專利名稱：一種車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬車輛與橋梁動力耦合作用的動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，屬于 鐵路橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)列車通過鐵路橋梁時，不可避免地會引起橋梁的振動，此時的橋梁結(jié)構(gòu)不 僅要承受靜力作用，還要承受包括移動荷載，即列車以一定速度通過時對橋梁 的加載和卸栽以及由于橋梁和車輛振動產(chǎn)生的慣性力等各種動力作用。這些動
力作用引起的橋梁振動可能使結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生疲勞，降低其強度和穩(wěn)定性；橋梁 振動過大時還會對橋上車輛的運行安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
各國學(xué)者研究車輛與橋梁動力相互作用時采用了兩類側(cè)重點不同的研究方 法 一類以實驗為主要手段，另一類則側(cè)重于理論分析。車橋系統(tǒng)的振動實驗 往往采用原型實驗或現(xiàn)場實測的方法，這樣得到的結(jié)果能客觀而綜合地反映橋 梁在列車動載作用下的實際工作狀況。但如果僅停留在實驗階段，而不去進(jìn)一 步揭露其內(nèi)在規(guī)律，結(jié)果往往是為了確定新的動態(tài)參數(shù)而不得不隨著橋梁結(jié)構(gòu) 類型、跨度及車輛性能等的不斷變化而進(jìn)行大量的重復(fù)實驗，這樣不僅耗資巨 大，而且周期較長。因此，單純的實驗方法往往受到很多限制。另一方面，單 純利用理論分析來解決這一問題也是^f艮困難的。這是因為，車輛荷載作用下的 橋梁振動是一個十分復(fù)雜的課題，要想通過理論分析得到符合實際的結(jié)果，必 須考慮很多因素，包括車體和轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量，阻尼器和彈簧的作用，行車速度， 梁5夸和墩臺的質(zhì)量、剛度和阻尼等影響，這使得體系的力學(xué)模型十分復(fù)雜。所以，盡管對梁的動力分析早已有了成熟的算法，但由于受到計算手段的限制， 不得不采用各種各樣的近似方法，建立十分簡單的橋梁和車輛系統(tǒng)分析模型。 這些簡化模型面臨的首要問題就是需要對其建模的合理性進(jìn)行驗證，而這只能 通過實驗才能解決。
然而，在橋梁振動領(lǐng)域的研究中未見用車橋模型來模擬車輛與橋梁動力相 互作用過程的報道。本發(fā)明的目的是建立一種由模型車輛和模型橋梁組成的車 橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，讓列車以不同的速度通過橋梁，從而模擬車輛與橋 梁之間的動力相互作用過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，它是由模型車輛和模型橋梁兩部分組
成，模型車輛6是按照實際運營車輛的構(gòu)造和外形縮尺加工而成的，模型橋梁 包括梁l、橋墩2、加速段、減速段、軌道以及防回彈裝置12等。其中加速段 是由加速斜坡7、加速曲線8和直線段9組成，即從電動機3起到梁1前端止 的軌道線，起始位置為一斜坡，終點為一直線段，斜坡與平直段之間為圓弧過 渡，加速^R支撐在支架14上；減速段采用兩級減速裝置，第一級減速裝置10 是位于車輛6車底靠近尾部的鉤子拉住梁上的彈性帶，第二級減速裝置11是位 于減速段末端的固定彈簧；防回彈裝置12是一個安裝在減速段末端擋板13上 的固定鉗子狀裝置。
在模型橋梁加速段加速斜坡7的最高點處設(shè)有電動機3,在模型車輛6的 尾端設(shè)有一電磁吸附裝置5，通過鋼絞線4將電動機3與電磁吸附裝置5連接。
在模型橋梁的加速段、梁和減速段上鋪設(shè)有車輛滑行的軌道；在軌道的兩 側(cè)i殳有護(hù)欄，以防止車輛6滑出。車輛6為一縮尺客車模型，是按照真實客車的比例和外形設(shè)計加工而成的。 車輛為兩系懸掛系統(tǒng)，為了調(diào)節(jié)車輛的重量，可在車廂內(nèi)均勻?qū)ΨQ地配加重物。
實^r時，接通電源，啟動電動^L3，通過鋼絞線4牽引吸附在車輛6上電 磁吸附裝置5，從而拉動車輛6到達(dá)加速段的不同位置和高度，然后切斷電源 釋放，車輛6利用自身重力/人加速段坡道向下滑落的加速方式以不同的速度通 過梁l。
減速段的主要作用是讓車輛6通過橋梁后迅速停止并防止其反彈回到橋梁 上面，為此設(shè)置了兩級減速裝置。首先用位于車底靠近車輛尾部的鉤子拉住梁 上的減速彈性帶IO，消耗一定能量；如果能量未被消耗完畢，則用位于減速段 末端的固定彈簧減速裝置11來吸收車輛6的剩余動能。車輛6停止后，用固定 在擋板13上的鉗子狀防回彈裝置12拉住車輛6頭部的拉桿，避免車輛6被彈 回。
本發(fā)明的有益效果是通過模型實驗可以讓學(xué)習(xí)者了解車輛和橋梁的結(jié)構(gòu) 和車輛通過橋梁的動態(tài)過程，讓人們理解車輛與橋梁之間的動力相互作用機理， 增強對所學(xué)理論知識的感性認(rèn)識。


圖1為本發(fā)明車^l禺合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置的示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 如圖1所示，車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置是由模型車輛和模型橋梁兩部分組 成，模型車輛6是按照實際運營25K客車的構(gòu)造和外形，按照l: IO的比例縮 尺設(shè)計加工的兩系懸掛裝置。模型橋梁包括梁l、橋墩2、加速段、減速段和軌 道以及防回彈裝置12等。其中加速段是由加速斜坡7、過渡曲線8和直線段9組成，即從電動機3到梁1 前段止的軌道線，用支架14支撐。
減速,殳采用兩級減速裝置，第一級減速裝置10是位于車輛6車底靠近尾部 的鉤子拉住梁上的彈性帶，第二級減速裝置11是位于減速段末端擋板13上的
固定彈簧。
開始模型實驗時，接通電源，啟動電動機3，通過鋼絞線4牽引吸附在車 輛6上的電f茲4失5，從而拉動車輛6到加速段的不同位置和高度，然后切斷電 源，電磁鐵失去磁力，車輛6脫離鋼絞線4的牽引，以自身的重力沿軌道向下 自由滑行，從而以不同的速度通過梁1。車輛6通過梁1后，首先用橡皮筋減 速裝置IO拉住車輛6車底靠近尾部的鉤子，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為橡皮筋的彈性 勢能；如果能量還未被消耗完畢，則用減速裝置固定彈簧ll繼續(xù)吸收車輛的動 能，最終使車輛完全停止下來。為了防止車輛被彈回橋面，影響橋梁的響應(yīng)測 試，用固定在擋板13上的鉗子狀裝置12鉤住車輛6頭部的拉桿。
通過本實驗?zāi)Ｐ脱b置，可以了解車輛和橋梁構(gòu)造，并模擬車輛與橋梁之間 的動力耦合作用過程。在車輛能安全運行并穩(wěn)定停止的前提下，模型車輛最大 運行速度可達(dá)15Km/h。
權(quán)利要求
1、一種車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，其特征在于它是由模型車輛和模型橋梁兩部分組成，模型橋梁包括梁(1)、橋墩(2)、加速段、減速段、軌道以及防回彈裝置(12)，在模型橋梁加速段加速斜坡(7)的最高點處設(shè)有電動機(3)，在模型車輛(6)的尾端設(shè)有一電磁吸附裝置(5)，通過鋼絞線(4)將電動機(3)與電磁吸附裝置(5)連接；在加速段、橋梁和減速段上鋪設(shè)有整體道床板，板上鋪設(shè)有車輛滑行的軌道；啟動電動機(3)，通過鋼絞線(4)牽引吸附在車輛(6)上電磁吸附裝置(5)，從而拉動車輛(6)到達(dá)加速段的不同位置和高度，然后斷電釋放，車輛(6)利用自身重力從加速段坡道向下滑落的加速方式以不同的速度通過梁(1)，真實模擬車輛(6)通過橋梁(1)時，車輛與橋梁之間的動力相互作用過程。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，其特征在于 所述的加速段是由加速斜坡(7)、過渡曲線(8)和直線段(9)組成，即從電 動(3 )起到橋梁(1)前端止的軌道線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，其特征在于 所述的減速段是采用兩級減速裝置，第一級減速裝置(10 )是位于車輛(6 )車 底靠近尾部的鉤子拉住梁上的彈性帶；第二級減速裝置(11)是位于減速段末 端的固定彈簧。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，其特征在于 所述的防回彈裝置(12)是一個安裝在減速段末端擋板(13)上的固定鉗子狀裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，其特征在于 所述的梁(1)為多跨連續(xù)梁。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車 禹合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，其特征在于-.所述的橋墩(2)頂端均設(shè)有支座，第一個橋墩上為固定鉸支座，其余橋墩上為 滑動支座。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車橋耦合動力實驗?zāi)Ｐ脱b置，屬于鐵路橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，實驗?zāi)Ｐ脱b置是由模型車輛和模型橋梁組成，包括多跨連續(xù)梁、橋墩、加速段和減速段。模型車輛按照真實車輛的尺寸和構(gòu)造加工而成。用電動機將車輛拉到加速段的不同位置和高度，然后斷電釋放，從而保證車輛以不同速度通過橋梁。減速段設(shè)置了兩級減速裝置來消耗車輛的動能，同時為了防止車輛彈回，在減速段端部設(shè)置防回彈裝置。利用該實驗?zāi)Ｐ脱b置可以了解車輛和橋梁的真實構(gòu)造，并可模擬車輛通過橋梁時車輛與橋梁之間的動力耦合作用過程。
文檔編號G09B25/04GK101561979SQ20091008498
公開日2009年10月21日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者禾 夏, 楠 張, 戰(zhàn)家旺 申請人:北京交通大學(xué)