振动位移与速度放大装置与系统技术领域
本发明涉及轨道交通运输领域，具体而言，涉及一种振动位移与速度放大装置与
系统。
背景技术
火车是现代交通运输中常见的一种交通运输工具，当火车经过铁轨时，铁轨会车
轮载荷的作用下发生振动产生位移，如果铁轨振动时的位移的最大幅值过大，会对铁轨造
成一定的损坏。通常情况下，铁轨在振动时的位移较小，直接测量铁轨产生的位移非常不精
确。因此对铁轨在振动时的位移进行放大后进行测量以及安装减振装置减小铁轨振动时的
位移的最大幅值很有必要；并且铁轨在振动时会产生机械能，将铁轨振动时产生的机械能
进行利用，节能环保。目前，暂时没有一套装置可实现对铁轨振动时位移进行准确的检测或
高效率的利用铁轨振动时产生的机械能或利用铁轨振动时的位移比例缩放来轨道结构减
振，达到良好的减振效果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种振动位移与速度放大装置与系统。
第一方面，本发明实施例提供的一种振动位移与速度放大装置，包括支座、转动杠
杆以及外接终端，所述转动杠杆设置在所述支座上方并与所述支座转动连接，所述转动杠
杆包括第一端和第二端，所述外接终端位于所述转动杠杆的第一端，且所述支座沿所述转
动杠杆方向到所述转动杠杆的第一端的距离大于所述支座沿所述转动杠杆方向到所述转
动杠杆的第二端的距离，所述外接终端用于检测所述转动杠杆的第一端的位移或用于对所
述转动杠杆的第一端的位移进行衰减或用于将所述转动杠杆的第一端的机械能转化为电
能。
进一步地，所述外接终端为接触式位移检测装置，所述转动杠杆的第一端与所述
接触式位移检测装置滑动连接，所述接触式位移检测装置用于检测所述转动杠杆的第一端
的位移。
进一步地，所述外接终端为非接触式位移检测装置，所述接触式位移检测装置位
于所述转动杠杆的第一端的一侧，所述非接触式位移检测装置用于检测所述转动杠杆的第
一端的位移。
进一步地，所述外接终端为发电机，所述振动位移与速度放大装置还包括电能接
收终端，所述发电机与所述电能接收终端电连接，所述发电机包括转子和定子，所述定子套
设于所述转子外，所述转动杠杆的第一端用于带动所述转子切割所述定子产生的磁感线。
进一步地，所述电能接收终端为蓄电池或用电设备。
进一步地，所述外接终端为减振装置，所述减振装置用于对所述转动杠杆的第一
端的位移进行衰减。
进一步地，所述减振装置包括减振弹簧，所述转动杠杆的第一端与所述减振弹簧
连接，且所述转动杠杆的第一端到所述减振弹簧内径的圆心的距离小于所述减振弹簧的内
径的半径。
进一步地，所述减振装置包括第一磁铁和第二磁铁，所述转动杠杆的第一端设置
有第三磁铁，所述第一磁铁、所述第三磁铁以及所述第二磁铁按照从上到下的顺序依次设
置，所述第一磁铁的S极与所述第三磁铁的S极相对设置，所述第三磁铁的N极与所述第二磁
铁的N极相对设置或所述第一磁铁的N极与所述第三磁铁的N极相对设置，所述第三磁铁的S
极与所述第二磁铁的S极相对设置。
第二方面，本发明实施例还提供了一种振动位移与速度放大系统，包括铁轨和上
述的振动位移与速度放大装置，所述转动杠杆的第二端与所述铁轨的底部连接。
进一步地，所述振动位移与速度放大系统还包括多个轨枕，所述多个轨枕均与所
述铁轨的底部连接且均等距离间隔设置，所述转动杠杆的第二端与相邻两个轨枕的距离相
等。
与现有技术相比，本发明提供的一种振动位移与速度放大装置与系统，将转动杠
杆的第二端与铁轨的底部连接，当铁轨受到车轮载荷上下振动时带动转动杠杆的第二端与
第一端上下振动，由于支座沿转动杠杆方向到转动杠杆的第一端的距离大于支座沿转动杠
杆方向到转动杠杆的第二端的距离，因此，转动杠杆的第一端振动的位移大于第二端振动
的位移，从而实现对铁轨振动的位移放大；当外接终端为位移检测装置时，可对转动杠杆的
第一端产生的位移进行测量，并依据测量的位移计算出第二端振动的位移，得出的第二端
振动的位移更加精确，当外接终端为电机时，由于转动杠杆的第二端可将铁轨振动的机械
能传递至转动杠杆的第一端，电机将转动杠杆的第一端的机械能转化为电能利用，从而实
现铁轨受到车轮载荷上下振动产生的机械能的高效率应用；当外接终端为减振装置，可通
过对转动杠杆的第一端的位移进行衰减，从而减小转动杠杆的第二端和铁轨的振动幅度，
并且减振效果良好。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合
所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
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发明的实
施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施
例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的
所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明较佳实施例提供的一种振动位移与速度放大装置的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例提供的外接终端为非接触式位移检测装置时的振动位移
与速度放大装置的结构示意图。
图3为本发明较佳实施例提供的外接终端为接触式位移检测装置时的振动位移与
速度放大装置的结构示意图。
图4为本发明较佳实施例提供的外接终端为发电机时的振动位移与速度放大装置
的结构示意图。
图5为本发明较佳实施例提供的外接终端为减振弹簧时的振动位移与速度放大装
置的结构示意图。
图6为本发明较佳实施例提供的外接终端为第一磁铁与第二磁铁时的振动位移与
速度放大装置的结构示意图。
图7为本发明较佳实施例提供的振动位移与速度放大系统的结构示意图。
其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：振动位移与速度放大装置100，
支座101，转动杠杆102，外接终端103，第一端104，第二端105，接触式位移检测装置106，非
接触式位移检测装置107，发电机108，电能接收终端109，减振弹簧110，第一磁铁111，第二
磁铁112，第三磁铁113，铁轨114，轨枕115。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整
地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在
此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的
范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做
出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的
描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
火车是现代交通运输中常见的一种交通运输工具，当火车经过铁轨时，铁轨会车
轮载荷的作用下发生振动产生位移，如果铁轨振动时的位移的最大幅值过大，会对铁轨造
成一定的损坏。通常情况下，铁轨在振动时的位移较小，直接测量铁轨产生的位移非常不精
确。因此对铁轨在振动时的位移进行放大后进行测量以及安装减振装置减小铁轨振动时的
位移的最大幅值很有必要；并且铁轨在振动时会产生机械能，将铁轨振动时产生的机械能
进行利用，节能环保。目前，暂时没有一套装置可实现对铁轨振动时位移进行准确的检测或
高效率的利用铁轨振动时产生的机械能或利用铁轨振动时的位移比例缩放来轨道结构减
振，达到良好的减振效果。
有鉴于此，发明人经过长期观察和研究发现，提供了一种振动位移与速度放大装
置与系统。该振动位移与速度放大装置包括支座、转动杠杆以及外接终端，转动杠杆与支座
转动连接，且转动杠杆位于支座的上方，转动杠杆的两端分别为第一端和第二端，外接终端
位于转动杠杆的第一端，且支座沿转动杠杆方向到转动杠杆的第一端的距离大于支座沿转
动杠杆方向到转动杠杆的第二端的距离。该振动位移与速度放大装置与系统，可实现对铁
轨的振动的位移测量更加精确或实现铁轨受到车轮载荷上下振动产生的机械能的高效率
应用或减小转动杠杆的第一端和铁轨的振动，并且减振效果良好。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参阅图1，本发明实施例提供的一种振动位移与速度放大装置100，安装于运输轨
道。该振动位移与速度放大装置100包括支座101、转动杠杆102以及外接终端103。转动杠杆
102设置在支座101上方且转动杠杆102与支座101转动连接。本实施例中，转动杠杆102与支
座101的转动连接方式可以为铰链连接以及其他的一些转动连接方式，在此并不做限制。支
座101固定设置于轨枕或设置于安装轨枕的路基。
转动杠杆102包括第一端104和第二端105，外接终端103位于转动杠杆102的第一
端104，转动杠杆102的第二端105与铁轨114的底部连接，且支座101转动杠杆102方向到转
动杠杆102的第一端104的距离a大于支座101沿转动杠杆102方向到转动杠杆102的第二端
105的距离b。
本实施例中，外接终端103为可用于检测转动杠杆102的第一端104的位移以及或
承受转动杠杆102的第二端105的作用力的设备，且外接终端103用于检测转动杠杆102的第
一端104的位移或用于对转动杠杆102的第一端104的位移进行衰减或用于将转动杠杆102
的第一端104的机械能转化为电能，例如位移检测装置、电机或受力弹簧等等，在此并不做
限制。
本实施例中，当外接终端103可采用接触式位移检测装置106或非接触式位移检测
装置107。请参阅图3，当外接终端103采用接触式位移检测装置106时，转动杠杆102的第一
端104与接触式位移检测装置106滑动连接，接触式位移检测装置106用于检测转动杠杆102
的第一端104的位移。接触式位移检测装置106的工作原理为：转动杠杆102的第一端104的
位移引起接触式位移检测装置106的电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移
的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向，通常在接触式位移检测装置106的电位
器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出，从而测量转动杠杆102的第一端104的
位移。
请参阅图2，当外接终端103采用非接触式位移检测装置107时，接触式位移检测装
置106位于转动杠杆102的第一端104的一侧，非接触式位移检测装置107用于检测转动杠杆
102的第一端104的位移。非接触式位移检测装置107可采用激光式位移传感器、拉绳式位移
传感器以及超声式位移传感器。
本实施例中，当铁轨114在车轮载荷的作用下发生振动产生位移时带动转动杠杆
102的第二端105振动，由于支座101转动杠杆102方向到转动杠杆102的第一端104的距离a
大于支座101沿转动杠杆102方向到转动杠杆102的第二端105的距离b，由于算式Y＝(a/b)X
得出转动杠杆102的第一端104的距离Y大于转动杠杆102的第二端105的位移X，当测量到转
动杠杆102的第一端104的位移Y时，由算式X＝Y/(a/b)即可求出转动杠杆102的第二端105
的位移X(即钢轨振动的位移)，并且测量出的转动杠杆102的第二端105的位移X更加精确、
可靠。
请参阅图4，当外接终端103采用发电机108时，该振动位移与速度放大装置100还
包括电能接收终端109，发电机108与电能接收终端109电连接，所述电能接收终端109可采
用蓄电池或用电设备(用电设备可以为路灯)。发电机108包括转子和定子，定子套设于转子
外，转动杠杆102的第一端104用于带动转子切割定子产生的磁感线，从而带动发电机108发
电。本实施例中，当外接终端为电机时，由于转动杠杆102的第二端105可将铁轨振动的机械
能传递至转动杠杆102的第一端104，电机将转动杠杆102的第一端104的机械能转化为电能
利用，因此可更有效率地为蓄电池或用电设备供电。
当外接终端103采用减振装置时，减振装置用于对转动杠杆102的第一端104的位
移进行衰减。本实施例中，减振装置提供两种实现方式进行举例说明。
请参阅图5，第一种实现方式，减振装置包括减振弹簧110，转动杠杆102的第一端
104与减振弹簧110连接，且转动杠杆102的第一端104到减振弹簧110内径的圆心的距离小
于减振弹簧110的内径的半径。较佳地，转动杠杆102与减振弹簧110的轴心线的中点连接，
这样使得转动杠杆102的第一端104上下振动时受力大小相同，当转动杠杆102的第一端104
向上移动压缩减振弹簧110时，减振弹簧110会给转动杠杆102施加方向相反的力，从而减小
转动杠杆102正向最大位移，同理可得转动杠杆102的第一端104向下移动压缩减振弹簧110
时，减振弹簧110减小转动杠杆102负向最大位移，从而减小转动杠杆102的第二端105的振
动频率，从而减小了铁轨114的振动频率。
请参阅图6，第二种实现方式，减振装置包括第一磁铁111和第二磁铁112，所述转
动杠杆102的第二端105设置有第三磁铁113，第一磁铁111、第三磁铁113以及第二磁铁112
按照从上到下的顺序依次设置，第一磁铁111的S极与第三磁铁113的S极相对设置，第三磁
铁113的N极与第二磁铁112的N极相对设置或第一磁铁111的N极与第三磁铁113的N极相对
设置，第三磁铁113的S极与第二磁铁112的S极相对设置，本实施例采用前者排列方式。
当转动杠杆102的第一端104向上移动靠近第一磁铁111时，由于第三磁铁113的靠
近第一磁铁111的一侧的磁极的极性与第一磁铁111的靠近第三磁铁113的一侧的磁极的极
性相同，同性相斥，第一磁铁111会给第三磁铁113施加方向相反的力，从而减小转动杠杆
102正向最大位移，同理可得转动杠杆102的第一端104向下移动靠近第二磁铁112时，第一
磁铁111减小转动杠杆102负向最大位移，从而减小转动杠杆102的第二端105的振动频率，
从而减小了铁轨114的振动频率，通过减小铁轨114的振动频率，使得铁轨114不易被损坏，
从而延长了铁轨114的使用寿命。
本发明实施例还提供了一种振动位移与速度放大系统，需要说明的是，本实施例
所提供的振动位移与速度放大系统，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为
简要描述，本发明实施例部分未提及之处，可参考上述的上述实施例中相应内容。
请参阅图7，该振动位移与速度放大系统包括铁轨114和上述实施例提供的振动位
移与速度放大装置100，转动杠杆102的第二端105与铁轨114的底部连接。转动杠杆102的第
二端105与铁轨114的底部的连接方式可以为接触连接、固定连接以及铰链连接，本实施例
中优选铰链连接。振动位移与速度放大系统还包括多个轨枕115，多个轨枕115均与铁轨114
的底部连接且均等距离间隔设置，转动杠杆102的第二端105与相邻两个轨枕115的距离相
等。由于每两个轨枕115连线的中点为铁轨114振动位移和振速最大的位置，因此将转动杠
杆102的第二端105与铁轨114与每两个所述轨枕115连线的中点连接较佳。另外，在具体实
施时，尽量将外接终端103设置于离铁轨114较远的路基，可避免外接终端103影响轨道结构
的界限。
综上，本发明提供的一种振动位移与速度放大装置与系统，将转动杠杆102的第二
端105与铁轨114的底部连接，当铁轨114受到车轮载荷上下振动时带动转动杠杆102的第二
端105上下振动，由于支座101沿转动杠杆102方向到转动杠杆102的第一端104的距离大于
支座101沿转动杠杆102方向到转动杠杆102的第二端105的距离，因此，转动杠杆102的第一
端105振动的位移大于第二端105振动的位移，从而实现对铁轨114振动的位移放大；当外接
终端103为位移检测装置时，位移检测装置可对转动杠杆102的第一端104产生的位移进行
测量，并依据测量的位移计算出第二端104振动的位移，得出的第二端104振动的位移更加
精确，当外接终端103为电机时，由于转动杠杆102的第二端105可将铁轨振动的机械能传递
至转动杠杆102的第一端104，电机将转动杠杆102的第一端104的机械能转化为电能利用，
因此可更有效率地为蓄电池或用电设备供电；当外接终端103为减振装置时，可通过对转动
杠杆102的第一端104的位移进行衰减，从而减小转动杠杆102的第二端105和铁轨114的振
动幅度，并且减振效果良好。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、
“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
述术语在本发明中的具体含义。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，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，或者是该
发明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发明和简化描述，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
能理解为对本发明的限制。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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在
下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需
要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。