一种散体有碴道床密实度检测方法及使用装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种散体有碴道床密实度检测方法及使用装置，特别涉及一种新的有碴道床密实度检测方法及装置，通过测量轨枕底部接触板与道碴间的接触力的变化来判断散体道床的密实程度，属于铁道工程有碴道床检测【技术领域】；本发明用于现场室内两种环境下解决散体有碴道床密实度的测量问题。本发明可实现主要功能包括：实现不破坏道床形貌的情况下检测道床的密实度；实现有碴道床动态密实度参数实时监控。本发明可实现的有益效果如下：测试结构简单，便于铁路现场布置，且操作方便、可减少人工辅助工作，测试过程不受外界环境因素制约，提高测试工作效率及准确性。
【专利说明】一种散体有碴道床密实度检测方法及使用装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种散体有碴道床密实度检测方法及使用装置，适合铁路散体道床新建线路检测及旧线捣固作业后密实度检测等场合，用于判断道床密实程度的方法，属于铁道工程道床检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]道床密实度是指颗粒相互排列、挤密的程度。定义为:密实度=固体颗粒体积/散粒体结构总体积(％)。道床密实度是衡量道床工作状态及承载能力，检验养路机械的捣固夯实质量的主要参数。传统的密实度现场测定方法有灌砂法和灌水法。灌水法是各国测定密实度使用的基本方法，其基本原理是如图5所示；由公式
Β = 得出道床的密实度?，式中P;、F2为水的体积如图5 (3)、(5)中所示，G为图5
(4)中W道碴的真实体积。灌水法的缺点是测点位置受限制、实施过程复杂、精度低且行车条件下难以实施。另外的方法是利用Y射线测定道床密实度，但由于辐射源的存在及使用而使得该方法无法大范围推广使用。鉴于以上原因，散体道床密实度的测量方法仍是目前铁道工程检测【技术领域】中的难题。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种现场室内两用散体有碴道床密实度检测方法，用于实现无损检测散体有碴道床密实度，以克服现有测量方法测量精度低且不易实施的缺陷。
[0004]本发明方法具体操作为:测量轨枕底部与道碴间在5-lOs内的接触强度值，计算各接触强度值的平均值得到接触强度平均值Paiis，计算接触强度平均值与特定测
P、 P—
_ ^丨旬的差值，通过100%计算差值比Zkt ’
?示定取差值比的绝对值得到;当<5%时，判定散体道床的密实程度为密实.::?搓比 s L'0..0 时，判定散体道床的密实程度为一般密实；当
pmm 15%时，判定散体道床的密实程度为松散;其中所述特定测量值为新建道床达到密实状态后测得的接触强度值。
[0005]所述接触强度值是指轨枕底部与道碴间的接触力与接触面积的比值。
[0006]所述散体有碴道床密实度检测方法可用作室内试验道床密实度检测，也可用作室外现场铁路线路道床密实度监测。
[0007]本发明另一目的是提供一种用于散体有碴道床密实度检测方法的专用测量轨枕，其包括轨枕1、安装条2、安装座板3、缓冲隔垫4、压力传感器5、保护板6、传感器线槽7，其中4条安装条2固定在轨枕I底面，安装条2上装有传感器线槽7，安装座板3装在传感器线槽7上，缓冲隔垫4设置在安装座板3和保护板6之间，且三块板通过螺栓连接固定，4-8个压力传感器5安装于安装座板3的座孔内，并穿过缓冲隔垫4与保护板6接触，压力传感器5的信号传输线通过传感器线槽7通至道碴外部。
[0008]所述缓冲隔垫4为聚氨酯缓冲隔垫。
[0009]所述专用测量轨枕可布置在室内试验装置中，同时也可以设置在现场实际线路中。
[0010]所述专用测量轨枕在现场实际线路中，其功能可替代普通轨枕以便在现场环境监测有碴道床的密实度。
[0011]所述压力传感器5为常规市售标准压力传感器，抗冲击、过载能力强。
[0012]所述专用测量轨枕的使用步骤为:
1)在新建或既有铁路线路上被测铁路道床区域安装专用测量轨枕并进行信号传输线缆布置，集中设置线缆外接接口，且按照专用测量轨枕与普通轨枕间隔布置的方式安装，每个被测区域布置:Γ5个专用测量轨枕，保证传感器保护板6与枕底道碴之间接触；或在室内试验散体有碴道床区域重复上述安装步骤；
2)新建或既有铁路线路经过稳定作业、实车试运行、运行等过程，即实施列车循环荷载加载过程；室内试验散体有碴道床主要通过模拟循环加载试验进行密实；通过以上过程使散体有碴道床达到密实状态，可通过传统灌水法或Y射线法测试其密实程度；
3)同时，按照下述步骤4)?9)内容测量普通轨枕底部或专用测量轨枕底部保护板与道碴间在5-lOs内的接触强度值并取平均即获得特定测量值Pss；作为后续测量参考基准，
对于同一道床通常标定一次，后续测量在半年后进行或根据线路使用情况临时调整；
4)测量前，通过信号传输线缆外界接口连接动态信号测试仪器与专用测量轨枕中的压力传感器(或普通轨枕底部的压力传感器)，通过数据传输线连接动态信号测试仪器与计算机，便携式移动电源为动态信号测试仪器与计算机提供电源；
5)对传感器、动态测试仪器、计算机软硬件进行联调，测试准备工作就绪；
6)测量时工况条件、测试区域及荷载状态应与步骤3)中测量时所采用的一致；
7)测量时，传感器保护板6直接与枕底道碴保持接触，外荷载作用经传感器保护板6传递给压力传感器5，聚氨酯缓冲隔垫4起到缓冲并减缓冲击的作用同时保证传感器保护板6能够接触到压力传感器5的工作面；
8)进行数据采集，压力传感器测得数据信号经传输线缆、动态信号测试仪器、数据传输线传递给计算机，并通过控制软件进行分析提取测量专用测量轨枕底部传感器保护板6与道碴间在5-lOs内的接触强度值，完成数据采集； 9)数据分析，对所获得的5-lOs的接触强度值数据取平均计算获得；
10)根据测得及之前获得的’,按本发明方法计算,根据
结果判定所测道床密实度，后续可重复进行上述步骤中4) ^1)步内容以完成不同使用阶段的道床密实度的测定。
[0013]按照现行铁路散体有碴道床建造标准及道床密实度判定规则，散体有碴道床经荷载循环加载作用后达到密实状态后，按照本发明方法的实施步骤测量轨枕底部与道碴间在
5-10s内的接触强度值并取平均即获得特定测量值/^g，作为后续进行道床密实度测量的参考基准。
[0014]本发明具有以下有益效果:
1、本检测方法同时适用实验室室内道床密实度检测及现场实际线路道床密实度测量使用，同时可对道床密实度变化进行实时监控；
2、本检测方法测试过程易于实施、规范，因此测试结果受操作人员自身操作水平影响有限，从而提高了测量精度；
3、测试过程简单易学，分析过程及判别标准易于标准化，因此测试过程中可减少人工辅助工作，从而提高测试工作效率；
4、本测量方法及装置测量不受时间、地点及外界自然环境因素限制。
[0015]5、本发明提供的专用测量轨枕结构简单，外形尺寸及基本功能等同普通轨枕，但其内部设置的传感器结构可用于散体有碴道床密实度的测量；
6、专用测量轨枕在现场实际线路中，可替代普通轨枕布置在室内试验装置中，同时也可以设置在现场实际线路中。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明专用测量轨枕的断面结构示意图；
图2为本发明专用测量轨枕的轴测爆炸示意图；
图3为本发明专用测量轨枕的局部断面结构示意图；
图4为本发明专用测量轨枕使用状态示意图；
图5为本发明灌水法测量道床密实度原理示意图；
图中:1-轨枕；2_安装条；3_安装座板；4_缓冲隔垫；5_压力传感器；6_传感器保护板；7_传感器线槽；8-普通轨枕；9_动态信号测试仪器；10_数据传输线；11_计算机；12-信号传输线；13_专用测量轨枕；14_钢轨。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例，对本发明专利作进一步说明，但本发明专利的内容并不限于所述范围。
[0018]实施例1:本散体有碴道床密实度检测方法用作室内试验道床密实度检测，测试对象为试验室内新建散体有碴道床，道碴材质为普通石灰岩级配道碴，建成后经过50万次的室内循环加载压实，具体内容如下:
通过测量专用测量轨枕底部保护板与道碴间在5s内接触强度值，接触强度值每隔
0.1s收集一次，计算各接触强度值的平均值得到接触强度平均值■，计算接触强度平均值量与特定测量值%定间的差值$差值，通过:Pm =................................................—.....' 100%
计算差值比，取差值比的绝对值得到;测得结果如下:测量时间5s，特定测量值=45MPa,接触强度平均值=42.4MPa，=5.78%,
5%<5.78%〈10%，因此判定被测道床基本密实；上述测量及分析过程总共耗时2小时。
[0019]本实施例中用于散体有碴道床密实度检测方法的专用测量轨枕结构如图1-4，所述专用测量轨枕包括轨枕1、安装条2、安装座板3、聚氨酯缓冲隔垫4、压力传感器5、保护板6、传感器线槽7，其中4条安装条2固定在轨枕I底面，安装条2上装有传感器线槽7，安装座板3装在传感器线槽7上，聚氨酯缓冲隔垫4设置在安装座板3和保护板6之间，且三块板通过螺栓连接固定，4个压力传感器5安装于安装座板3的座孔内，并穿过聚氨酯缓冲隔垫4与保护板6接触，压力传感器5的信号传输线通过传感器线槽7通至道碴外部。
[0020]所述专用测量轨枕布置在室内试验装置中，压力传感器5型号为AK-4B压力传感器。
[0021]在被测铁路道床区域安装3个专用测量轨枕，且按专用测量轨枕13与普通轨枕8间隔布置方式安装；钢轨14设置在专用测量轨枕和普通轨枕上方；测量时，AK-4B压力传感器5通过信号传输线12与DH5923动态信号测试仪器连接，传感器保护板6直接与道碴接触，接触力经传感器保护板6传递给压力传感器5，聚氨酯缓冲隔垫4起到缓冲并减缓冲击的作用同时保证传保护板6能够接触到压力传感器5的工作面；压力传感器5测得信号经信号传输线12、动态信号测试仪器9、数据传输线10传递给计算机11，测试按如下步骤如下:
1)室内试验散体有碴道床区域安装专用测量轨枕并进行信号传输线缆布置，集中设置线缆外接接口，且按照专用测量轨枕与普通轨枕间隔布置的方式安装，每个被测区域布置3个专用测量轨枕，保证传感器保护板6与枕底道碴之间接触；
2)对室内试验散体有碴道床进行循环加载试验，使其达到密实状态，通过传统灌水法测试其密实程度为密实；
3)同时，按照下述步骤4)内容测量专用测量轨枕底部保护板与道碴间在5s内的接触强度值并取平均即获得特定测量值4s =45MPa作为后续测量参考基准，后续测量间隔为半年； 4)测量前，通过信号传输线缆外界接口连接动态信号测试仪器与专用测量轨枕中的压力传感器，通过数据传输线连接动态信号测试仪器与计算机，通过；便携式移动电源为动态信号测试仪器与计算机提供电源；
5)对传感器、动态测试仪器、计算机软硬件进行联调，测试准备工作就绪；
6)测量时工况条件、测试区域及荷载状态应与步骤3)中测量时所采用的一致；
7)测量时，传感器保护板6直接与枕底道碴保持接触，外荷载作用经传感器保护板6传递给压力传感器5，聚氨酯缓冲隔垫4起到缓冲并减缓冲击的作用同时保证传感器保护板6能够接触到压力传感器5的工作面；
8)进行数据采集，压力传感器测得数据信号经传输线缆、动态信号测试仪器、数据传输线传递给计算机，并通过控制软件进行分析提取测量专用测量轨枕底部传感器保护板6与道碴间在5-lOs内的接触强度值，完成数据采集；
9)数据分析，对所获得的5s的接触强度值数据取平均计算获得=42.4 MPa ；
10)按照上述步骤4Γ10)步内容获得,根据测得及之前获得的,按本发明方法计算=5.78%，5%〈5.78%〈 10%，根据结果判定所测道床密实度为基本密实；后续密实度监测以半年为一个测量周期或根据线路情况进行调整。
[0022]测试结果分析:
同时采用常规灌水法对上述散体道床进行检测，结果道床基本密实，灌水法测量总共耗时8小时，二者相比采用本发明方法测试结果与传统灌水法基本一致，且测试时间缩短为原来的1/4。
[0023]实施例2:本散体有碴道床密实度检测方法，本方法用作室外现场铁路线路道床密实度监测，测试对象为室外现场铁路线路有碴道床，道碴材质为普通花岗岩级配道床，建成后经过近一年的列车反复作用，日平均列车20列客货运车辆混合通行，具体内容如下:
通过测量专用测量轨枕底部保护板与道碴间在8s内接触强度值，接触强度值每隔
0.1s收集一次，计算各接触强度值的平均值得到接触强度平均值■，计算接触强度平馳与特定测量值间的差值4?,通过......^100%
计算差值比,取差值比的绝对值得;测得结果如下:测量时间
5s，特定测量值P一 =47.5MPa，接触强度平均值月测重=44.69MPa，=5.92%，
5%<5.92%〈10%，因此判定被测道床基本密实；上述测量及分析过程总共耗时4小时。
[0024]本实施例中用于散体有碴道床密实度检测方法的专用测量轨枕包括轨枕1、安装条2、安装座板3、聚氨酯缓冲隔垫4、压力传感器5、保护板6、传感器线槽7，其中4条安装条2固定在轨枕I底面，安装条2上装有传感器线槽7，安装座板3装在传感器线槽7上，聚氨酯缓冲隔垫4设置在安装座板3和保护板6之间，且三块板通过螺栓连接固定，4个压力传感器5安装于安装座板3的座孔内，并穿过聚氨酯缓冲隔垫4与保护板6接触，压力传感器5的信号传输线通过传感器线槽7通至道碴外部。
[0025]所述压力传感器5型号为DH1003B压力传感器。
[0026]所述专用测量轨枕在现场实际线路中，其功能可替代普通轨枕以便在现场环境监测有碴道床的密实度。
[0027]在被测铁路道床区域安装5个专用测量轨枕，且按专用测量轨枕与普通轨枕间隔布置方式安装；钢轨设置在专用测量轨枕和普通轨枕上方；测量时，DH1003B压力传感器5通过信号传输线12与DH5920N动态信号测试仪器连接，传感器保护板6直接与道碴接触，接触力经传感器保护板6传递给压力传感器5，聚氨酯缓冲隔垫4起到缓冲并减缓冲击的作用同时保证传保护板6能够接触到压力传感器5的工作面；压力传感器5测得信号经信号传输线12、动态信号测试仪器9、数据传输线10传递给计算机11 ;测试按如下步骤如下:
1)在室外新建铁路线路上被测铁路道床区域安装专用测量轨枕并进行信号传输线缆布置，集中设置线缆外接接口，且按照专用测量轨枕与普通轨枕间隔布置的方式安装，每个被测区域布置5个专用测量轨枕，保证传感器保护板6与枕底道碴之间接触；
2)对新建铁路线路进行实车运行，即实施列车循环荷载加载过程，通过以上过程使散体有碴道床达到密实状态；通过传统灌水法测试其密实程度为密实；
3)同时，按照下述步骤4)、)内容测量专用测量轨枕底部保护板与道碴间在8s内的接触强度值并取平均即获得特定测量值=47.5MPa作为后续测量参考基准，后续测量间隔为半年；
4)测量前，通过信号传输线缆外界接口连接动态信号测试仪器与专用测量轨枕中的压力传感器，通过数据传输线连接动态信号测试仪器与计算机，通过；便携式移动电源为动态信号测试仪器与计算机提供电源；
5)对传感器、动态测试仪器、计算机软硬件进行联调，测试准备工作就绪；
6)测量时工况条件、测试区域及荷载状态应与步骤3)中测量时所采用的一致；
7)测量时，传感器保护板6直接与枕底道碴保持接触，外荷载作用经传感器保护板6传递给压力传感器5，聚氨酯缓冲隔垫4起到缓冲并减缓冲击的作用同时保证传感器保护板6能够接触到压力传感器5的工作面；
8)进行数据采集，压力传感器测得数据信号经传输线缆、动态信号测试仪器、数据传输线传递给计算机，并通过控制软件进行分析提取测量专用测量轨枕底部传感器保护板6与道碴间在5-lOs内的接触强度值，完成数据采集；
9)数据分析，对所获得的8s的接触强度值数据取平均计算获得Pam=44.69MPa ；
10)按照上述步骤4厂10)步内容获得Plis,根据测得及之前获得的，按本发明方法计算: =5.92%，5%〈5.92%〈10%，根据:结果判定所测道床密实度为基本密实；后续密实度监测以半年为一个测量周期或根据线路情况进行调整。
[0028]测试结果分析:
同时采用常规灌水法对上述散体道床进行检测，结果道床基本密实，灌水法测量总共耗时15小时。二者相比采用本发明方法测试结果与传统灌水法基本一致，且测试时间缩短为原来的近1/4。
[0029]实施例3:本散体有碴道床密实度检测方法，本方法用作室内试验道床密实度检测，测试对象为试验室内新建散体有碴道床，道碴材质为普通花岗岩岩级配道碴，建成后经过100万次的室内循环加载压实，具体方法如下:
首先在普通轨枕下方放置压力传感器，压力传感器及其线路须经保护，通过测量轨枕底部与道碴间在1s内接触强度值，接触强度值每隔0.1s收集一次，计算各接触强度值的平均值得到接触强度平均值/Iis，计算接触强度平均值JIjis与特定测量值间的差值n ，通过= --衝莖■■:.:.100%计算差值比 ，取差值比的 tLmPPP
差值^标定％比％比绝对值得到对差比；测得结果如下:测量时间10s，特定测量值=45MPa，接触强度平均值/Ias =43.6MPa，=3.11%，3.11%〈5%，因此判定被测道床密实，上述测量及分析过程总共耗时2小时。
[0030]同时采用常规灌水法对上述散体道床进行检测，结果道床基本密实，灌水法测量总共耗时8小时。二者相比采用本发明方法测试结果与传统灌水法基本一致，且测试时间缩短为原来的1/4。
[0031]所述压力传感器5型号为AK-3B压力传感器。
测量按如下步骤进行:
1)室内试验散体有碴道床区域安装压力传感器并进行信号传输线缆布置，集中设置线缆外接接口，每个被测区域间隔选择4个普通轨枕并在其底部布置压力传感器，保证传感器工作面(经保护)与枕底道碴之间接触；
2)对室内试验散体有碴道床进行循环加载试验，使其达到密实状态，通过传统灌水法测试其密实程度为密实；
3)同时，按照下述步骤4)、)内容测量普通轨枕底部压力传感器工作面(经保护)与道碴间在8s内的接触强度值并取平均即获得特定测量值$|? =45MPa作为后续测量参考基准，后续测量间隔为半年；
4)测量前，通过信号传输线缆外界接口连接动态信号测试仪器与压力传感器，通过数据传输线连接动态信号测试仪器与计算机；便携式移动电源为动态信号测试仪器与计算机提供电源；
5)对传感器、动态测试仪器、计算机软硬件进行联调，测试准备工作就绪；
6)测量时工况条件、测试区域及荷载状态应与步骤3)中测量时所采用的一致；
7)测量时，压力传感器工作面(经保护)直接与枕底道碴保持接触，外荷载作用经压力传感器工作面(经保护)传递给压力传感器；
8)进行数据采集，压力传感器测得数据信号经传输线缆、动态信号测试仪器、数据传输线传递给计算机，完成数据采集；
9)数据分析，对所获得的1s的接触强度值数据取平均计算获得/Jmm=43.6 MPa ； ?ο)按照上述步骤4)Ιο)步内容获得,根据测得Pgwm及之前获得的,按本发明方法计算=3.11%，3.n%〈5%，根据结果判定所测道床密实度为密实；后续密实度监测以半年为一个测量周期或根据线路情况进行调整。
【权利要求】
1.一种散体有碴道床密实度检测方法，其特征在于:测量轨枕底部与道碴间在5-10S内的接触强度值，计算各接触强度值的平均值得到接触强度平均值Pag,计算接触强度平均值Pss与特定测量值间的差值丨，通
P -P— T-Jr测量J标定 I ΑΛΟ +过=^P-—'1-- 0计算差值比，取差值比的绝%定I对值得到;当二 5%时，判定散体道床的密实程度为密实；当15fto时，判定散体道床的密实程度为一般密实；当Ptmmt:> 时，判定散体道床的密实程度为松散；其中所述特定测量值fi—为?"WaE新建道床达到密实状态后测得的接触强度值。
2.用于权利要求1所述散体有碴道床密实度检测方法的专用测量轨枕，其特征在于:包括轨枕(I)、安装条(2)、安装座板(3)、缓冲隔垫(4)、压力传感器(5)、保护板(6)、传感器线槽(7)，4条安装条(2)固定在轨枕(I)底面，安装条(2)上装有传感器线槽(7)，安装座板(3)装在传感器线槽(7)上，缓冲隔垫(4)设置在安装座板(3)和保护板(6)之间，且三块板通过螺栓连接固定，4-8个压力传感器(5)安装于安装座板(3)的座孔内，并穿过缓冲隔垫(4)与保护板(6 )接触，压力传感器(5 )的信号传输线通过传感器线槽(7 )通至道碴外部。
3.根据权利要求2所述散体有碴道床密实度检测方法的专用测量轨枕，其特征在于:缓冲隔垫(4)为聚氨酯缓冲隔垫。
【文档编号】E01B35/00GK104131500SQ201410308644
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】王学军, 迟毅林 申请人:昆明理工大学