CN112146801B - 一种转辙机转换力监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于测力领域,涉及一种转辙机转换力监测方法。本发明采用在转辙机内部的动作杆上安装转换力传感器,且将转换力传感器安装在动作杆中性轴上开设的通孔内,动作杆受力应变变化引起转换力传感器形变,然后通过转换力采集器获得应变信号并输出,实现了转辙机转换力的实时监测。本发明相较于目前转辙机力测量方法,能够反映转辙机服役时的工作状态,所得到的数据时效性更好。

Description

一种转辙机转换力监测方法
技术领域
本发明属于测力领域,具体涉及一种转辙机转换力监测方法。
背景技术
电动转辙机是铁路上用来改变道岔方向的电气设备,它的稳定运行直接关系到铁路运输的安全。转辙机电机经减速器和蜗轮蜗杆之后,提供动力驱动动作杆搬动道岔,其驱动力被称为道岔转换力。当转辙机转换力过大会使得尖轨与基本轨相互挤压,长期作用下则会使基本轨变形,进而影响行车安全;当转辙机转换力过小,会使尖轨搬动不到位,列车会有脱轨风险,危及行车安全。转辙机转换力的测量对掌握道岔运行状态、提升行车安全、降低维护成本具有重要意义。
目前对转辙机转换力的测量方法是便携式测量仪法,在窗口时间对转辙机受力状态进行检测。这种方法需要打开转辙机,临时将转辙机外部连接销替换为测力销等装置,这种方法替换了转辙机部分零件进行测量,改变了转辙机服役工作状态并且测量过程中引入冲击,测量误差结果较大。此外巡检人员只能在夜间上线检查,其检查结果并不能体现转辙机服役工作状况,时效性差。另外检测操作过程需要摇动某组道岔,不仅提高了检测复杂度,还增加了铁路道岔的安全隐患。
发明内容
本发明为了解决现有测量方法时效性差、过程繁琐的问题,本发明提出一种转辙机转换力监测方法。本发明采用在转辙机内部的动作杆上安装转换力传感器,由于实际复杂的工况,动作杆往往会受到不同方向弯矩的作用,故将转换力传感器安装在动作杆中性轴上开设的阶梯内,动作杆受力应变变化引起转换力传感器形变,然后通过转换力采集器获得应变信号并输出,实现了转辙机转换力的实时监测,且提高准确性,替代了传统定期检查和人工巡检方法。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种转辙机转换力监测方法,具体步骤如下:
首先在转辙机动作杆中性轴处加工出阶梯孔,阶梯孔形状和尺寸与转换力传感器5相配合,阶梯孔上半部分为直孔,中段为锥形结构,下半部分为直孔且内表面设有螺纹;然后将转换力传感器5安装进阶梯孔内,安装过程中保证转换力传感器5与阶梯孔紧密贴合,使转换力传感器5的弹性体变形与动作杆中性轴处的阶梯孔的锥形结构变形一致;动作杆受力后使转换力传感器5输出电信号,得到动作杆受力状态量值;然后将转换力传感器5与转换力采集器6相连接,转换力采集器6得到并输出电信号,实现对转辙机转换力的实时监测。
所述的转换力传感器5包括锥形弹性力敏模块、弹性体预紧模块和弹性体封盖模块。
所述的弹性体预紧模块包括螺纹底座3、旋调导杆4和预紧卡环f;所述的螺纹底座3上半部分的外部设有螺纹,其内部为通孔,通孔的上半部分加工为圆孔,下半部分加工为六方孔;预紧卡环f固定安装在螺纹底座3的顶部的圆孔内,螺纹底座3与预紧卡环f同轴;所述的旋调导杆4,从螺纹底座3的底部向上穿过,使其上半部分穿过螺纹底座3和预紧卡环f;旋调导杆4下部与螺纹底座3的六方孔配合,且旋调导杆4下部的外表面与螺纹底座3六方孔内壁相接触固定,使旋调导杆4和螺纹底座3固定为一体,旋调导杆4上部位于螺纹底座3外。
所述的锥形弹性力敏模块包括锥形力敏结构2和力敏电阻c;所述的锥形力敏结构2的材质为弹性材料,其上部为开口的圆形筒体结构,其中部为收缩的锥形筒体结构,其底部为阶梯轴结构,且上部的圆形筒体结构的直径大于螺纹底座3上半部分的直径,螺纹底座3上半部分的直径在下部的锥形筒体结构的直径最大值和最小值之间;锥形筒体结构的下部加工有一个平面,作为应变放大圆环d,且平面的中心设有通孔,为了放大应变信号,其材料弹性模量应小于100GPa,且中心通孔的尺寸大于旋调导杆4的直径;所述的力敏电阻c安装在应变放大圆环d上表面,力敏电阻c靠近应变放大圆环d内径,其方向垂直于应变放大圆环d半径;锥形力敏结构2底部的阶梯轴结构卡在预紧卡环f上,且锥形力敏结构2与预紧卡环f之间可以相互旋转;旋调导杆4的中部穿过锥形力敏结构2,旋调导杆4顶部位于锥形力敏结构2上方。
所述的弹性体封盖模块包括密封圆筒1;密封圆筒1为下端开口的筒体结构,密封圆筒1套装在锥形力敏结构2的顶部,密封保护锥形力敏结构2内的传感元件;密封圆筒1上盖的中心设有密封孔b,用于旋调导杆4的穿过和密封,旋调导杆4可绕密封孔b旋转,密封孔b旁设有引线孔a,将锥形力敏结构2内的电缆引出并且固定线缆。
测量时,将转换力传感器5置于被测转辙机的动作杆中性轴处上开设的阶梯孔内,通过转动旋调导杆4,使螺纹底座3旋入阶梯孔的下段,直至锥形力敏结构2下部的锥形筒体结构的外圆锥面e与动作杆中性轴上的阶梯孔中部的锥形内壁紧密贴合,其预紧扭矩不小于3N·m。
所述的转换力采集器6包括采集电路与接口;所述的接口包括传感器接口和输出接口,通过接口将整个装置电路连通;所述的采集电路包括供电模块g、测量模块h、放大模块i、数据处理模块j和信号输出模块k;所述的测量模块h、放大模块i、数据处理模块j和信号输出模块k依次串联,供电模块g为四个模块供电;力敏电阻c通过电缆和传感器接口与测量模块h连接,测量模块h完成对转换力传感器5的采集并输出电压信号,电压信号经过放大模块i放大后接入数据处理模块j,对初始信号进行清零,并标定输出信号与拉压力的对应关系,最后信号输出模块k通过输出接口与外部的电压表或上位机连接,将电压信号输出,得到被测转辙机的转换力。
本发明有益效果为:
(1)相较于传统转辙机转换力测量方法,实现了对转辙机转换力的实时监测,能够准确获得转辙机服役时的转换力状态,所得到的数据时效性更好。
(2)本发明采用了传感器安装在中性轴的测量方法,其避免了弯矩对动作杆转换力测量的影响,所测的转换力更加真实准确。
(3)本发明采用的传感器,相较于传统测力传感器,体积较小并且不用改变转辙机任何原有结构即可实现测量,不影响转辙机正常工作状态。
(4)本发明相较于对转辙机电机的电参数测量法,是对转辙机转换力的直接测量,所得到的数据更加准确可靠,更能准确得到转辙机工作状态。
附图说明
图1(a)和图1(b)分别为本发明采用的转换力传感器的整体装配示意图和剖视图。
图2为本发明的转换力传感器与采集器的连接示意图。
图3为本发明采用的转换力传感器在转辙机动作杆中性轴安装示意图。
图4为本发明的实际操作示意图。
图中1密封圆环;2锥型力敏结构;3螺纹底座;4旋调导杆;5转换力传感器;6转换力采集器;a引线孔;b密封孔;c力敏电阻;d应变放大圆环;e外圆锥面;f预紧卡环;g供电模块;h测量模块;i放大模块;j数据处理模块;k信号输出模块。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案,进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明中所使用的测量装置包括转换力传感器5和转换力采集器6,具体组成及连接关系如图1(a)和图1(b)以及图2所示。
本实施例中转辙机动作杆材料为钢,转换力传感器5安装在位于中性轴处的通孔中,锥形孔形状和尺寸与转换力传感器5相配合,其上半部分为直孔,直径为17mm,深度为20mm,中段为锥形结构,与锥形力敏结构2下部的锥形筒体结构的外圆锥面e相配合,下半部分为直孔且表面设有螺纹,所攻螺纹为M12,与螺纹底座3上半部分相配合。
转换力传感器5包括密封圆环1、锥形力敏结构2、螺纹底座3、旋调导杆4、力敏电阻c和应变放大圆环的d。所述锥形力敏结构2中心通孔直径为4.4mm;所述外圆锥面e最大直径为15mm,最小直径8mm,与水平夹角成45°,中心通孔直径4.4mm;所述应变放大圆环d直径11mm,内径8mm;所述力敏电阻c为金属应变片,安装在应变放大圆环d的表面;所述螺纹底座3材料为钢材质,其顶部预紧卡环f外径7mm,内径6mm,螺纹长度取6mm,螺纹底座3总高15mm;在螺纹底座3下半部分加工出内切圆直径7.4mm的六方孔;所述旋调导杆4材质为钢材质,其上圆柱直径为4.4mm,从螺纹底座3顶部圆环和锥形力敏结构2通孔穿过,底部六棱柱尺寸与螺纹底座六方孔保持一致,安装于螺纹底座3下半部分内,使旋调导杆4可以带动螺纹底座3旋转,顶部加工出扁平形状以供安装工具夹持;所述密封圆环1材料为钢,直径为16mm,其内径与锥形力敏结构2外径保持一致,安装于锥形力敏结构2顶部,上表面引线孔a直径为3mm,用于引出并固定线缆。
转换力传感器在转辙机动作杆中性轴安装如图3所示,具体操作如图4所示,对转辙机转换力监测,具体步骤如下:
步骤1、在动作杆表面加工出阶梯孔
按照转换力传感器5的尺寸,在动作杆表面加工出阶梯孔,其上半部分为直孔,中段为锥形结构,其下半部分为直孔且表面设有螺纹;通孔形状和尺寸均与转换力传感器5相配合。
步骤2、转换力传感器5的定位与安装
旋调导杆4与螺纹底座3连接,旋转旋调导杆4,通过六方结构带动螺纹底座3旋转。由于传感器存在测量敏感方向,安装过程中要对转换力传感器5进行定位,定位完毕后锥形力敏结构2不再旋转,进一步通过旋转弹性体预紧模块的旋调导杆4,将转换力传感器5整体安装进动作杆中性轴上开设的通孔内,使螺纹底座3旋入通孔的下段,使锥形力敏结构2的外圆锥面e与动作杆中性轴上开设的通孔内表面贴合,然后安装弹性体封盖模块,最终完成转换力传感器5的安装。
步骤3、转换力传感器5与转换力采集器6连接
转换力传感器5安装好之后,用电缆将锥形弹性力敏模块的力敏电阻c通过传感器接口与转换力采集器6中的测量模块h连接。
步骤4、动作杆的应力应变的测量
转换力传感器5与转换力采集器6连接好后,当转辙机动作杆运动时,通孔产生变形,进而锥形力敏结构2与应变放大圆环d产生变形,通过应变放大圆环d放大应变信号增大转换力传感器5灵敏度和线性度;力敏电阻c将力信号转化为电信号,并输送至接入转换力采集器6的测量模块h中,放大电路i将测量模块h输出信号放大数倍之后接入数据处理模块j中;数据处理模块j对初始信号(即安装引起的电压值)进行清零,并标定输出信号与拉压力的对应关系,最终信号输出模块k输出电压大小表示转换力大小,其正负表示转换力方向。。
本发明为了解决现有测量方法时效性差、过程繁琐的问题,发明了一种转辙机转换力实时监测的方法。本发明是对转换力的直接测量,所得到的数据更加准确可靠,通过长期监测和数据处理,记录一段时间的数据,比对分析其变化量、规律、趋势,判断道岔与转辙机的运行状态,科学的得到道岔的健康状态,有利于保证转辙机和道岔长期平稳安全运行。

Claims (1)

1.一种转辙机转换力监测方法,其特征在于,具体步骤如下:
首先在转辙机动作杆中性轴处加工出阶梯孔,阶梯孔形状和尺寸与转换力传感器(5)相配合,阶梯孔上半部分为直孔,中段为锥形结构,下半部分为直孔且内表面设有螺纹;然后将转换力传感器(5)安装进阶梯孔内,安装过程中保证转换力传感器(5)与阶梯孔紧密贴合,使转换力传感器(5)的弹性体变形与动作杆中性轴处的阶梯孔的锥形结构变形一致;动作杆受力后使转换力传感器(5)输出电信号,得到动作杆受力状态量值;然后将转换力传感器(5)与转换力采集器(6)相连接,转换力采集器(6)得到并输出电信号,实现对转辙机转换力的实时监测;
所述的转换力传感器(5)包括锥形弹性力敏模块、弹性体预紧模块和弹性体封盖模块;
所述的弹性体预紧模块包括螺纹底座(3)、旋调导杆(4)和预紧卡环(f);所述的螺纹底座(3)上半部分的外部设有螺纹,其内部为通孔,通孔的上半部分加工为圆孔,下半部分加工为六方孔;预紧卡环(f)固定安装在螺纹底座(3)的顶部的圆孔内,螺纹底座(3)与预紧卡环(f)同轴;所述的旋调导杆(4),从螺纹底座(3)的底部向上穿过,使其上半部分穿过螺纹底座(3)和预紧卡环(f);旋调导杆(4)下部与螺纹底座(3)的六方孔配合,且旋调导杆(4)下部的外表面与螺纹底座(3)六方孔内壁相接触固定,使旋调导杆(4)和螺纹底座(3)固定为一体,旋调导杆(4)上部位于螺纹底座(3)外;
所述的锥形弹性力敏模块包括锥形力敏结构(2)和力敏电阻(c);所述的锥形力敏结构(2)的材质为弹性材料,其上部为开口的圆形筒体结构,其中部为收缩的锥形筒体结构,其底部为阶梯轴结构,且上部的圆形筒体结构的直径大于螺纹底座(3)上半部分的直径,螺纹底座(3)上半部分的直径在下部的锥形筒体结构的直径最大值和最小值之间;锥形筒体结构的下部加工有一个平面,作为应变放大圆环(d),且平面的中心设有通孔,其材料弹性模量应小于100GPa,且中心通孔的尺寸大于旋调导杆(4)的直径;所述的力敏电阻(c)安装在应变放大圆环(d)上表面,力敏电阻(c)靠近应变放大圆环(d)内径,其方向垂直于应变放大圆环(d)半径;锥形力敏结构(2)底部的阶梯轴结构卡在预紧卡环(f)上,且锥形力敏结构(2)与预紧卡环(f)之间能够相互旋转;旋调导杆(4)的中部穿过锥形力敏结构(2),旋调导杆(4)顶部位于锥形力敏结构(2)上方;
所述的弹性体封盖模块包括密封圆筒(1);密封圆筒(1)为下端开口的筒体结构,密封圆筒(1)套装在锥形力敏结构(2)的顶部,密封保护锥形力敏结构(2)内的传感元件;密封圆筒(1)上盖的中心设有密封孔(b),用于旋调导杆(4)的穿过和密封,旋调导杆(4)能够绕密封孔(b)旋转,密封孔(b)旁设有引线孔(a),将锥形力敏结构(2)内的电缆引出并且固定线缆;
测量时,将转换力传感器(5)置于被测转辙机的动作杆中性轴处上开设的阶梯孔内,通过转动旋调导杆(4),使螺纹底座(3)旋入阶梯孔的下段,直至锥形力敏结构(2)下部的锥形筒体结构的外圆锥面(e)与动作杆中性轴上的阶梯孔中部的锥形内壁紧密贴合,其预紧扭矩不小于3N·m;
所述的转换力采集器(6)包括采集电路与接口;所述的接口包括传感器接口和输出接口,通过接口将整个装置电路连通;所述的采集电路包括供电模块(g)、测量模块(h)、放大模块(i)、数据处理模块(j)和信号输出模块(k);所述的测量模块(h)、放大模块(i)、数据处理模块(j)和信号输出模块(k)依次串联,供电模块(g)为四个模块供电;力敏电阻(c)通过电缆和传感器接口与测量模块(h)连接,测量模块(h)完成对转换力传感器(5)的采集并输出电压信号,电压信号经过放大模块(i)放大后接入数据处理模块(j),对初始信号进行清零,并标定输出信号与拉压力的对应关系,最后信号输出模块(k)通过输出接口与外部的电压表或上位机连接,将电压信号输出,得到被测转辙机的转换力。
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