CN108917988B - 一种便携式轮轨横向力标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式轮轨横向力标定装置，包括与钢轨接触的辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)，搭接于辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)中间的一体式支撑杆，设置在一体式支撑杆上的测量组件；所述的一体式支撑杆包括左连杆(5)、中间螺纹套管(6)、右连杆(7)、关节轴承(8)和轴承座(10)，转动中间螺纹套管(6)，向两端钢轨施加横向力，通过测量组件测量并记录横向力。与现有技术相比，本发明用手动呆扳手即可旋转中间螺纹套管，旋转运动在右连杆、关节轴承及推力轴承作用下沿轴向方向推动导向轴，数显式压力传感器在轴向力的作用下，进行轮轨横向力值记录，并对应匹配钢轨贴合应变数值，标定精度高，可拆卸，易携带，使用简单方便。

Description

一种便携式轮轨横向力标定装置

技术领域

本发明涉及铁路工程测试技术领域，具体涉及一种便携式轮轨横向力标定装置。

背景技术

随着我国高速列车的迅速发展，铁路运输不断向高速、重载、大运量和高密度方向发展，对列车运行安全性提出了更高的要求，因此，需监测及测试轨道结构的运行状态，特别是曲线轨道线路，确保列车的行车安全。其中轨道结构的轮轨力测试，在铁路车辆运行中对保障列车行车安全具有非常重要的意义，它是计算列车脱轨系数、轮重减载率等安全性指标的重要参数，能否准确地检测轮轨力，将直接关系到对列车的蛇行失稳、车轮踏面擦伤、超偏载等危险运营状态的判断。而在轮轨力测试中，能否准确的对轮轨力进行标定，将直接关系到轮轨力的测试结果，从而影响对列车运行安全性的判断评价。现有的轮轨力标定装置一种是能加载垂向力和横向力的两用装置，这种装置对垂向力的加载效果较好，但是加载横向力时是作用在单侧钢轨上，不仅不满足轮轨力测量标准要求，而且容易使钢轨产生一个侧倾力，影响了轮轨横向力标定值的准确性。现有设备是两用装置(垂向和横向)，所以零件较多，现场测试时需要多个人进行配合装配，在重复的加压以及卸压过程中需要人员对标定架进行抬扶，操作复杂，效率低，而且一般的轮轨力标定装置都是附加液压装置来给钢轨加载力，这样就会使得整个装置比较笨重。如果测量地点在隧道或是桥梁，整套装置无法用车辆运输到带测点，只能徒手搬运，增加了测试人员的工作量。还有一种是只加载横向力的标定装置，但这种装置通常是一体式结构，加载力根据轴向液压活塞手动加压值来测定，标定值精度差，且装置不利于携带，标定效率低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种标定值准确，精度高，装置操作简单，质量小且携带方便的便携式轮轨横向力标定装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，包括与钢轨接触的辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)，搭接于辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)中间的一体式支撑杆，设置在一体式支撑杆上的测量组件；

所述的一体式支撑杆包括左连杆(5)、中间螺纹套管(6)、右连杆(7)、关节轴承(8)和轴承座(10)，所述的中间螺纹套管(6)两端分别连接左连杆(5)和右连杆(7)，所述左连杆(5)左端头焊接一法兰(3)，通过螺钉(4)连接所述辅助轨卡头(2)；所述的右连杆(7)连接关节轴承(8)，关节轴承(8)安装在轴承座(10)上，所述的测量组件设置在轴承座(10)与主轨卡头(15)之间；

所述的测量组件包括推力轴承(11)、轴承压环(12)、导向柱(13)和压力传感器(14)，所述的导向柱(13)为阶梯轴形式，左端轴与轴承座(10)连接，导向柱(13)右端轴伸入主轨卡头(15)导向孔，所述推力轴承(11)、轴承压环(12)、压力传感器(14)依次按间隙配合在导向柱(13)右端轴(1303)上；

转动中间螺纹套管(6)，向两端钢轨施加横向力，通过测量组件测量并记录横向力。

所述的中间螺纹套管(6)两端内部设有旋向相反的螺纹，分别与左连杆(5) 右端与右连杆(7)的左端外螺纹匹配，根据导程及螺旋升角tgλ＝t/πd₂的关系，螺纹扭矩和轴向力的计算公式，设计螺纹的升角λ及导程t：

其中，M为螺纹扭矩，F为轴向力，R为螺母承力面外半径，r为螺母承力面内半径，d为螺纹中径，f为螺母与被连接件支承面间的摩擦系数，β为螺纹半角；设计中尽可能减小螺纹升角λ及导程t小，在同样轴向力P下，扭矩越小，越省力，现场操作越容易。

采用辅助呆扳手工具旋转中间螺纹套管(6)，使中间螺纹套管(6)旋转运行变成右连杆(7)的轴向运动，从而向辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)施加横向力，此种驱动方式包括在装置的轴向直接安装轴向驱动方式，如轴向液压活塞、轴向千斤顶、偏心轮及丝杆结构等。

所述的关节轴承(8)左端通过螺纹连接右连杆(7)，右端通过内六角螺栓(9) 固定在所述轴承座(10)上，可调整轴向力偏心值范围在±15°，使得压力传感器 (10)所受的力完全沿轴向，保证了整套装置的测量精度。

所述的推力轴承(11)定位安装在导向柱(13)右端轴(1303)上，与导向柱 (13)的轴肩(1302)接触，轴承只传递轴向力，不承受扭矩。

所述的轴承压环(12)为杯状结构，通过中心孔间隙配合在所述导向柱(13) 右端轴(1303)上，内底面与推力轴承(11)接触，挡环壁罩住推力轴承(11)，从而保护推力轴承(11)。

所述的压力传感器(14)通过中心孔间隙配合在所述导向柱(13)右端轴(1303)上，左面与所述轴承压环(12)接触，当施加载荷时，右面与主轨卡头(15)的左端面接触。

所述的主轨卡头(15)的一侧与导向柱(13)连接处设置为U型槽结构，所述的主轨卡头(15)下设螺纹顶丝，包括连接主轨卡头(15)与导向柱(13)的螺纹顶丝a(17)，以及连接主轨卡头(15)和钢轨轨头下斜面的螺纹顶丝b(18)，调整主轨卡头(15)下面螺纹顶丝b(18)行程，可测量不同钢轨类型轨距接触点的横向力。

所述的辅助轨卡头(2)上设有连接辅助轨卡头(2)与钢轨轨头下斜面的螺纹顶丝c(19)，主轨卡头(15)上的螺纹顶丝a(17)及辅助轨卡头(2)上的螺纹顶丝c(19)中心线分别垂直于钢轨轨头下斜表面，通过调整螺纹顶丝的行程可固定轨卡头适合不同类型钢轨接触点的横向力测量。

所述的中间螺纹套管(6)外表面有多角结构，用扳手转动所述中间螺纹套管 (6)的外角调节一体式支撑杆长度，一体式支撑杆伸长后，通过辅助轨卡头(2) 和主轨卡头(15)挤压左钢轨(1)、右钢轨(16)从而施加横向力；通过压力传感器(14)显示值准确标定轮轨横向力，数据采集及显示方式包括在压力传感器外接模块采集处理方式、在主轴贴应力应变仪采集处理方式。

所述的辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)与钢轨接触位置按标准适合不同钢轨类型的轨头来设计接口尺寸，其受力接触点均为轨距点，包括CHN60钢轨轨距接触点为轨顶下16mm轨头外缘。

与现有技术相比，本发明所提出的一种便携式轮轨横向力标定装置，一体式支撑杆搭接于两钢轨中间，完全按照标定标准设计，关节轴承避免了轴向力的偏心性，使得整套装置对轮轨横向力标定测试精度高，读数直观，操作效率高，可拆卸，易携带的特点。

附图说明

图1为本发明的总体装配立体结构示意图；

图2为本发明的总体俯视图；

图3为本发明的总体装配前视剖面图；

图4为本发明的主轨卡头的局部放大图；

图5为本发明的轴承压环示意图；

图6为本发明的导向柱结构示意图；

图7为本发明的实施方案2示意图；

图8为本发明的实施方案3示意图；

图9为本发明的实施方案4示意图。

图中符号表示为：1-左钢轨，2-辅助轨卡头，3-法兰，4-螺钉，5-左连杆，6- 中间螺纹套管，7-右连杆，8-关节轴承，9-内六角螺栓，10-轴承座，11-推力轴承， 12-轴承压环，13-导向柱，1301-左端轴，1302-轴肩，1303-右端轴，14-压力传感器， 15-主轨卡头，16-右钢轨，17-螺纹顶丝a，18-螺纹顶丝b，19-螺纹顶丝c。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种便携式轮轨横向力标定装置，包括辅助轨卡头2、左连杆5、中间螺纹套管6、右连杆7、关节轴承8、轴承座10、推力轴承11、轴承压环12、导向柱13、压力传感器14、主轨卡头15；所述左连杆5右端与右连杆7的左端都具有外螺纹，通过与所述中间螺纹套管6的内螺纹配合，拼接成一个整体支撑杆作为本装置的一个主体结构；所述左连杆5左端头焊接一法兰3，通过螺钉4连接所述辅助轨卡头2；右连杆7的右端通过螺纹连接所述关节轴承8的杆端；关节轴承 8右端通过内六角螺栓9固定在所述轴承座10上；所述导向柱13为阶梯轴形式，左端轴与轴承座10通过螺纹连接，导向柱右端轴伸入主轨卡头15导向孔；所述推力轴承11、轴承压环12、压力传感器14依次按间隙配合在导向柱13右端轴上1303，通过压力传感器14测量横向力。

结合图2，所述辅助轨卡头2和主轨卡头15与钢轨接触位置按标准CHN60钢轨轨头设计接口尺寸，保证整个装置安装的稳定性。结合图2、图3、图4，两端内部设有旋向相反的螺纹，分别与左连杆(5)右端与右连杆(7)的左端外螺纹匹配，根据导程及螺旋升角tgλ＝t/πd₂的关系，螺纹扭矩和轴向力的计算公式，设计螺纹的升角λ及导程t：

其中，M为螺纹扭矩，F为轴向力，R为螺母承力面外半径，r为螺母承力面内半径，d为螺纹中径，f为螺母与被连接件支承面间的摩擦系数，β为螺纹半角；设计中尽可能减小螺纹升角λ及导程t小，在同样轴向力P下，扭矩越小，越省力，现场操作越容易。

所述中间螺纹套6借助辅助呆扳手工具，将使中间螺纹套管6旋转运行变成右连杆7的轴向运动；

结合图4，所述主轨卡头15一侧与导向柱13连接处设置为U型槽结构，所述的主轨卡头15下设螺纹顶丝，包括连接主轨卡头15与导向柱13的螺纹顶丝a17，以及连接主轨卡头15和钢轨轨头下斜面的螺纹顶丝b18，调整主轨卡头15下面螺纹顶丝b18行程，可测量不同钢轨类型轨距接触点的横向力。所述的辅助轨卡头2 上设有连接辅助轨卡头2与钢轨轨头下斜面的螺纹顶丝c19，主轨卡头15上的螺纹顶丝a17及辅助轨卡头2上的螺纹顶丝c19中心线分别垂直于钢轨轨头下斜表面，通过调整螺纹顶丝的行程可固定轨卡头适合不同类型钢轨接触点的横向力测量。

结合图5，图6，所述关节轴承8通过螺纹连接右连7，右端通过内六角螺栓固定在所述轴承座10上，调整轴向力偏心值范围在±15°，使得压力传感器14 所受的力完全沿轴向，保证了整套装置的测量精度；所述的推力轴承11定位安装在导向柱13右端轴1303上，与导向柱的轴肩1302接触，轴承只传递轴向力，不传递扭矩；所述轴承压环12为杯状结构，通过中心孔间隙配合在所述导向柱13 右端轴1303上，内底面与推力轴承11接触，挡环壁罩住推力轴承11，从而保护推力轴承11；

平时携带工装时，辅助轨卡头2、螺钉4与左连杆5左端焊接法兰3可拆开，左连杆5、中间螺纹套管6、右连杆7螺纹可拆开，关节轴承8、轴承座10、导向柱13通过上述各自连接方式固定在一起，推力轴承11和轴承压环12固定在导向柱13的的右端轴1303上，压力传感器14被卸下来，主轨卡头15与导向柱13可拆开携带。

现场测试时，将分开的左连杆5与右连杆7通过中间螺纹套管6固定在一起，两端通过辅助轨卡头2、主轨卡头15分别安置在左钢轨1和右钢轨16上，用辅助呆扳手卡在中间螺纹套管6的外六角上，转动中间螺纹套管6，调节支撑杆长度，支撑杆伸长后，通过辅助轨卡头2和主轨卡头15挤压左钢轨1和右钢轨16施加轴向力。压力传感器14受压后将力信号转换为电信号数显输出，可直接读出力的大小。加载时，使横向力从5kN逐级增加至50kN记录荷载与左钢轨1和右钢轨16 上应变仪输出之间的对应关系，从而实现对相应测点轮轨横向力的标定。

实施例2：

如图7所示，中间驱动装置改为活塞杆驱动6，其他项目与实施1相同。

实施例3：

如图8所示，中间驱动装置改为摇动丝杆驱动6，其他项目与实施1相同。

实施例4：

如图9所示，中间驱动装置改为压杆凸轮驱动6，其他项目与实施1相同。

Claims (11)

1.一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，包括与钢轨接触的辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)，搭接于辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)中间的一体式支撑杆，设置在一体式支撑杆上的测量组件；

所述的一体式支撑杆包括左连杆(5)、中间螺纹套管(6)、右连杆(7)、关节轴承(8)和轴承座(10)，所述的中间螺纹套管(6)两端分别连接左连杆(5)和右连杆(7)，所述的左连杆(5)连接辅助轨卡头(2)；所述的右连杆(7)连接关节轴承(8)，关节轴承(8)安装在轴承座(10)上，所述的测量组件设置在轴承座(10)与主轨卡头(15)之间；

所述的测量组件包括推力轴承(11)、轴承压环(12)、导向柱(13)和压力传感器(14)，所述的导向柱(13)为阶梯轴形式，左端轴与轴承座(10)连接，导向柱(13)右端轴伸入主轨卡头(15)导向孔，所述推力轴承(11)、轴承压环(12)、压力传感器(14)依次按间隙配合在导向柱(13)右端轴(1303)上；

转动中间螺纹套管(6)，向两端钢轨施加横向力，通过测量组件测量并记录横向力。

2.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的中间螺纹套管(6)两端内部设有旋向相反的螺纹，分别与左连杆(5)右端与右连杆(7)的左端外螺纹匹配，根据导程及螺旋升角tgλ＝t/πd₂的关系，螺纹扭矩和轴向力的计算公式，设计螺纹的升角λ及导程t：

其中，M为螺纹扭矩，F为轴向力，R为螺母承力面外半径，r为螺母承力面内半径，d为螺纹中径，f为螺母与被连接件支承面间的摩擦系数，β为螺纹半角；

旋转中间螺纹套管(6)，使中间螺纹套管(6)旋转运行变成右连杆(7)的轴向运动，从而向辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)施加横向力。

3.根据权利要求2所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的关节轴承(8)左端通过螺纹连接右连杆(7)，右端通过内六角螺栓(9)固定在所述轴承座(10)上，可调整轴向力偏心值范围在±15°，使得压力传感器(14)所受的力完全沿轴向，保证了整套装置的测量精度。

4.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的推力轴承(11)定位安装在导向柱(13)右端轴(1303)上，与导向柱(13)的轴肩(1302)接触。

5.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的轴承压环(12)为杯状结构，通过中心孔间隙配合在所述导向柱(13)右端轴(1303)上，内底面与推力轴承(11)接触，挡环壁罩住推力轴承(11)，从而保护推力轴承(11)。

6.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的压力传感器(14)通过中心孔间隙配合在所述导向柱(13)右端轴(1303)上，左面与所述轴承压环(12)接触，当施加载荷时，右面与主轨卡头(15)的左端面接触。

7.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的主轨卡头(15)的一侧与导向柱(13)连接处设置为U型槽结构，所述的主轨卡头(15)下设螺纹顶丝，包括连接主轨卡头(15)与导向柱(13)的螺纹顶丝a(17)，以及连接主轨卡头(15)和钢轨轨头下斜面的螺纹顶丝b(18)，调整主轨卡头(15)下面螺纹顶丝b(18)行程，可测量不同钢轨类型轨距接触点的横向力。

8.根据权利要求7所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的辅助轨卡头(2)上设有连接辅助轨卡头(2)与钢轨轨头下斜面的螺纹顶丝c(19)，主轨卡头(15)上的螺纹顶丝a(17)及辅助轨卡头(2)上的螺纹顶丝c(19)中心线分别垂直于钢轨轨头下斜表面，通过调整螺纹顶丝的行程可固定轨卡头适合不同类型钢轨接触点的横向力测量。

9.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的中间螺纹套管(6)外表面有多角结构，用扳手转动所述中间螺纹套管(6)的外角调节一体式支撑杆长度，一体式支撑杆伸长后，通过辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)挤压左钢轨(1)、右钢轨(16)从而施加横向力；通过压力传感器(14)显示值准确标定轮轨横向力，数据采集及显示方式包括在压力传感器外接模块采集处理方式、在主轴贴应力应变仪采集处理方式。

10.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的辅助轨卡头(2)和主轨卡头(15)与钢轨接触位置按标准适合不同钢轨类型的轨头来设计接口尺寸，其受力接触点均为轨距点，包括CHN60钢轨轨距接触点为轨顶下16mm轨头外缘。

11.根据权利要求1所述的一种便携式轮轨横向力标定装置，其特征在于，所述的中间螺纹套管(6)还可以采用轴向液压活塞、轴向千斤顶、偏心轮及丝杆结构替换。

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