一种尖轨磨耗检测工具及使用方法与流程

本发明涉及铁路装备技术领域，尤其涉及一种尖轨的检测工具。

背景技术：

道岔是机车车辆实现转向或者跨线的关键铁路设备，其结构复杂、部件众多。高速道岔运营过程中，转辙器区的尖轨磨耗问题尤为普遍，磨耗会引起轨头廓形及尖轨基本轨相对位置的改变，会直接影响列车过岔时的轮轨接触状态和轮载过渡情况，进而会对列车运行的安全、稳定性产生严重影响。另外，接触不良所引起的振动冲击、塑性变形、剥离掉块等问题也会严重降低车轮与道岔钢轨件的使用寿命。磨耗问题成为导致尖轨下道的主要原因。尖轨磨耗会引起廓形的改变，进而造成尖轨降低值发生变化，特别是在尖轨前端顶宽较小区段当磨耗发展到一定程度时，高速列车可能存在脱轨的风险。

而目前对于高速铁路道岔尖轨磨耗发展规律尚无系统清晰的认识，既有规范《高速铁路无砟轨道线路维修规则》和《高速铁路有砟轨道线路维修规则》中对道岔尖轨磨耗限值的规定过于粗糙且缺乏可操作性，不能起到控制尖轨磨耗可能引起的脱轨风险的作用，实际养护维修中大多数情况下也并未按照规范限值执行。

因此，针对道岔尖轨磨耗可能引起的脱轨风险问题的研究空白，需要提供一种检测工具来检测判断磨耗的尖轨是否会带来脱轨风险，进而对尖轨磨耗程度进行更科学的评价。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有技术中目前对于高速道岔区的钢轨磨耗规律尚无系统清晰的认识，也还没有检测尖轨磨耗对行车安全的影响的工具与方法的问题，提供了一种尖轨磨耗检测工具，通过确定摩擦系数和脱轨系数的方式实现确定轮轨接触角限值的控制，解决了上述问题。

本发明提供了一种尖轨磨耗检测工具，包括连接块、凸起和检测部，连接块、凸起和检测部均为板状，连接块一侧边端部设置有外凸的检测部，凸起设置在连接块中部且与检测部设置在同一侧面；检测部包括检测部本体和危险区标识，检测部本体连接连接块，危险区标识设置于检测部本体一侧板面上，危险区标识包括一对用于标出危险区范围的端部相交的标识线段。

本发明所述的一种尖轨磨耗检测工具，作为优选方式，检测部本体板面外轮廓为分圆，危险区标识两标识线段交点与分圆同圆心，两标识线段自由端端点分别设置于分圆圆周上。

本发明所述的一种尖轨磨耗检测工具，作为优选方式，危险区标识还包括用于读取尖轨角度的危险区刻度线，危险区刻度线设置于标识线圈之间贴近分圆圆周位置。

本发明所述的一种尖轨磨耗检测工具，作为优选方式，两条标识线段夹角为43.6°。

高速道岔尖轨磨耗会引起廓形的改变，进而造成尖轨降低值发生变化，特别是在尖轨前端顶宽较小区段当磨耗发展到一定程度时，高速列车可能存在脱轨的风险。轮轨接触角为γ，提供导向作用的横向力为q，提供回复作用的垂向力为p，轮轨接触面摩擦系数为μ，则保证在接触位置轮对不脱轨的条件(回复力不小于摩擦力与导向力之和)如公式(1)所示。

对公式(1)进行变形整理可得：

由公式(2)可知，轮轨接触角限值γc随着摩擦系数μ和脱轨系数的增大而增大。

轮轨接触时，接触斑内材料会产生微变形，若在接触位置钢轨表面切线夹角为γr，轮缘表面切线夹角为γw，则实际接触角γ一定在γr和γw之间，一般情况下，钢轨轨距角位置曲率半径较车轮小，因此γr＞γw，控制接触位置轮缘切线夹角γw的下限值，就能控制列车过岔的安全性。

车轮通过尖轨尖端时，若尖轨因磨耗导致降低值增大，一旦轮对贴靠尖轨行驶，则车轮轮缘顶部很容易与尖轨轨顶接触，此时轮缘顶部切线夹角非常小，往往不能满足公式(2)的条件，极易导致脱轨发生。轮缘切线夹角γw小于公式(2)限值γc的区域即为危险区域，危险区域不应与钢轨接触。

危险区域的确定与摩擦系数和脱轨系数有关，摩擦系数和脱轨系数越大，轮缘切线夹角下限值就越大，危险区域的范围也就越大。极端情况下，当脱轨系数达到限值0.8、摩擦系数达到限值0.6时，计算得到的轮缘切线夹角下限值达到70度，此条件下车轮轮缘完全不能与尖轨接触，接触即有脱轨风险。但是根据既有的测试数据，实车运行时脱轨系数并不会很大，按照脱轨系数0.8进行计算过于严格，正常状态下脱轨系数不超过0.4；另外我国轮轨间为干摩擦，摩擦系数一般不超过0.4；在此条件下，可计算出轮缘切线夹角下限值为43.6度，即在车轮轮缘上切线夹角小于43.6度的区域为危险区域。

本发明所述的一种尖轨磨耗检测工具，作为优选方式，凸起为三角形凸起。

本发明所述的一种尖轨磨耗检测工具，作为优选方式，凸起高度为2mm。

实际车轮轮缘与钢轨轨距角接触时，车轮踏面会抬升离开钢轨表面，所以还需要考虑车轮抬升的影响，偏于最不利考虑，抬升量取为2mm。

本发明所述的一种尖轨磨耗检测工具，作为优选方式，连接块与检测部连接处设置有平滑的圆倒角。

本发明提供了一种尖轨磨耗检测工具的使用方法，包括如下步骤：

s1.根据转辙器区尖轨长度选取若干不同的断面位置检测；

s2.将尖轨磨耗检测工具放置于密贴状态的尖轨与基本轨上方；

s3.尖轨磨耗检测工具板状面垂直钢轨走行方向，同时确保三角形的凸起与尖轨和基本轨顶面接触；

s4.尖轨磨耗检测工具沿钢轨走行方向前后移动；

s5.移动同时记录，检测尖轨能否与危险区标识接触，若接触则存在脱轨风险，需更换下道；若不接触，则测试位置的尖轨磨耗程度不会引起脱轨风险；

s6.判断是否已检测完所有选取的断面，若是，根据转辙器区尖轨长度选取若干不同的断面位置检测结果，对尖轨的整体磨耗程度进行综合评判；若不是，重复s2-s5对未检测的选取的断面进行检测。

本发明有益效果如下：

(1)检测工具可有效用于评估尖轨磨耗对于行车安全的影响，进而对尖轨磨耗程度进行更科学的评估，可作为对既有规范中规定的磨耗标准的补充；

(2)检测工具现场操作简单，实用性强；

(3)检测工具考虑车轮抬升的影响，偏于最不利考虑，利于精准判断。

附图说明

图1为一种尖轨磨耗检测工具示意图；

图2为一种尖轨磨耗检测工具检测部示意图；

图3为一种尖轨磨耗检测工具危险区标识；

图4为一种尖轨磨耗检测工具使用方法流程图。

附图标记：

1、连接块；2、凸起；3、检测部；31、检测部本体；32、危险区标识；321、标识线段；322、危险区刻度线。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种尖轨磨耗检测工具，包括连接块1、凸起2和检测部3，连接块1、凸起2和检测部3均为板状，连接块1一侧边端部设置有外凸的检测部3，凸起2设置在连接块1中部且与检测部设置在同一侧面。

如图2所示，检测部3包括检测部本体31和危险区标识32，检测部本体31连接连接块1，危险区标识32设置于检测部本体31一侧板面上。

如图3所示，危险区标识32包括一对用于标出危险区范围的端部相交的标识线段321和设置于标识线圈之间贴近分圆圆周位置的用于读取尖轨角度的危险区刻度线322。

检测部本体31板面外轮廓为分圆，危险区标识32两标识线段321交点与分圆同圆心，两标识线段321自由端端点分别设置于分圆圆周上。

两条标识线段321夹角为43.6°。凸起2为三角形凸起，凸起2高度为2mm。

连接块1与检测部3连接处设置有平滑的圆倒角。

如图4所示，一种尖轨磨耗检测工具的使用方法，包括如下步骤：

s1.根据转辙器区尖轨长度选取若干不同的断面位置检测；

s2.将尖轨磨耗检测工具放置于密贴状态的尖轨与基本轨上方；

s3.尖轨磨耗检测工具板状面垂直钢轨走行方向，同时确保三角形的凸起2与尖轨和基本轨顶面接触；

s4.尖轨磨耗检测工具沿钢轨走行方向前后移动；

s5.移动同时记录，检测尖轨能否与危险区标识32接触，若接触则存在脱轨风险，需更换下道；若不接触，则测试位置的尖轨磨耗程度不会引起脱轨风险；

s6.判断是否已检测完所有选取的断面，若是，根据转辙器区尖轨长度选取若干不同的断面位置检测结果，对尖轨的整体磨耗程度进行综合评判；若不是，重复s2-s5对未检测的选取的断面进行检测。

本实施例所述检测工具，其基本形状基于车轮踏面进行设计，可根据不同的车轮踏面制作相应的检测工具，工具中间的三角形凸起是为了考虑车轮抬升2mm的影响，设置在车轮名义滚动圆位置，轮缘危险区域涂装红色并进行刻度标注。

本实施例基于车轮脱轨机理及实际测试数据进行研发，理论基础及参数选取可靠。对沪宁城际报废尖轨廓形进行测试，基于既有规范中的磨耗标准该报废尖轨仍可继续使用(与实际不符)，而基于本发明方法可判断出尖轨磨耗会引发脱轨风险、须更换下道(与实际一致)。本检测工具小巧便携，使用简便。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。