一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机制造技术

本发明专利技术涉及一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，包括机架(1)、电机(2)、传动轴机构(3)、加载连杆机构(4)、加载块(5)和弹条装夹座结构(6)、保护罩(7)及机架台面(8)，其特征在于，所述的传动轴机构(3)包括电机(2)输出轴上的小带轮(21)、凸轮轴(31)、大带轮(33)和凸轮(34)，其中小带轮(21)与大带轮(33)通过齿形带连接，所述的大带轮(33)和凸轮(34)安装在凸轮轴(31)上，所述的加载连杆机构(4)接触凸轮(34)，另一端连接加载块(5)，所述的加载块(5)连接安装在弹条装夹座结构(6)的弹条试样(62)。与现有技术相比，本发明专利技术加载块输出加载频率可达到5000Hz，同时具有安全便于观察等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机
本专利技术涉及一种铁路领域的扣件弹条疲劳试验机。特别针对弹条的高频疲劳模拟试验机。
技术介绍
扣件系统作为铁路轨道结构中的关键部件，尤其连接钢轨与轨道的弹条，在列车安全运行中起着重要作用。目前，现有的对扣件弹条进行疲劳试验的试验机都只能做20Hz以下低频的疲劳试验。随着列车运行速度的提高特别是高速铁路等大量线路的开通和运行，弹条的低频试验方法已不能完全满足对弹条设计和应用的要求。特别是高速铁路使用的弹条，据多篇文献报道，弹条的疲劳伤损频段为500Hz～700Hz，如何在实验室仿真模拟高频试验，是现有低频试验机或常规高频振动试验台无法达到的。因而，基于此原因，需设计和模仿弹条做高频运动(≥20Hz)的疲劳试验系统。
技术实现思路
本专利技术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能够根据弹条实际应用中的响应频率进行高频动态疲劳模拟加载的铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，包括机架、电机、传动轴机构、加载连杆机构、加载块和弹条装夹座结构、保护罩及机架台面，其特征在于，所述的传动轴机构包括电机输出轴上的小带轮、凸轮轴、大带轮和凸轮，其中小带轮与大带轮通过齿形带连接，所述的大带轮和凸轮安装在凸轮轴上，所述的加载连杆机构接触凸轮，另一端连接加载块，所述的加载块连接安装在弹条装夹座结构的弹条试样；使用时，启动电机驱动输出轴上小带轮转动，从而带动大带轮、凸轮轴和凸轮转动，凸轮带动加载连杆机构高频周期转动，并将产生的高频激励通过加载块对装在夹座弹条装夹座结构的预安装弹条试样进行高频振幅激励和疲劳加载。进一步地，所述的凸轮为偏心凸轮，偏心距范围0mm～5mm，可根据加载频率大小及加载振幅大小要求调节凸轮偏心距离实现第一级低频f1及振幅d1的动态加载，f1的范围为0-50Hz，f1＝电机输出转速/传动比i，其中传动比i＝主动轮转速/从动轮转速＝(从动轮直径/主动轮直径)/(1-滑动率)；其中主动轮为小带轮，从动轮为大带轮。进一步地，所述的凸轮为原形或椭圆形，其圆周面上均匀分布n个均匀波长和波深d2的凹凸多边形结构实现第二级高频加载，n的范围为0-200，实现高频加载频率f2，d2的范围为0-1mm；高频加载频率f2＝n·f1，高频加载频率f2的范围为0-5000Hz，凸轮可包含不同直径和不同多边形阶数的结构，设凸轮的直径为φ，弹条试样扣压点至加载连杆固定端的距离为l1，弹条试样扣压点至加载连杆活动端的距离为l2，则：弹条的振幅d＝d2·l1/(l1+l2)。进一步地，所述的凸轮轴通过两端的滚动轴承座固定机架台面上；进一步地，所述的凸轮轴一端设置手动摇杆柄，手动调试电机输出小带轮和大带轮与齿形带的啮合问题。进一步地，所述的加载连杆机构包括轴承座、轴承、加载连杆和滚动轴承，所述的加载连杆一端设置滚动轴承，另一端通过轴承固定在轴承座上，其中滚动轴承与所述凸轮直接接触，轴承座固定在机架台面上，所述的加载块与加载连杆相连接。进一步地，所述的滚动轴承绕凸轮圆周方向高频周期滚动，加载连杆将产生高频激励振幅，并传递高频振幅给加载块，滚动轴承和凸轮在频滚动接触时的硬度相匹配，两者材料需要进行调质和淬火处理。进一步地，所述的加载块在试验中承受凸轮给与的高频振动，同时承受弹条试样给与的预加载力，预加载力范围为0-20KN。进一步地，所述的弹条装夹座结构包括装夹座、螺柱、螺母，所述的弹条试样按照正常使用工况安装固定在装夹座上，并通过装夹座两端的螺柱和螺母进行预加载力大小的调节。进一步地，所述的弹条装夹座结构可以进行不同扣件弹条试样结构的安装及疲劳试验，弹条试样结构包括“ω”型、“e”型、FC型及弹杆或弹片；进一步地，所述的加载块及弹条试样上将安装应变片和传感器，通过测试记录系统记录弹条的振幅和频率大小。进一步地，所述的电机为变频电机，可根据弹条试样的使用要求加载频率进行响应调频，调频范围0Hz～100Hz，通过传动轴机构、加载连杆机构后，加载块输出不同加载频率。进一步地，所述的保护罩将工作平台罩住，试验过程中保护罩处于扣紧保护状态，以保证试验安全，所述的保护罩设置透明的观察面，以随时对试验情况进行观察；整台试验机通过机架的四个支撑脚调节整个试验机的水平状态。与现有技术相比，本专利技术试验机通过设计一个特殊结构的偏心凸轮，该凸轮表面设有多个凸起和凹槽，在电机驱动偏心凸轮转动时，可将与该偏心凸轮表面接触的加载连杆产生高频激励振幅，加载连杆将激励的加载块对装夹座上的预安装弹条试样进行高频振幅激励和疲劳加载，加载块输出加载频率可达到5000Hz。同时，试验过程中保护罩处于扣紧保护状态，保证了试验安全，保护罩可以设置透明的观察面，以随时对试验情况进行观察。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术的传动结构示意图。图3为本专利技术的凸轮轴传动结构示意图。图4为本专利技术的凸轮结构示意图。图5为本专利技术的加载连杆结构示意图。图6为本专利技术的振幅计算原理示意图。图7为实施例1的弹条装夹座结构示意图。图8为实施例2的弹条装夹座结构示意图。图9为实施例3的弹条装夹座结构示意图。图中，符号表示为：1、机架；2、电机；3传动轴机构；4、加载连杆机构；5、加载块；6、弹条装夹机构；7、保护罩；8、机架台面；9、支撑脚；10、台面板；11、手动摇杆柄；21、小带轮；31、凸轮轴；32、凸轮轴轴承；33大带轮；34、凸轮；35、滚动轴承座；41、轴承座；42、轴承；43、加载连杆；44、滚动轴承；61、装夹座；62、弹条试样；63、螺柱；64、螺母；65、弹条座；66、基座。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1如图1～2所示，一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，包括机架(1)、电机(2)、传动轴机构(3)、加载连杆机构(4)、加载块(5)和弹条装夹座结构(6)、保护罩(7)及机架台面(8)，其中，所述的传动轴机构(3)包括电机(2)输出轴上的小带轮(21)、凸轮轴(31)、大带轮(33)和凸轮(34)，其中小带轮(21)与大带轮(33)通过齿形带连接，所述的大带轮(33)和凸轮(34)安装在凸轮轴(31)上，所述的凸轮轴(31)通过两端的滚动轴承座(35)固定机架台面(8)上，在凸轮轴31与滚动轴承座(35)之间设有凸轮轴轴承32，所述的凸轮轴(31)一端设置手动摇杆柄(11)，手动调试电机(2)输出小带轮(21)和大带轮(33)与齿形带的啮合问题，如图3-4所示。所述的加载连杆机构(4)包括轴承座(41)、轴承(42)、加载连杆(43)和滚动轴承(44)，所述的加载连杆(43)一端设置滚动轴承(44)，另一端通过轴承(42)固定在轴承座(41)上，其中滚动轴承(44)与所述凸轮(34)直接接触，轴承座(41)固定在机架台面(8)上，所述的加载块(5)与加载连杆(43)相连接。所述的滚动轴承(44)绕凸轮(34)圆周方向高频周期滚动，加载连杆(43)将产生高频激励振幅，并传递高频振幅给加载块(5)带动加载块5对弹条试样62进行动态加载，滚动轴承(44)和凸轮(34)在设计时考虑高频滚动接触时的硬度匹配问题，两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，包括机架(1)、电机(2)、传动轴机构(3)、加载连杆机构(4)、加载块(5)和弹条装夹座结构(6)、保护罩(7)及机架台面(8)，其特征在于，所述的传动轴机构(3)包括电机(2)输出轴上的小带轮(21)、凸轮轴(31)、大带轮(33)和凸轮(34)，其中小带轮(21)与大带轮(33)通过齿形带连接，所述的大带轮(33)和凸轮(34)安装在凸轮轴(31)上，所述的加载连杆机构(4)接触凸轮(34)，另一端连接加载块(5)，所述的加载块(5)连接安装在弹条装夹座结构(6)的弹条试样(62)；使用时，启动电机(2)驱动输出轴上小带轮(21)转动，从而带动大带轮(33)、凸轮轴(31)和凸轮(34)转动，凸轮(34)带动加载连杆机构(4)高频周期转动，并将产生的高频激励通过加载块(5)对装在夹座(6)弹条装夹座结构(6)的预安装弹条试样(62)进行高频振幅激励和疲劳加载。

【技术特征摘要】
1.一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，包括机架(1)、电机(2)、传动轴机构(3)、加载连杆机构(4)、加载块(5)和弹条装夹座结构(6)、保护罩(7)及机架台面(8)，其特征在于，所述的传动轴机构(3)包括电机(2)输出轴上的小带轮(21)、凸轮轴(31)、大带轮(33)和凸轮(34)，其中小带轮(21)与大带轮(33)通过齿形带连接，所述的大带轮(33)和凸轮(34)安装在凸轮轴(31)上，所述的加载连杆机构(4)接触凸轮(34)，另一端连接加载块(5)，所述的加载块(5)连接安装在弹条装夹座结构(6)的弹条试样(62)；使用时，启动电机(2)驱动输出轴上小带轮(21)转动，从而带动大带轮(33)、凸轮轴(31)和凸轮(34)转动，凸轮(34)带动加载连杆机构(4)高频周期转动，并将产生的高频激励通过加载块(5)对装在夹座(6)弹条装夹座结构(6)的预安装弹条试样(62)进行高频振幅激励和疲劳加载。2.根据权利要求1所述的一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，其特征在于，所述的凸轮(34)为偏心凸轮，偏心距d1的范围0mm～5mm，可根据加载频率大小及加载振幅大小要求调节凸轮(34)偏心距离实现第一级低频f1及振幅d1的动态加载，f1的范围为0-50Hz，f1＝电机输出转速/传动比i，其中传动比i＝主动轮转速/从动轮转速＝(从动轮直径/主动轮直径)/(1-滑动率)；其中主动轮为小带轮(21)，从动轮为大带轮(33)。3.根据权利要求1所述的一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，其特征在于，所述的凸轮(34)为原形或椭圆形，其圆周面上均匀分布多边形阶数n个均匀波长和波深d2的凹凸多边形结构实现第二级高频加载，n的范围为0-200，实现高频加载频率f2，d2的范围为0-1mm；高频加载频率f2＝n·f1，高频加载频率f2的范围为0-5000Hz，凸轮(34)可包含不同直径和不同多边形阶数的结构，设凸轮(34)的直径为φ，弹条试样(62)扣压点至加载连杆(43)固定端的距离为l1，弹条试样(62)扣压点至加载连杆(43)活动端的距离为l2，则：弹条的振幅d＝d2·l1/(l1+l2)。4.根据权利要求1所述的一种铁路扣件弹条用高频疲劳动态加载试验机，其特征在于，所述的凸轮轴(31)通过两端的滚动轴承座(35)固定机架台面(8)上；所述的凸轮轴(31)一端设置手动摇杆柄(11)，手动调试电机(2)输出小带轮(21)和大带轮(33)与齿形带的啮合问题。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖俊恒，王安斌，闫子权，高晓刚，方杭玮，徐忠辉，孙林林，李彦山，张欢，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：北京,11