CN106441532A

CN106441532A - 一种铁道车辆超偏载检测装置及方法

Info

Publication number: CN106441532A
Application number: CN201611210225.5A
Authority: CN
Inventors: 李�诚; 李建华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-24
Filing date: 2016-12-24
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明公开了一种铁道车辆超偏载检测装置及方法，包括有基板和两个固定设置于基板上端面上且分别邻近基板两端部的压力传感器，所述的压力传感器包括有矩形的基体，基体相对的前、后端面上均设置有盲孔，且两端面的盲孔同轴相对设置，盲孔内均设置有电阻应变片，基体盲孔所在部分为工字梁结构。本发明采用压力传感器检测铁道车辆每根车轴上车轮的受力情况，然后对相邻两个车轴上车轮的受力情况进行分析，得出铁道车辆是否超载或偏载的结果，检测精度高，检测结果准确。

Description

一种铁道车辆超偏载检测装置及方法

技术领域

本发明涉及压力检测领域，具体是一种铁道车辆超偏载检测装置及方法。

背景技术

铁路多用于长距离的运输，因其速度快，价格便宜得到了快速的发展。当火车处于超载或偏载的状态下，极易造成交通事故，造成生命和财产的损失。但铁道上车辆的超载、偏载和总重的检测，目前还是采用停车检测的方式，检测方式麻烦且相对落后。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铁道车辆超偏载检测装置及方法，其受力均匀，检测结果准确。

本发明的技术方案为：

一种铁道车辆超偏载检测装置，包括有基板和两个固定设置于基板上端面上且分别邻近基板两端部的压力传感器，所述的压力传感器包括有矩形的基体，基体相对的前、后端面上均设置有盲孔，且两端面的盲孔同轴相对设置，盲孔内均设置有电阻应变片，所述的基体盲孔所在部分为工字梁结构。

所述的基体邻近两端部设置有上下贯通的安装孔，所述的基体相对的前、后端面上均设置有两个盲孔，两个盲孔位于基体两端部安装孔之间，前端面上的两个盲孔与后端面上的两个盲孔一一同轴相对设置，基板四个盲孔所在部分形成两个工字梁结构。

所述的电阻应变片选用二片半桥型电阻应变片，一个二片半桥型电阻应变片中的二片电阻应变片分别安装于同轴的两个盲孔中，且二个二片半桥型电阻应变片连接组成工作电桥。

所述的基板包括有下基板和固定连接于下基板上的上基板，所述的压力传感器固定连接于上基板的上端面上。

所述的基板选用钢板。

所述的基体选用合金钢板或不锈钢板。

一种铁道车辆超偏载检测方法，具体包括有以下步骤：首先在铁路上选择一段较为平坦的路基，抽出几根枕木并截取几根枕木上的钢轨，再将两个检测装置放入原枕木位置，截取的钢轨位于两个检测装置压力传感器的受力面上，形成受力整体，最后将截取的钢轨与两端原有钢轨进行固定连接，再将两个检测装置与对应的钢轨进行固定连接即可；然后两个检测装置上的四个压力传感器分别检测相邻两个车轴上四个车轮的受力情况，然后传递给单片机，单片机对采集到的四个压力值进行分析，当采集的压力值大于设定压力值，即铁道车辆超载，当采集的任一压力值超过设定压力值且与其他任一压力值的差值大于设定差值，即铁道车辆偏载，当采集的压力值均小于或等于设定压力值且采集的任两个压力值的差值小于设定差值，即铁道车辆装载正常，符合规定。

所述的两个检测装置放入原枕木位置前，将放置检测装置的路基进行平整处理，保证检测装置处于水平状态。

本发明的优点：

本发明采用压力传感器检测铁道车辆每根车轴上车轮的受力情况，然后对相邻两个车轴上车轮的受力情况进行分析，得出铁道车辆是否超载或偏载的结果，检测精度高，检测结果准确；本发明的压力传感器结构采用特殊设计的力学结构，剪切力在受力截面中的应力分布比较均匀，电阻应变片粘贴在受力板中部的盲孔内，其四个应变片的电阻变化基本相同，这大大提高了传感器的线性和精度。

附图说明

图1是本发明超偏载检测装置的俯视图。

图2是本发明超偏载检测装置的主视图。

图3是本发明压力传感器的俯视图。

图4是本发明压力传感器的半剖主视图。

图5是本发明二片半桥型电阻应变片的结构示意图。

图6是本发明工作电桥的结构示意图。

图7是载荷剪切梁的力学模型示意图。

图8是载荷柱式梁的力学模型示意图。

图9是本发明工字梁部分的应变区位置及应力分布图。

图10是本发明超偏载检测装置的应用结构示意图。

图11是本发明超偏载检测装置与铁路路基、钢轨的安装位置结构示意图。

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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

见图1和图2，一种铁道车辆超偏载检测装置，包括有下基板1、固定连接于下基板1上的上基板2和两个固定设置于上基板2上端面上且分别邻近上基板2两端部的压力传感器3；

见图3和图4，每个压力传感器均包括有矩形的基体31，基体31邻近两端部均设置有两个上下贯通的安装孔32，基体31相对的前、后端面上均设置有两个盲孔33，两个盲孔33位于基体31两端部安装孔32之间，前端面上的两个盲孔33与后端面上的两个盲孔33一一同轴相对设置，基体31四个盲孔部分形成两个工字梁结构，四个盲孔33内设置有电阻应变片，电阻应变片选用二片半桥型电阻应变片(见图5)，一个二片半桥型电阻应变片中的二片电阻应变片分别安装于同轴的两个盲孔34中，且二个二片半桥型电阻应变片连接组成工作电桥(见图6)。

见图5，压力传感器基本原理类同于一般应变式传感器，但本发明采用了二个双应变片的电阻应变片，粘贴在受力板的两侧。见图6，压力传感器在工作时，应变片中R₁如受正剪切力，那R₂亦受负剪切力，而另一个双应变处事中的R₃受正剪切力，R₄受负剪切力，如图6组成工作电桥。

R为应变片阻抗，压力传感器在受到外力作用的时候会产生形变，引起紧贴在压力传感器内部壁上的应变片阻抗线性增加或减小。在有外部供电(3—12VDC)的情况下，输出的差分级mv信号也线性增加减小，传感器通过组桥、调零、配平灵敏度、温补等之后，输出的信号＝供电电压x灵敏度。比如稳压电源是10VDC，传感器灵敏度是1.5mv/V，传感器到满量程时输出的电压＝10x1.5＝15mv，如果需要0-5V(4-20mA等)标准模拟信号需要配信号转换器(变送器)。

基本力学原理：

本发明的压力传感器是一个板式型梁并在梁两端适当位置加工了两个盲孔，整体测力结构为剪切梁，为弹性体的应力测量方式。压力传感器受到外力压力时，其被测物理量都能够在物体上产生变形(应变)，当外力去除之后又可以恢复原来的形状和尺寸，即这种变形为弹性变形。弹性体是构成传感器的基本要素之一，它所具有的基本物理性质可用下列公式表示：

a、σ＝E×ε，是轴向应力应变虎克定律，即弹性体的弹性模量E决定了轴向应力σ和轴向应变ε间的线性关系。

b、ε₁＝μ×ε，弹性体在上述轴向力作用下，除了产生轴向应变ε外，还伴随着横向应变ε₁。两者之间的比值泊松比μ为党数。

c、τ＝G×γ，是纯剪切虎克定律。弹性体受到剪切力作用时，受剪切面上的剪应力τ与截面间产生的相对角应变γ呈线性关系，并取决于弹性材料的弹性剪切模量G。

上述；弹性材料的三个特性参数E、G和μ之间具有以下关系:

G＝E/(2×(1+μ))。

轨道压力传感器受力分析：

①、本发明压力传感器可简化成两端受力集中载荷剪切梁或柱式梁，力学模型示意图见图7和图8。剪切梁压力传感器结构在受到压力时发生变形情况，受到的压力和传感器的变形最成正比。当压力传感器受压力变形时，导致内部的应变片发生变化，输出相应的压力信号。

②、中间受力载荷作用的应力计算：

③、梁的剪应力及剪应变计算

剪切梁传感器的一般均在应变梁的拐点加二个盲孔(局部形成工字梁)，其剪应力可用茹拉夫斯基公式进行计算：

局部工字梁结构的应变区位置及应力分布如图9所示。

上式中:

剪力

剪切截面对中轴的静矩S_y：

剪切截面对中轴的惯矩J_y：

则

45°方向的主应力和主应变计算，沿梁中线轴成45°方向压力的长度变化，正是纯剪切力状态下的主应力方向，其主应力与最大剪切力，主应变与最大剪应变的在下列关系：

传感器灵敏度计算：

式中：K――电阻应变片灵敏系数

压力传感器技术参数：

量程：(30+30)t；

准确度:0.2％FS；

工作电压：12VDC；

输出信号：(0-10)mV；

工作温度：-20℃-70℃；

极限压力：≥(40+40)t；

输入阻抗：700±20Ω；

输出阻抗：700±5Ω；

绝缘电阻：≥5000MΩ；

非线性：±0.3％F·S；

滞后：±0.3％F·S；

重复性：±0.5％F·S。

见图10，一种铁道车辆超偏载检测方法，具体包括有以下步骤：在铁路上选择一段较为平坦的路基01(见图11)，抽出三根枕木05并截取三根枕木上的钢轨02，将铁路路基01平整一下，再将两个检测装置03放入原枕木位置，截取的钢轨02位于两个检测装置03压力传感器3的受力面上，形成受力整体，最后将截取的钢轨02与两端原有钢轨04进行固定连接，再将两个检测装置03与钢轨02进行固定连接；然后两个检测装置03上的四个压力传感器3分别检测相邻两个车轴上四个车轮的受力情况，然后传递给单片机，单片机对采集到的四个压力值进行分析，当采集的压力值大于设定压力值，即铁道车辆超载，当采集的任一压力值超过设定压力值且与其他任一压力值的差值大于设定差值，即铁道车辆偏载，当采集的压力值均小于或等于设定压力值且采集的任两个压力值的差值小于设定差值，即铁道车辆装载正常，符合规定。

见图11，钢轨压在检测装置03压力传感器3的受力面上，整个组件是由上基板2和下基板3作为基础，代替枕木承提车轮压力。上基板2和下基板3做为基础主要作用是将左右两端的压力传感器3牢牢固定在一个测量平面上，受力均匀，而且受路基沉降影响很小。

每个压力传感器(检测一只车轮)测量范围为30t(最大压力值大于40t)，一个检测装置包括两个压力传感器(检测一根车轴，即两只车轮)，所以一根车轴总测量范围为60t，即:30t+30t(最大压力值大于80t)。两个检测装置可以检测120t，最大检测160t。技术参数如下:

1、铁道车辆超偏载轨道检测时需要两个检测装置，由四只压力传感器组成。每个检测装置上安装2个压力传感器；

2、每个压力传感器量程为30t，最大值40t；

3、每个检测装置分别检测一根车轴上的两只车轮，每组可检测30t+30t＝60t重的轴重，最大为40t+40t＝80t；

4、检测时，两个检测装置分别检测两根车轴(也就是一副车辆转向架)四只车轮，可检测60t+60t＝120t轴重，最大为80t+80t＝160t。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种铁道车辆超偏载检测装置，其特征在于：包括有基板和两个固定设置于基板上端面上且分别邻近基板两端部的压力传感器，所述的压力传感器包括有矩形的基体，基体相对的前、后端面上均设置有盲孔，且两端面的盲孔同轴相对设置，盲孔内均设置有电阻应变片，所述的基体盲孔所在部分为工字梁结构。

2.根据权利要求1所述的一种铁道车辆超偏载检测装置，其特征在于：所述的基体邻近两端部设置有上下贯通的安装孔，所述的基体相对的前、后端面上均设置有两个盲孔，两个盲孔位于基体两端部安装孔之间，前端面上的两个盲孔与后端面上的两个盲孔一一同轴相对设置，基板四个盲孔所在部分形成两个工字梁结构。

3.根据权利要求2所述的一种铁道车辆超偏载检测装置，其特征在于：所述的电阻应变片选用二片半桥型电阻应变片，一个二片半桥型电阻应变片中的二片电阻应变片分别安装于同轴的两个盲孔中，且二个二片半桥型电阻应变片连接组成工作电桥。

4.根据权利要求1所述的一种铁道车辆超偏载检测装置，其特征在于：所述的基板包括有下基板和固定连接于下基板上的上基板，所述的压力传感器固定连接于上基板的上端面上。

5.根据权利要求1所述的一种铁道车辆超偏载检测装置，其特征在于：所述的基板选用钢板。

6.根据权利要求1所述的一种铁道车辆超偏载检测装置，其特征在于：所述的基体选用合金钢板或不锈钢板。

7.根据权利要求1所述的一种铁道车辆超偏载检测方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：首先在铁路上选择一段较为平坦的路基，抽出几根枕木并截取几根枕木上的钢轨，再将两个检测装置放入原枕木位置，截取的钢轨位于两个检测装置压力传感器的受力面上，形成受力整体，最后将截取的钢轨与两端原有钢轨进行固定连接，再将两个检测装置与对应的钢轨进行固定连接即可；然后两个检测装置上的四个压力传感器分别检测相邻两个车轴上四个车轮的受力情况，然后传递给单片机，单片机对采集到的四个压力值进行分析，当采集的压力值大于设定压力值，即铁道车辆超载，当采集的任一压力值超过设定压力值且与其他任一压力值的差值大于设定差值，即铁道车辆偏载，当采集的压力值均小于或等于设定压力值且采集的任两个压力值的差值小于设定差值，即铁道车辆装载正常，符合规定。

8.根据权利要求7所述的一种铁道车辆超偏载检测方法，其特征在于：所述的两个检测装置放入原枕木位置前，将放置检测装置的路基进行平整处理，保证检测装置处于水平状态。