一种基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统

1.本技术涉及道床质量检测技术领域，尤其涉及一种基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统。


背景技术：

2.我国对于有砟线路的养护作业从手工作业、小型养路机械发展到大型养路机械开“天窗”进行线路维修。大型养路机械的主要作业方式为捣固和稳定：捣固作业可增大枕下道床密实度，提高道床弹性；稳定作业可使道床迅速达到稳定状态，缩短列车限速时间。然而，在捣镐的冲击、扰动作用下道砟极易破碎、道砟级配发生改变，进而道床强度和稳定性降低。我国现阶段的大机作业大多是根据经验安排，采用相同的作业模式，然而不同的线路、甚至同一条线路的不同区段道床的力学质量状态都是不同的，因此大机作业的养护维修效果不佳，线路保质期短，大机捣固作业的效果有待改善。
3.基于上述不足，非常有必要针对不同的道床力学质量状态开展针对性的大机捣固作业，为实现大机智能化养护维修作业奠定基础。而如何在大机作业过程中及时获取道床状态是目前亟需解决的关键问题。


技术实现要素：

4.本技术的实施例提供一种基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统，能够在拨道过程和捣固过程中对道床力学质量状态进行实时检测，在节省了大量人力、物力的同时还提高了检测精度，并且能够根据检测结果实时指导大机后续的作业模式。
5.为达到上述目的，本技术的实施例提供了一种基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统，包括拨道装置和并排设置的两个捣固装置；所述拨道装置包括两个拨道油缸，所述拨道油缸通过进油管线和回油管线与液压控制系统连通；所述进油管线和所述回油管线上均设有用于检测管线压力的压力传感器；所述捣固装置包括两对呈双侧布置的捣固组件，所述捣固组件包括一对捣镐臂和两对捣镐，所述捣镐臂和所述捣镐的连接处设有动态力传感器，所述动态力传感器能够检测所述捣镐插入所述道床时产生的瞬态动态下插力。
6.进一步地，所述基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统还包括数据处理单元，所述数据处理单元与所述压力传感器电连接，所述数据处理单元能够接收所述压力传感器检测到的管线压力并输出活塞杆的推力。
7.进一步地，所述压力传感器为扩散硅压力变送器，所述扩散硅压力变送器通过引压管连接在所述进油管线或所述回油管线上。
8.进一步地，所述捣镐臂和所述捣镐通过螺栓连接，所述动态力传感器为石英动态冲击力传感器，所述石英动态冲击力传感器套设在所述螺栓的外侧。
9.进一步地，所述石英动态冲击力传感器与所述捣镐臂和所述捣镐之间均设有强化垫圈。
10.进一步地，所述液压控制系统还包括单向液压泵；所述拨道油缸与所述单向液压
泵之间设有三位四通换向阀，所述压力传感器位于所述拨道油缸与所述三位四通换向阀之间的管线上。
11.进一步地，所述三位四通换向阀为p型三位四通伺服电磁换向阀。
12.进一步地，所述液压控制系统还包括油箱，所述单向液压泵与所述三位四通换向阀之间的管路上还设有溢流阀，所述溢流阀的出口与所述油箱连通。
13.进一步地，两个所述拨道油缸并联设置。
14.本技术相比现有技术具有以下有益效果：
15.1、本技术通过对既有捣固车进行改造，在捣固装置中增加动态冲击力传感器得到捣镐下插入道床所产生的瞬态动态下插力，并在拨道装置中增加压力变送器间接得到拨道力，进而实现在拨道过程和捣固过程中对道床力学质量状态进行实时检测，在节省了大量人力、物力的同时还提高了检测精度，并且能够根据检测结果实时指导大机后续的作业模式。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中拨道装置的主视图；
18.图2为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中拨道装置的俯视图；
19.图3为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中捣固装置的主视图；
20.图4为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中捣固装置的侧视图；
21.图5为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中压力传感器的安装结构示意图；
22.图6为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中压力传感器的工作原理图；
23.图7为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中单个拨道油缸的液路图1；
24.图8为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中单个拨道油缸的液路图2；
25.图9为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中单个拨道油缸的液路图3；
26.图10为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中一对拨道油缸的液路图；
27.图11为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中石英动态
冲击力传感器的工作原理示意图；
28.图12为本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统中石英动态冲击力传感器的安装示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
33.大机作业的目的是改善道床力学质量状态，因此在大机作业过程中获取道床的力学质量状态对判断作业效果非常关键。目前有砟道床力学质量状态的检测大多以道床为主体，人工使用额外的设备直接测量。对道床力学质量状态的检测包括对道床抗横向干扰能力、道床密实程度、道床垂向支承能力的检测等。
34.一般情况下道床横向力学性能表现为道床抗横向变形的能力，常用的检测方法包括单根轨枕测定法和轨道框架测定法。
35.单根轨枕测定法是目前比较成熟的测定道床抗横向变形能力的方法，与其他方法相比受现场实验和运营条件的限制小。在保证道床不被破坏的前提下，把测试枕的所有扣件和垫板拆除，在测试枕一端安装加载装置，在另一端安装位移测试装置，缓慢加载的同时采集测试枕的横向位移和荷载，当位移为2mm时对应的横向荷载即可反映此时道床的横向力学性能。
36.轨道框架测定法与单根轨枕测定法相比无需拆除轨枕与钢轨之间的扣件和垫板，从而提高了测量效率。直接使用加载装置对钢轨缓慢施加横向力并采集，同时位移测试装置同步记录钢轨的横向位移，当钢轨位移为2mm时对应的横向荷载即可反映轨道框架的抗横向变形能力。
37.道床竖向力学性能一般表现为道床的竖向抗变形能力，此外还与道床的密实程度紧密相关，检测方法包括对道床密实程度的检测和竖向抗变形能力的检测。
38.道床密实程度的检测一般是现场原位测定，包括灌水法、核子密度仪及γ射线道床密度仪法。其中，灌水法是将密度计置于平整的道砟面上，水箱内注水得初始水位，然后
移开密度计，道砟取样，在取样后留下的坑内放置水囊，将水箱中的水注入水囊，囊内充满水后测定水箱的剩余水位，取出的道砟样本称重后沉入水箱，测出最终水位。根据水位差计算出道床的孔隙率，进而得出道床的密实程度。核子密度仪和γ射线密度仪均属于同位素法，目前常用的密度计为sm-1型道床密度计。当射线通过道床时，会被道床吸收而使射线强度有所衰减，当道床的厚度、对射线的吸收系数已知时，对于放射源一定，穿过道床前强度恒定的指定仪器，可先在室内标定，并做出标定曲线，然后到现场按照给定的传射厚度测出射线穿过道床介质后的强度值，由标定曲线直接查出道床的密实度。
39.道床竖向抗变形能力的检测为拆除测试枕的扣件、抽出垫板后，沿测试枕轴线在钢轨两侧对称安装加载装置和位移计，利用钢轨作为反力支点缓慢加载，同步采集轨枕垂向位移及荷载，加载至7.5kn和35kn后，分别采集对应的位移读数，由此可绘制出道床竖向位移与施加荷载的关系曲线，曲线斜率可反映出道床的竖向抗变形能力。
40.现有技术的缺点是：1、具有滞后性，不能及时反映出当时的道床力学质量状态，不具有代表性，无法准确指导大机捣固作业；2、工作复杂、耗费大量人力物力、效率低下；3、在测量过程中测量人员的人身安全不能得到保障，且对轨道结构有一定的破坏性。
41.为了解决上述技术问题，本技术的实施例提供了一种基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统，通过加装设备的方式对现有装置进行全面升级，主要加装设备分为拨道装置加装设备和捣固装置加装设备。其中拨道系统加装设备包括4个压力变送器，以及与各个压力变送器相对应的引压管，分别安装在2个拨道油缸上，其中每个拨道油缸的进油管和回油管各安装一个(2对共4个)；捣固装置的加装设备包括32个动态冲击力传感器，分别安装在每套捣固装置的捣镐上，其中每套捣固装置共有16个捣镐，每个捣镐分别安装一个(2套共32个)。
42.参照图1至图4，本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统包括拨道装置1、并排设置的两个捣固装置2和数据处理单元(图中未示)。参照图1和图2，拨道装置1包括两个交叉设置的拨道油缸11，拨道油缸11通过进油管线12和回油管线13与液压控制系统14连通。进油管线12和回油管线13上均设有用于检测管线压力的压力传感器。具体的，压力传感器为扩散硅压力变送器3，扩散硅压力变送器3通过引压管连接在进油管线12或回油管线13上。
43.数据处理单元与压力传感器电连接，数据处理单元能够接收压力传感器检测到的进油管线12和回油管线13的压力，并输出活塞杆的推力，即拨道轮对道床施加的作用力，进而反映出道床的横向力学性能。
44.液压扩散硅压力变送器3的工作原理如下：
45.参照图5和图6，在进油管线12或回油管线13上设置引压管16，与扩散硅压力变送器3相连，此时进油管线12或回油管线13内的油压可被扩散硅压力变送器3感应，利用单晶硅的压阻效应，以单晶硅为导体，按特定晶向，由微机械加工技术形成弹性元件，在其内部适当位置由集成电路工艺形成四个等值应变电阻，组成惠斯登电桥，对电桥施加恒定的电压(流)，当有压力(差压)作用到弹性元件上时，电桥各桥臂电阻值发生变化，通过信号处理电路，转换成电压变化，最终转换为标准信号输出。
46.参照图7至图9，液压控制系统14还包括单向液压泵141和油箱142，拨道油缸11与单向液压泵141之间设有p型三位四通伺服电磁换向阀17，扩散硅压力变送器3位于拨道油
缸11与p型三位四通伺服电磁换向阀17之间的管线上。单向液压泵141与p型三位四通伺服电磁换向阀17之间的管路上还设有高压溢流阀143，高压溢流阀143的出口与油箱142连通。
47.捣固装置2包括两对呈双侧布置的捣固组件21，捣固组件21包括一对捣镐臂211和两对捣镐212，捣镐臂211连接在机架6上。捣镐臂211和捣镐212的连接处设有动态力传感器，动态力传感器能够检测捣镐212插入道床时产生的瞬态动态下插力，进而反映出道床的竖向力学性能。动态力传感器为石英动态冲击力传感器4，捣镐臂211和捣镐212通过螺栓213连接，石英动态冲击力传感器4套设在螺栓213的外侧。石英动态冲击力传感器4与捣镐臂211和捣镐212之间均设有强化垫圈5，由此有测量时更加平整，测量精度更高。
48.参照图11和图12，石英动态冲击力传感器4的工作原理如下：
49.捣镐212插入道床中，受到道砟向上的反作用力，该反作用力与道床密实程度、道床抗竖向变形能力密切相关。因此，捣镐212所受道砟冲击力可有效反映道床的竖向力学性能。道砟对捣镐212的作用力传递到石英动态冲击力传感器4，石英晶体作为敏感件，在外界力f的作用下以压缩模式运行，即发生应变，同时表面产生电荷且产生的电荷量与其本身的应变成精确的比例关系，由测得电荷量可反映外作用力的大小。石英动态冲击力传感器4套装在捣镐臂211与捣镐212镐柄214连接的螺栓213外，在受力的接触面上安装强化垫圈22，有利于测量的平整。当螺栓213紧固时，石英动态冲击力传感器4受到螺栓213的挤压而输出信号。通过螺栓213额预紧力，可使石英动态冲击力传感器4与被测物体之间紧密接触，提高测量精度。
50.本技术实施例基于捣固车的道床力学质量状态实时检测系统的原理如下：
51.在拨道过程中，拨道轮15由拨道油缸11驱动对轨排施加横向力，完成拨道作业，通过压力传感器测量与拨道油缸11相连的油管线的油压，并经过数据处理单元的计算，得到活塞杆的推力，即拨道轮15对道床施加的作用力，进而反映出道床的横向力学性能。
52.在捣固过程中，捣镐212在升降油缸22的作用下捣入道床，通过动态力传感器测量捣镐21下插入道床所产生的瞬态动态下插力，反映出道床的竖向力学性能。本专利利用的基本原理主要包括扩散硅压力变送器3、石英动态冲击力传感器4的工作原理、道床横向力学性能和竖向力学性能的检测原理等。
53.具体的，道床横向力学性能的检测包括单油缸的液压回路测量和多油缸的组合液压回路测量。参照图7至图9，拨道轮轮缘对钢轨轨头施加水平向右或向左的力，从而使整段轨排横向移动，完成轨向的调整。在拨道系统液压系统中，拨道控制系统电路运算转换为拨道伺服电流，控制p型三位四通p型三位四通伺服电磁换向阀17开启程度和方向，从而控制拨道油缸活塞的直线往返运动。同时，在液压控制回路上还有拨道旁通阀18，实现对拨道系统建立压力和卸除压力的作用。
54.参照图7，当p型三位四通伺服电磁换向阀17位于左位时，为差动连接。此时拨道油缸11的有杆腔和无杆腔互通，同时通入压力油时，无杆腔的面积比有杆腔的面积大，活塞向右的推力大于向左的推力，故活塞向右移动，同时有杆腔排出的油液进入无杆腔，加大了流入无杆腔的流量，从而加快了活塞移动的速度。根据压强公式，由测出的压强和活塞杆直径可计算出活塞推力。需要说明的是：活塞推力可以人工计算也可以通过数据处理单元计算。
55.参照图8，当p型三位四通伺服电磁换向阀17位于中位时，此时阀口不通，无拨道信号，旁通阀处于失电状态，拨道液压回路压力被卸除，拨道油缸处于自由浮动状态，拨道轮
对钢轨无压力。
56.参照图9，当p型三位四通伺服电磁换向阀17位于右位时，此时进油管与有杆腔相连，出油管与无杆腔相连，有杆腔的压强大，从而驱动活塞杆向左运动。由于两腔不互通，进油管和出油管处形成压强差，根据压强公式，可计算出此时的活塞推力。
57.参照图10，一般情况下，一个拨道油缸11控制一个拨道轮15，拨道过程中一对拨道轮15分别作用于左右两股钢轨，实现两股钢轨的同步移动。拨道装置中有两对拨道轮15，分别由两对拨道轮15控制。两个拨道油缸11的连接方式为交叉并联。当进油管线12与其中一个拨道油缸11的有杆腔相连时，通过交叉并联，该进油管线12同时与另一拨道油缸11的无杆腔相连，即两个拨道油缸活塞对钢轨施加的横向力是相同方向的，可实现同步拨道。
58.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。