专利名称：弹条扣压力的测定方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弹条扣压力的测定方法和弹条扣压力测定装置。
背景技术：
目前铁路线路用弹条来将钢轨扣压固定在轨枕上。为保证行车安全， 需要测定弹条扣压钢轨的扣压力。弹条扣压力测定装置在测定扣压力过程 中需要提升弹条，而弹条刚好完全脱离绝缘轨距块时受到的载荷即是弹条 扣压在钢4九上的扣压力。
铁道部运输局制定的《弹条in型扣件供货技术条件》中提出一种m型 弹条扣压力的测定装置，其中采用液压千斤顶加载，四连杆夹具夹紧弹条，
等手动加载至弹条完全脱开绝缘轨距块并且用O.lmm的塞尺正好能塞进
弹条和绝缘轨距块之间的间隙时，通过读取测力表读数得到扣压力。这种 测定装置需要用塞尺来确定弹条是否离开绝缘轨距块，从而判断弹条的扣
压力是否完全转移到测定装置上；而弹条又不能离开绝缘轨距块太多，以 免该测定装置测量到的扣压力超过实际扣压力太多。因而这需要操作人员 在测定过程中反复调整，故而测定的时间较长，平均需要5分钟左右。并 且由于该测定装置严重依赖与操作人员的耐心和操作熟练程度，并且塞尺 也会引入误差，因此用该测定装置的测定结果具有4交大的误差，导致准确 性和一致性较低。
中国实用新型02221914.5和02221915.3分别提出了提升式铁道弹性 扣件扣压力测量仪和杠杆式铁道弹性扣件扣压力测量仪，其技术原理是通 过一机械施力装置将弹性扣件提升至指定高度，并通过电子测力器测得扣 压力，其中该指定高度以预先设定的刻度等标志来确定。由于弹性扣件尺 寸和安装位置的不同以及环境等原因，采用抬起弹性扣件至预先指定的高 度所测得的扣压力误差很大，造成测量结果的不确定性。
由此可见，现有技术中所提出的装置和方法具有测定时间较长，测定 结果准确性低的缺点。
发明内容
因此，本发明的任务是提出一种弹条扣压力的测定方法，该方法能克 服现有技术中测量时间长，测量结果准确性低的缺点。
根据本发明的任务，本发明的弹条扣压力的测定方法包括如下步骤
(1) 对弹条施加向上的载荷，所述弹条包括作用于钢轨上的趾端；
(2) 在弹条向上运动过程中，测出施加在弹条上的载荷-位移关系曲
线；
(3 )确定所述栽荷-位移关系曲线中的斜率变小的突变点作为拐点； (4)确定所述拐点处的载荷作为弹条扣压力。
申请人发现，在弹条的载荷-位移关系曲线中具有斜率变小的突变点 (拐点)，在该点处弹条的载荷准确对应于弹条的扣压力。 特别有利地，所述载荷施加到所述弹条的趾端。 根据本发明一优选实施例，所述载荷为向上的拉力。 根据本发明进一步的特征，所述突变点的斜率变化率至少50°/。以上。 更优选地，所述突变点的斜率变化率在75%范围。 施加到弹条的所述载荷的初始值为根据弹条的特性给定的值。 本发明还提出了根据本发明的方法的一种弹条扣压力测定装置，该装 置具有测量时间快，测量结果客观准确的优点。 一种弹条扣压力测定装置，其包括 夹紧弹条的夹紧装置；
通过所述夹紧装置对弹条施加载荷的施力装置；和 用于支撑所述施力装置的支座；
其特征在于，还包括用于测出弹条的载荷-位移关系曲线的测算装置， 以及包括与所述测算装置电连通的拐点判定装置。
在一实施例中，该拐点判定装置可以显示所述载荷-位移关系曲线，从 而操作者可以通过所显示的载荷-位移曲线视觉可见地获得弹条扣压力。
在一优选实施例中，该拐点判定装置可以确定所述载荷-位移关系曲线 中的斜率变小的突变点作为拐点并确定所述拐点处施加到弹条的载荷作 为弹条扣压力。
根据本发明的实施例，所述的夹紧装置为四连杆机构，且所述施力装 置为液压设备。
为了使本弹条扣压力测定装置减少人为干预，并且使弹条的提升更平稳，所述液压设备中包括驱动电才几。
根据本发明的一个优选的实施例，所述测算装置包括载荷测量单元和 位移测量单元。
根据本发明的优选实施例，所述载荷测量单元包括力传感器、压力传
感器或其它测力元件。
根据本发明 一 实施例，所述位移测量单元包括位移传感器。 根据本发明优选实施例，所述位移测量单元包括将直线运动转化为旋
转运动的转换机构和将旋转转数放大的齿轮机构、以及测定转数的感应装置。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中
图1是根据本发明的弹条扣压力测定装置的一个实施例；
图2是图1中的实施例的工作状态图3是图1中的实施例在实验中测量得到的弹条的载荷-位移关系曲
线；
图4是根据本发明的弹条扣压力测定装置的位移测量单元的一实施例。
具体实施例方式
以下将对本发明的实施例进行描述，这些描述只是对本发明的说明而 不是限定。
现在参考图1，其中示出了本发明一优选实施例。在该实施例中，弹 条扣压力测定装置以标记100总体示出。该弹条扣压力测定装置100包括
夹紧弹条的夹紧装置。在本实施例中，夹紧装置是四连杆夹具1,可以理 解的是也可以采用本领域技术人员所知悉的其它夹紧装置。
在该实施例中，施力装置是液压设备。该液压设备包括活塞2、阀块 3、液压缸4、油箱8和液压泵9以及驱动电机11。另外，为了在弹条的 扣压力测量完毕之后，所述夹具1可以松开弹条使其回复初始位置，在液 压设备中可以i殳置卸荷阀6。该液压设备各部件的工作方式和顺序将会在 下文中详述。本实施例采用驱动电机来驱动的方式使得给弹条施加的载荷 平稳。作为替代，也可以采用本领域技术人员已知的其它的驱动方式和装
5置，例如手动加载的液压千斤顶或杠杆提升装置等。
如图l和2所示，该弹条扣压力测定装置100包括用于支撑施力装置 的第一支座12和第二支座13。所述第一支座12位于轨枕上，且所述第二 支座13净皮放置在钢轨面上，/人而支撑施力装置。可以理解可以采用其它 多种类型的一个或多个支座来支撑所述施力装置。
在该实施例中，弹条扣压力测定装置100的测算装置包括了装设在液 压设备的活塞2上的位移测量单元5 (图1未示出)和载荷测量单元7以 及单片机IO。位移测量单元5用于测量与弹条位移相关的参数。作为一种 选择，位移测量单元可以是位移传感器，该位移传感器可以装设在活塞2 或其它与四连杆夹具i联动的装置上或者直接装设在所述四连杆夹具1 上。图4示出了一种优选的位移传感器单元5，将会在下文中详述。同样， 弹条的载荷测量单元7可以具有多种形式，例如压力传感器、力传感器或 其它测力元件。其中，载荷测量单元7可以装设用于测量夹具1的拉力， 即施加在弹条上的载荷。当然，载荷测量单元7也可以测量其它的与弹条 所受到的载荷相关的参数。特别地，图2中所示的压力传感器的工作方式 将会在下文中详述。测算装置还包括单片机用于根据测量到的弹条载荷和 位移提供弹条的载荷-位移关系曲线。可以理解的是，测算装置可以是本领 域技术人员所知的其它可以提供弹条的载荷-位移关系曲线的装置。
在图1所示的优选的实施例中，所述弹条扣压力测定装置100的拐点 判定装置包括单片机10,并且该拐点判定装置与上述测算装置的一部分 (单片机) 一体集成，并且该单片机10与位移和载荷测量单元5和7电 连通。单片机IO可以用例如DSP、 PC等或者是其它本领域技术人员所已 知的装置替代。从而可以电子地从弹条的载荷-位移关系曲线判定斜率变小 的突变点作为拐点，并确定在该拐点处弹条的载荷作为弹条扣压力。当然， 拐点判定装置也可以是单独设置的装置且与测算装置电连通，这是容易想 到的。
在另一实施例中，所述拐点判定装置可以包括显示装置。该显示装置 能够显示弹条的载荷-位移曲线，从而操作人员可以^L觉可见地确定曲线中 斜率变小的突变点作为拐点，并从曲线可以确定拐点处的弹条载荷即弹条 扣压力值。当然，拐点判定装置可以自动地判定拐点并确定弹条扣压力值 在所述显示装置显示出来，而此时所述显示装置可选地显示或不显示弹条 的载荷-位移曲线。现在转向图2，将详细描述该弹条扣压力测定装置的优选实施例的工 作方式。当开启弹条扣压力测定装置测定弹条扣压力时，驱动电机11驱 动油箱8中的液压泵9，该液压泵9乂人油箱8吸入液压油，并将这些液压 油通过阀块3供应^合液压缸4，并带动该液压缸4中的活塞2，从而向上 提升四连杆夹具1。使得已夹紧弹条的夹具1施加向上的拉力到弹条。该 夹具1优选夹紧通过绝缘轨距块21作用在钢轨22上的弹条趾端20。当然， 夹具1也可以夹紧弹条的其它部分。但是，夹紧趾端20是特别有利的， 因为弹条只通过趾端20作用在钢轨22上，故趾端20处的位移等于弹条 向上运动离开钢轨的位移且该处的栽荷反映了弹条作用在钢轨上的扣压 力。通过用驱动电机来驱动液压泵，可以使得弹条的提升很平稳，并且减 少了人为干预的因素。在弹条被向上拉起的过程中，通过安装在活塞上的 位移测定装置5测量活塞2的位移，进而获得与弹条的向上位移相关的参 数。并且通过安装在阀块3上的压力传感器实时测量通过阀块3的液态压 力，该液态压力是与弹条载荷成固定比例关系的参数。该比例关系可以是 预先标定的，例如是阀块面积乘以固定的系数的值。压力传感器可以提供 所要的测量精度，并且要获得弹条的载荷只需对液态压力进行筒单的换 算，而且与力传感器相比更加节省成本。所获得的位移和压力参数被送到 单片机10中从而获得弹条的载荷-位移关系曲线。与该单片机IO是一体的 拐点判定装置确定该关系曲线中斜率变小的突变点作为拐点，并且将拐点 处的压力按比例换算得到弹条的载荷，即弹条的扣压力。可选地，所述单 片机可将弹条的扣压力发送到显示装置(未示出)上显示出来。确定拐点 之后，可以松开卸荷阀，液压缸中的液压油通过阀块流回油箱，使得活塞 2位置回复，从而使得弹条回复原位且夹具1松开了该弹条。优选地，可 以用拐点判定装置自动确定，在获得拐点处弹条载荷即弹条扣压力之后， 发出指令使得卸荷阀卸荷。作为替代，也可以由操作人员在确定拐点之后 手动操作松开卸荷阀。至此，完成了对该弹条扣压力的测量。
通过对图1的实施例用在实验中测定弹条的扣压力，在实验中一m型 弹条的载荷-位移关系曲线如图3所示。从图3的载荷-位移曲线可以看出， 在曲线中具有一个斜率变小的突变点，在本发明中称为拐点。在该拐点处 即是弹条完全脱开绝缘轨距块的时候，则该拐点处的弹条载荷值即为弹条 的扣压力。这是因为在活塞2向上运动且弹条20的趾端未脱离绝缘轨距 块21的阶段A中，弹条趾端受绝缘轨距块的支撑力和四连杆夹具1的拉
7力的合力作用，而在弹条趾端向上运动且脱离开该绝缘轨距块21的阶段 B,弹条只受到四连杆夹具的拉力的作用。在阶段A中，弹条趾端经历了 从受绝缘轨距块施加的支撑力逐渐转变为受四连杆夹具的拉力的转移过 程，由于该转移过程所需的位移非常短(近似等于四连杆等传递环节所产 生的位移)，所以在栽荷-位移关系曲线中，阶段A的斜率比较大。而在 阶段B中，弹条只受到四连杆夹具的拉力的作用，其栽荷-位移曲线即为 弹条的弹性变形曲线，其斜率比较小。由于在弹条趾端被拉起的过程中没 有塑性变形，所以在阶段A和B中，弹条的载荷-位移都分别呈线性关系 变化。综上所述，在两条直线的转接点(即弹条刚好完全脱开绝缘轨距块 的瞬间)处将会出现斜率变小的拐点。 一般来说，斜率k的变化率至少50% 以上。图3中，拐点两侧呈明显线性关系并且阶段A斜率约为阶段B斜率 的4倍，即斜率k的变化率为75%范围。因此在该载荷-位移关系曲线中 的拐点是^f艮显著的。因此，拐点判定装置可以采用多种方式确定拐点。例 如，拐点判定装置可以显示整条载荷-位移关系曲线，从而由该判定装置自 身确定拐点或由操作者视觉可见地确定拐点以及弹条扣压力。此外，判定 装置可以采用差分的方法，实时地计算载荷-位移的斜率，当斜率的变化符 合要求时，即表明已到达拐点。
图3是在实验条件下对III型弹条扣压力进行测定，但是应该注意，在 实际测量中，因为受到周围环境的影响以及夹紧装置的不同，弹条的载荷 -位移关系曲线在阶段A和B并不一定呈理想的带拐点的直线，但是根据 弹条扣压的特性，阶段A和B之间仍会具有斜率变小的突变点。因此，可 以对获得的弹条载荷和位移的相关参数进行例如插值或拟合等数学方法 的处理，以确定斜率变小的突变点(拐点)并用于确定弹条扣压力。
图3中所述的位移严格来说并不是弹条向上的精确位移，因为在施加 载荷的过程中受到绝缘轨距块、四连杆的精度和变形等的影响，但是对位 移的测量精度并不影响本发明思想的实现。图3所示的关系曲线表明对弹 条施加的载荷是从零开始施加并逐渐增大的，但是可以理解的是也可以根 据弹条扣压的特性以大小不为零且小于公称的弹条扣压力(拐点处的载 荷)的载荷开始施加并逐渐增大，从而获得弹条的载荷-位移关系曲线，并 通过显示该关系曲线或自动确定拐点来获得弹条扣压力。这样可以实现弹 条扣压力的更快的测定。因此，将可以理解确定弹条的载荷-位移关系曲线 中斜率变小的突变点(拐点)以测定弹条扣压力的方法和装置都属于本发明的精神范围。
现在转向图4,其示出了一种优选的位移测量单元5。该位移测量单 元5包括齿条51、齿轮52、齿轮箱53、输出轮54和干簧管55。如上所 述，该位移测量单元与活塞连接。齿条51随着活塞向上运动而向上运动。 齿轮52与该齿条51啮合，从而将齿条的直线运动转换为转动。然后齿轮 52将转动输入到齿轮箱53中，经齿轮箱53放大所述转动输出到输出轮 54。而干簧管55通过测量其中具有磁铁(未示出)的输出轮54的转数从 而可以获得活塞向上的实时位移，也就是弹条的位移。该位移测量单元5 可以设有回复装置，例如图4中示出的弹簧56和挡块57用于在液压设备 卸压使得活塞回复初始位置时使得齿条51回复原位。该位移测量单元5 可以满足弹条位移的精度要求，并且与已知的位移传感器相比较节约成 本。
至此，已经描述了一种弹条扣压力测定装置以及方法。从以上的描述 可以清楚地得知，本发明对弹条扣压力的测定只需要对弹条施加向上的力 直到确定拐点位置及拐点处弹条载荷，而不需要像已有技术中可能需要反
复调整弹条的抬起高度(如《弹条m型扣件供货技术条件》中)，因此本 发明的方法测量时间很短。采用本发明的装置在实验中测定弹条扣压力平
均只需要12s。根据图3所示以及以上所描述，可以得知拐点处弹条载荷 即等于弹条扣压力，因此本发明可以获得精确的弹条扣压力值。而如果釆 用塞尺的方法，由于要使弹条抬离绝缘轨距块一定距离以塞进塞尺，这本 身就会造成较大的测量误差。并由于抬离距离的不确定性，测量误差范围 也不确定。本发明的方法是利用了反映弹条自身特性的载荷-位移关系曲线 的拐点，而不是利用已有技术所述的预先标定的提升高度(如实用新型 02221914.5和02221915.3 )。
以上已经描述了本发明的实施例，本领域技术人员将很容易对本发明 进行改变、修改和改进，而不背离本发明。本发明将仅由下面的权利要求 书所限定。
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权利要求
1.一种弹条扣压力的测定方法，包括如下步骤(1)对弹条施加向上的载荷，所述弹条包括作用于钢轨上的趾端；(2)在弹条向上运动过程中，测出施加在弹条上的载荷-位移关系曲线；(3)确定所述载荷-位移关系曲线中的斜率变小的突变点作为拐点；(4)确定所述拐点处的载荷作为弹条扣压力。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载荷施加到所述 弹条的趾端。
3. 根据权利要求l或2所述的方法，其特征在于，所述载荷为向上的 拉力。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述突变点的斜率 变化率至少50°/。以上。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述突变点的斜率变化 率在75%范围。
6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，施加到弹条的所述 载荷的初始值根据弹条的特性确定。
7. —种弹条扣压力测定装置，包括夹紧弹条的夹紧装置；通过所述夹紧装置对弹条施加载荷的施力装置；和用于支撑所述施力装置的支座；其特征在于，还包括用于测出弹条的载荷-位移关系曲线的测算装置， 以及包括与所述测算装置电连通的拐点判定装置。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的夹紧装置为四连 杆机构，所述施力装置为液压设备。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述测算装置包括载荷 测量单元和位移测量单元。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述位移测量单元包以及测定所述转数的感应装置。
11. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述拐点判定装置包 括显示装置。
全文摘要
本发明提供一种弹条扣压力的测定方法，包括如下步骤(1)对弹条施加向上的载荷，所述弹条包括作用于钢轨上的趾端；(2)在弹条向上运动过程中，测出施加在弹条上的载荷-位移关系曲线；(3)确定所述载荷-位移关系曲线中的斜率变小的突变点作为拐点；(4)确定所述拐点处的载荷作为弹条扣压力。本发明还提供了一种弹条扣压力测定装置。
文档编号G01L1/00GK101493365SQ200910079419
公开日2009年7月29日 申请日期2009年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者杨其全, 田常海, 邹定强 申请人:中国铁道科学研究院金属及化学研究所