CN117053756B - 一种轨道板变形监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种轨道板变形监测装置和方法，其装置包括安装在相邻两个轨道板接缝部的位移传感器和探测板，位移传感器的探针与探测板相抵接，还包括分别固接在相邻两个轨道板上的第一底座和第二底座；探测板滑动安装在第二底座上，探测板滑动方向沿轨道板排布方向设置；第二底座上设置有用于检测轨道板振动的检测机构及将检测机构检测到的振动能量转变为驱使探测板朝远离位移传感器的方向移动的动能的换能机构；当检测机构未检测到轨道板振动时，探测板复位至与位移传感器的探针相抵。本申请通过检测机构和换能机构可以将列车通行时轨道板的振动自动转换成探测板远离位移传感器的探针的运动，待列车远离后又可以自动恢复检测，可以降低探针磨损。

Description

一种轨道板变形监测装置和方法

技术领域

本申请涉及铁路运输安全监测的技术领域，尤其是涉及一种轨道板变形监测装置和方法。

背景技术

铁路钢轨以下由扣件系统、预制轨道板、高弹高强砂浆层、底座板(桥梁地段叫法)或支承层(路基地段桥梁地段叫法)等组成。单块轨道板长6450mm，宽2550mm，高200mm，板与板之间以宽窄接缝(上宽下窄，宽接缝宽度210mm，窄接缝宽度50mm)浇筑混凝土形成纵连结构。在长时间使用后，由于轨道板端部板间宽窄接缝状态、砂浆层状态、施工锁定温度、环境温度变化等因素影响，会出现轨道板板端上拱离缝、板端接缝开裂产生离缝等病害，如不能及时发现此类问题将会给线路的正常运营带来安全隐患。

相关技术中公开号为CN109253704A的中国专利，提出了一种用于无砟轨道板变形的监测装置，包括能量输送单元以及与能量输送单元通信连接的监测机构；监测机构包括底座、设置在底座上且具有水平顶面和斜面的安装挡块以及与安装挡块相接触的双测针测缝计；双测针测缝计包括内部具有集成元件的固定部、设置在固定部两侧的第一测缝计和第二测缝计、第一测缝计底端与安装挡块的斜面接触，第二测缝计的底端与安装挡块的水平顶面接触；固定部上还设置有与集成元件通信连接的接线部；通过双测针测缝计与特有的安装挡块之间的配合连接作用，有效地实现无砟轨道板端竖向上拱变形和水平膨胀变形的同步监测，监测精度高，稳定可靠。

上述中的相关技术存在有以下缺陷：列车在依次排列的多个轨道板上高速通过时，相邻两个轨道板之间在被列车碾压初期容易产生不同频率的振动，致使位移传感器的探针在探测板上无规律震荡，一方面影响位移传感器即时检测数据的准确性，另一方面也会对位移传感器的探针造成磨损，影响后续的监测精度。

发明内容

为了改善火车行驶时产生的振动影响位移传感器探针使用寿命及检测精度的问题，本申请提供一种轨道板变形监测装置和方法。

本申请第一方面提供的一种轨道板变形监测装置采用如下的技术方案：

一种轨道板变形监测装置，包括安装在相邻两个轨道板接缝部的位移传感器和探测板，所述位移传感器的探针与所述探测板相抵接，还包括分别固接在相邻两个轨道板上的第一底座和第二底座；

所述探测板滑动安装在所述第二底座上，所述探测板滑动方向沿轨道板排布方向设置；

所述第二底座上设置有用于检测轨道板振动的检测机构及将所述检测机构检测到的振动能量转变为驱使所述探测板朝远离所述位移传感器的方向移动的动能的换能机构；当所述检测机构未检测到轨道板振动时，所述探测板复位至与所述位移传感器的探针相抵。

更进一步地，所述检测机构包括安装在所述第二底座上的检测座、安装在所述检测座上的多个振动簧片及安装在多个所述振动簧片上的检测球，所述换能机构用于将所述检测球的振动能量转变为所述探测板移动的动能；

多个所述振动簧片环所述检测球周向设置，所述振动簧片一端与所述检测座固接、另一端向上延伸呈弧状，多个所述振动簧片的自由端相互靠近且预留有供所述检测球定位安置的中孔。

更进一步地，所述振动簧片被配置为振动频率接近轨道板上通车时的振动频率。

更进一步地，所述换能机构包括固接在所述检测球上的换能杆及用于将所述换能杆的升降运动转换成所述探测板的水平运动的换能组件，所述检测座上竖向开设有供所述换能杆穿过的穿孔，所述换能组件设置在所述换能杆底端及所述探测板靠近所述检测座的一端之间。

更进一步地，所述换能杆位于所述穿孔中的部位的周侧固接有若干润滑环，所述润滑环外壁与所述穿孔内壁滑动适配。

更进一步地，所述换能组件包括转动安装在所述第二底座上且螺纹贯穿所述探测板的调节螺杆，所述调节螺杆与所述位移传感器的探针呈平行设置，所述第二底座上转动安装有与所述调节螺杆传动连接的调节齿轮，所述换能杆底端固接有与所述调节齿轮啮合连接的调节齿条；

当所述换能杆在所述检测座上上移时，所述调节螺杆旋转至驱使所述探测板朝远离所述位移传感器的方向移动。

更进一步地，所述检测座上端面还固接有用于承托所述检测球的承托筒；当所述检测球与所述承托筒上端抵触时，所述探测板位于初始安装位置，且此时所述振动簧片自由端与所述检测球外壁接触或在所述检测球的压迫下发生形变。

更进一步地，所述第一底座和所述第二底座上共同安装有用于至少遮罩了所述位移传感器的探针、所述检测机构及所述换能机构的防护罩。

更进一步地，所述检测球内部具有空腔。

本申请第二方面提供的一种轨道板变形监测方法采用如下的技术方案：

一种轨道板变形监测方法，使用如上所述的一种轨道板变形监测装置，包括以下步骤：

S1.安装，根据轨道板变形监测要求，在相邻两个轨道板接缝部安装用于检测横向形变和/或纵向形变的位移传感器及与之配套的探测板；

S2.校正，在轨道板未通车时将所述检测机构恢复至初始状态，并对此时对应的所述位移传感器进行校正；

S3.并网监测，将所述位移传感器与服务器接通，用于将所述位移传感器的检测数据上传至云端；

S4.数据筛查，将检测数据中突降为零的数值进行剔除。

综上所述，本申请的有益技术效果为：

1.当轨道板上有列车通行时，轨道板发生振动并被检测机构检测到，而后换能机构将探测板的振动能量转变为动能以驱使探测板远离位移传感器；这样，轨道板上的位移传感器的探针便不会跟随轨道板的震荡而在探测板上无序滑动，可以实现对位移传感器的探针的有效保护，降低了位移传感器的探针的磨损，从而尽可能确保了位移传感器的探针的使用寿命及检测精度；

2.当轨道板被列车碾压产生振动时，安装在轨道板上的第二底座上的检测座同步振动，而由于振动簧片具有弹性形变能力，因此多个振动簧片在跟随检测座振动时，可以促使其上的检测球在多个振动簧片上抖动；也即，轨道板的振动被表征为检测球的抖动，在无其余限制的情况下，检测球的抖动是无序的，其抖动幅度与振动簧片的振动振幅有关，因此是可以实现检测机构对轨道板的振动状态的检测；

3.当列车通过轨道板发生振动，检测球在多个振动簧片上抖动，带动换能杆在检测座的穿孔中升降，当换能杆上升时，其带动调节齿条上移，进而带动与之啮合连接的调节齿轮旋转，调节齿轮在旋转时又会带动与之传动连接的调节螺杆旋转，当调节螺杆旋转时，则会驱使滑块带动探测板在第二底座上滑动，以使探测板脱离与位移传感器的探针的连接，从而实现对位移传感器的探针的自动防护。

附图说明

图1是本申请实施例将防护罩及检测机构剖视的整体结构示意图；

图2是图1中A部分的局部放大示意图；

图3是图1中B部分的局部放大示意图。

附图标记说明：

1、位移传感器；

2、探测板；

31、第一底座；32、第二底座；33、滑轨；34、滑块；

41、检测座；411、穿孔；42、振动簧片；43、检测球；44、中孔；45、承托筒；

51、换能杆；52、润滑环；

61、调节螺杆；62、调节齿轮；63、调节齿条；

7、防护罩；

8、轨道板。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开一种轨道板变形监测装置。参照图1和图2，一种轨道板变形监测装置包括安装在相邻两个轨道板8接缝部的位移传感器1和探测板2，位移传感器1的探针与探测板2相抵接，具体是二者相垂直。还包括分别固接在相邻两个轨道板8上的第一底座31和第二底座32，探测板2滑动安装在第二底座32上，位移传感器1固定安装在第一底座31上，探测板2滑动方向沿轨道板8排布方向设置，具体是，第二底座32上固接有沿位移传感器1的探针轴向设置的滑轨33，滑轨33上防脱滑动安装有滑块34，探测板2固定安装在滑块34上，比如探测板2以栓接形式固定在滑块34上且探测板2在滑块34上可以沿滑轨33长度方向移动并固定。

第二底座32上设置有用于检测轨道板8振动的检测机构及将检测机构检测到的振动能量转变为驱使探测板2朝远离位移传感器1的方向移动的动能的换能机构；当检测机构未检测到轨道板8振动时，探测板2复位至与位移传感器1的探针相抵。

这样设置后，当列车在轨道板8上高速通过时，由于轨道板8为两两相拼接，轨道板8一端被碾压时另一端具有翘起趋势，而列车通行速度很快，多个车轮重复碾压轨道板8，因此会形成轨道板8的震荡现象，轨道板8在发生振动时可以被检测机构检测到，而后换能机构将探测板2的振动能量转变为动能以驱使探测板2远离位移传感器1。也就是说，在轨道板8上有列车通行时，探测板2可以在检测机构和换能机构的联合作用下与位移传感器1的探针脱离抵接状态；这样，轨道板8上的位移传感器1的探针便不会跟随轨道板8的震荡而在探测板2上无序滑动，可以实现对位移传感器1的探针的有效保护，降低了位移传感器1的探针的磨损，从而尽可能确保了位移传感器1的探针的使用寿命及检测精度。

具体设置时，参照图1和图3，上述的检测机构包括安装在第二底座32上的检测座41、安装在检测座41上的多个振动簧片42及安装在多个振动簧片42上的检测球43，换能机构用于将检测球43的振动能量转变为探测板2移动的动能；多个振动簧片42环检测球43周向设置，振动簧片42一端与检测座41固接、另一端向上延伸呈弧状，多个振动簧片42的自由端相互靠近且预留有供检测球43定位安置的中孔44。实际设置时，检测球43可以是实心球也可以是空心球，选择的一个关键标准是单个振动簧片42的形变力可以推动检测球43发生位移，也即需要控制检测球43的自重，在本申请实施例中，检测球43内部设置有空腔，可以将检测球43设为硬质的空心球。

这样，当轨道板8被列车碾压产生振动时，安装在轨道板8上的第二底座32上的检测座41同步振动，而由于振动簧片42具有弹性形变能力，因此多个振动簧片42在跟随检测座41振动时，可以促使其上的检测球43在多个振动簧片42上抖动；也即，轨道板8的振动被表征为检测球43的抖动，在无其余限制的情况下，检测球43的抖动是无序的，其抖动幅度与振动簧片42的振动振幅有关，因此是可以实现检测机构对轨道板8的振动状态的检测。

而为了进一步扩大检测球43的运动幅度，以使轨道板8的振动被放大，将振动簧片42配置为振动簧片42的振动频率接近轨道板8上通车时轨道板8的振动频率。这样，当振动簧片42跟随轨道板8一同发生振动时，有较大概率发生共振现象，一旦二者发生共振现象，振动簧片42的振幅将被显著增强，也即，检测球43的抖动幅度也会得到增强，可以更好地体现轨道板8被列车碾压时发生振动的状态。

对应的，参照图1和图3，换能机构包括固接在检测球43上的换能杆51及用于将换能杆51的升降运动转换成探测板2的水平运动的换能组件，检测座41上竖向开设有供换能杆51穿过的穿孔411，换能组件设置在换能杆51底端及探测板2靠近检测座41的一端之间。其中，换能杆51位于穿孔411中的部位的周侧固接有若干润滑环52，润滑环52外壁与穿孔411内壁滑动适配，在具体设置时，将润滑环52设置为间隔设置的两个，以限制换能杆51的无序运动，使得换能杆51仅能跟随检测球43进行升降运动；而且，润滑环52的取材应为自重低且摩擦系数低的高分子材料，比如PE、PDF、PTFE或者其改进物等，本实施例中将润滑环52定为由聚四氟乙烯（PTFE）制成。

在一种可行的实施例中，参照图1和图3，换能组件包括转动安装在第二底座32上且螺纹贯穿探测板2或者滑块34的调节螺杆61，具体是调节螺杆61螺纹贯穿滑块34，且调节螺杆61与位移传感器1的探针呈平行设置，第二底座32上转动安装有与调节螺杆61传动连接的调节齿轮62，换能杆51底端固接有与调节齿轮62啮合连接的调节齿条63；具体可以是调节齿轮62和调节螺杆61直接同轴固接或者二者之间还设置有齿轮组以实现省力传动或者增大探测板2移动距离等效果；且当换能杆51在检测座41上上移时，调节螺杆61旋转至驱使探测板2朝远离位移传感器1的方向移动。

这样设置后，当列车通过轨道板8发生振动，检测球43在多个振动簧片42上抖动，带动换能杆51在检测座41的穿孔411中升降，当换能杆51上升时，其带动调节齿条63上移，进而带动与之啮合连接的调节齿轮62旋转，调节齿轮62在旋转时又会带动与之传动连接的调节螺杆61旋转，当调节螺杆61旋转时，则会驱使滑块34带动探测板2在第二底座32上滑动，以使探测板2脱离与位移传感器1的探针的连接，从而实现对位移传感器1的探针的自动防护。

当列车远行后，振动簧片42停止振动，检测球43逐步平缓停靠在多个振动簧片42上，换能杆51下移至初始位置，同时探测板2也移动至初始检测位置上，继续对轨道板8的形变进行监测。

在另一种可行的实施例中，换能杆51与滑块34之间还可以通过杠杆传动，比如在换能杆51下端铰接折杆，再将折杆远离换能杆51的一端与滑块34通过另一折杆铰接，这样也可以实现换能杆51上升时滑块34远离位移传感器1；并且为避免滑块34也能通过传动结构推动换能杆51上移，致使位移传感器1丧失检测功能，可以在滑块34与换能杆51之间设置反向自锁结构，比如在滑块34上安装齿条，在第二底座32上转动安装与齿条啮合连接的齿轮，在齿轮上同轴固接蜗轮，在第二底座32上转动安装与蜗轮啮合连接的蜗杆，可以通过齿轮齿条组合将换能杆51的升降运动转换成蜗杆的旋转运动，也可以借助连杆结构将前述折杆的摆动运动转换成蜗杆的旋转运动。

因此不管是第一种实施方式中的以调节螺杆61旋转驱使探测座移动还是第二种实施方式中的以蜗杆蜗轮进行传动，都可以实现换能组件的换能效果，并且还能实现反向自锁，也即只能换能杆51上升或者下降时可以驱使探测板2移动，而当探测板2被位移传感器1的探针抵推时，探测板2或者说滑块34在第二底座32上的位置被锁定，探测板2无法自主移动，因此可以有效确保本申请的监测装置对轨道板8变形量的检测准确性。

另一方面，考虑到振动簧片42对检测球43的支撑为弹性支撑，即使将振动簧片42的数量设置成足够多，在长时间使用后，振动簧片42的形变恢复能力也会有所衰减，可能使得在静止状态下检测球43的初始位置略有下移，可能会影响检测精准度。

为此，在一个可行的实施方式中，可以将振动簧片42的材质设置成记忆金属，比如钛-镍合金、铜-镍合金、铁-钦合金等。

或者，在另一可行的实施方式中，参照图1和图3，在检测座41上端面还固接有用于承托检测球43的承托筒45，承托筒45上端外径可以小于中孔44孔径，也可以大于或等于中孔44孔径，但需在承托筒45上端固接多个穿过相邻两个振动簧片42之间缝隙的凸起，借助多个凸起对检测球43进行硬支撑。还需要进一步限定的是，当检测球43与承托筒45上端抵触时，探测板2位于初始安装位置，且此时振动簧片42自由端与检测球43外壁接触或在检测球43的压迫下发生形变。

这样可以有效避免振动簧片42对检测球43的支撑为软支撑而影响检测精度的情况发生。

并且，作为常规的考虑，参照图1，在第一底座31和第二底座32上共同安装有用于至少遮罩了位移传感器1的探针、检测机构及换能机构的防护罩7，防护罩7安装在第一底座31和第二底座32上的部分为硬质，防护罩7位于相邻两轨道板8接缝处的部分为柔质，比如防水布、风琴罩等。

本申请实施例还公开一种轨道板变形监测方法，使用如上所述的一种轨道板变形监测装置进行操作，具体是，包括以下步骤：

S1.安装，根据轨道板变形监测要求，在相邻两个轨道板8接缝部安装用于检测横向形变和/或纵向形变的位移传感器1及与之配套的探测板2；

S2.校正，在轨道板8未通车时将检测机构恢复至初始状态，并对此时对应的位移传感器1进行校正；

S3.并网监测，将位移传感器1与服务器接通，用于将位移传感器1的检测数据上传至云端；

S4.数据筛查，将检测数据中突降为零的数值进行剔除。

本申请实施例一种轨道板变形监测装置的实施原理为：

当列车在轨道板8上高速通过时，轨道板8产生振动，进而促使检测球43在多个振动簧片42上抖动，检测球43进而带动换能杆51在检测座41的穿孔411中升降，当换能杆51上升时，其带动调节齿条63上移，进而带动与之啮合连接的调节齿轮62旋转，调节齿轮62在旋转时又会带动与之传动连接的调节螺杆61旋转，当调节螺杆61旋转时，则会驱使滑块34带动探测板2在第二底座32上滑动，以使探测板2脱离与位移传感器1的探针的连接，从而实现对位移传感器1的探针的自动防护，降低了位移传感器1的探针的磨损，从而尽可能确保了位移传感器1的探针的使用寿命及检测精度。

当列车远行后，振动簧片42停止振动，检测球43逐步平缓停靠在多个振动簧片42上，换能杆51下移至初始位置，同时探测板2也移动至初始检测位置上，可以继续对轨道板8的形变进行监测。

除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轨道板变形监测装置，包括安装在相邻两个轨道板（8）接缝部的位移传感器（1）和探测板（2），所述位移传感器（1）的探针与所述探测板（2）相抵接，其特征在于，还包括分别固接在相邻两个轨道板（8）上的第一底座（31）和第二底座（32）；

所述探测板（2）滑动安装在所述第二底座（32）上，所述探测板（2）滑动方向沿轨道板（8）排布方向设置；

所述第二底座（32）上设置有用于检测轨道板（8）振动的检测机构及将所述检测机构检测到的振动能量转变为驱使所述探测板（2）朝远离所述位移传感器（1）的方向移动的动能的换能机构；当所述检测机构未检测到轨道板（8）振动时，所述探测板（2）复位至与所述位移传感器（1）的探针相抵；

所述检测机构包括安装在所述第二底座（32）上的检测座（41）、安装在所述检测座（41）上的多个振动簧片（42）及安装在多个所述振动簧片（42）上的检测球（43），所述换能机构用于将所述检测球（43）的振动能量转变为所述探测板（2）移动的动能；

多个所述振动簧片（42）环所述检测球（43）周向设置，所述振动簧片（42）一端与所述检测座（41）固接、另一端向上延伸呈弧状，多个所述振动簧片（42）的自由端相互靠近且预留有供所述检测球（43）定位安置的中孔（44）；

所述换能机构包括固接在所述检测球（43）上的换能杆（51）及用于将所述换能杆（51）的升降运动转换成所述探测板（2）的水平运动的换能组件；

所述换能组件包括转动安装在所述第二底座（32）上且螺纹贯穿所述探测板（2）的调节螺杆（61），所述调节螺杆（61）与所述位移传感器（1）的探针呈平行设置，所述第二底座（32）上转动安装有与所述调节螺杆（61）传动连接的调节齿轮（62），所述换能杆（51）底端固接有与所述调节齿轮（62）啮合连接的调节齿条（63）；

当所述换能杆（51）在所述检测座（41）上上移时，所述调节螺杆（61）旋转至驱使所述探测板（2）朝远离所述位移传感器（1）的方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种轨道板变形监测装置，其特征在于，所述振动簧片（42）被配置为振动频率接近轨道板（8）上通车时的振动频率。

3.根据权利要求1所述的一种轨道板变形监测装置，其特征在于，所述检测座（41）上竖向开设有供所述换能杆（51）穿过的穿孔（411），所述换能组件设置在所述换能杆（51）底端及所述探测板（2）靠近所述检测座（41）的一端之间。

4.根据权利要求3所述的一种轨道板变形监测装置，其特征在于，所述换能杆（51）位于所述穿孔（411）中的部位的周侧固接有若干润滑环（52），所述润滑环（52）外壁与所述穿孔（411）内壁滑动适配。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种轨道板变形监测装置，其特征在于，所述检测座（41）上端面还固接有用于承托所述检测球（43）的承托筒（45）；当所述检测球（43）与所述承托筒（45）上端抵触时，所述探测板（2）位于初始安装位置，且此时所述振动簧片（42）自由端与所述检测球（43）外壁接触或在所述检测球（43）的压迫下发生形变。

6.根据权利要求5所述的一种轨道板变形监测装置，其特征在于，所述第一底座（31）和所述第二底座（32）上共同安装有用于至少遮罩了所述位移传感器（1）的探针、所述检测机构及所述换能机构的防护罩（7）。

7.根据权利要求6所述的一种轨道板变形监测装置，其特征在于，所述检测球（43）内部具有空腔。

8.一种轨道板变形监测方法，使用如权利要求1-7任一项所述的一种轨道板变形监测装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1.安装，根据轨道板变形监测要求，在相邻两个轨道板（8）接缝部安装用于检测横向形变和/或纵向形变的位移传感器（1）及与之配套的探测板（2）；

S2.校正，在轨道板（8）未通车时将所述检测机构恢复至初始状态，并对此时对应的所述位移传感器（1）进行校正；

S3.并网监测，将所述位移传感器（1）与服务器接通，用于将所述位移传感器（1）的检测数据上传至云端；

S4.数据筛查，将检测数据中突降为零的数值进行剔除。