一种列车-桥梁组合系统气动特性同步测试装置的制作方法

一种列车
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桥梁组合系统气动特性同步测试装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种在风洞内进行空气动力学试验的测量装置，具体涉及到一种列车
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桥梁组合系统气动特性同步测试装置。


背景技术：

2.车桥系统中，桥道和车辆的风荷载受车辆外形、桥道外形及车辆与桥道相对位置等多种因素的影响。车桥耦合振动分析中通常将车辆和桥梁作为两个动力子系统进行求解，为正确反映两子系统各自的振动特性，在考虑横向风作用时，需得到车辆和桥梁各自的三分力系数，并考虑车桥间的相互气动作用。对于线状的桥道，可忽略风沿结构展向的流动，采用节段模型来确定单位长度桥道所受风荷载。一列火车通常由多节车厢组成，亦可近似看作线状结构，故可通过节段模型风洞试验测试车辆的风荷载。桥梁节段模型风洞试验中，因桥道断面较为钝化、绕流分离点较为固定，试验中可忽略雷诺数的影响。车辆断面虽近似矩形，但周边均圆滑过渡，其绕流分离点与雷诺数有关。在侧向风作用下，位于桥道上的车辆处于桥道的上部分离流之中，分离流中的脉动成分会弱化弧形表面附面层的粘性作用，从而减小雷诺数对车辆定常气动力的影响。此外，侧向风作用下的车桥系统实质上是一种多体系统的绕流问题，多体系统的绕流形态对雷诺数较为敏感。与常规多体系统绕流不同，车辆和桥梁相距较近(轮轨相接触)，车辆的结构尺度较桥道要小，且车辆位于桥道的绕流之内。故可将车辆和桥道看作一个系统。该系统断面因车辆的存在变得更为钝化，雷诺数对该断面的整体定常气动力影响应较小。总之，雷诺数对车桥系统的影响应较小，在车桥系统气动参数测试中可忽略雷诺数的影响，从而可采用类似桥梁节段模型风洞试验的方法测试车桥系统的气动特性。
3.为了得到车
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桥组合状态下列车和桥梁的气动力，目前采用的主要方法有：cfd数值模拟、现场实测和风洞试验。cfd数值模拟计算量大，且计算精度受网格划分质量的影响，特别是对于桁架这种细部构件较多的桥梁结构，计算精度和计算效率很难同时满足。现场实测受限于天气情况、列车运行情况、测试成本等诸多因素，得到车
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桥系统的气动力较为困难。而风洞试验可较方便地控制、改变试验条件，便于多次重复试验，因此针对车
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桥组合系统气动特性的研究主要通过风洞试验完成。
4.风洞试验测试车
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桥组合的气动力常通过车
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桥分离装置（如交叉滑槽系统，参考文献[1]李永乐，廖海黎，强士中.车桥系统气动特性的节段模型风洞试验研究[j].铁道学报，2004(03):71
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75.）分别测试车辆和桥梁的气动力。但这种方法有一定的不足：不能同步测试车辆和桥梁的气动力，使得试验工况显著增加，特别是对多线运行的桥梁，考查风攻角的影响后试验工况将成倍增加，频繁地更换车辆和桥梁的相对位置导致试验效率低下；在安装测试模型和仪器，以及更换工况时，由于一些人为因素，导致分别针对车辆和桥梁测试时，列车和桥梁的相对位置发生变化，导致测试的气动力有一定偏差。
[0005]
随着交通的飞速发展，越来越多的桥梁开始向公铁两用方向发展，铁路的线路通常设计为双线，甚至四线，桥梁也更多地设计为桁架结构，现有的列车
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桥梁组合系统气动
特性测试方法不能高效准确地得到两者的气动力，研究一种新型的测试装置已成为亟待解决的技术问题。因此，研究车
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桥组合下列车和桥梁两种结构的气动力同步测试装置是非常必要的。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种列车
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桥梁组合系统气动特性同步测试装置，使得在风洞试验中能够同步测试车辆和桥梁的气动力，减小试验误差，提高试验效率。
[0007]
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：
[0008]
一种列车
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桥梁组合系统气动特性同步测试装置，包括桥梁结构模型和列车模型，所述列车模型的两端分别通过六分量天平连接于所述桥梁结构模型上，所述列车模型平行所述桥梁结构模型设置；所述桥梁结构模型的两端分别连接有用于连接到风洞内的三分力传感器。
[0009]
作为上述方案的进一步技术方案，所述列车模型的端部通过连接件与所述六分量天平的顶部连接端固定连接，所述桥梁结构模型通过连接片与所述六分量天平的底部连接端固定连接。
[0010]
作为上述方案的进一步技术方案，所述连接件为l形直角构件，包括一用于与所述六分量天平的顶部连接端固定连接的长边和一用于与所述列车模型端部连接的短边；且所述短边位于所述长边的上方。
[0011]
作为上述方案的进一步技术方案，所述连接件为l形直角构件，包括一用于与所述六分量天平的顶部连接端固定连接的长边和一用于与所述列车模型端部连接的短边；且所述短边位于所述长边的下方。
[0012]
作为上述方案的进一步技术方案，所述连接片为板状构件。
[0013]
作为上述方案的进一步技术方案，所述桥梁结构模型为桁架桥模型或箱梁桥模型。
[0014]
作为上述方案的进一步技术方案，所述桥梁结构模型的桥型为大跨度斜拉桥或悬索桥。
[0015]
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本实用新型通过缩尺模型模拟实际列车和桥梁，进行真实还原的节段模型试验，从而实现高效准确测试列车
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桥梁组合系统气动特性的同步测试装置；本实用新型可通过三分力传感器和六分量天平同步测试车桥组合下车辆和桥梁的气动力，无论要测试多少个攻角情况，均可一次同步测试完成，中间不需要更换模型，测试的时间大幅缩减，避免了复杂的安装程序，以及更换工况时的人为因素对试验结果的影响，也进一步避免了外部结构用于支撑车辆或桥梁结构时对测试结构的影响。
附图说明
[0016]
图1为本实用新型的结构示意图。
[0017]
图2为本实用新型中列车模型与桥梁结构模型之间的第一种连接结构示意图。
[0018]
图3为本实用新型中列车模型与桥梁结构模型之间的第二种连接结构示意图。
[0019]
图中各标号的释义为：桥梁结构模型1，三分力传感器2，列车模型3，六分量天平4，连接件5，连接片6。
具体实施方式
[0020]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以便对本实用新型的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的了解。
[0021]
显然，对这些实施例的说明是示意性的，并不构成对本实用新型的具体限定，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的优选实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0022]
本实用新型针对测试车桥组合气动力测试装置的技术问题，提供了一种列车
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桥梁组合系统气动特性同步测试装置，本测试装置可提高车桥气动力的测试效率和精度，减小试验误差。如图1所示，本实用新型所述的一种列车
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桥梁组合系统气动特性同步测试装置包括桥梁结构模型1和列车模型3，所述列车模型3的两端分别通过六分量天平4连接于所述桥梁结构模型1上，所述列车模型3平行所述桥梁结构模型1设置；所述桥梁结构模型1的两端分别连接有用于连接到风洞内的三分力传感器2。三分力传感器2的一端连接于桥梁结构模型1，一端通过传感器连接于采集软件。
[0023]
空间任一广义力在给定的坐标系中一般可分解为六个分量，即沿三个坐标轴的力失分量fx、fy和fz，以及绕三个坐标轴的力矩分量mx、my和mz。研究对象上某一点的受力总可在给定坐标系中分解为上述六个分量。六分量天平就是用来同时检测和传感所受力的六个分量，广泛应用于机器人、生物力学、精密装配、工程现场测试等领域。本实用新型所采用的六分量天平4为gamma六分量高频天平，可测得水平方向、竖直方向和桥轴线方向的力，以及绕三个轴的扭矩。本实用新型所采用的三分力传感器2可测水平方向和竖直方向的力，以及绕桥轴线方向的扭矩。需要强调的是，gamma六分量高频天平相对于列车模型3尺寸较小，对桥梁结构模型1内部的风场影响可忽略不计。
[0024]
所述列车模型3的端部通过连接件5与所述六分量天平4的顶部连接端固定连接，所述桥梁结构模型1通过连接片6与所述六分量天平4的底部连接端固定连接，列车模型3以此方式被支撑固定，确保列车模型3与桥梁结构模型1互相分离，分离高度为列车轮对高度，以防止列车模型3与桥梁结构模型1接触影响测试结果。具体的，所述桥梁结构模型1的两端分别通过一个三分力传感器2螺栓连接到风洞壁上。所述连接件5为l形角钢构件，通过螺栓来连接列车模型3和六分量天平4，包括一用于与所述六分量天平4的顶部连接端固定连接的长边和一用于与所述列车模型3端部连接的短边，所述连接件5有两种连接方式，如图2和图3所示，第一种连接方式中所述短边位于所述长边的上方，第二种连接方式中所述短边位于所述长边的下方，这两种连接方式对数据测量没有任何影响，仅仅是安装方式不同，以适配不同类型的列车模型3和桥梁结构模型1。所述连接片6为方形板状构件，可调节六分量天
平4与桥梁结构模型1之间的相对高度。
[0025]
所述桥梁结构模型1为桁架桥模型或箱梁桥模型，对应的，所述列车模型3设于桥梁结构模型1的内部或上部。桥型为大跨度斜拉桥和悬索桥等高速铁路桥梁，但不限于上述的结构型式。
[0026]
工作时，三分力传感器2和六分量天平4同步工作采集数据，三分力传感器2测得的是列车模型3和桥梁结构模型1共同的力，六分量天平4测得的是列车模型3的力，两者通过力的合成定理即可得到桥梁结构模型1的力，然后通过后处理即可得到列车模型3和桥梁结构模型1的静力三分力系数。
[0027]
本实用新型针对不同断面形式的桥梁和不同车型的列车可以进行调整，以提高本实用新型的工程适用范围。本实用新型的桥梁断面形式和列车车辆型号可以调整，列车的线路数可以改变，测试的工况也可以进行相应的调整。因此，本实用新型适用于所有桥梁与列车组合的气动力测试，其适用范围广泛。
[0028]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“水平”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“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。
[0029]
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之类。