CN207503520U - 一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，包括作为模拟无缝线路长钢轨的小断面工字型钢和作为模拟轨下基础的大型号工字型钢，小断面工字型钢通过端部夹持机构和中间夹持架构固定在大型号工字型钢上方，沿小断面工字型钢的长度方向设置有加热装置，在小断面工字型钢一侧中间位置设置有能给小断面工字型钢施加纵向力的旋装在框架上的螺栓，小断面工字型钢的表面粘贴若干应变片，应变片连接到与电脑连接的动态电阻应变仪上，还包括有若干探头可探测小断面工字型钢的温度采集仪。本实用新型可演示无缝线路钢轨温度力原理、无缝线路胀轨跑道机理、钢轨爬行机理和无缝线路锁定轨温的变化机理。

Description

一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置

技术领域

本实用新型涉及一种演示装置，尤其是一种无缝线路钢轨温度应力研究培训设备。

背景技术

近15年来，中国高铁产业蓬勃发展，建设运营里程、装备生产技术、施工能力和管理能力达到了世界一流水平，在国内诸多行业产能过剩、经济低迷之下，高铁行业自豪地走向世界，开拓国际市场。在这种形式下，研究高铁领域的问题很有现实意义。

无缝线路的关键技术就是采用了高强度的弹性扣件，扣压住钢轨的轨底，使钢轨不能自由热胀冷缩变形实现锁定。只要长钢轨的自由伸缩受到限制，就会承受温度拉力或压力。压力太大，容易发生胀轨跑道事故；拉力太大，容易发生断轨事故；这两种情况都会危及行车安全。很多次的胀轨跑道事故和断轨事故都和维护人员对长钢轨温度力的认识不够深入有关。因此有必要研发一种可以演示无缝线路钢轨温度力原理的装置，供相关人员学习。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，能够真实的模拟无缝线路钢轨温度力原理。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，包括作为模拟无缝线路长钢轨的小断面工字型钢和作为模拟轨下基础的大型号工字型钢，小断面工字型钢通过端部夹持机构和中间夹持架构固定在大型号工字型钢上方，沿小断面工字型钢的长度方向设置有加热装置，在小断面工字型钢一侧中间位置设置有能给小断面工字型钢施加纵向力的旋装在框架上的螺栓，小断面工字型钢的表面粘贴若干应变片，应变片连接到与电脑连接的动态电阻应变仪上，还包括有若干探头可探测小断面工字型钢的温度采集仪。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述加热装置为红外线加热灯，红外线加热灯设置有三组，三组红外线加热灯分别设置在小断面工字型钢的上侧、左侧和右侧。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述加热装置为若干根电加热伴热带，小断面工字型钢的表面焊接有安装螺丝的若干组螺母，螺丝上缠绕有固定电加热伴热带的铁丝。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述端部夹持机构和中间夹持机构均包括设置在大断面工字型钢和小断面工字型钢之间垫铁块、设置在小断面工字型钢轨底上表面的扣件和将垫铁块和扣件锁紧且夹持力可调节的夹持螺栓。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：小断面工字型钢的外层套装保温层。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：在小断面工字型钢的腹板两侧放置支撑块。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：

本实用新型用大型号工字型钢模拟轨下基础，用小断面工字型钢模拟无缝线路长钢轨，通过端部夹持机构和中间夹持机构将小断面工字型钢固定在大型号工字型钢上，沿小断面工字型钢的长度方向设置有加热装置，在小断面工字型钢一侧中间位置设置有能给小断面工字型钢施加纵向力的螺栓，本实用新型可演示小断面工字型钢加热与散热后不同温度情况下无缝线路长钢轨拉力和压力的变化规律，通过在小断面工字型钢的表面粘贴应变片，应变片连接到与电脑连接的动态电阻应变仪上来实现显示、打印其热胀冷缩的温度应力数据；通过对小断面工字型钢加热使之失去稳定，可演示无缝线路胀轨跑道机理；在小断面工字型钢上施加一个纵向力，可演示钢轨爬行机理；通过松开夹持机构再固定，可演示无缝线路锁定轨温变化的机理。

通过调整夹持螺栓3的锁紧程度来调整端部夹持机构和中间夹持机构所提供的摩擦阻力的大小。

加热装置可以是外红线加热灯，外红线加热灯设置有三组，三组外红线加热灯分别设置在小断面工字型钢的上侧、左侧和右侧，保证小断面工字型钢能够快速和均匀的加热，达到实验目的。

加热装置还可以是沿小断面工字型钢长度方向敷设电加热伴热带，紧贴小断面工字型钢表面；小断面工字型钢每隔300mm在其一周焊接螺母，下方焊接两个螺母为M10，串接M10*60螺丝，有两个作用，一是用于支撑小断面工字型钢，把小断面工字型钢放置在大号工字型钢上部中间位置，二是缠绕固定电加热伴热带的细铁丝；在小断面工字型钢上方各面焊接M6螺母，安装M6*30螺丝，用于缠绕细铁丝，固定敷设电加热伴热带。

小断面工字型钢腹板两侧放置支撑块，它可以更好地把电加热伴热带紧贴住小断面工字型钢的表面，使其受热均匀，散热慢，在小断面工字型钢外侧，再套上外部保温层，对小断面工字型钢实施更好的保温。

附图说明

图1是本实用新型的安装结构示意图；

图2是小断面工字型钢腹部两侧支撑块和外保温安装示意图；

图3是小断面工字型钢腹板两侧支撑块图；

图4是小断面工字型钢外围保温块左部图；

图5是小断面工字型钢外围保温块右部图；

图6是应变片、温度采集仪安装图；

图7是夹持机构剖面安装图；

图8是实施例2采用的轻轨图；

图9是实施例3结构示意图；

其中，1、小断面工字型钢，2、大型号工字型钢，3、夹持螺栓，4、垫铁块，5、扣件，6、螺丝，7、螺母，8、红外线加热灯，10、温度采集仪，11、应变片，12、铁丝，13、支撑块，14、保温层，15、螺栓，16、框架，17、电加热伴热带，18、轨顶，19、轨腰，20、轨底。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例一

如图1-图7所示，一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，模拟无缝线路长钢轨，小断面工字型钢1型号选用：高H100mm宽B100mm，腑板厚和翼板厚t6mm-8mm, 模拟轨下基础的大断面工字型钢2型号选用：高H300mm宽B300mm，腑板厚和翼板厚t10mm-15mm,实施例一长度选用6米，两端用端部夹持机构（绝缘）模拟接头夹板，中间夹持机构用19组夹持机构固定小断面工字型钢，模拟轨枕与扣件系统，夹持机构包括垫铁块4、扣件5和夹持螺栓3，垫铁块4放置在大断面工字型钢2上表面和小断面工字型钢1下表面之间，扣件5设置在小断面工字型钢1轨底的上表面，且扣件5外端下表面与垫铁块4上表面接触，夹持螺栓3依次穿过扣件5、垫铁块4和大断面工字型钢2并锁紧，通过调整夹持螺栓3的锁紧程度来调整端部夹持机构和中间夹持机构所提供的摩擦阻力的大小。垫块4厚度应大于螺母7和螺丝6的总高度5mm，螺栓5选用高强M16*50螺栓，紧固时采用可以显示力矩大小数据的测力矩扳手紧固。在小断面工字型钢1的下平面，焊接M10螺母7两个，旋紧M10*50螺丝6，每间隔300mm焊一组，它为敷设电加热伴热带17服务，有两个作用，第一个作用是支撑小断面工字型钢1，小断面工字型钢1靠它平行放置在大断面工字型钢2上方中间部位，第二个作用是绑扎细铁丝12，用来绑扎固定电加热伴热带17，使电加热伴热带17基本就位，在小断面工字型钢1的腹板两侧，安放进用隔热泡沫材质做成的支撑块13，使电加热伴热带贴紧小断面工字型钢1，外部加用隔热泡沫材质做成的保温层14。

大断面工字型钢2上还固定一个框架16，框架16上旋接有螺栓15，螺栓15端部与小断面工字型钢1一侧中间位置对应，通过旋动螺栓15实现给小断面工字型钢1施加纵向力。

电加热伴热带17是由导电聚合物和两根平行金属导线及绝缘护层构成。其特点是导电聚合物具有很高的正温度系数特性，且互相并联，能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度，可以任意截短或在一定范围内接长使用，并允许多次交叉重叠而无高温热点及烧毁之虑。按输出功率分类 自控温加热电缆的输出功率是指在环境温度为摄氏10度条件下，单位长度电缆的输出功率。按加热功率输出分类，自控温加热电缆有高中低三种类型。一般而言，加热功率小于35瓦/米的为低功率加热电缆：加热功率大于35瓦/米而小于65瓦/米的为中功率加热电缆。安全型加热电缆是一种三芯加热电缆。在电缆中，在阻燃护套内沿长度方向另布一根监视电线。监视电线可随时把沿线的输出功率异常变化，过电流情况，局部损伤等信息及时传送到计算机，便于及时了解沿线加热情况，保证电缆的安全可靠运行。优点:电伴热装置简单、发热均匀、控温准确，能进行远控，遥控，实现自动化管理。电伴热设计工作量小，施工方便简单，维护工作量小，效率高，能大大降低能耗。

在小断面工字型钢的腹板和翼板上设置若干组应变片11，应变片11连接到动态电阻应变仪上，动态电阻应变仪与电脑连接，应变片11在此处工字钢正向或反向移动情况可通过电脑程序显示为方向箭头，通过方向箭头的显示情况可反映出工字钢的位移变化情况，应变片的线头连接到数据放大和处理器系统，最后连接到计算机打印机上，可以打印同一时间的数据，从而达到模拟演示的目的。测定温度可用带有若干探头可探测小断面工字型钢的温度采集仪，本实用新型温度范围是-20℃～70℃，可实时读取和了解小断面工字型钢的温度。

实施例二

本实施例选用与实施例不同之处在于选用不同的小断面工字型钢，如图8所示：序号1#，钢轨型号kg/m=9，轨高A\mm=63.5，底宽B\mm=63.5，头宽C\mm=32.1，头高D\mm=17.48，腰高E\mm=35.72，底高F\mm=10.3，腰厚t\mm=5.9；模拟轨下基础的大断面工字型钢2型号仍选用：高H300mm宽B300mm，腑板厚和翼板厚t10mm-15mm,长度选用24米，电加热伴热带17仍是由导电聚合物和两根平行金属导线及绝缘护层构成。

实施例三

如图9所示，本实施例与实施例一的不同之处在于选用不同的加热装置，加热装置选用长条形态的红外线加热灯8，大断面工字型钢2上设置有支架，红外线加热灯8固定在支架上。红外线加热灯8设置有三组，三组红外线加热灯8分别设置在小断面工字型钢1的上侧、左侧和右侧，即小断面工字型钢1三侧均有热源，保证小断面工字型钢能够快速和均匀的加热，达到实验目的。同时本实施例相应的不设置安装螺丝6的螺母7、铁丝12、保温层14和支撑块13。

Claims (6)

1.一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，包括作为模拟无缝线路长钢轨的小断面工字型钢（1）和作为模拟轨下基础的大型号工字型钢（2），其特征在于：小断面工字型钢（1）通过端部夹持机构和中间夹持架构固定在大型号工字型钢（2）上方，沿小断面工字型钢（1）的长度方向设置有加热装置，在小断面工字型钢（1）一侧中间位置设置有能给小断面工字型钢（1）施加纵向力的旋装在框架（16）上的螺栓（15），小断面工字型钢（1）的表面粘贴若干应变片（11），应变片（11）连接到与电脑连接的动态电阻应变仪上，还包括有若干探头可探测小断面工字型钢的温度采集仪（10）。

2.根据权利要求1所述的一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，其特征在于：所述加热装置为红外线加热灯（8），红外线加热灯（8）设置有三组，三组红外线加热灯（8）分别设置在小断面工字型钢（1）的上侧、左侧和右侧。

3.根据权利要求1所述的一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，其特征在于：所述加热装置为若干根电加热伴热带（17），小断面工字型钢（1）的表面焊接有安装螺丝（6）的若干组螺母（7），螺丝（6）上缠绕有固定电加热伴热带（17）的铁丝（12）。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，其特征在于：所述端部夹持机构和中间夹持机构均包括设置在大断面工字型钢（2）和小断面工字型钢（1）之间垫铁块（4）、设置在小断面工字型钢（1）轨底上表面的扣件（5）和将垫铁块（4）和扣件（5）锁紧且夹持力可调节的夹持螺栓（3）。

5.根据权利要求3所述的一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，其特征在于：小断面工字型钢（1）的外层套装保温层（14）。

6.根据权利要求3所述的一种无缝线路钢轨温度力原理的演示装置，其特征在于：在小断面工字型钢（1）的腹板两侧放置支撑块（13）。