而国内高速铁路扣件常用为w300、wj-8、wj-7及sfc扣件等，设计都是带轨下垫及板下垫的结构形式。由于高速铁路列车轴载加大、速度高、运能密度高等特点，加上高速铁路扣件的露天使用环境，弹性层橡胶老化速率比较高，使得扣件刚度也有所增加,轮轨磨耗不断加剧，铁路沿线的噪声污染日益严重。

铁路扣件系统刚度的研究，国内外各生产厂家主要参考bsen13146-9:2009、tb/t3395-2015系列标准进行单块垫板及组装扣件系统的刚度测试，但是两者标准中对铁路扣件的动刚度测试要求低频，基本在3～10hz。但是，根据现有地铁或高铁振动噪声及轨道部件出现伤损的机理研究成果得到，出现铁路轮轨磨耗后产生的激励频率或共振伤损频率一般在400hz以上，甚至超过1000hz，特别在小半径曲线段，低轨磨损量大约高轨，同时横向磨损进一步加大。而轨道系统在此激励频率作用下扣件刚度的变化规律及趋势，国内外暂时还未见书面报道。轮轨高频激励特性下扣件刚度变化规律的探索及研究，对研究轮轨噪声及轨道系统部件伤损机理及控制有重大的参考意义。

国际标准iso10846-5是利用激励点测量法提出一套测试弹性元件测试计算方法，随着城市轨道交通扣件刚度的降低，标准中的方法有一定局限性。因为随着被测部件频率范围的提高，测试系统的等效参振质量惯性刚度ω²m1对测得的激励点动态刚度k11的贡献也增加，同时如果被测弹性单元的低刚度特性，测试系统等效支承刚度ki也不再是可以忽略的，且仅仅提出了一套测试模拟装置，垂向示意装置比较简单容易实现，而横向激励的装置采用在加载板上设置多组横向滑动轴承及限轴承，在预静载下装置的横向摩擦力大，横向激励频率集中在低频。

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铁路扣件高频刚度测试用横向动加载装置，可进行铁路扣件的横向动态刚度高频测试，动态测试频率范围可达0-2000hz。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种铁路扣件高频刚度测试用横向动加载装置，包括动态激励系统、被测扣件系统、扣件安装工装，其特征在于，所述的装置好包括横向激励工装和静态加载系统，所述的横向激励工装设置于静态加载系统与被测扣件系统之间，在静态预加载力和动态激励耦合作用下，横向激励工装带动被测扣件系统产生高频的、横向的往复运动，横向力范围0-3000n，频率范围0-2000hz，真实地模拟了铁路扣件系统在曲线段受到轮轨耦合横向高频激励作用的动态刚度变化特征。

所述的横向激励工装包括上连接法兰、激振板、横向弹簧、固定座、滑动导轨块及垂向约束弹簧；所述的上连接法兰设置在激振板下方，所述的横向弹簧水平设置在激振板与固定座之间，所述的滑动导轨块位于激振板上方，并通过垂向约束弹簧连接。

所述的滑动导轨块上部与上平台通过螺栓相连，下部承受垂向静载和动态激励系统的耦合作用，底部设有滚轮，该滚轮与激振板接触，激振板上设有滑轨，滚轮与激振板之间形成横向滑动摩擦副，可承受激振杆的0-3000n横向力及0-2000hz高频动力激振载荷。所述的滚轮可以是其他摩擦力小的滑动装置。

进一步地，所述的激励块上部与滚轮接触，下部与上连接法兰通过螺栓连接，左部与横向弹簧接触，右部与激振杆连接，中间受到垂向弹簧约束。进一步地，所述的横向弹簧水平设置在固定座和激振板之间，水平放置，使激振板受到横向激励产生位移后可以立即回到初始位置。进一步地，所述的上连接法兰上部与激振板连接，下部与被测扣件系统的钢轨通过销孔方式连接。

进一步地，所述的横向激励工装中的固定座上部与上平台通过螺栓相连，侧面通过横向弹簧与激振板连接。

所述的静态加载系统包括下平台、上平台和导柱，所述的被测扣件系统通过扣件安装工装安装在下平台上，所述的导柱置于下平台上，所述的上平台通过螺栓与滑动导轨块上部连接。

所述的上平台连接液压驱动组件，通过液压驱动组件驱动上平台沿导柱上下移动，向被测扣件系统施加静态预加载力。

所述的动态激励系统包括激振杆、激振器、激振器固定座，所述的激振器固定座安装在下平台上，所述的激振器安装在激振器固定座上，所述的激振杆一端连接激振器，另一端横向连接被测扣件系统，通过放大器和控制器使激振杆沿横向可输出0-2000hz高频激振动力。

所述的被测扣件系统包括钢轨、扣件以及轨枕，所述的钢轨通过销孔方式连接横向激励工装的上连接法兰。

所述的被测扣件系统通过扣件安装工装固定在静态加载系统的下平台上。

与现有技术相比，本实用新型设计了一种铁路扣件系统高频刚度测试用横向动加载装置，在垂向预静载和横向高频激励的耦合作用下，通过在预加载平台下设置有横向滑动导轨块摩擦副，摩擦副接触系数很小，同时受振激励板固定在预加载平台上，因此装置可承受横向激振力0-3000n、动态频率0-2000hz，装置结构设计可靠，可实施性高，可配合进行铁路扣件或弹性元件的高频动刚度测试。

附图说明

图1为本实用新型的横向高频动刚度试验机总体示意图；

图2为本实用新型的横向高频动刚度装置示意图；

图3为本实用新型的横向高频动刚度装置轴侧图；

图4为本实用新型的滑动导轨块的结构示意图；

图5为本实用新型的激励块的结构示意图；

图6为本实用新型的连接法兰的结构示意图；

图7为本实用新型的横向弹簧的结构示意图；

图8为本实用新型的垂向弹簧的结构示意图；

图9为本实用新型的固定座的结构示意图；

图中标号所示，1-横向激励工装，101-上连接法兰，102-激振板，103-横向弹簧，104-固定座，105-滑动导轨块，106-垂向约束弹簧，107-滚轮，2-动态激励系统，201-激振杆，202-激振器，203-激振器固定座，3-被测扣件系统，301-钢轨，302-扣件，4-扣件安装工装，5-静态加载系统，501-下平台，502-上平台，503-导柱。

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1

如图1所示，一种铁路扣件高频刚度测试用横向动加载装置，包括横向激励工装1、动态激励系统2、被测扣件系统3、扣件安装工装4、静态加载系统5。所述的动态激励系统2为测试装置扣件系统提供一定振幅的高频动态激振力源；所述的扣件安装工装4与被测扣件匹配，并将被测扣件系统3固定到静态加载系统5的下平台501上；所述的静态预加载系统5为铁路扣件高频动刚度提供一定的静态预加载力。横向激励工装1设置于静态加载系统5的上平台502之下，被测扣件系统3的钢轨301之上。

其中横向激励工装1，如图2～3所示，包括上连接法兰101、激振板102、横向弹簧103、固定座104、滑动导轨块105及垂向约束弹簧106；所述的上连接法兰101(如图6所述)上部与激振板102连接，下部与被测扣件系统3的钢轨301通过销孔方式连接，所述的横向弹簧103(如图7所示)水平设置在激振板102与固定座104之间，水平放置，使激振板102受到横向激励产生位移后可以立即回到初始位置。所述的滑动导轨块105位于激振板102上方，并通过垂向约束弹簧106连接，垂向约束弹簧106结构如图8所示，所述的滑动导轨块105上部与上平台502通过螺栓相连，下部承受垂向静载和动态激励系统的耦合作用，底部设有滚轮107(如图4所示)，该滚轮107与激振板102接触，激振板102上设有滑轨(如图5所示)，滚轮107与激振板102之间形成横向滑动摩擦副，可承受激振杆201的0-3000n横向力及0-2000hz高频动力激振载荷。所述的滚轮107可以是其他摩擦力小的滑动装置。

所述的激励块102上部与滚轮107接触，下部与上连接法兰101通过螺栓连接，左部与横向弹簧103接触，右部与激振杆201连接，中间受到垂向弹簧106约束。

所述的横向激励工装1中的固定座104(结构如图9所示)上部与上平台502通过螺栓相连，侧面通过横向弹簧103与激振板102连接。

所述的静态加载系统5包括下平台501、上平台502和导柱503，所述的被测扣件系统3通过扣件安装工装4安装在下平台501上，所述的导柱503置于下平台501上，所述的上平台502通过螺栓与滑动导轨块105上部连接。所述的上平台502连接液压驱动组件，通过液压驱动组件驱动上平台502沿导柱503上下移动，向被测扣件系统3施加静态预加载力。

所述的动态激励系统2(德国tira-50350)包括激振杆201、激振器202、激振器固定座203，所述的激振器固定座203安装在下平台501上，所述的激振器202安装在激振器固定座203上，所述的激振杆201一端连接激振器202，另一端横向连接被测扣件系统3，通过放大器和控制器使激振杆沿横向可输出0-2000hz高频激振动力。

所述的被测扣件系统3包括钢轨301、扣件302以及轨枕，所述的钢轨301通过销孔方式连接横向激励工装1的上连接法兰101。

所述的被测扣件系统3通过扣件安装工装4固定在静态加载系统5的下平台501上。

横向高频激励时，首先设置静态加载系统5的预加载力值(力值0-150kn)，缓慢控制上加载上平台502缓慢下降，带动滑动导轨块105一起向下移动，最终滑动导轨块105的滚轮107与激振板102接触并静压加载到设定力值，此时锁定上平台502；开启横向动态激励系统2，设置好激振器202的激振力及频率，使得激振杆201接触激振板102；在激振力和频率作用下，由于滑动导轨块105的滚轮107与激振板102之间有摩擦系数很小的滑动摩擦副，在横向弹簧103作用下，使得激振板102带着钢轨301以设定的振幅及频率一起横向往复运动，往复运动频率0-2000hz，从而通过试验模拟铁路扣件系统在曲线段受到轮轨耦合横向高频激励作用时的动态刚度变化特征。