CN202116956U - 无缝钢轨的激振应力放散装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种无缝钢轨的激振应力放散装置，它是以周期振动式气液增压的方式实现钢轨应力均匀化装置，辅以应力传感器现场检测钢轨的应力放散效果，以机液电一体化的自动模式进行应力放散作业，整机设备重量轻，并有防倾覆装置保证小车工作时不向侧面倾覆，降低了劳动强度，提高了工作效率与质量。

Description

无缝钢轨的激振应力放散装置

技术领域

本实用新型涉及一种无缝钢轨的激振应力放散装置，具体为针对无缝钢轨，采用周期振动方法实现应力放散，属铁路行业无缝轨道的应力放散专用机械产品领域。

背景技术

无缝线路是当前国内外在铁路中普遍采用的主型轨道结构，在铁路建设中普遍采用，目前的一次铺设无缝线路施工技术，归纳起来主要有单枕、群枕和长轨排捕设法三种，其中单枕铺设法取消了传统的轨排组装基地，长钢轨、轨枕直接运抵工地进行铺设，其综合作业效率高，技术先进、实用、可靠，我国的高铁技术虽然处于世界领先水平，但是长期以来，在无缝线路的铺设和维护过程中，对于其应力放散方法和工艺还相对落后，基于我国铁路建设的现状和发展趋势，更高效的新型应力放散方法及设备亟待进一步研究。 为了确保无缝线路钢轨的刚度和直线度，现行的拉伸钢轨方法主要以人工牵引的机械式为主，它是使用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件对钢轨进行约束，将一段500m长的钢轨一端固定，另一端施加400t的拉力，对钢轨进行拉伸，使其钢轨内部产生拉应力，但这时会出现靠近拉伸端拉应力大，远离拉伸端小的不均匀分布情况，不利于钢轨的应力均匀放散；另一方面，测量应力放散的效果主要采用划线法，这使得整套设备体积大且笨重，作业过程劳动强度大，效率低，凭经验操作因素多，测量结果不精确。也有采用液压撞轨器进行应力放散方法，如中国发明专利《无缝线路应力放散撞轨装置》（申请号：201010242615.7 申请日：2010-08-02）所采用的，是由液压泵、冲击装置和撞轨装置组成的液压撞轨装置；中国实用新型专利《液压撞轨器》（申请号：200820112869.5 申请日：2008-04-30）所公开的，是由汽油发动机、油泵总成及油箱、击发机构、撞轨滑块、车架及车轮构成的液压撞轨装置，以上两种液压撞轨装置，其不足之处在于：撞击力较大，作业速度相对较慢；其次是没有在作业现场安装传感器并检测钢轨的应力放散效果；其三是撞击设备整体较重，不利于操作者安装和运输，其四是安装于钢轨上的撞轨机无防倾覆装置，不利于于作业中设备平稳的定位在钢轨上。

发明内容

本实用新型针对背景技术所述问题，提出一种无缝钢轨的激振应力放散装置，它是以周期振动式气液增压的方式实现钢轨应力均匀化装置，辅以应力传感器现场检测钢轨的应力放散效果，以机液电一体化的自动模式进行应力放散作业，整机设备重量轻，并有防倾覆装置保证小车工作时不向侧面倾覆，降低了劳动强度，提高了工作效率与质量。

本实用新型的技术方案是：无缝钢轨的激振应力放散装置，其特征在于：该装置由行走小车、冲击单元、夹紧装置及检测控制系统四部分组成；所述冲击单元由冲击式气液增压缸及其气动控制回路和外接气源组成，冲击式气液增压缸是一个多级圆筒状金属缸体，所述增压缸内，有冲击杆（401）、活塞（409）、活塞杆（413）、带孔法兰盘、二个油液腔和五个气压腔；自冲击杆（401）一端至增压缸底座法兰（417）端，为别是气压腔（431）、油液腔（406）、油液腔（408）、气压腔（410）、气压腔（412） 、气压腔（414）和气压腔（416），冲击杆(401)的活塞隔开气压腔（431）与油液腔（406），油液腔（406）和油液腔（408）之间有带孔法兰盘（407），气压腔（410）和气压腔（412）之间有带孔法兰盘（411），气压腔（412）和气压腔（414）之间有活塞杆（413），气压腔（414）和和气压腔（416）之间是带孔法兰盘（415），增压缸缸体两端是法兰盘（402）和（417）；其工作原理是：由缸体端部法兰盘（417）、气压腔（416）和气压腔（414）、带气孔法兰盘（415）和活塞杆（413）端面间形成的冲击气缸，起到很强的冲击作用，当活塞杆（413）进入油液腔（406）后，利用气液增压作用，达到更好的冲击增力效果，又由于冲击过程是循环进行的，冲击频率由调节气体回路中的两行程阀间的距离来调定，从而达到冲击杆周期振动式的冲击撞轨动作效果。

如上所述的无缝钢轨的激振应力放散装置，其特征在于：所述的夹紧装置包括夹具体、侧面活块、上活块、衬套、砧座和螺栓紧固件；夹具体截面为“人”字状刚体，有对称的四个螺栓将夹具体紧固于小车的槽钢上，侧面活块为长条型，侧面活块带有的支撑脚插在夹具体下部两内侧窄槽内，夹具体两侧下部，还有螺栓通过衬套将侧面活块与钢轨沿水平方向夹紧；“人”字型夹具体上部有通孔螺纹，通孔螺纹内有螺栓将其下端挂接的上活块与钢轨在垂直方向上夹紧；砧座为圆型受力块，安装在夹具体上。

如上所述的无缝钢轨的激振应力放散装置，其特征在于：所述的行走小车其小车是经加工的槽钢及固联在槽钢上的行走轮、防覆轮、拖运轮、把手、冲击杆导向支撑块，冲击单元和夹紧装置也固联在槽钢上，槽钢上还固联有分列于小车两边的侧板，侧板上安装有检测控制系统、气动三大件和钢轨应力监测单元；行走轮是可在钢轨上滚动行走的塔轮，行走轮每两个一组共四个，分列于小车两端四角；防覆轮位于钢轨两侧肋部，防覆轮与拖运轮安装在防覆轮轴的两端，防覆轮轴中部有外螺纹，固联在小车槽钢上的防覆轮轴套有内螺纹，防覆轮轴外螺纹与防覆轮轴套内螺纹旋接；把手为门字型，安装在小车两端上；小车上还有对增压缸冲击杆起导向支撑作用的导向支撑块；其有益效果是：将行走轮做成塔轮的形状能够使轮与轨道的接触更可靠，减轻钢轨的局部应力集中，降低整个装置的重心，提高作业和行走时小车的稳定性；防覆轮可平衡整个小车的倾覆力矩，以确保作业时小车的稳定性；拖运轮方便于小车不在钢轨上工作时的拖运；把手有利于小车的拖运及起吊，检测控制系统安放在小车侧板上，分列于小车两边，方便人工操作，并使小车两侧受力平衡。

如上所述的无缝钢轨的激振应力放散装置，所述的检测控制系统安装有控制本装置作业的各种电、气元件，其特征在于：所述的检测控制系统中，还有检测应力的应变片和冲击频率调节器两个部分，应变片安装在待作业的钢轨上，冲击频率调节器是两个调节冲击杆工作行程的行程阀，所述行程阀安装在冲击杆伸出气液增压缸外部分圆柱杆前端的小车上；其工作原理是：在500m施工线路上每隔一段距离贴有用以检测钢轨内部应力变化情况的应变片，检测间隔相同的每段钢轨在放散作业过程中的应力变化状态，通过观测各段应力传感器上所示应力值是否相等，以确定应力放散作业是否达到放散要求，实现对整个放散作业过程的实时监测；调节两个行程控制阀之间的距离，即可调节冲击频率。

本实用新型的有益效果是：

  1、行走小车由行走轮支撑并带动整个设备在钢轨上行走，把手和拖运轮方便于小车的搬运，防覆轮可以平衡小车的倾覆力矩，以保证作业时小车的平稳。

2、冲击式气液增压缸利用较低的气源压力，通过冲击气缸冲击活塞杆及气液近十倍的增压，提高了冲击效率，它将气液增压缸3s左右积蓄的能量瞬间释放，形成强大的撞击力，并且周期振动式的撞击，使能量以纵波的形式传递叠加，在满足冲击力要求的条件下，激起钢轨的共振态，达到更好的应力放散效果。

3、夹紧装置主要是采用螺旋锁紧的方式，能够实现比现行使用的楔形块夹紧更大的增力比，夹具易松紧，如与力矩扳手配套使用，能更好地控制旋紧力，从而满足撞击力所需的夹紧力要求，解决了现行方法需要依靠工人经验估测夹紧力的问题。

4、检测控制系统包括应力检测和工作频率调定，实现了对整个放散作业过程的实时监测，相比现行划线法而言测量更精确。

5、小车的重心低，质量小，集夹紧装置，撞击单元和检测控制系统于一体，体车质量小于100Kg，相比现行设备约400Kg轻便了很多。

 附图说明

附图1为本实用新型实施例主视图；

附图2为图1之俯视图；

附图3为图1沿A—A立面剖视图；

附图4为图3侧视图；

附图5为冲击式气液增压缸及控制原理图；

附图6为图1沿A’—A’立面剖视图；

附图7为图6中的夹具体沿B—B立面剖视图；

附图8为图6侧视图（未显示钢轨部分）。

具体实施方式

附图中的标记：

附图1，201—拖运轮，202—防覆轮轴，203—把手，204—行走轮，205—夹具体，206—导向支撑块，207—冲击式气液增压缸，208—槽钢，209—钢轨，210—靠覆板，211—侧板。

附图2中，214—行走轮轴，216—螺栓，217—销钉，220—销钉，221—螺栓，228—固定板，310—定位孔，603—螺栓。

附图3、附图4中，301—卡簧，302—防覆轮，303—定位销，304—防覆轮轴套，307—螺栓，312—行走轮轴承，322—拖运轮轴承。

附图5中，401—冲击杆，402—法兰盘，406—油液腔，408—油液腔，409—活塞，410—气压腔，411—带孔法兰盘，412—气压腔，413—活塞杆，414—气压腔，415—带孔法兰盘，416—气压腔，417—底座法兰，418—气孔，420—气孔，421—气孔，424—气孔，428—油孔，431—气压腔，434—气孔；502—气动换向阀，503—调节阀，504—单向阀，505—行程阀，506—行程阀，507—单向阀，508—调节阀，509—单向阀，510—单向阀，511—手动换向阀，512—气动换向阀，513—气源，514—空气过滤器，515—减压阀，516—压力表，517—油雾器，518—行程触点。

附图6中，601—侧面活块，602—衬套，603—夹紧螺栓，604—锁紧螺母，607—锁紧孔，608—衬套，609—夹紧螺栓，610—锁紧螺母，611—螺栓，612—上活块。 

附图7、附图8中，618—砧座，619—螺栓，622—锁紧孔，623—窄槽。

以下结合附图对本实用新型实施例进一步说明：

参照附图1至附图5，本实用新型所公开的无缝钢轨的激振应力放散装置，由行走小车、冲击单元、夹紧装置及检测控制系统四部分组成；冲击单元由冲击式气液增压缸和外接气源组成，冲击式气液增压缸是一个多级圆筒状金属缸体，增压缸内，有冲击杆401、活塞409、活塞杆413、带孔法兰盘、二个油液腔和五个气压腔；自冲击杆401一端至增压缸底座法兰417端，为别是气压腔431、油液腔406、油液腔408、气压腔410、气压腔412 、气压腔414和气压腔416，冲击杆401的活塞隔开气压腔431与油液腔406，油液腔406和油液腔408之间有带孔法兰盘407，气压腔410和气压腔412之间有带孔法兰盘411，气压腔412和气压腔414之间有活塞杆413，气压腔414和气压腔416之间是带孔法兰盘415，增压缸缸体两端是法兰盘402和417。

参照附6至附图8，夹紧装置包括夹具体205、侧面活块601、上活块612、衬套602、砧座618和紧固件螺栓；夹具体截面为“人”字状刚体，有对称的四个螺栓216将夹具体205紧固于行走小车的槽钢208上，侧面活块601为长条型，侧面活块601带有的支撑脚插在夹具体205下部两内侧窄槽623内，夹具体205两侧下部，还有夹紧螺栓603通过衬套602将侧面活块601与钢轨209沿水平方向夹紧并利用锁紧螺母604防松；“人”字型夹具体205上部有通孔螺纹，通孔螺纹内有夹紧螺栓609将其下端通过螺栓611挂接的上活块612与钢轨609在垂直方向上夹紧并利用锁紧螺母610防松；砧座618为圆型受力块，砧座618通过螺栓619安装在夹具体205上。

如附图1、附图2和附图3，行走小车是经加工的槽钢208及固联在槽钢208上的行走轮204、防覆轮302、拖运轮201、把手203、冲击杆401的导向支撑块206，冲击单元的冲击式气液增压缸207和夹紧装置夹具体205也固联在槽钢208上，槽钢208上还固联有分列于小车两边的侧板211，侧板上安装有检测控制系统、气动三大件和钢轨209的应力监测单元；行走轮204是可在钢轨209上滚动行走的塔轮，行走轮204每两个一组共四个，分列于小车两端四角；防覆轮302位于钢轨209两侧肋部，防覆轮302与拖运轮201安装在防覆轮轴202的两端，防覆轮轴202中部有外螺纹，固联在小车槽钢209上防覆轮轴套304有内螺纹，防覆轮轴202外螺纹与防覆轮轴套304内螺纹旋接；把手203为门字型，安装在小车两端槽钢208上；小车上还有对增压缸207冲击杆401起导向支撑作用的导向支撑块206，检测控制系统安放在小车侧板211上，分列于小车两边。

如附图5所示，检测控制系统中，还有检测应变片和冲击频率调节器两个部分，应变片安装在待作业的钢轨上（图中未画出），冲击频率调节器是两个调节冲击杆401工作行程的行程阀505和506，二个行程阀安装在冲击杆401伸出冲击式气液增压缸外部分圆柱杆前端的小车上。

本实用新型实施例中，主要工作参数为：气源气压为0.6～0.8Mpa可调，预定位行程20mm（冲击杆401靠近夹紧装置205），冲击行程20mm，油液的工作压力可达到2.4～3.6Mpa，作用在直径40mm的冲击杆401上可达到撞击力12～16kN，且预定位时间0.7s，冲击时间（包括油液静压逐渐增大的时间）1.4s，回程时间1.3s，整个周期为（0.6s+2.0s+0.7s）=3.3s，与钢轨受400t拉力作用下的频率值0.3～1.0Hz相吻合，在满足冲击力要求的条件下，能激起钢轨的共振态，即无需提供很大的冲击力（较已有专利所述70KN，20KN等撞击力而言，小得多），就能使钢轨产生幅值较大的振动，从而使钢轨内部应力均匀化。

本实用新型所涉及的具体应力放散方法为：首先分析需进行应力放散的钢轨所处的外界环境，根据当地钢轨所需的满足工况的应力指标，设定放散设备的撞击频率，如上所述，撞击频率主要通过调节冲击式气液增压缸两行程阀505和506之间的距离来调定。选好相应工作参数后，在500m施工线路上每隔一段距离贴上用以检测钢轨内部应力变化情况的传感器应变片，然后在线路中段250m处安装（包括车体的稳固与夹紧装置的装夹，此处由于夹具体是利用螺栓固定在车体上的，所以只需确保夹具将钢轨夹紧，车体在防覆轮的平衡下不发生侧向倾覆即可，无需另外将小车锁紧于钢轨上）。

具体操作过程如下：

1、选好工作参数；

2、布置传感器应变片；

3、安放小车及夹紧装置夹紧钢轨，夹具体对钢轨的夹紧操作是：先将装有砧座618的夹具体205放在钢轨209上，再将两个侧面活块601插入夹具体205与钢轨209两肋间，定位好，用专用的力矩扳手按调定夹紧力旋紧夹紧螺栓609及夹紧螺栓603，之后旋紧这些螺栓上的锁紧螺母604和610，即可完成撞击前的夹紧工作；作业完成后，松开锁紧螺母604、610和夹紧螺栓603和609，抽出侧面活块601即可。为了防止夹具体205因多次撞击受损，在夹具体205受冲击力的一侧安装如图7所示的砧座618，砧座618略比夹具体205端面突出，可减少砧座618变形对夹具体205的影响，拆卸时扭松砧座618上的内六角螺栓619，即可顶开砧座，进行更换；

4、开通冲击式气液增压缸气源513，气源压力为0.6～0.8Mpa可调，再开启手动换向阀511，使冲击杆401在冲击式气液增压缸207各阀的控制与缸内各元器件的相互作用下完成整个撞击过程的20mm预定位行程（冲击杆401靠近夹夹紧装置205）和20mm的冲击行程，实现对夹具体205的冲击动作。此时，夹具体205与钢轨209处于夹紧状态，其摩擦力大于冲击杆401所产生的冲击力，所以夹具体205受冲击会带动钢轨209产生沿线方向的微位移，逐步实现应力的均匀化。此外，根据已调定的撞击频率与钢轨209此时频率状态相符，夹具体205受冲击产生的一系列纵波沿线路传播，激起钢轨209的共振态，使应力放散更均匀。 

为了确保钢轨良好的工作状态，将在每段500m钢轨线路的250m处进行应力放散作业，原因有二：其一是根据拉应力的线性分布规律，在线路中段施加与拉应力同向的冲击力，可平衡两侧拉应力；其二是由于本实用新型所涉及的应力放散方法主要是基于激振原理，而激振效果在300m以外就相对较弱了，因此选择250m也较为合适，放散作业完毕后，钢轨内部应力均匀化，并且仍能保证钢轨处于拉应力状态下，这种应力状态既能保证钢轨的刚度和直线度，又能抵消钢轨因外界环境影响所产生的压应力，避免了压应力失稳的不良现象。

参照附图5，夹紧装置夹紧钢轨以后，气液系统的动作过程中如下：开通气源513（使用空气压缩机），使压缩空气经过空气过滤器514，减压阀515，油雾器517进入控制回路。开启手动换向阀511，由于此时缸内元件处于起始位置，冲击杆401的杆头压住行程阀506，使其开启，行程阀505未开启，则气源气体通过手动换向阀511上位进入行程阀506，控制二位五通气动换向阀512左位Y1开通，气源气体通过此换向阀，一方面通过法兰盘411的进气口421直接进入冲击式气液增压缸的气压腔410，推动活塞409向前缓慢运动，并利用油液腔406和油液腔408内油液的不可压缩性，同时推动冲击杆401向前推进，以完成20mm的预定位行程（冲击杆靠近夹具）；另一方面，由于此时进入二位五通换向阀502右位的气体流量少，不足以使其右位开通，此时换向阀502处于左位，气体通过单向阀510，经过二位五通换向阀502的左位，由底座417的进气口418进入气压腔416内，由于气压腔416的调定压力为0.6Mpa，气压腔414内的气体已由法兰415的出气口420排出，预定位过程中，气压腔416内的压力小（完成0.1Mpa到0.6Mpa的增压过程），仅通过连接气压腔414和气压腔416腔的法兰415中部小孔作用于活塞杆413上很小的面积处，不足以推动活塞杆413向前运动，所以活塞杆413仍处于静止状态，冲击杆401完成预定位行程的同时，气压腔416内的压力升高至调定值0.6Mpa，使气体瞬间冲入气压腔414内，压力作用于整个活塞杆413的最大横截面积上，起到极大的增力作用，从而推动活塞杆413前端由油液腔408通过法兰407中的连接小孔进入油液腔406中，并将两油液腔406和408分离，活塞杆413杆头挤压油液腔406内的油液，并直接作用于冲击杆401上，当油液静压达到一定值后，将推动冲击杆产生瞬间的强大冲击力，以完成剩下的20mm的冲击行程（实现冲击动作）。此时行程阀505开启，控制换向阀512动作，气体经行程阀505排入大气中，使换向阀512处于右位（弹簧复位）。气体经换向阀512右位一方面分别经单向阀507和单向阀509由气孔434和424进入气压腔431和气压腔412内，同时推动冲击杆401和活塞杆413后退，另一方面，气体经单向阀504使换向阀502动作，使气压腔416内的气体经换向阀502右位排出，气压腔414内的气体从气孔415排出，气压腔410内的气体经换向阀512右位排出，油液腔406内多余的油液可直接油孔428进入回油箱，以此完成了一个周期的撞击动作。撞击频率可通过调整两行程阀505、506之间的距离来选定，反复循环以上动作，便可达到周期振动式撞击钢轨的目的，整个过程只需人力开启气源513和启动开关511即可，操作方便，作业质量也得到了极大的保证。

最后应说明的是：本实用新型所涉及的应力放散方法及装置已在真实轨道上做过相关放散实验，工作情况与上述吻合，且效果良好。所配套的装置总重不超过100kg，已做成实体，未详尽描述的技术内容为公知技术。

Claims (4)

1.无缝钢轨的激振应力放散装置，其特征在于：该装置由行走小车、冲击单元、夹紧装置及检测控制系统四部分组成；所述冲击单元由冲击式气液增压缸及其气动控制回路和外接气源组成，冲击式气液增压缸是一个多级圆筒状金属缸体，所述增压缸内，有冲击杆（401）、活塞（409）、活塞杆（413）、带孔法兰盘、二个油液腔和五个气压腔；自冲击杆（401）一端至增压缸底座法兰（417）端，为别是气压腔（431）、油液腔（406）、油液腔（408）、气压腔（410）、气压腔（412） 、气压腔（414）和气压腔（416），冲击杆(401)的活塞隔开气压腔（431）与油液腔（406），油液腔（406）和油液腔（408）之间有带孔法兰盘（407），气压腔（410）和气压腔（412）之间有带孔法兰盘（411），气压腔（412）和气压腔（414）之间有活塞杆（413），气压腔（414）和和气压腔（416）之间是带孔法兰盘（415），增压缸缸体两端是法兰盘（402）和（417）。

2.如权利要求1所述的无缝钢轨的激振应力放散装置，其特征在于：所述的夹紧装置包括夹具体、侧面活块、上活块、衬套、砧座和螺栓紧固件；夹具体截面为“人”字状刚体，有对称的四个螺栓将夹具体紧固于小车的槽钢上，侧面活块为长条型，侧面活块带有的支撑脚插在夹具体下部两内侧窄槽内，夹具体两侧下部，还有螺栓通过衬套将侧面活块与钢轨沿水平方向夹紧；“人”字型夹具体上部有通孔螺纹，通孔螺纹内有螺栓将其下端挂接的上活块与钢轨在垂直方向上夹紧；砧座为圆型受力块，安装在夹具体上。

3.如权利要求1所述的无缝钢轨的激振应力放散装置，其特征在于：所述的行走小车其小车是经加工的槽钢及固联在槽钢上的行走轮、防覆轮、拖运轮、把手、冲击杆导向支撑块，冲击单元和夹紧装置也固联在槽钢上，槽钢上还固联有分列于小车两边的侧板，侧板上安装有检测控制系统、气动三大件和钢轨应力监测单元；行走轮是可在钢轨上滚动行走的塔轮，行走轮每两个一组共四个，分列于小车两端四角；防覆轮位于钢轨两侧肋部，防覆轮与拖运轮安装在防覆轮轴的两端，防覆轮轴中部有外螺纹，固联在小车槽钢上的防覆轮轴套有内螺纹，防覆轮轴外螺纹与防覆轮轴套内螺纹旋接；把手为门字型，安装在小车两端上；小车上还有对增压缸冲击杆起导向支撑作用的导向支撑块。

4.如权利要求1所述的无缝钢轨的激振应力放散装置，其特征在于：所述的检测控制系统安装有控制本装置作业的各种电、气元件，还有检测应力的应变片和冲击频率调节器两个部分，应变片安装在待作业的钢轨上，冲击频率调节器是两个调节冲击杆工作行程的行程阀，所述行程阀安装在冲击杆伸出气液增压缸外部分圆柱杆前端的小车上。

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