CN1833938A - 长钢轨因温度变化产生应力的测力装置和检测方法 - Google Patents

长钢轨因温度变化产生应力的测力装置和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长钢轨因温度变化产生应力的测力装置和检测方法，在长钢轨3被测部位安装固定专用测力装置，测力装置设有采用与被测长钢轨相同材质制成的测量杆4，其一端与长钢轨3一测点固定联接、另一端联接位移传感器动端5，位移传感器静端6联接长钢轨3另一测点，位移传感器通过数据输出线9与位移检测记录仪相连。在长钢轨未锁定的自由状态下，将测量数值标定为零，长钢轨锁定后用位移检测记录仪测量位移传感器的输出值，即可检测铁路长钢轨因温度变化而产生的应力既温度力，本发明可以实现在铁路运用中对长钢轨温度力的连续测量。

Description

长钢轨因温度变化产生应力的测力装置和检测方法
技术领域
本发明涉及一种钢轨应力测力装置和检测方法，尤其是一种在铁路线路运用条件下长钢轨因为温度变化而产生应力的测力装置和检测方法。
背景技术
长钢轨应力的检测对于铁路运输生产有极其重大的意义，随着铁路列车运行速度的不断提高，铁路焊接无缝长钢轨长度在不断地增加。由原来的几百米增加到几千米，几十千米，现在几百千米的无缝线路已经出现，并投入应用。随着无缝线路长度的增加，长钢轨不能再随环境温度变化而自由伸缩，由温度变化而产生的应力即温度力对铁路长钢轨线路的影响也越来越大，由温度力引起的断轨、胀轨事故时有发生。所以对长钢轨温度力的检测，在温度力过大时进行报警，成为铁路工务部门日常工作迫切需要解决的问题。目前国内外均未能很好地解决这一检测难题。现有的测量技术有：横向加力测量法、钢尺测量法、震动测量法等，测量器具有TS-2型钢轨应力检测仪、长轨应力尺等。
中国实用新型专利91205496.4公开了一种长轨应力尺，通过专门设计制造的长轨应力尺来测量长钢轨的温度力。这是一种手工操作的测量方式，难以实现自动化检测。
中国发明专利02104896.7公开了一种无缝线路长钢轨温度力的检测方法，该专利是一种在长钢轨上施加横向水平作用力来测量长钢轨温度力的检测方法，检测时需要中断行车，拆去长钢轨扣件，操作很不方便。
以上测量手段均有一个共同的缺点，就是每次测量都要做复杂的准备工作，将测量用具搬上铁路，有的测量方法需要封锁线路，而且只能检测当时的数据，不能在线路运用状态下随时随地检测铁路长钢轨的温度力数据，更不能获得温度力连续的变化过程。目前铁路工务部门常用测量长钢轨温度以经验公式计算的方法间接地计算长钢轨的温度力，由于环境温度变化、长钢轨内外温度不同等因素所以得到的数据比较粗糙。
发明内容
本发明的目的是针对现有检测技术方案的不足，提供一种能够随时随地检测铁路长钢轨温度力的测力装置和检测方法。为实现本发明的目的，本发明采用在同一变化温度场中相同材质材料变形相同的原理，使用位移传感器测量在锁定状态下被测长钢轨与在非锁定状态下和长钢轨同样材质构件在同一变化温度场中变形量差值的方法来测量长钢轨的温度力。在长钢轨被测部位安装测力装置，测力装置设有用被测长钢轨相同材质材料制成的测量杆4，测量杆4一端通过螺母1和前固定块2与长钢轨3一测点紧固联接，另一端联接位移传感器动端5。位移传感器静端6通过紧固环7、后固定块8与长钢轨3另一测点紧固联接，两固定块之间距离为测量长度L。
本发明的长钢轨温度力的检测方法是通过测力装置中的位移传感器测量被测长钢轨3与测量杆4胀缩量差值，而后根据长钢轨材料的弹性模量E和测量长度L就可以计算出即时的长钢轨温度力P。因为位移传感器输出是连续的，所以在测力装置安装后可以随时随地检测和记录铁路长钢轨的温度力。检测方法包括以下步骤：
(a)在长钢轨被测点安装固定测力装置。
(b)用位移检测记录仪作为测量和记录设备，通过数据线9与位移传感器相连。
(c)在长钢轨处于未锁定的自由状态下，将位移检测记录仪检测的数值标定为零。
(d)在铁路线路锁定后运用期间，用位移检测记录仪测量和记录位移传感器的输出值。
(e)根按下式计算被测长钢轨的即时温度力：
P＝E·i/L·S
式中P-被测长钢轨的即时温度力(MN)；E-被测长钢轨材料弹性模量(MPa)；i-所测得位移传感器的输出值(m)；L-测力装置测量长度(m)；S-被测长钢轨的横截面积(m2)。
本发明将测力装置在长钢轨的被测部位安装好以后，可以长期、随时随地地测量长钢轨的温度力。如果再配装数据处理系统和数据传输网络可以方便地实现长钢轨温度力的多点网络化、自动化监测。有关部门可以通过网络使用计算机随时监测其管辖内线路的长钢轨温度力状况，真正实现长钢轨温度力检测的自动化、网络化。并且可以得到便于检索研究的长钢轨温度力的连续图表，还可以实现长钢轨温度力过大自动报警，避免因长钢轨温度力过大引起事故的发生，提高铁路工务安全生产可靠性。
附图说明
图1为测力装置在长钢轨被测部位安装示意图；
图2为图1的A向视图；
图3为图1的B-B剖视图；
具体实施方式
下面结合附图详尽描述本发明的具体实施方式。
如图1所示在长钢轨被测部位安装固定测力装置，测力装置设有测量杆4，测量杆4用被测长钢轨相同的材料制成，其横截面为圆形，也可以按需要制成横截面方形或其它横截面形状的构件。测量杆4一端通过螺母1和前固定块2联接，另一端联接位移传感器动端5。如图2所示前固定块2利用前紧固螺栓11和前压紧块12与长钢轨3一测点固定联接。如图3所示位移传感器静端6通过紧固环7和螺钉10与后固定块8联接，后固定块8利用后紧固螺栓13和后压紧块14与长钢轨3另一测点固定联接。两固定块之间距离为测量长度L，用和位移传感器配套的位移检测记录仪作为测量和记录设备，通过数据线9与位移传感器相连，安装后不妨碍列车通过。
在长钢轨处于未锁定的自由状态下，将位移检测记录仪检测的数值标定为零，并且设定测量杆4膨胀时产生的位移为正值，收缩时产生的位移为负值。在长钢轨锁定后铁路线路运用期间，用位移检测记录仪测量和记录位移传感器的输出值，就可以得到长钢轨温度力。在此实施方式中设长钢轨锁定后一段时间位移传感器的输出值为正值0.05毫米，即长钢轨3与测量杆4的变形差值i＝5×10-5m，设测量长度L＝1m，长钢轨材料的弹性模量E＝2.1×105MPa，设被测长钢轨型号为60(公斤/米)钢轨，其截面积S＝77.45×10-4m2。则根据公式计算被测长钢轨的即时温度力P
P＝E·i/L·S＝2.1×105×5×10-5/1×77.45×10-4＝8.13×10-2MN
P为正值，被测长钢轨受压力。
将计算公式输入计算机可以直接得到长钢轨的即时温度力数值。
本发明测力装置中的位移传感器可以选用测量精度符合要求的容栅、磁栅、光栅或其它位移传感器且不脱离本发明的范围。
本发明测力装置中的测量杆4是用和被测长钢轨相同材质材料制成的构件，其横截面可以按需要制成任何横截面形状的构件，且不脱离本发明的范围。例如，使用和被测长钢轨同样型号的钢轨段作为测量杆4，考虑到与被测长钢轨温度变化同步，更为可取。

Claims (5)

1、一种长钢轨因温度变化产生应力的测力装置，测力装置设有用和长钢轨相同材料制造的构件测量杆(4)，测量杆(4)一端通过螺母(1)和前固定块(2)联接，另一端联接位移传感器动端(5)；前固定块(2)利用前紧固螺栓(11)和前压紧块(12)与长钢轨(3)一测点固定联接；位移传感器静端(6)通过紧固环(7)和螺钉(10)与后固定块(8)联接；后固定块(8)利用后紧固螺栓(13)和后压紧块(14)与长钢轨(3)另一测点固定联接；两固定块之间距离为测量长度L，用位移检测记录仪作为测量和记录设备，通过数据线(9)与位移传感器相连。
2、根据权力要求1所述的测力装置，其特征在于：测量杆(4)用和被测长钢轨相同材质的材料制成，其横截面可以按需要制成圆形、方形或其它任何横截面形状的构件。
3、根据权力要求1所述的测力装置，其特征在于：测量杆(4)用和被测长钢轨相同型号的钢轨段制成。
4、根据权力要求1所述的测力装置，其特征在于：测力装置中的位移传感器为容栅、磁栅、光栅或其它测量精度符合要求的位移传感器。
5、一种长钢轨因温度变化产生应力的检测方法，使用位移传感器测量在锁定状态下被测长钢轨与在自由状态下和长钢轨相同材质构件在同一变化温度中变形量差值的方法来测量长钢轨因温度变化而产生的应力即温度力，该方法包括以下步骤：
(a)在长钢轨被测部位安装测力装置；
(b)用位移检测记录仪作为测量和记录设备，通过数据线(9)与位移传感器相连；
(c)在长钢轨处于未锁定的自由状态下，将位移检测记录仪检测的数值标定为零；
(d)在长钢轨锁定后铁路线路运用期间，用位移检测记录仪测量和记录位移传感器输出值；
(e)按下式计算被测长钢轨的即时温度力；
P＝E·i/L·S
式中P-被测长钢轨的即时温度力(MN)；E-被测长钢轨材料弹性模量(MPa)；i-所测得位移传感器的输出值(m)；L-测力装置测量长度(m)；S-被测长钢轨的横截面积(m2)。
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