CN109507050A - 钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨接头轨头偏心加载‑轨腰疲劳试验装置及试验方法，涉及钢轨接头检测测试技术领域。本发明首先解决的技术问题是提供一种用于对钢轨焊接接头实施疲劳性能测试的试验装置，采用的技术方案是：钢轨接头轨头偏心加载‑轨腰疲劳试验装置，包括液压装置，液压装置包括底座和活塞杆，活塞杆上连接上部加载组件，底座上安装下部支撑固定组件；上部加载组件包括力传感器和传力柱，传力柱的下端设置凹球孔，凹球孔内放置钢球，用于向待测钢轨的轨头准确施加偏心荷载；下部支撑固定组件包括支撑条和压紧块，用于支撑和固定待测钢轨。钢轨接头轨头偏心加载‑轨腰疲劳试验方法，通过上述试验装置对待测钢轨进行轨腰疲劳性能进行检测。

Description

钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及钢轨接头检测测试领域，具体是对于钢轨焊接接头进行偏心加载，进行轨腰疲劳试验的装置及试验方法。

背景技术

铁路是国家的重要基础设施、大众化的交通工具，在综合交通运输体系中处于骨干地位。铁路运输是能源、矿物等重要物资的重要运输方式。

当前，无缝钢轨蓬勃发展，钢轨焊接接头的质量对铁路的安全运营显得更为重要，但是国内还没有相关标准涉及钢轨实物焊接接头的轨腰疲劳性能。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是提供一种用于对钢轨焊接接头实施疲劳性能测试的试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，包括液压装置，液压装置包括底座和活塞杆，活塞杆上连接上部加载组件，底座上安装下部支撑固定组件；

上部加载组件包括力传感器和传力柱，液压装置的活塞杆的顶端连接力传感器，力传感器的下端连接传力柱，传力柱的下端设置凹球孔，凹球孔内放置钢球；下部支撑固定组件包括支撑条和压紧块，液压装置的底座上固定两条支撑条，两条支撑条的上部为钢轨轨底放置位，钢轨轨底放置位的两侧分别设置压紧块，压紧块固定连接于底座。

具体的：所述液压装置为电液伺服机或脉动疲劳试验机。

进一步的是：所述力传感器通过螺柱与活塞杆相连，活塞杆的顶端连接螺柱，力传感器的一端设置内螺纹并与螺柱的外螺纹相连。

更进一步的是：所述螺柱的外侧设置一组预紧楔形块，并且预紧楔形块的两端面分别与力传感器和活塞杆配合。

具体的，所述支撑条和压紧块通过螺栓固定于底座，两条支撑条之间的间距为200mm。

进一步的是：所述力传感器的一端设置内螺纹，传力柱的一端设置外螺纹并与力传感器螺纹连接，传力柱的另一端中心处设置凹球孔。

更进一步的是：所述传力柱的外侧设置锁紧套，锁紧套和传力柱之间螺纹配合，锁紧套和力传感器之间还设置一组预紧楔形块，预紧楔形块套于传力柱外侧、预紧楔形块的两端面分别与力传感器和锁紧套配合。

本发明还提供一种钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验方法，通过上述任一“钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置”进行试验，将待测钢轨置于“钢轨轨底放置位”并固定，其中钢球随活塞杆下移与待测钢轨的轨头接触的位置为受力点，受力点位于待测钢轨的焊接熔合线上，并且受力点位于待测钢轨纵向中心线的一侧；再通过钢球向为受力点施加疲劳载荷进行试验。

进一步的是：所述待测钢轨长度不低于500mm，并且焊接熔合线位于待测钢轨的中间位置。

进一步的是：所述受力点到待测钢轨纵向中心线的距离为待测钢轨的轨头宽度的0.25～0.30倍。

本发明的有益效果是：试验装置及试验方法用于检测钢轨焊接接头的轨腰疲劳性能，对研究钢轨焊接工艺、完善钢轨焊接接头的检测标准及提高无缝铁路运输的安全性有重要的支撑作用。试验装置还可以用于分析不同轨型钢轨在轨头偏心加载条件下轨腰各部位的应力状况，对选择轨型及优化轨型设计有支持作用。试验装置容易加工、结构牢靠、可承载疲劳载荷大、损耗件极易更换的特点。

活塞杆通过螺柱与力传感器相连，便于拆装。螺柱外侧设置一组预紧楔形块，使力传感器和活塞杆之间通过预紧楔形块传力，避免螺柱受力过大导致力传感器内螺纹损伤。传力柱的外侧设置锁紧套，锁紧套和力传感器之间设置一组预紧楔形块，避免传力柱受力过大导致力传感器内螺纹损伤。

附图说明

图1是本发明钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置的截面示意图。

图中零部件、部位及编号：底座1、活塞杆2、力传感器3、传力柱4、钢球5、支撑条6、压紧块7、螺柱8、预紧楔形块9、螺栓10、锁紧套11、待测钢轨12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，包括液压装置，液压装置包括底座1和活塞杆2，液压装置可为电液伺服机或脉动疲劳试验机，液压装置是整个试验装置的主体部分。液压装置的底座1上安装下部支撑固定组件，下部支撑固定组件用于安装固定待测钢轨12，并对待测钢轨12形成支撑作用。液压装置的活塞杆2上连接上部加载组件，上部加载组件用于向待测钢轨12的轨头准确施加偏心荷载。

上部加载组件包括力传感器3和传力柱4，液压装置的活塞杆2的顶端朝下，活塞杆2的顶端连接力传感器3，力传感器3的下端连接传力柱4，传力柱4的下端设置凹球孔，凹球孔内放置钢球5。钢球5直接向待测钢轨12的轨头施加偏心荷载。

具体的，为便于力传感器3的安装，力传感器3通过螺柱8与活塞杆2相连。如图1所示，螺柱8的上端与活塞杆2的顶端丝扣连接，力传感器3的上端设置内螺纹并与螺柱8的外螺纹相连。螺柱8的外侧还设置至少一组预紧楔形块9，并且预紧楔形块9的两断面分别与力传感器3和活塞杆2配合。相对旋转两个预紧楔形块9，使力传感器3和活塞杆2之间顶紧，防止螺柱8受力过大导致力传感器3的内螺纹损伤。

力传感器3的下端连接传力柱4，传力柱4的外侧设置螺纹，即传力柱4实质上也是螺柱，力传感器3的下端设置内螺纹，传力柱4与力传感器3螺纹连接。传力柱4的下端中心处设置凹球孔，凹球孔呈半球状，凹球孔用于放入钢球5对待测钢轨12施加疲劳载荷。钢球5为耗材，安装于凹球孔内易于更换。传力柱4的外侧设置锁紧套11，锁紧套11和传力柱4之间螺纹配合，锁紧套11和力传感器3之间还设置至少一组预紧楔形块9。锁紧套11套于传力柱4外侧，用于紧固预紧楔形块9，预紧楔形块9的两端面分别与力传感器3和锁紧套11配合。相对旋转两个预紧楔形块9，锁紧套11和力传感器3之间顶紧，防止力传感器3的内螺纹损伤。例如，力传感器3的连接内螺纹规格为M76×2。

为了便于旋转锁紧套11调整锁紧套11相对传力柱4的位置，锁紧套11外侧设置至少一个孔，将杆件插入孔内，通过杆件转动锁紧套11。例如，锁紧套11的四周均匀设置四个孔，四个孔均为盲孔。

下部支撑固定组件包括支撑条6和压紧块7。液压装置的底座1上固定两条支撑条6，两条支撑条6的上部为钢轨轨底放置位，钢轨轨底放置位的两侧分别设置压紧块7，压紧块7固定连接于底座1，对待测钢轨12从两侧进行压紧。待测钢轨12放置于两条支撑条6上，支撑条6的方向与待测钢轨12轴线方向相互垂直，两条支撑条6之间的距离为跨距，跨距根据试验要求确定，例如为200mm。压紧块7为两组，用于从钢轨轨底放置位两侧进行固定，即将待测钢轨12的两侧轨底进行固定。支撑条6和压紧块7通过螺栓10固定于底座1，例如螺栓10为M24，螺栓10的杆依次穿过压紧块7和支撑条6，再旋入放置于底座1底部的梯形槽内的梯形螺帽，调整好待测钢轨12的偏心加载位置、跨距为200mm的位置，用扳手拧紧螺杆，稳妥固定待测钢轨12。

具体的，支撑条6为长宽高为380mm×72mm×30mm的金属整体加工件。为方便加工和使用，支撑条6可取自钢轨轨头，轨头加工去除2mm，保留轨头其余部分的原始表面。支撑条6的厚度为30mm，两件同时使用，为保证厚度一致，最后同时经过磨床工序。支撑条6两端各加工一个ф25mm的固定孔、300mm间距，固定孔用于穿设螺栓10进行暗转固定。

压紧块7加工后的坯料断面为60mm×60mm，每件坯料的一端加工25×28的长圆孔。再以长圆孔的中心位置为参考点，依照待测钢轨12轨型，用电火花线切割机床加工固定块的压紧接触面。中国TB75kg/m、国外重载货运普遍使用的AREMA 132RE、136RE、AS68kg/m等轨型轨底部分斜边的斜角都是1:4。用厚度较小的轨型轨底厚度尺寸减去适度的紧固间隙(比如2mm)作为基础数据来线切割编程加工。这种方式加工的压紧块7对这些轨型钢轨都适用。由于中国铁标60kg/m钢轨轨底部分上斜边由1:9、1:3斜线及两者之间R40的圆弧过渡组成，需单独设计加工压紧块7的压紧接触面。下部支撑固定组件共有4件压紧块7，分为左右不一样的各两件。

本发明钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验方法，通过上述“钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置”进行试验，将待测钢轨12置于“钢轨轨底放置位”并固定，其中钢球5随活塞杆2下移与待测钢轨12的轨头接触的位置为受力点，受力点位于待测钢轨12的焊接熔合线上，并且受力点位于待测钢轨12纵向中心线的一侧，以实现偏心加载。例如，受力点到待测钢轨12纵向中心线的距离为待测钢轨12的轨头宽度的0.25～0.30倍。最后，通过钢球5向为受力点施加疲劳载荷进行试验，即对待测钢轨12轨头施加偏心载荷，研究焊接接头的轨腰疲劳性能。

在向受力点施加荷载之前，可在待测钢轨12轨头边缘处并位于熔合线处先机加工出小凹痕作为受力点。参考AS1085.20标准、必和必拓铁矿石企业有限公司钢轨闪光对焊技术规范“SPEC-000-C-12002/2”，待测钢轨12长度不低于500mm，并且焊接熔合线位于待测钢轨12的中间位置；两个支撑条6的间距为200mm。

Claims (10)

1.钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，包括液压装置，液压装置包括底座(1)和活塞杆(2)，活塞杆(2)上连接上部加载组件，底座(1)上安装下部支撑固定组件；其特征在于：

上部加载组件包括力传感器(3)和传力柱(4)，液压装置的活塞杆(2)的顶端连接力传感器(3)，力传感器(3)的下端连接传力柱(4)，传力柱(4)的下端设置凹球孔，凹球孔内放置钢球(5)；下部支撑固定组件包括支撑条(6)和压紧块(7)，液压装置的底座(1)上固定两条支撑条(6)，两条支撑条(6)的上部为钢轨轨底放置位，钢轨轨底放置位的两侧分别设置压紧块(7)，压紧块(7)固定连接于底座(1)。

2.如权利要求1所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，其特征在于：所述液压装置为电液伺服机或脉动疲劳试验机。

3.如权利要求1所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，其特征在于：所述力传感器(3)通过螺柱(8)与活塞杆(2)相连，活塞杆(2)的顶端连接螺柱(8)，力传感器(3)的一端设置内螺纹并与螺柱(8)的外螺纹相连。

4.如权利要求3所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，其特征在于：所述螺柱(8)的外侧设置一组预紧楔形块(9)，并且预紧楔形块(9)的两端面分别与力传感器(3)和活塞杆(2)配合。

5.如权利要求1所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，其特征在于：所述支撑条(6)和压紧块(7)通过螺栓(10)固定于底座(1)，两条支撑条(6)之间的间距为200mm。

6.如权利要求1～5中任一权利要求所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，其特征在于：所述力传感器(3)的一端设置内螺纹，传力柱(4)的一端设置外螺纹并与力传感器(3)螺纹连接，传力柱(4)的另一端中心处设置凹球孔。

7.如权利要求6所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置，其特征在于：所述传力柱(4)的外侧设置锁紧套(11)，锁紧套(11)和传力柱(4)之间螺纹配合，锁紧套(11)和力传感器(3)之间还设置一组预紧楔形块(9)，预紧楔形块(9)套于传力柱(4)外侧、预紧楔形块(9)的两端面分别与力传感器(3)和锁紧套(11)配合。

8.钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验方法，其特征在于：通过上述权利要求1～7中任一权利要求所述的“钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验装置”进行试验，先将待测钢轨(12)置于“钢轨轨底放置位”并固定，其中钢球(5)随活塞杆(2)下移与待测钢轨(12)的轨头接触的位置为受力点，受力点位于待测钢轨(12)的焊接熔合线上，并且受力点位于待测钢轨(12)纵向中心线的一侧；再通过钢球(5)向为受力点施加疲劳载荷进行试验。

9.如权利要求8所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验方法，其特征在于：所述待测钢轨(12)长度不低于500mm，并且焊接熔合线位于待测钢轨(12)的中间位置。

10.如权利要求8或9所述的钢轨接头轨头偏心加载-轨腰疲劳试验方法，其特征在于：所述受力点到待测钢轨(12)纵向中心线的距离为待测钢轨(12)的轨头宽度的0.25～0.30倍。