轮轨力的综合测试方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了轮轨力综合测试方法，包括，在待检测钢轨的安装扣件底部设置第一垂向力传感器，在扣件的弹条螺栓连接部内设置第二垂向力传感器；在待检测钢轨的安装扣件侧方设置横向力传感器；将检测车辆施加于待检测钢轨的上方，检测获得获取钢轨下压力R；弹条作用力T1、T2及双侧横向力H1、H2；根据上述钢轨下压力R、弹条作用力T1、T2及双侧横向力H1、H2获取待检测钢轨的垂直力P及待检测钢轨的横向力H。从而，解决了测量精度低、测量过程操作繁复的问题。从而本发明的轮轨力综合测试方法的具有测试精度高、稳定性好、安装简便、与既有扣件安装一致、对轨道结构的一致性无任何影响等优点。
【专利说明】轮轨力的综合测试方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆-轨道轮轨力的检测及监测【技术领域】，应用于轨道监测及车辆运行安全监测过程中，特别涉及轮轨力的综合测试方法及装置。
【背景技术】
[0002]为保证高速铁路在铺设后的运行安全，有必要在运营过程中对车辆-轨道轮轨力进行准确监测，以确保轨道及车辆的运行安全。但由于钢轨底面至无砟轨道板表面的净空间狭窄，因此无法进行有效测量。针对上述问题，现有技术中普遍采用橡胶测力垫板的方式对垂向的轮轨力给予检测，但橡胶测力垫板在实施时，需要铺设于待检测轨道节点的下方，因此，不利于反复使用，降低了检测过程中的精度。同时，由于目前测量主要采用的传感器为板式传感器或梁式传感器，但是上述传感器在进行测量轮轨力的垂直力和横向力时，需要另外安装在待检测钢轨及扣件上，由此，破坏了既有安装扣件的整体结构，使安装方式繁复。采用特制的轨枕或轨道板结构，从而增加了成本。并且，由于传感器的嵌入使得轨枕组装高度增加，影响大机作业。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中的缺陷，本发明解决了测量精度低、测量过程操作繁复的问题。
[0004]本发明提供了轮轨力综合测试方法，包括，步骤S101，在待检测钢轨的安装扣件底部设置第一垂向力传感器，在扣件的弹条螺栓连接部内设置第二垂向力传感器；步骤S102，在所述待检测钢轨的安装扣件侧方设置横向力传感器；步骤S103，将检测车辆施加于所述待检测钢轨的上方，通过所述第一垂向力传感器测试获取钢轨下压力R ;通过所述第二垂向力传感器传感器获取双侧弹条作用于所述待检测钢轨上的弹条作用力Tl、T2，通过所述横向力传感器获取所述待检测钢轨双侧横向力H1、H2 ;步骤S104，根据上述钢轨下压力R、弹条作用力T1、T2，及公式P = R+T1+T2，获取所述待检测钢轨的垂直力P ;根据上述双侧横向力Η1、Η2及公式H = Η1+Η2，获取所述待检测钢轨的横向力H。
[0005]在一种优选的实施方式中，所述步骤SlOl中包括，步骤S1011，将第一垂向力传感器嵌入无砟轨道扣件的支撑垫板上或嵌入混凝土轨枕的轨下橡胶垫板内；步骤S1012，将所述第二垂向力传感器装在铁轨两侧紧固弹条的螺栓上或平垫圈与螺母之间。
[0006]在一种优选的实施方式中，所述步骤S102中包括:步骤S2011，将所述横向力传感器嵌入无砟轨道扣件的弹条固定块中或轨距挡板处；步骤S2012，将具有所述弹条固定块的无砟轨道扣件安装于所述待检测钢轨的两侧，使所述横向力传感器置于所述待检测钢轨的侧方。
[0007]在一种优选的实施方式中，所述步骤S103中还包括:若轨下压力R为有效测试值，则判断弹条作用力Tl或Τ2是否为有效值，若否，则向外发出错误报警信息。
[0008]在本发明还提供了一种轮轨力综合测试装置，包括，支撑垫板、第一垂向力传感器、第二垂向力传感器及横向力传感器及轮轨力综合测试计算单元；在待检测钢轨的安装扣件底部设置第一垂向力传感器，在扣件的弹条螺栓连接部内设置第二垂向力传感器；在所述待检测钢轨的安装扣件侧方设置横向力传感器；所述第一垂向力传感器、第二垂向力传感器及横向力传感器的输出端与所述轮轨力综合测试计算单元的输入端连接；将检测车辆施加于所述待检测钢轨的上方，通过所述第一垂向力传感器测试获取钢轨下压力R ;通过所述第二垂向力传感器传感器获取双侧弹条作用于所述待检测钢轨上的弹条作用力Tl、T2，通过所述横向力传感器获取所述待检测钢轨双侧横向力H1、H2 ;所述综合测试计算单元根据上述钢轨下压力R、弹条作用力T1、T2，及公式P = R+T1+T2，获取所述待检测钢轨的垂直力P ;根据上述双侧横向力Η1、Η2及公式H = Η1+Η2，获取所述待检测钢轨的横向力H。
[0009]在本发明的一种实施方式中，所述第二垂向力传感器设置于扣件的弹条螺栓的栓体中，或设置于所述扣压的弹条的平垫圈与螺母之间。
[0010]在本发明的一种实施方式中，所述第一垂向力传感器均匀设置于安装扣件的铁轨支撑部的支撑面区域内。
[0011]在本发明的一种实施方式中，在所述铁轨支撑部中均布多个轮辐环槽；沿所述轮辐环槽的径向设置多个轮辐臂，所述多个垂向力应变片传感器与所述轮辐臂固定连接。
[0012]在本发明的一种实施方式中，还包括，方形斜垫板，所述方形斜垫板与所述铁轨支撑部的支撑面固定连接。
[0013]在本发明的一种实施方式中，所述方形斜垫板的底面与所述支撑部的顶部之间内填充弹性密封胶，使所述方形斜垫板的底面与所述支撑部的顶部之间的安装间隙为0.1?
0.5mm或I?2mm的安装间隙。
[0014]由此可知，本发明的有益效果为:本发明的轮轨力综合测试方法能够同时测取钢轨节点位置的轮轨垂直力和轮轨横向力，克服了目前无法有效测取的困难；本发明的轮轨力综合测试方法的具有测试精度高、稳定性好、安装简便、与既有扣件安装一致、对轨道结构的一致性无任何影响等优点。解决了轨道交通领域无砟轨道扣件节点位置轮轨垂直力和轮轨横向力的测试精度低的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的一种实施方式中，轮轨力综合测试方法的轮轨力力学平衡示意图；
[0016]图2是本发明的第一种实施方式中，轮轨力综合测试方法的扣件结构示意图；
[0017]图3是本发明的另一种实施方式中，轮轨力综合测试方法的扣件结构示意图；
[0018]图4是本发明的一种实施方式中，轮轨力综合测试方法的步骤图；
[0019]图5是本发明的一种实施方式中，轮轨力综合测试方法的进行扣件安装后的立体示意图；
[0020]图6是本发明的一种实施方式中，轮轨力综合测试方法的扣件结构主示意图。
【具体实施方式】
[0021]为了对本发明的轮轨力综合测试方法的特征、效果和所要达到的技术目的，有更加清楚和全面的了解，下面结合说明书附图和【具体实施方式】做进一步详细说明。
[0022]如图4本发明轮轨综合测试方法的步骤图所示，本发明一种实施方式中的轮轨综合测试方法包括，步骤:
[0023]步骤S101，设置第一垂向力传感器及第二垂向力传感器；
[0024]在本步骤中，第一垂向力传感器8的具体设置方法为，如图2、5所示，在装配扣件10的支撑垫板25中部嵌入第一垂向力传感器8，扣件10固定在钢轨I两侧，钢轨I固定在支撑垫板25中部，第一垂向力传感器8的安装方向为与钢轨I的铁道支撑面垂直，由双层夹板固定在铁道支撑面上；第二垂向力传感器3的具体设置方法为，在扣件10的两侧弹条螺栓21与垫圈4的连接部内安装第二垂向力传感器3，垫圈4与螺栓21依次安装在弹条5上面，紧固住弹条5。
[0025]步骤S102，设置横向力传感器；
[0026]在本步骤中，横向力传感器的具体设置方法为，如图2、5所示，扣件10两侧安装轨距挡板的位置设置横向力传感器6，该横向力传感器6的安装方向应与轨道支撑面平行。
[0027]步骤S103，采集力值；
[0028]在本步骤中，如图2、5所示，将检测车辆施加于所述待检测钢轨I的上方，测试负载一方面将力向下传递P，施加于第一垂向力传感器8上，通过对该传感器输出数据的读取，获取钢轨下底面所受压力R ;另外一方面通过弹条5将力H传递到弹条固定块上，弹条5由于受垂向力而发生微小变形，在相互作用力下，设在平垫圈4和安装螺母2之间的应变片也会随着受力发生形变，然后第二垂向力传感器3测取的该变化信号通过外接缆线输出，可采集扣压力Tl、T2 ;通过横向力传感器6传递的信号获取待检测钢轨I双侧横向力H1、H2。
[0029]步骤S104，获取垂直力P及横向力H。
[0030]在本步骤中，根据上述测得的钢轨下压力R、弹条作用力T1、T2，及公式P =R+T1+T2，获取所述待检测钢轨的垂直力P ;根据上述双侧横向力Η1、Η2及公式H = Η1+Η2，获取所述待检测钢轨的横向力H。两个第二垂向力传感器3测取的扣压力Τ1、Τ2方向为垂直轨面向下，第一垂向压力传感器8测得钢轨下底面所受压力R方向为垂直轨面向上，通过两个第二垂向力传感器3和第一垂向力传感器8的组合即可测量出作用到钢轨I上的轮轨垂直力P。在钢轨I两侧安装轨距挡板的位置设有横向力传感器6用于测取横向力Η1、Η2，测取钢轨I通过横向力传感器6传递到承轨槽7挡肩上的横向力，该横向力的方向与轨道面平行，可知，由钢轨两侧的横向力传感器6获取的信号叠加即可精确测量出作用到钢轨I上的轮轨横向力H。
[0031]上述可知，为解决垂向力测量过程操作复杂且测量精度低的问题，如图2、5所示，第一组垂向力传感器8安装在待测钢轨I底面与支撑垫板25轨道支撑面之间，取代原同等高度的橡胶垫板，这样不仅可以不改变扣件的安装顺序，使测量过程简单，还避免了橡胶垫板因长期使用而损坏，从而产生的测量精度下降的问题，保证了测量精度。
[0032]为了解决横向力测量精度低的问题，安装在轨距挡板间的横向力传感器6的测力区部分应与钢轨I底面平行，且与承轨槽7之间无任何直接连接，这样横向力的测量不会受到干扰，同时也不需要改变弹条扣件与支撑垫板25之间的安装顺序和扣件结构。
[0033]在本发明的另一种实施方式中，如图3，与上述实施方式不同点在于，展示的是在无挡肩结构扣件上实施本发明的轮轨力综合测试方法，在钢轨I两侧固定弹条的螺杆21上设有第一组垂向力传感器22，当列车从待测钢轨I上经过时，弹条5由于受垂向力而发生微小变形，在相互作用力下，安装在螺杆21处的应变片也会随着受力发生变化，然后该第一组垂向力传感器22测取的该变化信号通过外接缆线输出，即可测取该扣压力Tl、T2，在钢轨I底面设有第二组轨下垂向压力传感器24，用于测取轨下压力R，由两个螺杆21上的第一组垂向力传感器22及一个轨下压力传感器24组合即可精确测量出作用到钢轨上的轮轨垂直力P ;在钢轨I两侧设有横向力传感器23，该横向力传感器23安装在支撑垫板25上，两侧横向力传感器23不仅对钢轨I横向起到限位固定作用，同时可测取钢轨I作用到横向力传感器23上的横向力H1、H2，由钢轨两侧的横向力传感器组合叠加即可精确测量出作用到钢轨上的轮轨横向力H。
[0034]为了解决测量精度低的问题，上述的横向力传感器23上的测力区部分应与钢轨I底面平行，且测力区部分与支撑垫板25、螺杆21及弹条5之间无任何直接连接，这样横向力的测量不会受到干扰，保证了测量精度。
[0035]如图1?6所示，该轮轨力综合测试装置的底部为方形弹性合金钢支撑垫板25。该支撑垫板25的两侧为弹条固定块。该弹条固定块的宽度及长度为待装配弹条5的装配宽度及长度。从而使待装配弹条5可通过弹条螺栓21压实于弹条固定块的上部。支撑垫板25的中部板为轨道支撑部，该轨道支撑部的顶面与待装配钢轨I的底面固定连接，对待装配钢轨I起到支撑作用。第一垂向力传感器8固定安装于上述支撑面开设的内孔中，且使第一垂向力传感器8的检测方向与支撑垫板25的受挤压力方向一致，并由双层夹板覆盖、固定于支撑垫板25的上侧，双层夹板的尺寸应和铁轨支撑面的区域相应，然后对支撑垫板25中的第一垂向力传感器8进行封装，从而使第一垂向力传感器8装配于上下双层结构之间，第一垂向力传感器8采用片式压力传感器均匀设置于轨道支撑部的支撑面区域内，通过固定于铁道支撑部的支撑面区域内的轮辐盘20来对轨道支撑部25的垂直方向的受力给予检测。第二垂向力传感器3设置于所述弹条螺栓21的栓体中，或设置于所述弹条螺栓螺母2与支撑垫片4之间，弹条螺栓21与弹条的连接部位中开设横向力传感器安装孔，将横向力传感器6从传感器安装孔中装入，其传感数据由输出缆线引出。其中，第一垂向力传感器8、第二垂向力传感器3、横向力传感器6均可采用压力传感器给予实现。
[0036]如图6所示，在本发明的另一种实施方式中，还提供了轮轨力综合测试装置包括，支撑垫板、第一垂向力传感器、第二垂向力传感器及横向力传感器及轮轨力综合测试计算单元；在待检测钢轨的安装扣件底部设置第一垂向力传感器，在扣件的弹条螺栓连接部内设置第二垂向力传感器；在待检测钢轨的安装扣件侧方设置横向力传感器；第一垂向力传感器、第二垂向力传感器及横向力传感器的输出端与轮轨力综合测试计算单元的输入端连接；将检测车辆施加于待检测钢轨的上方，通过第一垂向力传感器测试获取钢轨下压力R ；通过第二垂向力传感器传感器获取双侧弹条作用于待检测钢轨上的弹条作用力Tl、T2，通过横向力传感器获取待检测钢轨双侧横向力H1、H2 ;综合测试计算单元根据上述钢轨下压力R、弹条作用力T1、T2，及公式P = R+T1+T2，获取待检测钢轨的垂直力P ;根据上述双侧横向力Η1、Η2及公式H = Η1+Η2，获取待检测钢轨的横向力H。
[0037]在一种实施方式中，第二垂向力传感器设置于扣件的弹条螺栓的栓体中，或设置于扣压的弹条的平垫圈与螺母之间。
[0038]在一种实施方式中，第一垂向力传感器均匀设置于安装扣件的铁轨支撑部的支撑面区域内。
[0039]在一种实施方式中，在铁轨支撑部中均布多个轮辐环槽；沿轮辐环槽的径向设置多个轮辐臂，多个垂向力应变片传感器与轮辐臂固定连接。在本发明的一种实施方式中，在铁轨支撑部中部位置，设有4个轮辐环槽20，且呈矩阵结构均匀布置在大垫板2中部，在每个轮辐环槽20的中部为圆形凸台202，沿所述轮辐环槽的径向均匀设置4个轮辐臂201，4个轮辐臂201呈90°设置，均匀分布在轮辐环槽20上，圆形凸台202与轮辐环槽20同心，在轮辐臂201上采用剪力法呈45°和135°两个方向布置测力应变片，并将各轮辐臂201上的应变片组合成惠斯通电桥用于测取单个轮辐凸台上的垂向作用力，再将垂直力测区内的轮辐盘21组合即可测出作用到凹型垫板上总的垂向作用力。大垫板2中部两侧设有止挡台21，用于限位钢轨橡胶垫。
[0040]在一种实施方式中，还包括，方形斜垫板，方形斜垫板与铁轨支撑部的支撑面固定连接。
[0041]在一种实施方式中，方形斜垫板的底面与支撑部的顶部之间内填充弹性密封胶，使方形斜垫板的底面与支撑部的顶部之间的安装间隙为0.1?0.5mm或I?2_的安装间隙。
[0042]以上所述，仅为本发明的具体实施例，但不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等同变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
【权利要求】
1.轮轨力综合测试方法，其特征在于，包括， 步骤S101，在待检测钢轨的安装扣件底部设置第一垂向力传感器，在扣件的弹条螺栓连接部内设置第二垂向力传感器； 步骤S102，在所述待检测钢轨的安装扣件侧方设置横向力传感器； 步骤S103，将检测车辆施加于所述待检测钢轨的上方，通过所述第一垂向力传感器测试获取钢轨下压力R ;通过所述第二垂向力传感器传感器获取双侧弹条作用于所述待检测钢轨上的弹条作用力ΤΙ、T2，通过所述横向力传感器获取所述待检测钢轨双侧横向力H1、H2 ； 步骤S104，根据上述钢轨下压力R、弹条作用力ΤΙ、T2，及公式P = R+T1+T2，获取所述待检测钢轨的垂直力P ;根据上述双侧横向力H1、H2及公式Η = Η1+Η2，获取所述待检测钢轨的横向力Η。
2.如权利要求1所述的轮轨力综合测试方法，其特征在于，所述步骤S101中包括， 步骤S1011，将所述第一垂向力传感器嵌入无砟轨道扣件的支撑垫板上或嵌入混凝土轨枕的轨下橡胶垫板内； 步骤S1012，将所述第二垂向力传感器装在铁轨两侧紧固弹条的螺栓上或平垫圈与螺母之间。
3.如权利要求1或2所述的轮轨力综合测试方法，其特征在于，所述步骤S102中包括: 步骤S2011，将所述横向力传感器嵌入无砟轨道扣件的弹条固定块中或轨距挡板处； 步骤S2012，将具有所述弹条固定块的无砟轨道扣件安装于所述待检测钢轨的两侧，使所述横向力传感器置于所述待检测钢轨的侧方。
4.如权利要求1或2所述的轮轨力综合测试方法，其特征在于，所述步骤S103中还包括: 若轨下压力R为有效测试值，则判断弹条作用力Τ1或Τ2是否为有效值，若否，则向外发出错误报警信息。
5.轮轨力综合测试装置，其特征在于，包括，支撑垫板、第一垂向力传感器、第二垂向力传感器及横向力传感器及轮轨力综合测试计算单元；在待检测钢轨的安装扣件底部设置第一垂向力传感器，在扣件的弹条螺栓连接部内设置第二垂向力传感器；在所述待检测钢轨的安装扣件侧方设置横向力传感器；所述第一垂向力传感器、第二垂向力传感器及横向力传感器的输出端与所述轮轨力综合测试计算单元的输入端连接；将检测车辆施加于所述待检测钢轨的上方，通过所述第一垂向力传感器测试获取钢轨下压力R ;通过所述第二垂向力传感器传感器获取双侧弹条作用于所述待检测钢轨上的弹条作用力ΤΙ、Τ2，通过所述横向力传感器获取所述待检测钢轨双侧横向力H1、Η2 ;所述综合测试计算单元根据上述钢轨下压力R、弹条作用力Τ1、Τ2，及公式P = R+T1+T2，获取所述待检测钢轨的垂直力Ρ ;根据上述双侧横向力Η1、Η2及公式Η = Η1+Η2，获取所述待检测钢轨的横向力Η。
6.如权利要求5所述的轮轨力综合测试装置，其特征在于，所述第二垂向力传感器设置于扣件的弹条螺栓的栓体中，或设置于所述扣压的弹条的平垫圈与螺母之间。
7.如权利要求5或6所述的轮轨力综合测试装置，其特征在于，所述第一垂向力传感器均匀设置于安装扣件的铁轨支撑部的支撑面区域内。
8.如权利要求7所述的轮轨力综合测试装置，其特征在于，在所述铁轨支撑部中均布多个轮辐环槽；沿所述轮辐环槽的径向设置多个轮辐臂，所述多个垂向力应变片传感器与所述轮辐臂固定连接。
9.如权利要求7所述的轮轨力综合测试装置，其特征在于，还包括，方形斜垫板，所述方形斜垫板与所述铁轨支撑部的支撑面固定连接。
10.如权利要求7所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，所述方形斜垫板的底面与所述支撑部的顶部之间内填充弹性密封胶，使所述方形斜垫板的底面与所述支撑部的顶部之间的安装间隙为0.1?0.5mm或1?2mm的安装间隙。
【文档编号】B61K9/08GK104260752SQ201410522136
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】柴雪松, 冯毅杰, 凌烈鹏, 李旭伟, 潘振, 李家林, 暴学志, 金花, 段培勇, 薛峰 申请人:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所, 中铁科学技术开发公司