一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置
专利汇可以提供一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种针对 铁 路振动源的减隔振模型试验装置，包括试验箱、箱内土体、隔振屏障、 数据采集 装置、荷载施加装置，隔振屏障设置在土体内部及表面，用于评价隔振效果；数据采集装置设置在土体内部及表面，用于采集振动 信号 ，并将采集的数据传输至荷载施加装置；荷载施加装置包括模拟振动装置以及控制装置，模拟振动装置设置在土体上方，用于实现移动荷载的模拟，控制装置设置在 箱体 外部，用于控 制模 拟振动装置动作，显示并储存收集到的数据。本发明采用闭环PID控制，可以精确控制激振 力 的输出；采用电磁式激振器作为激励装置，可提供较宽 频率 范围的振动 激励信号 ；使用无线振动 传感器 ，测量土体内部振动时可避免线路对试验的影响。，下面是一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置专利的具体信息内容。
1.一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：包括试验箱、箱内土体、隔振屏障、数据采集装置、以及荷载施加装置，
所述隔振屏障设置在土体内部及表面，用于评价隔振效果；
所述数据采集装置设置在土体内部及表面，用于采集振动信号，并将采集的数据传输至荷载施加装置；
所述荷载施加装置包括模拟振动装置以及控制装置，模拟振动装置设置在土体上方，用于实现移动荷载的模拟，控制装置设置在箱体外部，用于控制模拟振动装置动作，显示并储存收集到的数据。
2.根据权利要求1所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述试验箱包括外部箱体、内部箱体、弹簧系统和橡胶衬垫，所述内部箱体通过弹簧系统和外部箱体连接，所述外部箱体坐落在橡胶衬垫上。
3.根据权利要求2所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述内部箱体是由四片内箱侧板和一片内箱底板组成无盖箱体，材质为泡沫铝板材，所述外部箱体由外箱侧板、外箱底板和外箱肋板组成无盖箱体，材质为钢，所述外箱底板尺寸大于所述外箱侧板的轮廓，所述外箱肋板与底板和侧板均垂直。
4.根据权利要求2所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述弹簧系统包括数量众多的弹簧单元体，所述弹簧单元体均匀分布在内部箱体与外部箱体相对应的四个侧面空间和一个底面空间内。
5.根据权利要求4所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述弹簧单元体包括橡胶顶座、弹簧和弹簧螺栓，所述橡胶顶座设置在所述内部箱体与所述弹簧之间，所述弹簧通过所述弹簧螺栓固定在外部箱体上，弹簧与内部箱体之间的连接为普通接触。
6.根据权利要求1所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述荷载施加装置包括电脑、控制机柜和激振模块，所述电脑连接所述控制机柜，控制所述激振模块产生振动模拟列车振动，采用多组激振模块顺次激振来实现移动荷载的模拟，通过采用闭环控制和电磁式激振器的方法来实现激振力和激振频率的双控。
7.根据权利要求6所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述激振模块包括电磁激振器、盒式力传感器、加载横梁和轨道；
所述电磁激振器外壳侧壁开有两个相对的螺栓孔；
所述轨道包括铁轨、轨枕、扣件和道砟；
所述加载横梁包括一只加载梁横板、两只加载梁竖板和四只防脱套板，所述两只竖板相互平行，位于加载梁横板上表面，所述竖板垂直于横板并关于横板中心对称，所述加载梁竖板侧壁开孔，设有固定螺栓，可以与电磁激振器外壳上的螺栓孔连接来固定电磁激振器，所述四只防脱套板两两相对，位于加载梁横板下表面两端，所述防脱套版内侧与铁轨侧面形状相吻合，可以夹持两条铁轨使加载横梁座落在铁轨上，所述防脱套侧面开孔设有定位螺栓，起加载横梁在铁轨上的定位作用；
所述盒式力传感器置于电磁激振器的触头圆盘和加载梁横板之间，固定在加载梁横板上用来采集激振力的大小。
8.根据权利要求6所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述控制机柜内部集成并连接伺服控制器、功率放大器、电荷放大器和动态电阻应变仪，所述伺服控制器为PLC，采用PID控制。
9.根据权利要求6所述的一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置，其特征在于：所述数据采集装置包括无线振动传感器和通讯连接器，所述通讯连接器位于控制机柜内部，所述无线振动传感器可布设与土体表面也可以布置在土体内部，可以实现对XYZ三的方向振动信号的采集；所述无线振动传感器采集到振动信号后，通过LORA传输方式将信号传递给所述通讯连接器，所述通讯连接器将信号处理后传递给电脑进行显示和储存。
10.一种针对铁路振动源的减隔振模型试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)根据试验要求预先设置所需埋设的传感器的位置和数量、屏障的位置数量以及轨道位置所需激振器的数量；
(2)在试验箱内部从下往上依次填土，填土过程中埋设土体内部振动传感器和隔振屏障，待箱内土体填到表层后，布置表层振动传感器并组装符合试验需求的轨道和电磁激振器；
(3)打开荷载加载装置，设定激振力大小、频率和相邻激振器的起振间隔，待激振力输出稳定后，启动数据采集装置，通过振动传感器收集土体中各位置处的振动信号，采集完成后，储存实验数据，关闭加载和采集装置；
(4)更改屏障及土体工况设置，重复上一步采集并储存试验数据，直至完成所有工况；
(5)回收电磁激振器、轨道及土体表层及内部的振动传感器，回收模型屏障，回收箱内土体，试验完成。
一种针对铁路振动源的减隔振模型试验装置
技术领域
背景技术
大的问题，而现场试验所需人力物力及试验费用较高。因此，亟需一套完整的室内模型试验
装置来完成相关科研任务。
振动荷载移动施荷的实现；(2)振动荷载同时实现精确控制激振力和高频率施荷；(3)试验
箱箱体对振动波的边界效应；(4)土体内部振动数据的精确采集。
发明内容
射问题，同时可准确采集土体表面及内部的振动数据。
所述外箱底板尺寸大于所述外箱侧板的轮廓，所述外箱肋板与底板和侧板均垂直。
移动荷载的模拟，通过采用闭环控制和电磁式激振器的方法来实现激振力和激振频率的双
控。
载梁竖板侧壁开孔，设有固定螺栓，可以与电磁激振器外壳上的螺栓孔连接来固定电磁激
振器，所述四只防脱套板两两相对，位于加载梁横板下表面两端，所述防脱套版内侧与铁轨
侧面形状相吻合，可以夹持两条铁轨使加载横梁座落在铁轨上，所述防脱套侧面开孔设有
定位螺栓，起加载横梁在铁轨上的定位作用；
以实现对XYZ三的方向振动信号的采集；所述无线振动传感器采集到振动信号后，通过LORA
传输方式将信号传递给所述通讯连接器，所述通讯连接器将信号处理后传递给电脑进行显
示和储存。
激振器；
完成后，储存实验数据，关闭加载和采集装置；
133-弹簧螺栓；134-弹簧单元体；2-箱内土体；3-隔振屏障；31-波阻块；32-板墙；33-方截面桩；34-圆截面桩；35-环截面空心桩；4-数据采集装置；41-无线振动传感器；42-通讯连接
器；5-荷载施加装置；51-电脑；52-控制机柜；521-伺服控制器；522-功率放大器；523-电荷
放大器；524-动态电阻应变仪；53-激振模块；531-电磁激振器；532-盒式力传感器；533-加
载横梁；534-轨道；5311-触头圆盘；5312-连杆；5313-衔铁；5314-激振器外壳；5315-复位弹簧；5316-铁芯；5317-线圈；5318-整流原件；5319-激振器封底；5320-螺栓孔；5331-加载梁
横板；5332-加载梁竖板；5333-固定螺栓；5334-防脱套板；5335-定位螺栓；5341-铁轨；
5342-轨枕；5343-扣件；5344-道砟。
具体实施方式
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。
在本发明中的具体含义。
求确定。
箱体具有一定的承载力，泡沫铝板材应具有一定的厚度。
直，肋板数量取决于箱体尺寸。
间内，且每个空间内设置的弹簧单元体的数量应通过计算确定。通常来讲，底面空间内应使
用强力弹簧，以确保内部箱体12内填满试验用土体2后底部弹簧单元体依然具备弹性活动
能力。
通过弹簧螺栓133固定在外部箱体11上，弹簧132与内部箱体12之间为普通接触。
密度、含盐量等依据试验工况确定；土层可以是均匀土，也可以是分层土，分界面的形式根
据试验要求的不同而存在差异。
移动荷载的模拟，通过采用闭环控制和电磁式激振器的方法来实现激振力和激振频率的双
控。
具有较大质量，为圆柱形空心无底形状，侧壁开有两个相对的螺栓孔5320。激振器封底5319
为中心开孔的圆盘，位于激振器外壳5314底部内壁处。连杆5312穿过激振器封底5319的中
心孔，分别连接位于激振器外部的触头圆盘5311和位于激振器内部的衔铁5313。触头圆盘
5311是激振器施加激振力的作用器件。在激振器内部，衔铁5313通过复位弹簧5315与激振
器外壳5314连接。铁芯5316固定在激振器外壳顶盖内侧，位于衔铁5313上方。导线穿过激振
器外壳顶盖，缠绕在铁芯5316上形成线圈5317，构成电磁铁。电磁式激振器531通过到导线
接通电源，通过整流原件5318调制信号。
向上移动，弹簧被压缩。而在负半周时，电磁力消失，衔铁、连杆和触头圆盘整体向下移动复
位。周而复始，圆盘触头5311就可实现上下垂直运动，实现激振力的施加。
对称。加载梁竖板5332侧壁开孔，设有固定螺栓5333。两只固定螺栓与激振器外壳5314上的
螺栓孔5320连接，使激振器固定在加载横梁上。四只防脱套板5334两两相对，位于加载梁横
板下表面两端。防脱套版5334内侧与铁轨侧面形状相吻合，可以夹持两条铁轨使加载横梁
533座落在铁轨上。防脱套板5334侧面开孔设有定位螺栓5335，起加载横梁在铁轨上的定位
作用。
振器和加载横梁，通过设定不同的起振时间来模拟列车移动荷载。
行PID控制实现稳定激振力输出的必备组成成分，各部分元件之间用以实现PID控制的逻辑
关系见图12。
驱动线圈的控制电流，激振器触头圆盘往复运动冲击加载横梁产生激振力，力传感器检测
到激振力信号后，通过电荷放大器将激振力信号进行放大和调制，通过动态电阻应变仪将
信号反馈给伺服控制器，伺服控制器将反馈信号与原始输出信号进行对比，如果信号发生
激振力幅值损失则进行相应补偿，产生新的控制信号，由此完成PID闭环控制，实现激振力
的稳定控制与输出。
偏差瞬间做出反应。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，是控制量向减少偏差的方向
变化。比例系数越大，控制作用越强。(I)积分环节 的作用是消除系统偏差。积
分常数越大，积分的累积效应越弱，有利于消除系统产生的震荡，提高系统的稳定性。(D)微
分环节 的作用是根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正，阻止偏差的变
化。偏差变化越快，微分部分的输出就越大，使偏差值在变大之前进行修正。微分常数越大，
抑制偏差变化的作用越强。
无线振动传感器41可布设与土体表面也可以布置在土体内部，可以实现对XYZ三的方向振
动信号的采集。由于使用无线信号传输，当布置在土体内部时可有效避免传感器导线对试
验的影响。如图1、6所示，无线振动传感器41采集到振动信号后，通过LORA传输方式将信号
传递给通讯连接器42，通讯连接器将信号处理后传递给电脑进行显示和储存。
内土体填到表层后，布置表层传感器并组装符合试验需求的轨道和激振器。
完成后，储存实验数据，关闭加载和采集装置。
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