[发明专利]温度荷载作用下高铁轮轨垂横纵向力耦合加载模拟装置

说明书

本发明涉及高速铁路模拟试验技术领域，特别是一种温度荷载作用下高铁轮轨垂横纵向力耦合加载模拟装置。它包括垂向反力架以及位于所述垂向反力架下方的高速铁路轨道模拟结构；本发明涉为高速铁路轨道‑路基在温度荷载作用下垂向、横向和纵向动力学分析提供可靠的加载平台，为揭示轨道结构损伤破坏经时性特征提供实验依据。

技术领域

本发明涉及高速铁路模拟试验技术领域，特别是一种温度荷载作用下高铁轮轨垂横纵向力耦合加载模拟装置。

背景技术

我国铁路建设正呈跨越式发展之势，多条客运专线和高速铁路正在建设之中。随着列车运行速度的提高，工程结构的动力学问题日益突出，而目前高速铁路动力学设计尚未形成系统的理论体系，现有设计方法已难以满足高速铁路快速发展的需要。针对高速铁路工程结构动力学关键问题，对高速列车-轨道-路基系统动力学开展模型试验，提出高速铁路轨道-路基动力性能室内模型试验和现场测试标准，对形成具有自主知识产权的我国高速铁路建造技术体系具有重大的实际意义，为我国高速铁路建设和可持续发展提供重要技术支撑。

目前，高速铁路动力荷载模拟装置仅能满足垂向动力加载，而高速列车在运行时由于蛇形运动会给钢轨施加横向力作用，由于运行过程中的加速、减速以及刹车操作会给钢轨施加纵向力作用，由于外界温度变化会给钢轨以及轨道结构施加温度荷载的作用，其亦会对轨道-结构以及列车运行的安全性造成不可忽视的影响，现有模拟装置忽略了轨道结构在实际运营过程中承受的其他方向的作用力影响，不能完整研究轨道动态特性，通过此实际尺寸模型所模拟反映的轨道-路基的经时性行为有其局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度荷载作用下高铁轮轨垂横纵向力耦合加载模拟装置。

本发明的目的是通过如下途径实现的：一种温度荷载作用下高铁轮轨垂横纵向力耦合加载模拟装置，它包括垂向反力架以及位于所述垂向反力架下方的高速铁路轨道模拟结构；

垂向反力架与高速铁路轨道模拟结构之间设有用于模拟高铁列车实际运行时作用于轨道结构的垂向力的轨道垂直施力机构、用于模拟高铁列车实际运行时作用于轨道结构的横向力的轨道横向施力机构和用于模拟高铁列车实际运行时作用于轨道结构的纵向力的轨道纵向施力机构以及用于模拟高铁列车实际运行时外界作用于轨道结构的纵向温度荷载的施力机构；

轨道垂向施力机构、轨道横向施力机构和轨道纵向施力机构通过用于模拟高铁列车转向架的转向架模拟机构作用至高速铁路轨道模拟结构上。

进一步,所述转向架模拟机构包括两组安装在高速铁路轨道模拟结构的轨道上用于模拟高铁列车转向架并防止在高速铁路轨道模拟结构的轨道滚动的二分之一轮对、垂直并对称固接在所述二分之一轮对上用于均匀传递上部荷载的所述钢梁、连接两组二分之一轮对的轮对纵向连接杆。

进一步,所述轨道横向施力机构，是在垂向反力架两端夹角处分别固定有一斜撑，其中一个斜撑上固定有水平固定装置，水平固定装置的端部水平方向安装有用于向转向架模拟机构均匀施加横向力的横向作动器，横向作动器的作动头通过横向传力杆连接在二分之一轮对上，三者同轴分布。

进一步,所述轨道纵向施力机构包括用于向转向架模拟机构均匀施加纵向力的所述纵向作动器，该纵向作动器通过纵向斜撑固定在所述垂向反力架上，纵向作动器的作动头通过纵向传力杆连接在所述二分之一轮对上，三者同轴分布。

进一步,所述外界纵向温度荷载的施力机构安装于路基上，纵向反力架通过螺栓固定于路基上，纵向反力架与轨道所在的轨道基座之间设置有工字钢传力板，纵向反力架与轨道基座之间均匀设置有若干个弹簧，纵向反力架与工字钢传力板之间设置有力传感器、纵向千斤顶及测力仪。

进一步,所述轨道垂向施力机构包括沿竖向固接在垂向反力架的横梁，以及垂直于高速铁路轨道模拟结构用于向转向架模拟机构均匀施加垂向力的垂向作动器，垂向作动器的作动头置于钢梁上表面开设的凹槽中。