CN109724504A - 一种磁浮道岔轨道磨损测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁浮道岔轨道磨损测量装置及测量方法，该测量装置包括总框架及设定在总框架上的三个百分表；所述三个百分表的探针分别与待测轨道的上表面及两侧面垂直相接触；所述总框架上设置有定位螺柱，用于与设置在待测轨道一侧地面上的定位螺孔螺纹连接。本发明能够为现场测量维护人员提供便利、实用和高效的应用工具，为轨道磨损监测工作提供了便利，简化了轨道磨损测量工作；为现场测量维护人员轨道磨损测量数据提供化依据和测量标准；为现场测量维护人员及时掌握轨道磨损情况，消除道岔防升轮与齿条碰撞提供了数据参考和预警，并为及时采取措施消除该故障隐患提供了数据化指标。

Description

一种磁浮道岔轨道磨损测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种磁浮道岔轨道磨损测量装置及测量方法。

背景技术

磁浮道岔频繁左右移动过程中造成轨道磨损比较严重，使得道岔整个驱动轴系在移动过程中沿轴向前后窜动。图1示出的为走形轮轴系及其相关位置，具体包括以下部分：马达1、行星变速箱2、支撑轴3、驱动轴4、走形轮5、齿条6、驱动齿轮7、防升轮8、支撑轴座9、轨道10及基础11。当图1中轨道10与走形轮5之间的磨损量累计达到一定程度，超过防升轮8与齿条6之间的间隙“X”时，将会使图1中道岔齿条6与防升轮8擦碰，从而造成道岔电气驱动装置过载，致使道岔换轨失败，将影响道岔的正常使用。

解决轨道磨损问题有两个途径：延缓轨道磨损和测量轨道磨损程度及时预警。如何延缓轨道磨损属于如何降低道岔驱动轴系轴向摩擦和走形轮与轨道之间摩擦的问题，这可在轴系维护中加以解决。

而在轨道磨损程度的定量分析及其测量问题方面，轨道磨损在轨道两侧面上边缘以及上表面走形轮滚动区域部分比较严重，轨道上表面磨损以波纹状凹凸痕较为明显。

但是直接使用百分表来测量，将因为缺少测量基准无法准确量度。因而急需一种能够根据道岔轨道磨损实际情况专门制作的测量工具来及时掌握轨道磨损的程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁浮道岔轨道磨损测量装置及测量方法，以能够及时准确、方便有效地测量轨道的磨损程度，及早采取预防措施，防止轨道磨损过度造成防升轮与齿条擦碰故障，影响道岔的正常使用功能。

为达到上述目的，本发明提供了一种磁浮道岔轨道磨损测量装置，其包括：总框架及设定在总框架上的三个百分表；所述三个百分表的探针分别与待测轨道的上表面及两侧面垂直相接触；所述总框架上设置有定位螺柱，用于与设置在待测轨道一侧地面上的定位螺孔螺纹连接。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述总框架的底部还设置有至少一个与地面相抵触的支撑螺柱；所述支撑螺柱通过支撑螺母与总框架固定。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述总框架上还设置有至少一个与待测轨道相抵触的限位螺柱；所述限位螺柱通过限位螺母与总框架固定。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述总框架包括用于放置在待测轨道上方的第一支架以及用于分别放置在待测轨道两侧的第二支架和第三支架；所述第二支架和第三支架分别与所述第一支架的下部垂直连接固定。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述第一支架、第二支架和第三支架为方管结构。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述第二支架和第三支架分别通过焊接与所述第一支架的下部垂直连接固定。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述三个百分表分别通过三个安装板固定在所述总框架上；其中第一安装板与第一支架固定连接；第二安装板分别与第一支架和第二支架固定连接；第三安装板分别与第一支架和第三支架固定连接。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述安装板上开有腰型孔，所述百分表通过固定螺母固定在所述腰形孔上，通过所述固定螺母将所述百分表固定在所述腰型孔的不同位置从而改变所述百分表与待测轨道的距离。

上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其中，所述安装板通过螺栓固定在所述总框架上。

本发明还提供了一种磁浮道岔轨道磨损测量方法，使用上述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其包括以下步骤：将该测量装置放置在轨道上，采用所述三个百分表分别对轨道的上表面及两侧面进行定期测量，通过定位螺柱和定位螺孔确保每次测量的位置完全一致，并通过前后测量数据的比较，定量地得到轨道磨损的程度。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)为现场测量维护人员提供便利、实用和高效的应用工具，为轨道磨损监测工作提供了便利，简化了轨道磨损测量工作；

(2)为现场测量维护人员轨道磨损测量数据提供化依据和测量标准；

(3)为现场测量维护人员及时掌握轨道磨损情况，消除道岔防升轮与齿条碰撞提供了数据参考和预警，并为及时采取措施消除该故障隐患提供了数据化指标。

附图说明

图1为走形轮轴系及其相关位置示意图；

图2为轨道磨损区域示意图；

图3为轨道磨损测量数据面选取示意图；

图4为本发明磁浮道岔轨道磨损测量装置的结构示意图；

图5为走形轮边剖面示意图；

图6为测量数据计算原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。

1、轨道10磨损的缘由

道岔轨道10是一条圆弧半径约为52米、长约10米、宽和高均为0.120米的方形轨道10。

左走形轮12和右走形轮13轴距为3米，道岔横向驱动距离为3.5米，所以轨道10磨损区域主要集中在中心段6米左右，如图2中左走形轮12和右走形轮13下方的粗黑框部分。

道岔走形轮5是由铸钢材料GS-20Mn5V加工而成，其表面采取镀锌工艺，与轨道10的接触面按照工艺做过硬化处理，且布氏硬度大于HB＝152。

轨道10使用轧钢材料S 355 J2G3制成，其硬度相对走形轮5要小，因此由磨损产生的轴向偏差主要产生在轨道10上。同时考虑到在实际测量过程中，轨道10磨损的同时走形轮5接触面也有一定量的磨损，所以，在实际操作中将最大磨损量X(图1防升轮8与齿条6间隙)的三分之二，作为轨道10最大磨损值，作为轨道10磨损监测的最大磨损量。

2、轨道10磨损测量位置的选取

根据左右走形轮移动区域，沿走形轮5移动方向在轨道10上选取左中右(即测点1、2、3)三个特征位置作为轨道10磨损程度的监测位。左侧位为左走形轮12对轨道10的磨损监控测量点位，右侧位为由右走形轮13对轨道10磨损监控测量点位，中部位为左右走形轮共同对轨道10磨损监控测量点位。实际上具体监控测量点位根据轨道10磨损的实际情况分别选定在左右轨道10端头向内1.5米处，以此确定为左右监控测量点位。中部点位可根据轨道10磨损实际情况，选择磨损最为严重位置作为监控测量点位。一般选取在道岔正向位置轨道10端头向内4米处。在实际测量过程中，会将根据轨道10磨损最严重的位置选定监控测量点。

3、监控测量点位测量数据设置

由于对轨道10磨损测量的目的就是监控轨道10磨损量，防止图1中防升轮8与齿条6摩擦碰撞事件的发生。因此，在确定好测量点位置后，将选取对防升轮8与齿条6的间隙“X”距离作为测量数据。依据走形轮5与轨道10之间的运行关系，在每个监控测量点位1、2、3处选取轨道10的上表面14及左侧面15和右侧面16的三个摩擦面作为监控测量面见图3。其中，轨道10上表面14的磨损状况将影响驱动齿轮与齿条6之间啮合程度；轨道10与走形轮5的两个侧向磨损接触面的磨损将直接影响到间隙“X”的大小。磨损量增加，间隙“X”将变小，严重时将造成防升轮8与齿条6的擦碰，从而影响到道岔的正常换轨。

4、测量装置结构

如图4所示，本发明提供了一种磁浮道岔轨道10磨损测量装置，其包括：总框架及设定在总框架上的三个百分表；所述三个百分表的探针分别与待测轨道10的上表面14及两侧面垂直相接触；所述总框架上设置有定位螺柱17，用于与设置在待测轨道10一侧地面18上的定位螺孔19螺纹连接。

所述总框架的底部还设置有至少一个与地面18相抵触的支撑螺柱20；所述支撑螺柱20通过支撑螺母与总框架固定。所述总框架上还设置有至少一个与待测轨道10相抵触的限位螺柱21；所述限位螺柱21通过限位螺母与总框架固定。

所述总框架包括用于放置在待测轨道10上方的第一支架22以及用于分别放置在待测轨道10两侧的第二支架23和第三支架24；所述第二支架23和第三支架24分别与所述第一支架22的下部垂直连接固定。所述第一支架22、第二支架23和第三支架24为方管结构。所述第二支架23和第三支架24分别通过焊接与所述第一支架22的下部垂直连接固定。

所述三个百分表分别通过三个安装板固定在所述总框架上；所述安装板通过螺栓固定在所述总框架上。其中第一安装板25与第一支架22固定连接，用于安装第一百分表28；第二安装板26分别与第一支架22和第二支架23固定连接，用于安装第二百分表29；第三安装板27分别与第一支架22和第三支架24固定连接，用于安装第三百分表30。所述安装板上开有腰型孔，所述百分表通过固定螺母固定在所述腰形孔上，通过所述固定螺母将所述百分表固定在所述腰型孔的不同位置从而改变所述百分表与待测轨道10的距离。

通过腰型孔的设计，该测量装置的三个百分表的安装板均有可调功能，可以适合横截面为方形、长方形和其他各类形状等不同规格轨道10工作面的上表面14及两侧面的磨损测量。该装置测量精确度可达百分位，对各类轨道10的磨损状况能提供精确测量。

5、测量数据计算原理

根据走形轮5的设计图得知，道岔走形轮5轮缘31到轨道10的两侧面与轨接面32的夹角θ为15°，详见图5。因此轨道10左右边缘与走形轮5之间的磨损形状将基本符合图6所示的直角ΔABC的趋势，∠ACB与θ角相等。为便于测量，实际测量时，在轨道10的左右两侧面上边缘向下取BE＝e点作为磨损实际测量点。为保证测量准确，确保测量装置的第二百分表29和第三百分表30的测量探针伸缩方向DE与轨道10侧面摩擦面垂直，即与ΔABC的AC边垂直。此时，轨道10侧面磨损面与垂直方向夹角设置为15°，等于走形轮5轨轮缘31的设计角15°。

在ΔABC中，假定AB边长度为a，BC边长度为b，ΔDCE的DE边长度为d，BE长度为e，∠DCE＝θ。根据轨道10磨损趋势状况可知，ΔABC和ΔDCE均为直角三角形。

根据直角三角形直角边与斜边的关系规则得到磨损量d的关系式：

d＝(b-e)·sinθ

考虑到轨道10磨损是由走形轮5在轨道10滚动产生的摩擦力产生的，在轨道10磨损的同时，走形轮5也有一定程的的磨损。鉴于走形轮5与轨道10接触面经过硬化处理，其硬度要比轨道10材料相对要大。正常情况下，新轨道10未有任何磨损，计算磨损量时，以新轨道10的测量值作为初始测量基准，并将总磨损量化分为两个部分，主要以轨道10磨损量作为测量重要依据，将总磨损量的三分之二作为轨道10磨损量，走形轮5的磨损量假定为总磨损量的三分之一。

因此，设定间隙“X”的三分之二(即ΔABC的AB边长度a＝2/3·X)作为轨道10的最大监控磨损量。

由直角ΔABC得b＝a·ctgθ。

将b＝a·ctgθ，代入到d＝(b-e)·sinθ公式中，得

d＝a·cosθ-e·sinθ

假定间隙“X”的实测值15毫米，即a＝10毫米，取e＝10毫米，θ＝150得d＝7.07毫米，即得dmax＝7.07毫米。由于采用百分表作为主要的测量工具，其精确度可达百分位。

实际工作中，将d＝6.0毫米作为轨道10磨损量的预报警值。当轨道10磨损测量值达到或接近轨道10磨损预报警值时，就将启动相应的维护和修复措施，防止出现道岔防升轮8与齿条6撞击的情况。

6、轨道10磨损测量过程

将该测量装置放置在轨道10上，采用所述三个百分表分别对轨道10的上表面14及两侧面进行定期测量，通过定位螺柱17和定位螺孔19确保每次测量的位置完全一致，并通过前后测量数据的比较，定量地得到轨道10磨损的程度。

具体地，采取设置测量点的方法，定期对测量点进行测量，并进行前后数据的比较，定量地掌握轨道10磨损的程度。

轨道10磨损设置的测量点可以根据情况选择3个。在地面18上钻定位螺孔19，确保每次测量的位置(测量点)完全一致。同时采用三个百分表分别对轨道10上表面14和轨道10两侧磨损面进行定期测量。

通过测量可以比较准确地掌握轨道10磨损程度，为及早采取预防维护措施，提供准确的实测数据依据。

该测量装置主要根据轨道10实际位置状况，制作基本的总框架，在总框架上安装三个百分表，分别垂直对应测量轨道10上表面14和两侧面的磨损。测量前，先将三个百分表的固定位置调整好并锁紧，同时记下三个百分表的初始读数。测量时，将总框架置于设置的测量点上，百分表的探针与测量面相接触，产生缩回动作，探针产生相应的偏移，即可得到轨道10磨损的实测数据。

综上所述，随着全国铁路规模和城市地铁规模的扩大，轨道承载的运行载荷十分巨大，相应地必将产生轨道工作面(指轮轨接触面)的大量磨损。该测量装置能够对这些轨道进行精确化和数量化的测量，为维护人员及时掌握轨道磨损量和采取正确的针对性的维护措施，提供精细化的参考数据。

从全国铁路的规模化发展以及规模化的运营来看，必定会大量需要对铁路轨道磨损的精准和量化测量工具。因此，但从轨道磨损测量的角度看，该测量装置应用范围广泛，并且具备较好的推广前景。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，包括：总框架及设定在总框架上的三个百分表；所述三个百分表的探针分别与待测轨道的上表面及两侧面垂直相接触；所述总框架上设置有定位螺柱，用于与设置在待测轨道一侧地面上的定位螺孔螺纹连接。

2.如权利要求1所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述总框架的底部还设置有至少一个与地面相抵触的支撑螺柱；所述支撑螺柱通过支撑螺母与总框架固定。

3.如权利要求1所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述总框架上还设置有至少一个与待测轨道相抵触的限位螺柱；所述限位螺柱通过限位螺母与总框架固定。

4.如权利要求1所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述总框架包括用于放置在待测轨道上方的第一支架以及用于分别放置在待测轨道两侧的第二支架和第三支架；所述第二支架和第三支架分别与所述第一支架的下部垂直连接固定。

5.如权利要求4所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述第一支架、第二支架和第三支架为方管结构。

6.如权利要求4所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述第二支架和第三支架分别通过焊接与所述第一支架的下部垂直连接固定。

7.如权利要求4所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述三个百分表分别通过三个安装板固定在所述总框架上；其中第一安装板与第一支架固定连接；第二安装板分别与第一支架和第二支架固定连接；第三安装板分别与第一支架和第三支架固定连接。

8.如权利要求7所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述安装板上开有腰型孔，所述百分表通过固定螺母固定在所述腰形孔上，通过所述固定螺母将所述百分表固定在所述腰型孔的不同位置从而改变所述百分表与待测轨道的距离。

9.如权利要求7所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，所述安装板通过螺栓固定在所述总框架上。

10.一种磁浮道岔轨道磨损测量方法，使用如权利要求1-9任一项所述的磁浮道岔轨道磨损测量装置，其特征在于，包括以下步骤：将该测量装置放置在轨道上，采用所述三个百分表分别对轨道的上表面及两侧面进行定期测量，通过定位螺柱和定位螺孔确保每次测量的位置完全一致，并通过前后测量数据的比较，定量地得到轨道磨损的程度。