CN106441651A - 一种铁道车辆压力的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁道车辆压力的测量装置，包括有受力板和两个固定设置于受力板下端面上且分别位于两相对边线内侧的压力传感器，压力传感器包括有矩形的基板，基板相对的前、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，基板两个盲孔所在部分为工字梁结构。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。

Description

一种铁道车辆压力的测量装置

技术领域

本发明涉及压力检测领域，具体是一种铁道车辆压力的测量装置。

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，但铁路相关设备的检测却相对落后。铁路的轨道压力决定了铁路的使用寿命，所以对铁轨压力的检测尤为重要，但是现有的压力传感器检测麻烦，检测结果不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铁道车辆压力的测量装置，其受力均匀，检测结果准确。

本发明的技术方案为：

一种铁道车辆压力的测量装置，包括有受力板和两个固定设置于受力板下端面上且分别位于两相对边线内侧的压力传感器，所述的压力传感器包括有矩形的基板，基板相对的前、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，所述的基板两个盲孔所在部分为工字梁结构。

所述的基板邻近两端部设置有上下贯通的受力板安装孔，基板的中间部分设置有上下贯通的铁路路基安装孔，所述的基板相对的前、后端面上均设置有两个盲孔，两个盲孔位于铁路路基安装孔的两侧部，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。

所述的压力传感器还包括有固定设置于受力板下端面上的支撑基板，支撑基板的两端部开有矩形槽，所述的两个压力传感器分别位于对应的矩形槽内。

本发明的优点：

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是本发明的仰视图。

图2是本发明压力传感器的俯视图。

图3是本发明压力传感器的主视图。

图4是图3中的A-A剖视图。

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是载荷柱式梁的力学模型示意图。

图8是本发明工字梁部分的应变区位置及应力分布图。

图9是本发明的应用结构示意图。

图10是本发明压力传感器与铁路路基、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1，一种铁道车辆压力的测量装置，包括有受力板1、支撑基板2和两个压力传感器3，支撑基板2和两个压力传感器3均固定设置于受力板1下端面上，支撑基板2的两端部开有矩形槽，两个压力传感器3分别位于对应的矩形槽内；

见图2-图4，每个压力传感器均包括有矩形的基板31，基板31邻近两端部均设置有两个上下贯通的受力板安装孔32，基板31的中间部分设置有四个上下贯通的铁路路基安装孔33，基板31相对的前、后端面上均设置有两个盲孔34，两个盲孔34位于铁路路基安装孔33的两侧部，前端面上的两个盲孔34与后端面上的两个盲孔34一一同轴相对设置，基板31四个盲孔部分形成两个工字梁结构，四个盲孔34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7。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8所示。

上式中:

剪力Q：

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。

本发明的应用分析：

见图9，在铁路上选择一段较为平坦的路基，抽出三根原有枕木，将铁路路基01平整一下，再将本发明的测量装置03放入原枕木位置，原中间枕木位置留空，用固定螺栓将本发明的测量装置03与钢轨02固定在一起，形成一个受力整体，而在测量段的钢轨要求两端截断(用铁路锯轨机)，形成断轨。这样受到的车轮的左力不会受到其它钢轨的影响，提高测量准确率。具体的安装需要铁路工务部分的配合进行。见图10，两根钢轨02与下部安装的压力传感器3具体位置示意图。

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 (4)

1.一种铁道车辆压力的测量装置，其特征在于：包括有受力板和两个固定设置于受力板下端面上且分别位于两相对边线内侧的压力传感器，所述的压力传感器包括有矩形的基板，基板相对的前、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，所述的基板两个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压力的测量装置，其特征在于：所述的基板邻近两端部设置有上下贯通的受力板安装孔，基板的中间部分设置有上下贯通的铁路路基安装孔，所述的基板相对的前、后端面上均设置有两个盲孔，两个盲孔位于铁路路基安装孔的两侧部，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压力的测量装置，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压力的测量装置，其特征在于：所述的压力传感器还包括有固定设置于受力板下端面上的支撑基板，支撑基板的两端部开有矩形槽，所述的两个压力传感器分别位于对应的矩形槽内。