道砟飞溅风洞试验平台.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020062827.6 (22)申请日 2020.01.13 (73)专利权人 北京交通大学 地址 100044 北京市海淀区西直门外上园 村3号 (72)发明人 高亮殷浩肖宏蔡小培辛涛 侯博文石顺伟蔡航王向宁 (74)专利代理机构 北京市商泰律师事务所 11255 代理人 麻吉凤 (51)Int.Cl. G01M 9/08(2006.01) G01M 9/06(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种道砟飞溅风洞试验平台 (。

2、57)摘要 本实用新型实施例提供了一种道砟飞溅风 洞试验平台, 包括: 道砟飞溅试验台、 试验台支 架、 高速列车车厢底部结构模型、 轨枕模型、 钢轨 模型、 砟肩模型、 道砟集料和风速测试装置; 道砟 飞溅试验台通过试验台支架分别与高速列车车 厢底部结构模型和风洞实验室地板连接固定, 试 验台支架高度可调节, 轨枕模型置于道砟集料表 层, 道砟集料置于道砟飞溅试验台表面, 钢轨模 型固定于轨枕模型承轨槽顶面, 砟肩模型固定于 轨枕模型与道砟集料两侧, 风速测试装置固定于 轨枕模型之间道砟集料表层。 本实用新型可以准 确模拟高速铁路道砟飞溅的发生条件, 还原道砟 飞溅的发生和发展特征, 并能实。

3、时监测道砟飞溅 流场数据, 且操作便捷。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 211147984 U 2020.07.31 CN 211147984 U 1.一种道砟飞溅风洞试验平台, 其特征在于, 包括: 道砟飞溅试验台、 试验台支架、 高速 列车车厢底部结构模型、 轨枕模型、 钢轨模型、 砟肩模型、 道砟集料和风速测试装置; 所述道砟飞溅试验台通过所述试验台支架分别与所述高速列车车厢底部结构模型和 风洞实验室地板连接固定, 所述试验台支架高度可调节, 所述轨枕模型置于所述道砟集料 表层, 所述道砟集料置于所述道砟飞溅试验台表面, 所述钢轨模型固定于所述轨枕模型承 轨槽顶面, 所述砟。

4、肩模型固定于所述轨枕模型与所述道砟集料两侧, 所述风速测试装置固 定于所述轨枕模型之间道砟集料表层。 2.根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述平台还包括: 防护网, 所述防护网 固定于所述道砟飞溅试验台位于风洞出口的一端。 3.根据权利要求2所述的试验平台, 其特征在于, 所述防护网为固定于木框内侧的铁丝 网构成, 每个网格边长小于道砟颗粒平均粒径, 所述木框长度与所述道砟飞溅试验台宽度 相同。 4.根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述平台还包括: 视频采集装置, 所述 视频采集装置位于所述道砟飞溅试验台中部正上方, 用于获取、 记录试验中道砟样本位移 特征。 5.。

5、根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述试验台支架为双层角钢结构, 所 述角钢表面设置一系列圆孔, 采用锚杆穿过所述圆孔, 对所述双层角钢进行连接固定, 以及 对所述试验台支架的高度调节。 6.根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述高速列车车厢底部结构模型采用 钢化玻璃材料制作。 7.根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述轨枕模型为多个, 各轨枕模型中 心横向间距可调节, 所述轨枕模型表面设置风压测点。 8.根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述砟肩模型固定于所述道砟集料和 轨枕模型两侧, 所述砟肩模型坡度为1:1.75, 堆高高度可调整为0cm、。

6、 5cm、 10cm或15cm, 所述 砟肩模型表面设置风压测点。 9.根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述钢轨模型的材料为铁皮, 在钢轨 模型前后两端的底部打孔, 采用锚杆将钢轨模型与轨枕模型连接固定, 所述钢轨模型形状 与高速铁路钢轨断面形状完全一致。 10.根据权利要求1所述的试验平台, 其特征在于, 所述风速测试装置位于中间两跨轨 枕模型之间, 包括: 风速测试装置支架, 以及不同横向和纵向位置的系列风速测试探针, 所 述探针安装于风速测试装置支架上, 能够同时测试水平方向和竖直方向测点风速, 所述风 速测试装置支架安置于道床内部, 所述风速测试装置支架横向和纵向位置均可。

7、调节。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211147984 U 2 一种道砟飞溅风洞试验平台 技术领域 0001 本实用新型涉及轨道交通技术领域, 尤其涉及一种道砟飞溅风洞试验平台。 背景技术 0002 高速铁路是现代交通运输体系的重要组成部分, 轨道作为高速铁路的重要组成部 分, 对确保列车安全、 平稳运行起到不可或缺的作用。 其中, 有砟轨道在适用性、 灵活性、 经 济性和可维修性上具有显著优势, 是高速铁路的主要轨道结构形式之一。 在我国已开通运 营的高速铁路线路中, 通过既有线改造形成的高速铁路几乎全部采用有砟轨道, 新建线路 中运营速度在250km/h区段内的高速铁路主要采用有砟轨。

8、道, 在300km/h及以上的高速铁路 线路的部分地段也采用了有砟轨道, 尤其是在长大桥梁、 高架车站、 地质断裂带等特殊地段 均不得不采用有砟轨道结构。 0003 近年来, 随着列车运行速度的逐渐提高, 高速铁路线路上经常出现道砟颗粒飞离 道床, 击打轨道、 车辆及线路周边设施的道砟飞溅现象。 造成轨道和列车结构伤损, 极大增 加了线路和车辆的养护维修成本, 并严重威胁行车安全。 飞溅道砟若散落在钢轨踏面, 在轮 轨力作用下会造成钢轨和车轮伤损, 加速轨道恶化和车轮扁疤, 进而导致轮轨受力改变, 严 重时甚至会产生脱轨等事故; 若击打列车转向架、 制动缸、 车体等部位, 会造成列车伤损, 增。

9、 加不安全因素以及车辆维修成本; 会对线路周围设施造成一定的危害, 甚至有可能发生人 身伤害; 此外, 飞砟及扬尘会造成环境污染, 影响美观。 0004 高速铁路道砟飞溅不确定性显著, 采用现场试验方法能够直观获取飞溅道砟的运 动规律及轨道流场特征, 但由于现场试验干扰因素多、 过度依赖既有线路条件、 可重复性 弱、 研究成本高等原因, 在研究随机性显著的道砟飞溅问题时局限性较大。 采用风洞试验方 法还原有砟轨道结构流场, 观察、 测试风载作用下道砟颗粒的运动行为和轨道流场特征, 能 够有效克服上述问题。 0005 因此, 如何设计出一种能够真实还原高速铁路道砟飞溅风洞试验平台, 是本领域 技。

10、术人员亟待解决的问题。 通过还原分析道砟飞溅产生发展机理, 提出科学、 有效的道砟飞 溅防治建议, 进而保障高铁列车的安全运营, 降低线路养护维修成本。 实用新型内容 0006 本实用新型的实施例提供了一种道砟飞溅风洞试验平台, 克服了现有道砟飞溅还 原分析中, 对有砟轨道流场特征还原精度有限, 无法考虑有砟轨道结构参数对道砟飞溅的 影响, 且无法精细化观测道砟飞溅运动行为, 以及道砟飞溅发生发展过程中轨道结构流场 特征的不足 0007 为了实现上述目的, 本实用新型采取了如下技术方案。 0008 本实用新型提供了如下方案: 0009 一种道砟飞溅风洞试验平台, 包括: 道砟飞溅试验台、 试验。

11、台支架、 高速列车车厢 底部结构模型、 轨枕模型、 钢轨模型、 砟肩模型、 道砟集料和风速测试装置; 说明书 1/5 页 3 CN 211147984 U 3 0010 所述道砟飞溅试验台通过所述试验台支架分别与所述高速列车车厢底部结构模 型和风洞实验室地板连接固定, 所述试验台支架高度可调节, 所述轨枕模型置于所述道砟 集料表层, 所述道砟集料置于所述道砟飞溅试验台表面, 所述钢轨模型固定于所述轨枕模 型承轨槽顶面, 所述砟肩模型固定于所述轨枕模型与所述道砟集料两侧, 所述风速测试装 置固定于所述轨枕模型之间道砟集料表层。 0011 优选地, 所述平台还包括: 防护网, 所述防护网固定于所述。

12、道砟飞溅试验台位于风 洞出口的一端。 0012 优选地, 所述防护网为固定于木框内侧的铁丝网构成, 每个网格边长小于道砟颗 粒平均粒径, 所述木框长度与所述道砟飞溅试验台宽度相同。 0013 优选地, 所述平台还包括: 视频采集装置, 所述视频采集装置位于所述道砟飞溅试 验台中部正上方, 用于获取、 记录试验中道砟样本位移特征。 0014 优选地, 所述试验台支架为双层角钢结构, 所述角钢表面设置一系列圆孔, 采用锚 杆穿过所述圆孔, 对所述双层角钢进行连接固定, 以及对所述试验台支架的高度调节。 0015 优选地, 所述高速列车车厢底部结构模型采用钢化玻璃材料制作。 0016 优选地, 所述。

13、轨枕模型为多个, 各轨枕模型中心横向间距可调节, 所述轨枕模型表 面设置风压测点。 0017 优选地, 所述砟肩模型固定于所述道砟集料和轨枕模型两侧, 所述砟肩模型坡度 为1:1.75, 堆高高度可调整为0cm、 5cm、 10cm或15cm, 所述砟肩模型表面设置风压测点。 0018 优选地, 所述钢轨模型的材料为铁皮, 在钢轨模型前后两端的底部打孔, 采用锚杆 将钢轨模型与轨枕模型连接固定, 所述钢轨模型形状与高速铁路钢轨断面形状完全一致。 0019 优选地, 所述风速测试装置位于中间两跨轨枕模型之间, 包括: 风速测试装置支 架, 以及不同横向和纵向位置的系列风速测试探针, 所述探针安装。

14、于风速测试装置支架上, 能够同时测试水平方向和竖直方向测点风速, 所述风速测试装置支架安置于道床内部, 所 述风速测试装置支架横向和纵向位置均可调节。 0020 由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出, 本实用新型实施例提供一 种道砟飞溅风洞试验平台, 可以准确模拟高速铁路道砟飞溅的发生条件, 还原道砟飞溅的 发生和发展特征, 并能实时监测道砟飞溅流场数据, 且操作便捷。 与现有技术相比, 本实用 新型还具有如下优点: 0021 (1)本实用新型的道砟飞溅风洞试验平台专用于高速铁路道砟飞溅的模拟和分 析, 通过精确模拟高速铁路有砟轨道线路的道床、 砟肩、 轨枕、 钢轨和车厢底部外形特征。

15、, 能 够准确还原高速铁路道砟飞溅的发生和发展过程, 测试道砟飞溅流场特征。 0022 (2)本实用新型通过增加或减少轨枕模型之间的道砟集料数量, 调整枕盒之间道 砟集料中道砟形状、 材质等参数, 砟肩模型的砟肩堆高高度, 以及车厢底部模型与道砟飞溅 试验台顶面高度等参数, 能够模拟不同道床参数条件下, 道砟飞溅发生和发展状态。 0023 (3)本实用新型通过调整风速测试装置, 以及轨枕模型和砟肩模型表面的风压测 点, 能够同步测试道床模型表面不同横向、 纵向位置处的风速强度和分布特征, 以及轨枕模 型和砟肩模型表面不同区域的风压强度和分布特征, 获取道砟飞溅发生和发展机理。 0024 (4)。

16、本实用新型通过位于道砟飞溅试验台上方的视频采集装置, 能够实时获取试 验中道砟飞溅运动行为, 避免道砟飞溅对试验人员的威胁, 提高试验安全性和准确性。 说明书 2/5 页 4 CN 211147984 U 4 0025 (5)本实用新型道砟飞溅风洞试验平台结构简单、 装卸简便、 易于操作, 试验成本 相对较低。 0026 本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出, 这些将从下面的描述 中变得明显, 或通过本实用新型的实践了解到。 附图说明 0027 图1为本实用新型实施例提供的一种道砟飞溅风洞试验平台的结构示意图; 0028 图2为本实用新型实施例提供的一种道砟飞溅风洞试验平台的正视。

17、示意图; 0029 图3为本实用新型实施例提供的一种道砟飞溅风洞试验平台的俯视示意图。 0030 附图标号: 0031 1-道砟飞溅试验台; 2-试验台支架; 3-高速列车车厢底部结构模型; 4-轨枕模型; 5-钢轨模型; 6-砟肩模型; 7-风洞实验室边界; 8-道砟集料; 9-风速测试装置; 10-防护网; 11-视频采集装置。 具体实施方式 0032 下面详细描述本实用新型的实施方式, 所述实施方式的示例在附图中示出, 其中 自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 下面通 过参考附图描述的实施方式是示例性的, 仅用于解释本实用新型, 而不能解释为对本实用。

18、 新型的限制。 0033 本技术领域技术人员可以理解, 除非特意声明, 这里使用的单数形式 “一” 、“一 个” 、“所述” 和 “该” 也可包括复数形式。 应该进一步理解的是, 本实用新型的说明书中使用 的措辞 “包括” 是指存在所述特征、 整数、 步骤、 操作、 元件和/或组件, 但是并不排除存在或 添加一个或多个其他特征、 整数、 步骤、 操作、 元件、 组件和/或它们的组。 应该理解, 当我们 称元件被 “连接” 或 “耦接” 到另一元件时, 它可以直接连接或耦接到其他元件, 或者也可以 存在中间元件。 此外, 这里使用的 “连接” 或 “耦接” 可以包括无线连接或耦接。 这里使用的措。

19、 辞 “和/或” 包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。 0034 在本实用新型的描述中, 需要说明的是, 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“竖 直” 、“水平” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系, 仅是 为了便于描述本实用新型和简化描述, 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、 以特定的方位构造和操作, 因此不能理解为对本实用新型的限制。 此外, 术语 “第 一” 、“第二” 、“第三” 仅用于描述目的, 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 0035 在本实用新型的描述中, 需要说明的是, 除非另。

20、有明确的规定和限定, 术语 “安 装” 、“相连” 、“连接” 应做广义理解, 例如, 可以是固定连接, 也可以是可拆卸连接, 或一体地 连接; 可以是机械连接, 也可以是电连接; 可以是直接相连, 也可以通过中间媒介间接相连, 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言, 可以具体情况理解上述术 语在本实用新型中的具体含义。 0036 本技术领域技术人员可以理解, 除非另外定义, 这里使用的所有术语(包括技术术 语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。 还 应该理解的是, 诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中 说明。

21、书 3/5 页 5 CN 211147984 U 5 的意义一致的意义, 并且除非像这里一样定义, 不会用理想化或过于正式的含义来解释。 0037 为便于对本实用新型实施例的理解, 下面将结合附图以几个具体实施例为例做进 一步的解释说明, 且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。 0038 本实用新型实施例一种道砟飞溅风洞试验平台, 用于真实模拟道砟飞溅的发生和 发展过程, 以及有砟轨道结构表面流场特征, 如图1-3所示, 包括: 道砟飞溅试验台1、 试验台 支架2、 高速列车车厢底部结构模型3、 轨枕模型4、 钢轨模型5、 砟肩模型6、 风洞实验室边界 7、 道砟集料8、 风速测试装置。

22、9、 防护网10、 视频采集装置11。 0039 道砟飞溅试验台1通过试验台支架2, 分别与高速列车车厢底部结构模型3和风洞 实验室地板连接固定。 试验台支架2为双层角钢结构, 角钢表面设置一系列间隔为0.02m的 圆孔, 采用锚杆穿过所述圆孔, 对双层角钢进行连接固定以及实现试验台支架的高度调节。 上述试验台支架2的高度可调节模式, 能够实现试验台高度的调节, 消除风洞试验中不同来 流风速条件下实验室边界层的影响。 同时, 通过调整道砟飞溅试验台1与高速列车车厢底部 结构模型3之间的支架高度, 能够模拟不同车厢底部高度条件下, 有砟轨道表面道砟飞溅的 发生发展规律, 以及有砟轨道流场数据变化。

23、特征。 0040 高速列车车厢底部结构模型3形状和尺寸与CRH3型动车组中间车相同。 采用钢化 玻璃材料制作, 在保证车厢底部结构模型强度的基础上, 可以降低模型质量, 便于拆卸、 操 作便捷, 在降低试验成本的同时, 对试验人员安全性保障较高。 同时, 该钢化玻璃为透明材 料, 能够清晰观测试验过程中道砟飞溅运动状态。 0041 轨枕模型4置于道砟集料8表面, 轨枕模型4的形状及尺寸与高速铁路有砟轨道III 型混凝土轨枕外形及尺寸完全相同, 长度2.6m, 底面宽度0.32m, 最高高度0.26m, 共设置4跨 上述轨枕模型4, 各轨枕模型中心横向间距设置为0.6m(其间距可调节), 每跨轨。

24、枕模型4表 面共设置102个风压测点, 其中顶面28个, 侧面各37个, 从而能够实现轨枕表面不同区域流 场数据的同步测试。 0042 钢轨模型5固定于轨枕模型4的承轨槽顶面, 钢轨模型5为铁皮材料, 在钢轨模型5 前后两端的底部打孔, 采用锚杆将钢轨模型5与轨枕模型4连接固定, 钢轨模型5形状与高速 铁路60kg/m钢轨断面形状完全一致。 0043 砟肩模型6固定于轨枕模型4与道砟集料8两侧, 砟肩模型6坡度为1:1.75, 堆高高 度可调整为0cm、 5cm、 10cm或15cm, 砟肩模型6表面共设置84个风压测点, 其中道床内侧56 个, 外侧28个。 0044 道砟集料8置于道砟飞溅。

25、试验台1表面, 道砟集料8取自高速铁路有砟轨道线路, 筛 分得到符合高速铁路特级道砟级配要求的道砟集料8, 对筛分后的道砟进行水洗、 干燥处 理, 防止试验过程中产生扬尘, 影响测试结果, 将处理后的道砟均匀填充于道砟飞溅试验台 1表面, 并对其分层填充压实。 0045 为进一步优化本实用新型的技术方案, 道砟飞溅风洞试验台1上方的道砟集料8的 数量、 形状、 材质、 密实程度等参数均可调节, 能够实现不同道床质量状态条件下, 道砟飞溅 发生发展规律还原, 以及有砟轨道流场数据的测试。 0046 风速测试装置9固定于中间两跨轨枕模型4之间, 包括: 风速测试装置支架, 以及不 同横向和纵向位置。

26、的系列风速测试探针组成, 测试探针安装于风速测试装置支架上并处于 道床上方, 能够同时测试水平方向上间距8cm的8个测点风速, 以及竖直方向间距5cm的6个 说明书 4/5 页 6 CN 211147984 U 6 测点风速, 风速测试装置支架安置于道床内部, 其横向和纵向位置均可调节。 将测试探针通 过导管与电子扫描阀连接, 实现了对轨道上方流场风速的实时获取。 0047 为进一步优化本实用新型的技术方案, 防护网10固定于道砟飞溅试验台1末端(即 道砟飞溅试验台位于风洞出口的一端), 由固定于木框内侧的铁丝网构成, 每个网格边长小 于道砟颗粒平均粒径(本实用新型实施例中每个网格边长为0.0。

27、2m), 木框长度与道砟飞溅 试验台1宽度相同, 能够防止试验中道砟颗粒飞离试验台, 造成样本遗失, 甚至损坏风洞实 验室风机。 0048 为进一步优化本实用新型的技术方案, 视频采集装置11位于道砟飞溅试验台1中 部正上方, 能够实时获取、 记录试验中道砟样本位移特征。 0049 综上所述, 本实用新型提供的一种道砟飞溅风洞试验平台, 专用于高速铁路道砟 飞溅的模拟和分析, 通过精确模拟高速铁路有砟轨道线路的道床、 砟肩、 轨枕、 钢轨和车厢 底部外形特征, 能够准确还原高速铁路道砟飞溅的发生和发展过程, 测试道砟飞溅流场特 征。 通过增加或减少轨枕模型之间的道砟集料数量, 调整枕盒之间道砟。

28、集料中道砟形状、 材 质等参数, 砟肩模型的砟肩堆高高度, 以及车厢底部模型与道砟飞溅试验台顶面高度等参 数, 能够模拟不同道床参数条件下, 道砟飞溅发生和发展状态。 通过风速测试装置和风压测 点, 能够同步测试道床模型、 轨枕模型和砟肩模型表面不同区域的风速和风压的强度和分 布特征, 获取道砟飞溅发生发展机理。 通过视频采集装置, 能够实时获取试验中道砟飞溅运 动行为, 避免道砟飞溅对试验人员的威胁, 提高试验安全性和准确性。 同时本实用新型道砟 飞溅风洞试验平台结构简单、 装卸简便、 易于操作, 试验成本相对较低。 0050 本领域普通技术人员可以理解: 附图只是一个实施例的示意图, 附图。

29、中的模块或 流程并不一定是实施本实用新型所必须的。 0051 本领域普通技术人员可以理解: 实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分 布于实施例的装置中, 也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。 上 述实施例的部件可以合并为一个部件, 也可以进一步拆分成多个子部件。 0052 以上所述, 仅为本实用新型较佳的具体实施方式, 但本实用新型的保护范围并不 局限于此, 任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内, 可轻易想到 的变化或替换, 都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 因此, 本实用新型的保护范围应该 以权利要求的保护范围为准。 说明书 5/5 页 7 CN 211147984 U 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 211147984 U 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 211147984 U 9 。

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