轮轨力集成测试传感器及轨道扣件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了轮轨力集成测试传感器，涉及轨道及列车运行状态监测【技术领域】，应用于轨道及列车运行的安全监测过程中。包括，大垫板、弹条固定梁、垂向力传感器及横向力传感器；大垫板中部为支撑部，两侧包括装配凸台，该装配凸台与所述弹条固定梁连接；垂向力传感器固定于所述支撑部中；横向力传感器固定于所述弹条固定梁中。从而解决了现有轮轨力测试过程中，精度低及适用性差的问题。由此可知，本实用新型的轮轨力集成测试传感器具有测试精度高、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】 轮轨力集成测试传感器及轨道扣件
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道及列车运行状态监测的【技术领域】，应用于轨道及列车运行的安全监测过程中，尤其涉及轮轨力集成测试传感器及轨道扣件。
【背景技术】
[0002]随着高速铁路技术的不断发展，与之相应的无砟轨道结构在轨道交通领域中也得到了逐步的推广。为有效监测轨道状态及列车在高速铁路中的运行状态，有必要对车辆-轨道间的轮轨力进行准确监测。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，需要取代轨下橡胶垫板，从而改变了扣件节点刚度，因此，不利于保持轨道结构的良好状态；另外，由于其采用橡胶作为主要的支撑材质，从而无法进行多次的反复使用，并降低了检测过程中的精度。由此可知，现有的橡胶测力垫板，施工成本高、检测精度低、使用寿命短，因此，无法满足轨道的监测及列车运行状态长期监测的需要。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中的缺陷，本发明解决了现有轮轨力测试过程中，精度低及适用性差的问题。
[0004]本发明提供了轮轨力集成测试传感器，包括，大垫板、弹条固定梁、垂向力传感器及横向力传感器；所述大垫板中部为支撑部，两侧包括装配凸台，该装配凸台与所述弹条固定梁连接；所述垂向力传感器固定于所述支撑部中；所述横向力传感器固定于所述弹条固定梁中。
[0005]在一种优选的实施方式中，所述装配凸台为方形装配凸台，所述弹条固定梁与所述装配凸台的装配配合面上，开设与所述方形装配凸台相应的凹槽，使所述装配凸台与所述弹条固定梁连接。
[0006]在一种优选的实施方式中，所述装配凸台的高度为:5mm?20mm。
[0007]在一种优选的实施方式中，还包括，方形斜垫板，所述方形斜垫板与所述支撑部固定连接；所述方形斜垫板的倾斜角度为1:40的坡度。
[0008]在一种优选的实施方式中，所述垂向力传感器为垂向力应变片传感器；在所述大垫板的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。
[0009]在一种优选的实施方式中，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；所述方形斜垫板的两侧面与所述弹条固定梁之间设有0.1?0.5mm或I?2mm的安装间隙,在该间隙的区域内填充弹性密封胶。
[0010]在一种优选的实施方式中，所述弹条固定梁上部开设弹条固定槽，所述弹条固定槽宽度，与待装配弹条的弹条宽度相应，所述弹条固定梁的顶面外侧设有固定凸台。
[0011]在一种优选的实施方式中，所述弹条固定梁的外侧角为弧形倒角或直线倒角。
[0012]在一种优选的实施方式中，所述横向力传感器为横向力应变片传感器；所述弹条固定梁沿横向开设横向力传感器测力孔，多个所述横向力应变片传感器采用拉压应力法呈0°和90°两个方向布置于所述传感器测力中。
[0013]同时，本发明的一种实施方式中还提供了轨道扣件，包括上述任一项实施方式中的轮轨力集成测试传感器。
[0014]本发明的有益效果为:本发明的轮轨力集成测试传感器，其特点是能够同时测取无砟轨道WJ-7型扣件节点位置的轮轨垂直力和轮轨横向力，克服了目前无法测取的困难；本发明的轮轨力集成测试传感器具有测试精度高、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。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的一种实施方式中，轮轨力集成测试传感器的主视图；
[0016]图2是本发明的一种实施方式中，轮轨力集成测试传感器的侧面示意图；
[0017]图3为图1中A-A线的剖面示意图；
[0018]图4是本发明的另一种实施方式中，轮轨力集成测试传感器的内部结构示意图；
[0019]图5是本发明的一种实施方式中，弹条固定梁的示意图；
[0020]图6为图5中B-B线的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0021]对于本发明的轮轨力集成测试传感器的特征、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1?6所示，本发明一种实施方式中，轮轨力集成测试传感器I中的大垫板2为长方体垫板，该垫板材料为40CrMoNiA。2个凹形弹条固定梁4对称分布在大垫板2两端，凹形弹条固定梁4通过矩形凹槽45固定在大垫板2两侧的矩形凸台21上，并用安装螺栓5紧固。凹形弹条固定梁4的凹槽长宽与大垫板2的凸台21的形状及尺寸相应，使凹形弹条固定梁4能够安装在大垫板2上，凹形弹条固定梁4前端横梁及支臂为悬臂梁结构，并与大垫板2之间设有0.1?0.5mm或I?2mm的间隙，如图示22所示的位置。凹形弹条固定梁4上设有弹条固定槽43，弹条安装在弹条固定槽43内，由安装螺栓5锁定，跨过横梁41，扣在铁轨上，弹条固定槽43应处于矩形凹槽45上方，确保凹形弹条固定梁4在弹条扣压情况下不影响悬臂梁部分受力，弹条固定槽43的铣切面间距及宽度，与待装配弹条的装配间距及弹条宽度相应，使得弹条能够装配于所述弹条固定槽43内，凹形弹条固定梁4沿横向内开设有测力孔46,位于弹条安装部位的下方,4个横向力传感器为横向力应变片传感器,米用拉压应力法呈0°和90°两个方向布置于所述传感器安装孔中测力孔46中。4个垂向力传感器安装在大垫板2的支撑区域内。为使检测更为均匀，在本发明的一种实施方式中，在大垫板2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211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。方形斜垫板3下底面开有4个凹槽31，四个凹槽31的分布顺序和4个轮辐环槽20的圆形凸台202的矩阵分布顺序完全一致，方形斜垫板3通过圆形凹槽31固定在大垫板2的圆形凸台202上，方形斜垫板3的接触面要求平整且凹槽的尺寸应和大垫板2的圆形凸台202尺寸相应，使得方形斜垫板3能够装配在大垫板2上。在另一种实施方式中，多个垂向力传感器也可安装在大垫板轮辐环槽凸台内，方形斜垫板3两侧面与凹形弹条固定梁4之间设有0.1?0.5mm或I?2mm的安装间隙,方形斜垫板3的倾斜角度为1:40。
[0023]本发明中的轮轨力集成测试传感器在使用时，可直接代替WJ-7的扣件安装铁垫板安装于钢轨的下方，当测试机车从钢轨上驶过时，钢轨上承受向下的测试负载，钢轨将测试负载同时向下传递垂向力和横向力，当扣件受到垂向力时，垂向力会直接施加到方形斜垫板3上，并通过固定方形斜垫板的圆形凸台202将此垂向力均匀传递给大垫板2，在大垫板2的4个轮辐臂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环槽20组合即可测出作用到凹型垫板上总的垂向作用力。当扣件受到横向力时，弹条因承受剪向力而发生微小变形，由于相互作用力的影响会带动弹条下面的凹形梁传感器4的横梁41受到相反方向的作用力，横梁41所受作用力会传递给凹形梁传感器内的两测力孔46，在此作用力下测力孔46会发生拉伸和压缩的微小变化，测力孔46内采用拉压应力法呈0°和90°两个方向布置测力应变片，并将两测力孔46内应变片组成一个惠斯通电桥测取横向作用力，垂向力传感器及横向力传感器通过外接线缆，将垂向力传感器及横向力传感器的变化量向外传输，从而实现对当前的垂向力及横向力的检测。
[0024]为便于对垂向轮轨力进行更为准确的检测，在本发明的一种实施方式中，如图4?6所示，4组垂向力传感器采用片式压力传感器，均匀设置于轮辐环槽凸台内。凹形弹条固定梁4的横梁41两端设有凸台42，用于限制弹条平面移动，方形斜垫板3两侧面与凹形梁传感器4之间保持0.1?0.5mm或I?2mm的安装间隙,这样使得垂向力和横向力互不干扰地测取，从而使当前的垂向力及横向力的检测更为准确。
[0025]为使垂向力传感器在反复使用中，不易产生侧边变形及倾斜，增大接触垂向力传感器的受力面积，在本发明的一种实施方式中，如图4所示，大垫板2中部均匀分布的圆柱形凸台202中开设有垂向力传感器装配孔，使得垂向力传感器装配于圆柱形凸台202内部，从而使得方形斜垫板覆盖装配于上述大垫板2的顶部，从而加强了垂向力传感器在使用时的稳定性，从而提高了传感器的测试精度。
[0026]如图1?3所示，为提高垂向力传感器在检测时的准确性，使垂向力传感器可有较好的变形空间，从而，在本发明的一种实施方式中，大垫板2的顶面与方形斜垫板下底面在装配时，方形斜垫板3下表面与大垫板2之间保持0.1?0.5_或I?2_的安装间隙，为保持较好的密封性，在该安装间隙的区域内填充弹性密封胶。
[0027]为提高横向力的检测精度，使轮轨力无损的传递到横向力传感器上，如图4、6所示，弹条固定槽43的铣切面间距及宽度，与待装配弹条的装配间距及弹条宽度相应。为便于弹条组件的整体装配，在凹形弹条固定梁4顶面的顶面外侧设有固定凸台21，用于固定弹条螺栓，增强了弹条装配的牢固性，在本发明的实施方式中，凹形弹条固定梁4的外侧角为弧形倒角或直线倒角。
[0028]如图2、3所示，为提高横向力传感器在检测时的准确性，使横向力传感器可有较好的变形空间，从而，在本发明的实施方式中，凹形弹条固定梁4前端横梁及支臂为悬臂梁结构，凹形弹条固定梁4与大垫板2在装配时，悬臂梁结构与大垫板2之间保持0.1?0.5mm或I?2mm的安装间隙，为保持较好的密封性，在该安装间隙的区域内填充弹性密封胶。
[0029]同时，本发明的实施方式中还提供了一种WJ-7轨道扣件，该扣件的金属垫板为上述实施方式中的轮轨力集成测试传感器。
[0030]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.轮轨力集成测试传感器，其特征在于，包括，大垫板、弹条固定梁、垂向力传感器及横向力传感器；所述大垫板中部为支撑部，两侧包括装配凸台，该装配凸台与所述弹条固定梁连接；所述垂向力传感器固定于所述支撑部中；所述横向力传感器固定于所述弹条固定梁中。
2.如权利要求1所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，所述装配凸台为方形装配凸台，所述弹条固定梁与所述装配凸台的装配配合面上，开设与所述方形装配凸台相应的凹槽，使所述装配凸台与所述弹条固定梁连接。
3.如权利要求1所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，所述装配凸台的高度为:5mm ?20mmo
4.如权利要求1所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，还包括，方形斜垫板，所述方形斜垫板与所述支撑部固定连接；所述方形斜垫板的倾斜角度为1:40的坡度。
5.如权利要求1所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，所述垂向力传感器为垂向力应变片传感器；在所述大垫板的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。
6.如权利要求4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?0.5_或I?2_的安装间隙；所述方形斜垫板的两侧面与所述弹条固定梁之间设有0.1?0.5mm或I?2mm的安装间隙,在该间隙的区域内填充弹性密封胶。
7.如权利要求1所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，所述弹条固定梁上部开设弹条固定槽，所述弹条固定槽宽度，与待装配弹条的弹条宽度相应，所述弹条固定梁的顶面外侧设有固定凸台。
8.如权利要求7所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，所述弹条固定梁的外侧角为弧形倒角或直线倒角。
9.如权利要求1所述的轮轨力集成测试传感器，其特征在于，所述横向力传感器为横向力应变片传感器；所述弹条固定梁沿横向开设横向力传感器测力孔，多个所述横向力应变片传感器采用拉压应力法呈0°和90°两个方向布置于所述传感器测力中。
10.轨道扣件，其特征在于，包括如权利要求1?9任一项权利要求的轮轨力集成测试传感器。
【文档编号】G01L5/16GK204188326SQ201420576260
【公开日】2015年3月4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, 暴学志, 李家林, 潘振, 李甫永, 田德柱, 李健超 申请人:中铁科学技术开发公司