高速鐵路輪軌垂橫縱向力耦合加載模擬裝置

高速列車輪軌耦合動力學分析 車輛軌道耦合加載裝置

模擬高鐵荷載的單樁豎向循環(huán)加載試驗裝置 

一、裝置介紹

輪軌垂橫縱向力耦合加載模擬裝置，包括反力架以及位于反力架下方的高速鐵路軌道模擬結(jié)構(gòu)?？梢酝瑫r模擬列車實際運行時作用于軌道結(jié)構(gòu)的垂向力、橫向力和縱向力，并且橫向力、垂向力和縱向力結(jié)合模擬其他方向的作用力，使得試驗結(jié)果更加貼合實際。

轉(zhuǎn)向架模擬機構(gòu)模擬高速列車轉(zhuǎn)向架，垂向力和橫向力傳遞至轉(zhuǎn)向架模擬機構(gòu)，可以模擬列車實際運行中垂向力和橫向力對軌道結(jié)構(gòu)的作用。

而縱向力則通過鎖扣直接傳遞到鋼軌上，可以模擬列車實際運行中縱向力對軌道結(jié)構(gòu)的作用。

二、設備組成

1、加載臺架

采用框架式結(jié)構(gòu)或者龍門結(jié)構(gòu)；工作臺帶T型槽，方便試驗件或工裝安裝；反力支座，放置水平作動器，高度可調(diào)節(jié)。

2、加載模塊系統(tǒng)

垂橫縱向力加載系統(tǒng)：

垂向加載：采用液壓伺服作動器，Z大加載力可達500kN，通過高精度壓力傳感器實時監(jiān)測載荷，控制精度達±0.5% FS，實現(xiàn)垂向力的精確加載與動態(tài)調(diào)節(jié)，模擬列車軸重及簧下質(zhì)量對輪軌的作用。

橫向加載：配備電動伺服推桿，Z大推力200kN，位移分辨率 0.01mm，可實現(xiàn)橫向力的精準控制，模擬列車通過曲線時的離心力、橫向振動等工況下的輪軌橫向作用力。

縱向加載：利用電液伺服系統(tǒng)，Z大牽引力/制動力300kN，加載速率可在0 - 10kN/s 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，模擬列車啟動、制動、牽引過程中輪軌間的縱向力變化，以及車輪空轉(zhuǎn)、滑行等特殊工況。

油源：

油源總流量2000L/min；系統(tǒng)壓力21Mpa；系統(tǒng)總功率100kW；水冷卻系統(tǒng)。

3、數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集系統(tǒng)：

力傳感器：在車輪與軌道接觸部位安裝多軸力傳感器，可同步測量垂橫縱向力，測量精度±1%；在鋼軌、軌枕關鍵部位粘貼應變片，監(jiān)測結(jié)構(gòu)應力變化。

位移與速度監(jiān)測：使用位移傳感器測量車輪與軌道間的相對位移，精度0.01mm；通過編碼器與測速電機實時獲取車輪轉(zhuǎn)速與運行速度。

數(shù)據(jù)采集與處理：采用高速數(shù)據(jù)采集卡，采樣頻率≥10kHz，將傳感器數(shù)據(jù)傳輸至工控機，利用專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件進行實時顯示、存儲與分析，繪制力-時間、位移-時間等曲線，自動生成實驗報告。

4、伺服控制系統(tǒng)、多通道協(xié)調(diào)加載軟件

硬件組成：以 PLC 控制器為核心，搭配伺服驅(qū)動器、變頻器、觸摸屏等設備，實現(xiàn)對加載系統(tǒng)、運動模擬系統(tǒng)的精準控制與協(xié)調(diào)運行。

軟件設計：采用開發(fā)PC端控制軟件，操作人員可通過觸摸屏設置實驗參數(shù)（如車速、軸重、軌道不平順類型等），軟件根據(jù)預設參數(shù)自動控制各系統(tǒng)運行，并實時反饋設備狀態(tài)與實驗數(shù)據(jù)。

三、技術(shù)指標

垂向加載力范圍：0-500kN，控制精度±0.5% FS

橫向加載力范圍：0-200kN，控制精度±1% FS

縱向加載力范圍：0-300kN，控制精度±1% FS

車輪轉(zhuǎn)速范圍：0-600r/min（對應車速0-350km/h）

軌道不平順模擬類型：高低、軌向、水平、扭曲等

數(shù)據(jù)采集頻率：≥10kHz

四、應用場景

輪軌系統(tǒng)設計優(yōu)化：通過模擬不同工況下的輪軌垂橫縱向力耦合作用，評估車輪踏面外形、軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)等設計方案的合理性，優(yōu)化輪軌匹配關系，降低輪軌磨耗與噪聲，提高列車運行安全性與舒適性。

材料研發(fā)與性能評估：測試車輪、鋼軌新材料在復雜受力狀態(tài)下的力學性能、耐磨性能及疲勞壽命，為新材料的研發(fā)與應用提供實驗依據(jù)。

軌道維護與病害分析：模擬軌道不平順、鋼軌磨耗等病害對輪軌力的影響，研究病害發(fā)展規(guī)律，為軌道維護策略制定、檢測設備研發(fā)提供技術(shù)支持。