CN114323511B - 一种铁路轨道支承刚度的精确测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道支承刚度测试领域，具体为一种铁路轨道支承刚度的精确测试装置，包括数据采集仪、轨枕、横梁、千斤顶、压力传感器、激光位移传感器A和激光位移传感B；千斤顶的一端通过压力传感器连接轨枕，千斤顶的另一端连接横梁；横梁上依次滑动设有轨夹A、轨夹B、轨夹C和轨夹D；轨夹A和轨夹B之间以及轨夹C和轨夹D之间分别形成用于放置钢轨A和钢轨B的放置空间；钢轨A和钢轨B的结构完全相同；测试状态下，激光位移传感器A和激光位移传感B分别安装在钢轨A和钢轨B上；压力传感器、激光位移传感器A和激光位移传感B分别通过多根数据线连接数据采集仪。本发明能满足对铁路轨道支承刚度测试的需求且能提高测试结果的精准度。

Description

一种铁路轨道支承刚度的精确测试装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道支承刚度测试领域，具体为一种铁路轨道支承刚度的精确测试装置及方法。

背景技术

在现有的铁路有砟轨道枕下支承刚度测试技术中，通常采用单边加载测试法和双边加载测试法对轨道支承刚度进行实测。其中，单边加载测试是在单根钢轨两侧通过千斤顶及反力架的协同作用对轨枕施加一定的垂向荷载，并通过百分表记录轨枕的垂向位移，从而得出其枕下支承刚度；双边加载测试即是采用千斤顶及反力架并同时借助左右两根钢轨对轨枕施加一定的垂向荷载，通过百分表记录轨枕的垂向位移，最后得出其枕下支承刚度；

授权公告号为CN203396587U的中国专利公开了一种有砟铁路枕下道床支撑刚度的检测装置，包括轨夹、支架、液压千斤顶、压力传感器、数字百分表和螺栓；支架安装在检测轨枕上方的两股钢轨上，轨夹通过螺栓与支架连接，压力传感器安装在检测轨枕上且置于临近钢轨的内侧，液压千斤顶安装压力传感器上方且与压力传感器的位置对应，数字百分表安装在检测轨枕上；该装置在使用时存在以下不足：

1、不方便对轨夹之间的距离进行调节，上述装置只能用于60kg/m钢轨枕下支承刚度的测试；

2、未对支架上端横梁的厚度进行限定，若支架上端横梁的变形较大，则所测轨枕垂向位移并不能代表轨枕的实际垂向位移；

3、同时采用两个千斤顶对称分布施加压力时，不能保证两千斤顶的垂向力大小一致，若垂向力大小不一致，还会造成轨枕单边翘起；

4、采用一个百分表测试轨枕的垂向位移时，无法判断在加力过程中轨枕是否存在单边翘起；

5、不能实时同步读取百分表及压力传感器的数据，使得测试结果精度低。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种能提高铁路轨道支承刚度测量精度的铁路轨道支承刚度的精确测试装置。

本发明的技术方案：一种铁路轨道支承刚度的精确测试装置，包括轨枕、横梁、千斤顶、压力传感器、激光位移传感器A和激光位移传感B；

千斤顶的一端通过压力传感器连接轨枕，千斤顶的另一端连接横梁；轨枕和横梁平行分布；横梁上依次滑动设有轨夹A、轨夹B、轨夹C和轨夹D；轨夹A、轨夹B、轨夹C和轨夹D均通过螺栓与横梁紧定；轨夹A和轨夹B与轨夹C和轨夹D以千斤顶的中轴线为中心对称分布，轨夹A和轨夹B之间以及轨夹C和轨夹D之间分别形成用于放置钢轨A和钢轨B的放置空间；钢轨A和钢轨B的结构完全相同；测试状态下，激光位移传感器A和激光位移传感B分别安装在钢轨A和钢轨B上；还包括数据线和数据采集仪；

压力传感器、激光位移传感器A和激光位移传感B分别通过多根数据线连接数据采集仪。

一种铁路轨道支承刚度的精确测试方法，具体包括以下步骤：

S1、将待测轨枕分别与钢轨A和钢轨B之间的扣件松开；

S2、在横梁上调节轨夹A和轨夹B之间的间距以及轨夹C和轨夹D之间的间距，将钢轨A和钢轨B分别放置在轨夹A和轨夹B之间以及轨夹C和轨夹D之间，再使用螺栓将轨夹A、轨夹B、轨夹C和轨夹D固定在横梁上；

S3、将压力传感器安装在轨枕上，将千斤顶的一端连接横梁，将千斤顶的另一端压紧在压力传感器上；

S4、将激光位移传感器A和激光位移传感B分别安装在钢轨A和钢轨B上，再通过数据线将压力传感器、激光位移传感器A和激光位移传感B与数据采集仪连接；

S5、启动千斤顶、压力传感器，激光位移传感器A和激光位移传感B；驱动千斤顶运行；

当压力传感器11检测到的压力为7.5KN时，通过数据采集仪记录轨枕两端的垂向位移：和/>

当压力传感器11检测到的压力为35KN时，通过数据采集仪记录轨枕两端的垂向位移：和/>

计算轨枕的支承刚度值K；

其中，A₃₅和A_7.5分别为轨枕在35KN及7.5KN垂向力作用下的垂向位移；

优选的，横梁的最小厚度计算方法为：

其中，F为横梁上的作用力；L为横梁的长度；E为横梁的弹性模量；K为枕下支承刚度；I为横梁的横截面惯性矩；

I的计算公式为：

其中，h为横梁的横截面厚度，b为横梁的横截面宽度。

优选的，轨枕是否存在单边翘起的判断方法为：

先计算其中，A₁₂为在垂向力F作用下，激光位移传感器A测得的垂向位移；A₁₃为在垂向力F作用下，激光位移传感器B测得的垂向位移；

若成立，则说明轨枕不存在单边翘起；

若不成立，则说明书轨枕存在单边翘起。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明提供的铁路轨道支承刚度的精确测试方便对相互配合的两个轨夹之间的距离进行调节，不仅仅能满足于60kg/m钢轨枕下支承刚度的测试的需求；另外能对装置中横梁的最小厚度进行计算以及能对轨枕是否存在单边翘起进行判断，通过激光位移传感器A和激光位移传感器B能同步进行读取检测数值，大大提高检测结果的精准度。

附图说明

图1为本发明提出的一种实施例中的结构示意图。

图2为图1中横梁的俯视图。

附图标记：1、轨枕；2、钢轨A；3、钢轨B；4、轨夹A；5、轨夹B；6、轨夹C；7、轨夹D；8、螺栓；9、横梁；10、千斤顶；11、压力传感器；12、激光位移传感器A；13、激光位移传感B；14、数据线；15、数据采集仪。

具体实施方式

实施例一

如图1-2所示，本发明提出的一种铁路轨道支承刚度的精确测试装置，包括轨枕1、横梁9、千斤顶10、压力传感器11、激光位移传感器A12和激光位移传感B13；

千斤顶10的一端通过压力传感器11连接轨枕1，千斤顶10的另一端连接横梁9；其中，压力传感器11安装在轨枕1正中心的上表面处；千斤顶10的顶部置于横梁9的卡槽内，千斤顶10对准压力传感器11，使得千斤顶10驱动是顶住压力传感器11从而固定整个装置；

轨枕1和横梁9平行分布；横梁9上依次滑动设有轨夹A4、轨夹B5、轨夹C6和轨夹D7；轨夹A4、轨夹B5、轨夹C6和轨夹D7均通过螺栓8与横梁9紧定；

进一步的，在横梁9两侧分别设有滑槽，且在横梁9上设有条形孔；

轨夹A4、轨夹B5、轨夹C6和轨夹D7分别滑动安装在横梁9两侧的滑槽内，轨夹A4、轨夹B5、轨夹C6和轨夹D7上均设有螺纹孔；多个螺栓8分别螺纹连接多个螺纹孔并穿过条形孔，多个螺栓8螺纹连接螺母，以将轨夹A4、轨夹B5、轨夹C6和轨夹D7固定在横梁9上；

轨夹A4和轨夹B5与轨夹C6和轨夹D7以千斤顶10的中轴线为中心对称分布，轨夹A4和轨夹B5之间以及轨夹C6和轨夹D7之间分别形成用于放置钢轨A2和钢轨B3的放置空间；钢轨A2和钢轨B3的结构完全相同；测试状态下，激光位移传感器A12和激光位移传感B13分别安装在钢轨A2和钢轨B3上；还包括数据线14和数据采集仪15；

压力传感器11、激光位移传感器A12和激光位移传感B13分别通过多根数据线14连接数据采集仪15。

实施例二

本发明提出的一种铁路轨道支承刚度的精确测试方法，具体包括以下步骤：

S1、将待测轨枕1分别与钢轨A2和钢轨B3之间的扣件松开；

S2、在横梁9上调节轨夹A4和轨夹B5之间的间距以及轨夹C6和轨夹D7之间的间距，将钢轨A2和钢轨B3分别放置在轨夹A4和轨夹B5之间以及轨夹C6和轨夹D7之间，再使用螺栓将轨夹A4、轨夹B5、轨夹C6和轨夹D7固定在横梁9上；

S3、将压力传感器11安装在轨枕1上，将千斤顶10的一端连接横梁9，适当给千斤顶10加压使千斤顶10的另一端压紧在压力传感器11上，以固定整个装置；

S4、将激光位移传感器A12和激光位移传感B13分别安装在钢轨A2和钢轨B3上，再通过数据线14将压力传感器11、激光位移传感器A12和激光位移传感B13与数据采集仪15连接；

S5、启动千斤顶10、压力传感器11，激光位移传感器A12和激光位移传感B13；驱动千斤顶10运行；

当压力传感器11检测到的压力为7.5KN时，通过数据采集仪15记录轨枕1两端的垂向位移：和/>

当压力传感器11检测到的压力为35KN时，通过数据采集仪15记录轨枕1两端的垂向位移：和/>

计算轨枕1的支承刚度值K；

其中，A₃₅和A_7.5分别为轨枕1在35KN及7.5KN垂向力作用下的垂向位移；

实施例三

本发明提出的一种铁路轨道支承刚度的精确测试方法，相较于实施例二，本实施例还公开了如何计算横梁9的最小厚度；横梁9的最小厚度计算方法为：

其中，F为横梁9上的作用力；L为横梁9的长度；E为横梁9的弹性模量；K为枕下支承刚度；I为横梁9的横截面惯性矩；

I的计算公式为：

其中，h为横梁9的横截面厚度，b为横梁9的横截面宽度。

实施例四

本发明提出的一种铁路轨道支承刚度的精确测试方法，相较于实施例二，本实施例还公开了如何判断轨枕1是否存在单边翘起；轨枕1是否存在单边翘起的判断方法为：

先计算其中，A₁₂为在垂向力F作用下，激光位移传感器A12测得的垂向位移；A₁₃为在垂向力F作用下，激光位移传感器B13测得的垂向位移；

若成立，则说明轨枕1不存在单边翘起；

若不成立，则说明书轨枕1存在单边翘起。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。

Claims (3)

1.一种铁路轨道支承刚度的精确测试方法，其特征在于：所述精确测试方法中使用铁路轨道支承刚度的精确测试装置，所述精确测试装置包括轨枕(1)、横梁(9)、千斤顶(10)、压力传感器(11)、激光位移传感器A(12)和激光位移传感器B(13)；

千斤顶(10)的一端通过压力传感器(11)连接轨枕(1)，千斤顶(10)的另一端连接横梁(9)；横梁(9)上依次滑动设有轨夹A(4)、轨夹B(5)、轨夹C(6)和轨夹D(7)；轨夹A(4)、轨夹B(5)、轨夹C(6)和轨夹D(7)均通过螺栓(8)与横梁(9)紧定；轨夹A(4)和轨夹B(5)与轨夹C(6)和轨夹D(7)以千斤顶(10)的中轴线为中心对称分布，轨夹A(4)和轨夹B(5)之间以及轨夹C(6)和轨夹D(7)之间分别形成用于放置钢轨A(2)和钢轨B(3)的放置空间；钢轨A(2)和钢轨B(3)的结构完全相同；测试状态下，激光位移传感器A(12)和激光位移传感器B(13)分别安装在钢轨A(2)和钢轨B(3)上；其特征在于，还包括数据线(14)和数据采集仪(15)；

压力传感器(11)、激光位移传感器A(12)和激光位移传感器B(13)分别通过多根数据线(14)连接数据采集仪(15)；

所述精确测试方法，具体包括以下步骤：

S1、将待测轨枕(1)分别与钢轨A(2)和钢轨B(3)之间的扣件松开；

S2、在横梁(9)上调节轨夹A(4)和轨夹B(5)之间的间距以及轨夹C(6)和轨夹D(7)之间的间距，将钢轨A(2)和钢轨B(3)分别放置在轨夹A(4)和轨夹B(5)之间以及轨夹C(6)和轨夹D(7)之间，再使用螺栓将轨夹A(4)、轨夹B(5)、轨夹C(6)和轨夹D(7)固定在横梁(9)上；

S3、将压力传感器(11)安装在轨枕(1)上，将千斤顶(10)的一端连接横梁(9)，将千斤顶(10)的另一端压紧在压力传感器(11)上；

S4、将激光位移传感器A(12)和激光位移传感器B(13)分别安装在钢轨A(2)和钢轨B(3)上，再通过数据线(14)将压力传感器(11)、激光位移传感器A(12)和激光位移传感器B(13)与数据采集仪(15)连接；

S5、启动千斤顶(10)、压力传感器(11)、激光位移传感器A(12)和激光位移传感器B(13)；驱动千斤顶(10)运行；

当压力传感器(11)检测到的压力为7.5KN时，通过数据采集仪(15)记录轨枕(1)两端的垂向位移：和/>

当压力传感器(11)检测到的压力为35KN时，通过数据采集仪(15)记录轨枕(1)两端的垂向位移：和/>

计算轨枕(1)的支承刚度值K；

其中，A₃₅和A_7.5分别为轨枕(1)在35KN及7.5KN垂向力作用下的垂向位移；

2.根据权利要求1所述的铁路轨道支承刚度的精确测试方法，其特征在于，横梁(9)的最小厚度计算方法为：

其中，F为横梁(9)上的作用力；L为横梁(9)的长度；E为横梁(9)的弹性模量；K为枕下支承刚度；I为横梁(9)的横截面惯性矩；

I的计算公式为：

其中，h为横梁(9)的横截面厚度，b为横梁(9)的横截面宽度。

3.根据权利要求1所述的铁路轨道支承刚度的精确测试方法，其特征在于，轨枕(1)是否存在单边翘起的判断方法为：

先计算

其中，A₁₂为在垂向力F作用下，激光位移传感器A(12)测得的垂向位移；A₁₃为在垂向力F作用下，激光位移传感器B(13)测得的垂向位移；

若

成立，则说明轨枕(1)不存在单边翘起；

若

不成立，则说明轨枕(1)存在单边翘起。