CN112179549B - 一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法，该方法将若干位移传感器分别布置在道岔尖轨和基本轨上，用于采集列车车轮通过时的位移信号，将位移信号代入尖轨和基本轨接触荷载的分配计算公式中，得到道岔尖轨和基本轨上的接触荷载分配情况。本发明的优点是，在该方法的检测范围内，可检测任意位置处尖轨和基本轨接触荷载的分配情况；该方法为无损检测方法，不会对钢轨的使用造成影响；可用于接触荷载在尖轨和基本轨上分配情况的长期监测，避免频繁的人工操作。

Description

一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法

技术领域

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法。

背景技术

车辆通过道岔时，由尖轨负责引导车轮从道岔直股或曲股通过，此时，车轮势必会在尖轨和基本轨之间进行转移，并引发剧烈的动态轮轨相互作用，在这个过程中，轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配规律，是影响车辆运行平稳和安全的重要因素。

因此，检测车轮与道岔尖轨、基本轨的接触荷载，掌握接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配规律，据此改进道岔的结构设计，能够有效提升车辆运行平稳性和安全性。目前，用于检测车轮与钢轨接触荷载的方法主要有测力轮对法和测力钢轨法两类，这两类方法的应变检测设备分别安装在车轮和钢轨上，通过应变组桥的方式计算轮轨之间的接触荷载。

但是，第一类测力轮对法仅能检测出车轮与下部钢轨的总接触荷载，而当尖轨与基本轨共同承担车轮荷载时，无法分别检测出车轮与尖轨、车轮与基本轨的接触荷载；第二类测力钢轨法仅能检测相邻两根轨枕中央位置处的接触荷载，并且需将钢轨的轨腰位置处打磨平整，打磨过程中势必会在表层形成微小缺陷，在后续使用过程中容易引发疲劳裂纹等伤损现象，影响钢轨的使用寿命和服役安全。

因而，在不对钢轨造成损失的前提下，研发一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法极为重要。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法，该方法通过将两个位移传感器分别布置在尖轨和基本轨上，采集车轮通过检测位置时传感器的垂向位移信号，来计算轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配情况。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

（1）在检测位置处，使用尺寸测量工具，在同一基准下，测量基本轨轨顶高度减去尖轨轨顶高度的差值h；根据设计资料，获取所述基本轨与滑床板之间橡胶垫板的刚度k2，获取所述基本轨的垂向抗弯刚度K2，获取所述检测位置相邻两根轨枕间的纵向距离d；

（2）基于轮轨赫兹接触模型，分别计算单位接触荷载条件下所述尖轨轨顶、基本轨轨顶的垂向变形量δ11和δ21；

（3）在所述检测位置处，在所述尖轨、基本轨上各布置一个位移传感器；

（4）列车车轮通过所述检测位置时，所述尖轨、基本轨上的所述位移传感器产生垂向信号，分别为u1和u2；

（5）将所述位移传感器信号代入接触荷载分配计算方法，分别计算所述列车车轮与所述尖轨、基本轨之间的接触荷载P1和P2。

所述基于位移传感器信号的接触荷载分配计算方法如下：

。

本发明的优点是，（1）在车轮位于尖轨与基本轨之间的过渡范围内，该方法可检测任意位置处接触荷载在尖轨和基本轨上的分配情况，而无需限制检测的位置；（2）该方法为无损检测方法，不会对钢轨造成损伤；（3）由于激励源来自列车荷载，该方法可用于接触荷载在尖轨和基本轨上分配情况的长期监测，避免频繁的人工操作。

附图说明

图1为本发明中位移传感器在尖轨和基本轨上的布置示意图；

图2为本发明中接触荷载在尖轨和基本轨上分配计算的原理示意图；

附图标记：

1- 尖轨，2- 基本轨，3- 滑床板，4- 轨枕，5- 位移传感器，6- 扣件，7- 列车车轮，8- 滑床板对基本轨的连续支承作用。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法，具体包括以下步骤：

（1）如图1所示，尖轨1与基本轨2密贴，共同承担车轮带来的荷载，尖轨1安置在滑床板3上，基本轨2通过扣件6安装在滑床板3上，滑床板3安装在轨枕4上；

在检测位置处，使用尺寸测量工具，在同一基准下，测量基本轨2轨顶高度减去尖轨1轨顶高度的差值h；根据设计资料，获取基本轨2与滑床板3之间橡胶垫板的刚度k2，获取基本轨2的垂向抗弯刚度K2，获取检测位置处相邻两根轨枕4间的纵向距离d；

（2）如图1所示，在检测位置处，基于轮轨赫兹接触模型，当单位接触荷载作用在尖轨1的轨顶时，计算此时尖轨1轨顶的垂向变形量δ11；当单位接触荷载作用在基本轨2的轨顶时，计算此时基本轨2轨顶的垂向变形量δ21；

（3）如图1所示，在检测位置处，在尖轨1的外侧轨底上表面安装位移传感器5，在基本轨2的外侧轨底上表面安装位移传感器5，位移传感器5用于分别采集尖轨1和基本轨2的垂向位移信号；

此外，各位移传感器5分别经数据传输线连接至数据采集设备（图中未示出），该数据采集设备可实现对各位移传感器5监测数据的集中采集和数据处理；

（4）如图1、2所示，当列车车轮7通过检测位置时，通过处理位移传感器5的采集数据，分别得到此时尖轨1和基本轨2的垂向位移u1和u2；

（5）如图2所示，当u1=u2时，此时尖轨1单独承担所有的接触荷载，表示此位置不在本发明方法的检测范围内；

当u2>u1时，将滑床板3对基本轨2的点支承作用简化为连续支承作用8，此时滑床板3对基本轨2的连续支承等效刚度的计算式为：

根据连续支承等效刚度的表达式，推导基本轨2承担的接触荷载P2计算式为：

根据基本轨2承担的接触荷载P2，计算此时基本轨2轨顶的垂向变形量δ2，计算式为：

如果（u2-u1+δ2）>h，则计算此时尖轨1承担的接触荷载P1，计算式为：

如果（u2-u1+δ2）≤h，则此时基本轨2单独承担所有的接触荷载，表示此位置不在本发明方法的检测范围内。

实施例2：如图1、2所示，本实施例将在实施例1中方法的基础上代入实际的3组工程数据进行说明，具体如下：

（1）第1组工程数据：h=1mm；k2=300kN/mm；K2=6.63×10⁶N·m²；d=0.6m；δ11=3×10^-6mm/N；δ21=2×10^-6mm/N；u2=2.4mm；u1=2.2mm；

由于u2>u1，则首先计算基本轨2承担的接触荷载P2为：

根据基本轨2承担的接触荷载P2，计算此时基本轨2轨顶的垂向变形量δ2为：

由于u2-u1+δ2=0.204mm，即（u2-u1+δ2）＜h，此时基本轨2单独承担所有的接触荷载，表示此位置不在本发明方法的检测范围内；

（2）第2组工程数据：h=0.2mm；k2=300kN/mm；K2=6.63×10⁶N·m²；d=0.6m；δ11=3×10^-6mm/N；δ21=2×10^-6mm/N；u2=2.5mm；u1=2.3mm；

由于u2>u1，则首先计算基本轨2承担的接触荷载P2为：

根据基本轨2承担的接触荷载P2，计算此时基本轨2轨顶的垂向变形量δ2为：

由于u2-u1+δ2=0.204mm，即（u2-u1+δ2）>h，则计算此时尖轨1承担的接触荷载P1为：

表示此位置在本发明方法的检测范围内，分配在尖轨1上的接触荷载为52.2kN，分配在基本轨2上的接触荷载为95.98kN；

（3）第2组工程数据：h=0mm；k2=300kN/mm；K2=6.63×10⁶N·m²；d=0.6m；δ11=3×10^-6mm/N；δ21=2×10^-6mm/N；u2=2.4mm；u1=2.4mm；

由于u2=u1，此时尖轨1单独承担所有的接触荷载，表示此位置不在本发明方法的检测范围内。

Claims (1)

1.一种轮轨接触荷载在道岔尖轨与基本轨上的分配检测方法，其中，所述尖轨与基本轨密贴，共同承担车轮带来的荷载，尖轨安置在滑床板上，基本轨通过扣件安装在滑床板上，滑床板安装在轨枕上；

其特征在于所述方法包括如下步骤：

(1)在检测位置处，使用尺寸测量工具，在同一基准下，测量基本轨轨顶高度减去尖轨轨顶高度的差值h；根据设计资料，获取所述基本轨与滑床板之间橡胶垫板的刚度k2，获取所述基本轨的垂向抗弯刚度K2，获取所述检测位置相邻两根轨枕间的纵向距离d；

(2)基于轮轨赫兹接触模型，分别计算单位接触荷载条件下所述尖轨轨顶、基本轨轨顶的垂向变形量δ11和δ21；

(3)在所述检测位置处，在所述尖轨的外侧轨底上表面、基本轨的外侧轨底上表面上各布置一个位移传感器，位移传感器用于分别采集尖轨和基本轨的垂向位移信号；

(4)列车车轮通过所述检测位置时，所述尖轨、基本轨上的所述位移传感器产生垂向信号，分别为u1和u2；

(5)将所述位移传感器信号代入接触荷载分配计算方法，分别计算所述列车车轮与所述尖轨、基本轨之间的接触荷载P1和P2，

所述基于位移传感器信号的接触荷载分配计算方法如下：

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