CN106706192A - 轨底弯矩式力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种轨底弯矩式力传感器。涉及一种轮轨力的精确测量装置。为了解决现有的剪力传感器测量轮轨力时，精度低、安装复杂以及灵敏度差的问题。本发明所述的弹性应变梁的底面中心位置开有加载螺纹通孔，加载螺栓穿过加载螺纹通孔对弹性应变梁施加预紧力，并通过防松螺母进一步固定加载螺栓的位置；弹性应变梁的侧壁上开有应变孔，应变片预埋在应变孔中。另外，本发明轨底弯矩式力传感器通过两个固定夹具固定于钢轨轨底。有益效果为测量精度高，测量结果准确，安装简单，结构简单，额定量程大。适用于对钢轨轮轨力的精确测量。

Description

轨底弯矩式力传感器
技术领域
本发明涉及一种轮轨力的精确测量装置。
背景技术
随着我国经济结构的调整和飞速发展，铁路运输需求正在迅速增长，中国铁路已逐步建立客运快速、货运快捷和重载、行车高密的现代化运输体系。为满足铁路跨越式发展的战略要求，急需全面提升列车运行的安全保障水平。
机车车辆的车轮与钢轨间的相互作用，对于机车车辆的运行平稳性、车轮和钢轨磨耗、机车车辆的维修费用、线路维修费用以及机车车辆的安全运行都有直接的影响。随着机车车辆的重量的增大，以及运行速度的提高，这种影响越发显著。因此，车辆轮轨力安全监测系统的开发，以及测量轮轨力传感器技术的研究对于高速重载的发展有着深远的意义。
在轮轨力测量过程中，相关数据测量及预报的准确性完全取决于轮轨力测量传感器的精确度及稳定性。
现有的一种测量轮轨力的不打孔式剪力传感器，与以往的需要在钢轨上预留安装孔的剪力传感器相比，虽然可避免损坏钢轨本身，不影响钢轨的使用寿命，一定程度上提高了稳定性和测量精度，但是在其他方面仍然存在一些问题，主要体现在：
1、对安装操作的准确性、规范性要求高。在安装过程中，传感器需要通过外部辅助器件对其施加压力，其次受力方向难于控制，若传感器中心轴方向稍有偏差，就会导致测力齿受力不均，从而影响测量精度以及测量数据的准确性。
2、安装过程复杂，维护困难。现有不打孔式剪力传感器的安装辅助部件较多，需使用专用夹具或紧固螺栓将剪力传感器固定在钢轨上，安装完成后还需对敏感元件位置进行密封操作，再覆以保护罩以保证其稳定性；安装过程繁琐，耗时长，工作量大，且增大了后期维护保养的难度。
3、在使用过程中，现有的不打孔式剪力传感器粘帖或夹紧固定在钢轨轨腰的两侧，通过钢轨与测力齿之间形变传递的对应关系来测量钢轨相应位置所受轮轨力大小；这种从钢轨侧面感应钢轨形变，进而进行轮轨力测量的测量方式，形变传递损耗大、灵敏度差，易造成测量误差，无法保证连续的有效监测。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的剪力传感器测量轮轨力时，精度低、安装复杂以及灵敏度差的问题，提出了一种轨底弯矩式力传感器。
本发明所述的轨底弯矩式力传感器，包括弹性应变梁、加载螺栓、防松螺母和应变片；该轨底弯矩式力传感器通过两个固定夹具固定在两条相邻轨枕间中心位置的钢轨的底部；
弹性应变梁的底面中心位置开有加载螺纹通孔，加载螺栓穿过加载螺纹通孔与弹性应变梁螺纹连接；防松螺母通过螺纹与加载螺栓相连；
弹性应变梁的侧壁上开有应变孔，应变片预埋在应变孔中；
所述两个固定夹具分别固定在弹性应变梁的两端。
优选的是，所述防松螺母位于弹性应变梁下方，并通过螺纹与加载螺栓相连。
优选的是，所述弹性应变梁两端凸起部分的顶面上分别设置有多个防滑齿。
优选的是，固定夹具包括传感器托架和压块，传感器托架的底面中心位置设置有凹槽，凹槽内设置有定位安装销安装孔和螺栓通孔；传感器托架的两端均设置有螺栓通孔，压块上设置有螺栓通孔，并且，传感器托架两端的螺栓通孔分别与压块的螺栓通孔相对应。
优选的是，所述弹性应变梁两端的底面开有定位安装孔和螺纹孔，在定位安装孔中放置定位安装销。
优选的是，所述应变孔为正方形。
本发明的工作原理是通过两个固定夹具将该轨底弯矩式力传感器固定在钢轨底部，通过旋转加载螺栓施加预紧力，使加载螺栓的端面与钢轨底部紧密贴合，形成测力支撑点；当车轮压过钢轨时，由于传感器安装位置两侧的枕木支撑使钢轨形成简支结构，钢轨产生形变，同时通过测力支撑点带动弹性应变梁形变，进而使弹性应变梁中的应变片产生形变，引起应变片电阻变化导致惠斯通电桥失衡，传感器产生电压信号输出；依据传感器的测量值与钢轨形变的对应关系，进而精确地测量出钢轨相应位置的受力大小。
本发明的有益效果是轨底弯矩式力传感器的安装位置有效的避免了现有的不打孔剪力传感器在测力过程中形变传递效率不高的问题，同时避免了由于中心轴方向有偏差导致传感器受力不均的问题，提高了测量精度，保证了测量数据的准确性；固定夹具的使用降低了安装过程的施工难度，使安装过程简单化，降低了加工及后期的维护成本；同时本发明结构简单，额定量程更大。
适用于对钢轨轮轨力的精确测量。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的轨底弯矩式力传感器结构示意图；
图2为具体实施方式一中的轨底弯矩式力传感器的安装结构示意图
图3为具体实施方式一中弹性应变梁和加载螺栓的结构示意图；
图4为具体实施方式四中传感器托架的结构示意图；
图5为具体实施方式五中弹性应变梁底面的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的轨底弯矩式力传感器，包括弹性应变梁1、加载螺栓2、防松螺母3和应变片；该轨底弯矩式力传感器通过两个固定夹具固定在两条相邻轨枕间中心位置的钢轨10的底部；
弹性应变梁1的底面中心位置开有加载螺纹通孔4，加载螺栓2穿过加载螺纹通孔4与弹性应变梁1螺纹连接；防松螺母3通过螺纹与加载螺栓2相连；
弹性应变梁1的侧壁上开有应变孔5，应变片预埋在应变孔5中；
所述两个固定夹具分别固定在弹性应变梁1的两端。
在本实施方式中，通过两个固定夹具将弹性应变梁1固定在钢轨10的底部，通过旋转加载螺栓2施加预紧力，使加载螺栓2的端面与钢轨10底部紧密贴合，形成测力支撑点；当车轮压过钢轨10时，由于传感器安装位置两测的枕木支撑使钢轨10形成简支结构，使钢轨10产生形变，同时通过测力支撑点带动弹性应变梁1形变，进而使弹性应变梁1中的应变片产生形变，引起应变片电阻变化导致惠斯通电桥失衡，传感器产生电压信号输出；依据传感器的测量值与钢轨10形变的对应关系，进而精确地测量出钢轨10相应位置的受力大小。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的轨底弯矩式力传感器进一步限定，在本实施方式中，所述防松螺母3位于弹性应变梁1下方，并通过螺纹与加载螺栓2相连。
在本实施方式中，通过防松螺母3进一步的锁定了加载螺栓2与弹性应变梁1的相对位置，提高了本实施方式所述的轨底弯矩式力传感器的抗震性能，使得测量结果更准确。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的轨底弯矩式力传感器进一步限定，在本实施方式中，所述弹性应变梁1两端凸起部分的顶面上分别设置有多个防滑齿。
在本实施方式中，防滑齿能够防止弹性应变梁1产生偏移。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的轨底弯矩式力传感器进一步限定，在本实施方式中，固定夹具包括传感器托架6和压块7，传感器托架6的底面中心位置设置有凹槽，凹槽内设置有定位安装销安装孔和螺栓通孔；传感器托架6的两端均设置有螺栓通孔，压块7上设置有螺栓通孔，并且，传感器托架6两端的螺栓通孔分别与压块7的螺栓通孔相对应。
在本实施方式中，通过固定夹具将弹性应变梁1固定在钢轨10底部，通过多个定位安装孔及螺栓通孔的设计，将弹性应变梁1的位置锁定，有效的防止了弹性应变梁1由于钢轨10的长时间振动而产生位移。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的轨底弯矩式力传感器进一步限定，在本实施方式中，所述弹性应变梁1两端的底面开有定位安装孔8和螺纹孔9，在定位安装孔8中放置定位安装销11。
在本实施方式中，采用螺栓穿过传感器托架6凹槽内的螺栓通孔与螺纹孔9螺纹连接，使得弹性应变梁1与固定夹具固定在一起，定位安装孔8与定位安装销11的设置有助于螺栓穿过传感器托架6凹槽内的螺栓通孔与螺纹孔9螺纹连接。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的轨底弯矩式力传感器进一步限定，在本实施方式中，所述应变孔5为正方形。
在本实施方式中，方形应变孔5的设计可以使轨底弯矩式力传感器更好的进行力的传递，提高力的传递效率。

Claims (6)

1.轨底弯矩式力传感器，其特征在于，包括弹性应变梁(1)、加载螺栓(2)、防松螺母(3)和应变片；该轨底弯矩式力传感器通过两个固定夹具固定在两条相邻轨枕间中心位置的钢轨(10)的底部；
弹性应变梁(1)的底面中心位置开有加载螺纹通孔(4)，加载螺栓(2)穿过加载螺纹通孔(4)与弹性应变梁(1)螺纹连接；防松螺母(3)通过螺纹与加载螺栓(2)相连；
弹性应变梁(1)的侧壁上开有应变孔(5)，应变片预埋在应变孔(5)中；
所述两个固定夹具分别固定在弹性应变梁(1)的两端。
2.根据权利要求1所述的轨底弯矩式力传感器，其特征在于，所述防松螺母(3)位于弹性应变梁(1)下方，并通过螺纹与加载螺栓(2)相连。
3.根据权利要求1所述的轨底弯矩式力传感器，其特征在于，所述弹性应变梁(1)两端凸起部分的顶面上分别设置有多个防滑齿。
4.根据权利要求1所述的轨底弯矩式力传感器，其特征在于，固定夹具包括传感器托架(6)和压块(7)，传感器托架(6)的底面中心位置设置有凹槽，凹槽内设置有定位安装销安装孔和螺栓通孔；传感器托架(6)的两端均设置有螺栓通孔，压块(7)上设置有螺栓通孔，并且，传感器托架(6)两端的螺栓通孔分别与压块(7)的螺栓通孔相对应。
5.根据权利要求4所述的轨底弯矩式力传感器，其特征在于，所述弹性应变梁(1)两端的底面开有定位安装孔(8)和螺纹孔(9)，在定位安装孔(8)中放置定位安装销(11)。
6.根据权利要求1所述的轨底弯矩式力传感器，其特征在于，所述应变孔(5)为正方形。
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