CN109781323A - 基于应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，包括以下步骤：在待测的尖轨的底面选取若干测试点，并将测试点及周围区域打磨平整；分别在每个测试点的周围区域粘贴应变花，应变花由三个方向的应变片组成，并将每个应变片的导线连接至静态应变仪中；在测试点上钻取一微孔，静态应变仪通过应变片感应微孔形成前后的应变数据；静态应变仪根据应变数据与应变片的设置位置计算每个测试点的残余应力。本发明的优点是能够有效检测道岔尖轨淬火后轨底残余应力，并能得出轨底残余应力的分布及其规律；检测操作简单且灵活性强，仅对道岔钻取微孔，对道岔结构影响甚微。

Description

基于应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法

技术领域

本发明属于轨道设备检测的技术领域，具体涉及一种基于应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法。

背景技术

尖轨是道岔转辙器中的重要部件，依靠尖轨的扳动可将列车引入正线或测线方向。尖轨淬火后残余应力大小与分布对尖轨的是否安全使用有着密切关系，目前的尖轨生产无法消除尖轨中的残余应力，研究尖轨中的残余应力的大小和分布规律具有重要意义。

现有的钢轨中残余应力的方法包括应力释放法和无损检测法，应力释放法主要有锯切法、套环法，无损检测法主要涉及X衍射线法、电磁测量法和超声波法。由于无损检测法对检测设备要求较高，应用范围有限，不适用于现场操作。而应力释放法会对工件整体结构造成破坏，影响工件的使用，尤其的，尖轨结构较普通钢轨更为精细。因此，需要对现有的检测技术进行改进，弥补检测道岔尖轨残余应力方法的空缺。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，采用在测试点钻取微孔，通过静态应变仪及感应片检测微孔形成前后的应变数据，从而计算尖轨淬火后轨底残余应力。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，包括以下步骤：

步骤1：在待测的尖轨的底面选取若干测试点，并将所述测试点及周围区域打磨平整；

步骤2：分别在每个所述测试点的周围区域粘贴应变花，所述应变花由三个方向的应变片组成，并将每个所述应变片的导线连接至静态应变仪中；

步骤3：在所述测试点上钻取一微孔，所述静态应变仪通过所述应变片感应所述微孔形成前后的应变数据；

步骤4：所述静态应变仪根据所述应变数据与所述应变片的设置位置计算每个所述测试点的残余应力。

所述步骤1中，所述测试点选取在靠近所述尖轨的尖端一侧。

所述步骤1中，选取了三个所述测试点，所述测试点与所述尖端之间的长度为所述尖轨长度的1/4、1/4-1/2、1/2。

所述周围区域的面积大于所述应变片的面积的四倍。

所述步骤2中，所述应变片包括第一应变片、第二应变片、第三应变，所述第二应变片与所述测试点之间的直线相对于所述第一应变片与所述测试点之间的直线呈逆时针90°，所述第三应变片与所述测试点之间的直线相对于所述第一应变片与所述测试点之间的直线呈逆时针225°，所述第一应变片的设置方向对准所述尖轨的纵向。

所述应变片与所述静态应变仪之间采用1/4桥公共补偿接线方式连接，所述应变片与所述静态应变仪内部的电阻构成半桥连接。

每个所述应变片阻值为120欧姆。

所述应变数据包括每个所述应变片检测得到的应变值，计算所述残余应力的公式为：

，其中，ε₁、ε₂、ε₃分别为所述第一应变片、所述第二应变片、所述第三应变检测得到所述应变值，σ₁为最大主应力，σ₂为最小主应力，为最大主应力与所述第一应变片相对所述测试点的夹角，所述夹角方向以顺时针为准，A和B为所述尖轨的材料的释放系数，E为所述尖轨的材料的弹性模量。

所述步骤3中，钻取所述微孔的步骤包括：在所述测试点上标记十字中心线，在钻架的钻套中放入放大镜，将所述钻架固定架设在所述测试点上方并使得所述十字中心线位于所述放大镜的视野内，调节所述钻架四周的微调螺母至所述放大镜的中心与所述十字中心线重合；取出所述放大镜，并将具备1-2毫米直径铣刀的钻杆放入所述钻套，记录所述静态应变仪检测得到的各方向的初始应变值并重新调零；松开所述钻架的深度定位卡圈并塞入深度控制块，重新固定所述卡圈；通过所述铣刀进行钻孔，待钻孔完成后记录所述静态应变仪检测到的所述应变数据。

本发明的优点是：（1）能够有效检测道岔尖轨淬火后轨底残余应力，并能得出轨底残余应力的分布及其规律；（2）检测操作简单且灵活性强，适应于现场试验操作（3）仅对道岔钻取微孔，对道岔结构影响甚微。

附图说明

图1为本发明实施例一中尖轨的结构示意图；

图2为本发明实施例一中尖轨的底面设置测试点的示意图；

图3为本发明实施例一中在测试点周围设置应变片的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-3，图中各标记分别为：尖轨1、第一测试点2、第二测试点3、第三测试点4、第一应变片5、第二应变片6、第三应变片7、最大主应力8、最小主应力9、中心圆10、夹角11。

实施例一：如图1-3所示，本实施例具体涉及一种基于应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，采用在测试点钻取微孔，通过静态应变仪及感应片检测微孔形成前后的应变数据，通过计算尖轨1淬火后轨底残余应力。

如图1-3所示，本实施例中的基于应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，包括以下步骤：步骤1：在待测的尖轨1的底面选取若干测试点，并将测试点及周围区域打磨平整；步骤2：分别在每个测试点的周围区域粘贴应变花，应变花由三个方向的应变片组成，并将每个应变片的导线连接至静态应变仪中；步骤3：在测试点上钻取一微孔，静态应变仪通过应变片感应微孔形成前后的应变数据；步骤4：静态应变仪根据应变数据与应变片的设置位置计算每个测试点的残余应力。上述方案中设置应变片感应钻取微孔前后的应变释放，通过静态应变仪根据应变释放产生的应变数据计算得出尖轨1淬火后轨底残余应力。

如图1-2所示，步骤1中，测试点选取在靠近尖轨1的尖端一侧。选取了三个测试点，测试点与尖端之间的长度为尖轨长度的1/4、1/4-1/2、1/2，分别为位于尖轨1的1/4处的第一测试点2，1/4-1/2处的第二测试点3、1/2处的第三测试点4。周围区域的面积大于应变片的面积的四倍。对测试点及周围区域打磨去除锈迹，打磨完成的标准为:用棉签蘸取酒精或丙酮清洗打磨后的光滑表面，待酒精或丙酮挥发完之后，用未污染的脱脂棉反复擦拭轨底测点表面，直至脱脂棉不变色位置。

如图3所示，本实施例的步骤2中，应变片包括第一应变片5、第二应变片6、第三应变片7，第二应变片6与测试点之间的直线相对于第一应变片5与测试点之间的直线呈逆时针90°，第三应变片7与测试点之间的直线相对于第一应变片5与测试点之间的直线呈逆时针225°，第一应变片5的设置方向对准尖轨1的纵向。应变片角度设置采用相对测试点逆时针方向为基准确定，其参考轴的方向与第一应变片5的方向一致。

应变片的粘贴过程包括：首先用镊子夹住应变片，应变片导线面朝上，在应变片的反面滴上快速胶粘剂，将第一应变片5的方向对准道岔尖轨1的纵向，依次粘贴上述的多个应变片。粘贴应变片时为防止胶粘剂粘住手可采用塑料薄膜按压，三至五分钟即可固定。

应变片粘贴完成后需进行防护处理。防护处理包括：首先将3个应变片的六条导线朝上放置，使导线与应变片底座分离，沿着应变片的座边缘位置粘贴绝缘透明胶，紧接着将同一应变片的两根导线沿各自的方向放平，且在导线上面粘贴一层绝缘透明胶带，绝缘透明胶带粘贴的面积尽可能盖住导线及整个应变片。上述的透明胶带不能覆盖应变片的中心圆11位置，中心圆11是指测试点及紧邻测试点的圆周区域，圆周区域半径部大于1.5毫米。上述的防护处理保护应变片不受外部破坏、防止裸露的导线部分触碰到钢轨导致其短路。应变片与静态应变仪之间采用1/4桥公共补偿接线方式连接，应变片与静态应变仪内部的电阻构成半桥连接。每个应变片阻值为120欧姆。

如图3所示，本实施例的步骤3中，钻取微孔的步骤包括：在测试点上标记十字中心线，在钻架的钻套中放入放大镜，将钻架固定架设在测试点上方并使得十字中心线位于放大镜的视野内，调节钻架四周的微调螺母至放大镜的中心与十字中心线重合；取出放大镜，并将具备1-2毫米直径铣刀的钻杆放入钻套，记录静态应变仪检测得到的各方向的初始应变值并重新调零；松开钻架的深度定位卡圈并塞入深度控制块，重新固定卡圈；通过铣刀进行钻孔，待钻孔完成后记录静态应变仪检测到的应变数据。通过上述放大镜将钻架的钻套对准测试点，使得钻孔时能够将微孔精准地定位在测试点上，提高了应力检测的精度。深度定位卡圈及深度控制块控制铣刀打孔的深度，减小对尖轨1结构的影响，同时也保证了每个微孔深度相同，避免由于深度不同导致的应力检测的误差。

如图3所示，本实施例的步骤3中，应变数据包括每个应变片检测得到的应变值，计算残余应力的公式为：

，其中，ε₁、ε₂、ε₃分别为第一应变片5、第二应变片6、第三应变片7检测得到应变值，单位为με，σ₁为最大主应力8，σ₂为最小主应力9，σ₁和σ₂的单位为MPa，θ为最大主应力8与第一应变片5相对测试点的夹角11，夹角11方向以顺时针为准，A和B为尖轨1的材料的释放系数，E为尖轨1的材料的弹性模量。

本实施例具有如下优点：能够有效检测道岔尖轨1淬火后轨底残余应力，并能得出轨底残余应力的分布及其规律；检测操作简单且灵活性强，适应于现场试验操作仅对道岔钻取微孔，对道岔结构影响甚微。

实施例二：本实施例中采用实施例1相同的测试方法对50AT型的尖轨进行淬火后轨底残余应力检测，其中，设置3个测试点分别位于距离尖轨的尖端1200毫米、测点2距离尖端2400毫米，测点3距离尖端3300毫米，钻取的微孔的直径为1.65毫米。在距离尖轨的尖端1200毫米的测试点上，检测得到的应变数据分别为-59，376、83，上述的应变数据代入、、，通过残余应力的公式，计算得到=233Mpa，表明此时道岔尖轨底部为拉应力。

Claims (9)

1.一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在待测的尖轨的底面选取若干测试点，并将所述测试点及周围区域打磨平整；

步骤2：分别在每个所述测试点的周围区域粘贴应变花，所述应变花由三个方向的应变片组成，并将每个所述应变片的导线连接至静态应变仪中；

步骤3：在所述测试点上钻取一微孔，所述静态应变仪通过所述应变片感应所述微孔形成前后的应变数据；

步骤4：所述静态应变仪根据所述应变数据与所述应变片的设置位置计算每个所述测试点的残余应力。

2.根据权利要求1所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述测试点选取在靠近所述尖轨的尖端一侧。

3.根据权利要求2所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，所述步骤1中，选取了三个所述测试点，所述测试点与所述尖端之间的长度为所述尖轨长度的1/4、1/4-1/2、1/2。

4.根据权利要求1所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述周围区域的面积大于所述应变片的面积的四倍。

5.根据权利要求1所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述应变片包括第一应变片、第二应变片、第三应变，所述第二应变片与所述测试点之间的直线相对于所述第一应变片与所述测试点之间的直线呈逆时针90°，所述第三应变片与所述测试点之间的直线相对于所述第一应变片与所述测试点之间的直线呈逆时针225°，所述第一应变片的设置方向对准所述尖轨的纵向。

6.根据权利要求5所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，所述应变片与所述静态应变仪之间采用1/4桥公共补偿接线方式连接，所述应变片与所述静态应变仪内部的电阻构成半桥连接。

7.根据权利要求6所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，每个所述应变片阻值为120欧姆。

8.根据权利要求5所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，所述应变数据包括每个所述应变片检测得到的应变值，计算所述残余应力的公式为：

其中，、、分别为所述第一应变片、所述第二应变片、所述第三应变检测得到所述应变值，为最大主应力， 为最小主应力，为最大主应力与所述第一应变片相对所述测试点的夹角，所述夹角方向以顺时针为准，A和B为所述尖轨的材料的释放系数，E为所述尖轨的材料的弹性模量。

9.根据权利要求1所述的一种应力释放理论检测尖轨淬火后轨底残余应力的方法，其特征在于，所述步骤3中，钻取所述微孔的步骤包括：在所述测试点上标记十字中心线，在钻架的钻套中放入放大镜，将所述钻架固定架设在所述测试点上方并使得所述十字中心线位于所述放大镜的视野内，调节所述钻架四周的微调螺母至所述放大镜的中心与所述十字中心线重合；取出所述放大镜，并将具备1-2毫米直径铣刀的钻杆放入所述钻套，记录所述静态应变仪检测得到的各方向的初始应变值并重新调零；松开所述钻架的深度定位卡圈并塞入深度控制块，重新固定所述卡圈；通过所述铣刀进行钻孔，待钻孔完成后记录所述静态应变仪检测到的所述应变数据。