CN209961370U - 一种钢轨应力的无损快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于钢轨内应力测量技术领域，公开了一种钢轨应力的无损快速检测装置，设置有在钢轨上推动的测量车；夹紧装置，固定安装在测量车底部；温度传感器，固定安装在测量车底部，并对准钢轨设置；电磁转换装置和信号传感器，固定安装在夹紧装置上，紧贴钢轨表面设置；检测主机箱，固定在测量车的内部，分别与温度传感器、电磁转换装置和信号传感器电连接。该钢轨应力的无损快速检测装置能无损、快速、简便的测出铁轨中内应力的大小，便于工务部门根据测量结果及时的做出放散处理，保证铁路安全运行。采用无损检测内应力的方法，是依据铁轨内磁场和内应力的关系，提出一种根据磁场反馈信号强弱来测量铁轨内应力的大小。

Description

一种钢轨应力的无损快速检测装置

技术领域

本实用新型属于钢轨内应力测量技术领域，尤其涉及一种钢轨应力的无损快速检测装置。

背景技术

轨道是铁路工务工程的核心，它由钢轨、轨枕(包括道床)、道岔及固定钢轨的道钉、螺旋道钉、弹条、扣件、防爬件、垫板等组成。由于钢轨在环境温度变化时产生热胀冷缩，势必在钢轨内部产生比较大的纵向温度应力，当温度升高时，钢轨由于受热膨胀会受到很大的压应力，容易发生胀轨；而当温度降低时，又由于遇冷收缩而受到很大的拉应力，钢轨容易断裂，特别是在环境温度突变时，钢轨的胀轨及断裂都易发生重大事故。

随着地铁和高速铁路的快速发展，随着铁路的多次提速与生产技术提高，很多铁轨也由当年的四五十米一根换成了焊接成型的长轨，而焊接起来的长轨在800米至1000米一根，热胀冷缩现象也就更明显，尤其是在拐弯的地方，在轨道后期维护中，检测出钢轨温度应力对预防胀轨和断裂至关重要，及时的消除这种隐患对列车行驶安全起到重要的保障作用。

为了防止铁轨因为内应力造成事故，人们用各种方法测量铁轨应力大小，进而放散使铁轨这种胀缩的现象得到缓解。当轨温和锁定轨温不同时，轨内产生相应的应力，温差越大，应力也随之增大，为避免钢轨强度和线路稳定被破坏，采取定期放松夹板和扣件来放散应力。

目前，铁磁材料常用的检测现有技术是这样的：

X射线法：

X射线法可以利用X射线穿透金属晶格时，发生衍射的原理来测量金属材料具有应力的晶格与晶格之间的应变，从而无损定量金属表面的一种方法。

电阻应变片法：

电阻应变片是利用导体或半导体的电阻应变效应进行检测，具体就是将应变片无间隙的贴在试件上，使之随着试件的应变一起收缩变化，从而使导体或半导体的电阻其电阻值发生改变，利用这一电阻应变效应来测试金属的应变，记录载荷和应变成比例的变化曲线，可以得到应力值得大小。

金属磁记忆检测法：

金属磁记忆检测技术是指在载荷和地磁场共同作用下，铁磁材料在加工和运行时，铁磁材料表面的应力和变形集中区域会发生磁踌组织定向的和不可逆的重新取向排列，这种不可逆的磁状态变化在工作载荷撤去将会被保留，利用这种特殊的‘记忆’功能来进行受力检测。

以上测试手段技术要求高，检测精度差，所以实际应用很少。

目前铁路行业是采用设定锁定轨温的方式，每年定期对钢轨进行应力放散，日常用测量钢轨表面温度或钢轨爬行等间接方式检测钢轨应力，温度每变化1 度估测应力增加2吨。目前也有直接测量钢轨应力的检测仪，但是铁路部门基本不用，因为需要对钢轨施加一个侧向或者向上的力，通过测取铁轨形变大小，换算测得铁轨的应力大小，这种检测方式需要拆除10米以上铁轨的道钉、压板，将钢轨顶起来，需要花费大量的时间与人力，非常不实用。另外，这种方式对铁轨会造成一定的损伤，这也是最为关键的。所以发明一种快捷无损的铁轨内应力测量设备就显得尤为重要。

综上所述，现有技术存在的问题是：

在传统的铁磁性材料应力检测方法中，大多数方法要么测试非常复杂，要么成本很高，要么只能检测比较表面的应力。最关键的问题是，检测的精度和重复性无法保证。

解决上述技术问题的难度在于：

1、现有技术不能提供稳定可靠的磁激励信号。

2、微弱反馈信号的采集和滤波、放大存在较大难度。

3、温度、应力和反馈信号的函数关系难以确定。

解决上述技术问题的意义在于：

采用应力测量技术，并将其应用在钢轨应力检测中，针对上述在应用中技术难点的解决，可以准确的测量钢轨中存在的温度应力，精度高，重复性好，很好解决了目前铁路行业钢轨应力的准确测量问题。应用在铁路钢轨检测中，降低了劳动成本，提高了工作效率，保证了人身安全。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种钢轨应力的无损快速检测装置。

本实用新型是这样实现的，一种钢轨应力的无损快速检测装置，所述钢轨应力的无损快速检测装置设置有测量车，所述测量车可以在钢轨上推动；

夹紧装置固定安装在测量车底部，测量时保证传感器和钢轨贴紧；

红外线温度传感器固定安装在测量车底部对准钢轨，实时测量钢轨的温度；

电磁转换装置和信号传感器固定安装在夹紧装置上，测量时紧贴钢轨表面；

检测主机箱，固定在测量车的内部，分别与温度传感器、电磁转换装置和信号传感器电连接。

整套测试系统采用聚合物锂电池供电，方便野外使用。

进一步，所述测量车的内部安装有检测主机箱，所述检测主机箱上端分别安装有电池和显示屏；所述测量车的顶部嵌装有充电口和电源开关，所述充电口通过电源开关与电池电连接；

所述测量车的内部固定安装有夹紧装置，所述检测主机箱分别与温度传感器、夹紧装置电连接。

进一步，所述测量车的前后两端均活动安装有车轮和绝缘轮。

首先，将测试车通过底部的两个绝缘轮放置在钢轨上，然后推至需要测量应力的钢轨位置，通过调节第二旋紧手柄使夹紧装置准确固定在钢轨上，再调节第一旋紧手柄使电磁转换装置和信号传感器紧密贴在测试点的钢轨表面，测试准备工作完成。

打开主机电源，系统开始工作。10Hz信号发生器发出信号通过功率放大器驱动电磁转换装置，在钢轨内产生激励磁场，钢轨内部反馈的信号被信号传感器接收，经过信号放大带通滤波传输给AD采样，经AD采样后信号送达单片机。同时，功率放大出来的另一路信号经正弦波零点判断也被传输到单片机，所有数据经单片机处理后传输给安卓系统，安卓系统进行温度修正后在显示屏上显示测试结果。

安卓系统带有存储和数据上传功能，在完成测试后，测试数据自动保存在本地，同时上传到服务器，如需要现场打印测试结果，也可以外接打印机现场打印。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：该钢轨应力的无损快速检测装置能无损、快速、简便的测出铁轨中应力的大小，便于工务部门依据测试结果及时的对钢轨做出放散处理，保证铁路安全运行。采用无损检测铁轨内应力的方法，依据铁轨内磁场和内应力的关系，提出一种根据磁场反馈信号强弱来测量铁轨内应力的大小，该方法不受长、短轨的限制，也不受铁路区段有车辆运行限制，测量方便快捷，可在我国铁路系统中广泛推广使用，大大提高了铁路施工人员的工作效率和安全保障。

该钢轨应力的无损快速检测装置针对目前铁路系统安全所面临的具体问题而设计，实现了各种铁路段钢轨应力的无损快速测量，因为花费时间、人力少，也对铁路应力测量人员的人身安全提供了保障。本装置对长、短轨无要求，对运行环境也无特定要求，无需介入铁路运行系统获取信息，独立运行，使用方便运行成本低，便于大面积推广。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的钢轨夹紧装置示意图。

图2是本实用新型实施例提供的测量车的侧面结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的测量车的正面结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的钢轨应力的无损快速检测装置的工作原理图。

图5是本实用新型实施例提供的10Hz信号发生器的电路原理图。

图6是本实用新型实施例提供的功率放大器的电路原理图。

图7是本实用新型实施例提供的带通滤波放大器的电路原理图。

图中：1、钢轨；2、信号传感器；3、第一旋紧手柄；4、固定座；5、第二旋紧手柄；6、夹爪；7、电磁转换装置；8、检测主机箱；9、电池；10、显示屏；11、车轮；12、温度传感器；13、夹紧装置；14、电源开关；15、绝缘轮； 16、充电口。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1至附图7详细说明如下。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种钢轨应力的无损快速检测装置，并且能将测得的数据实时上传到服务器，在服务器上相关部门能够迅速的了解到真实的各路段钢轨内应力状态，并针对不同的情况做出相应的反应，使钢轨应力保持在安全范围内，让铁路运输得到进一步安全保障。

所述测量车的内部安装有检测主机箱8，所述检测主机箱8上端分别安装有电池9和显示屏10；所述测量车的顶部嵌装有充电口16和电源开关14，所述充电口16通过电源开关14与电池9电连接。所述测量车的内部固定安装有夹紧装置13，所述检测主机箱8分别与温度传感器12、夹紧装置13电连接。所述测量车的前后两端均活动安装有车轮11和绝缘轮15。

该钢轨应力的无损快速检测装置利用巴克豪森噪声法作为理论依据，首先将测试车通过底部的两个绝缘轮15放置在钢轨1上，然后推至需要测量应力的钢轨位置，通过调节夹紧装置13上第二旋紧手柄5使夹爪6将固定座4准确固定在钢轨1上，再调节第一旋紧手柄3使电磁转换装置7和信号传感器2紧密贴合在测试点的钢轨1表面，测试准备工作完成。

打开设备电源，10Hz信号发生器发出信号通过功率放大器驱动电磁转换装置7，在钢轨1内产生形成磁场的流动，会产生一个反馈回来的信号，这个信号被信号传感器2接收，收到的反馈信号因为过于微弱，所以采用带通滤波模块进行相应的滤波、放大处理得到所需要的波形，再经过AD采用模块量化为整形数据，传输给单片机。同时，功率放大出来的另一路信号经正弦波零点判断模块处理后也被传输到单片机，所有数据经单片机处理后最终传输给安卓系统。钢轨1的温度经温度传感器获取后给安卓系统，安卓系统对测试数据进行温度修正，最终结果在显示屏上显示。

安卓系统带有存储和数据上传功能，在完成测试后，测试数据自动保存在本地，也可上传到服务器保存，如需要现场打印测试结果，也可以外接打印机现场打印。上传到服务器的测试数据，相关部门可以及时掌握各个具体位置的钢轨1应力情况，采取相应的处理措施，保障了铁路的安全运行。

该钢轨应力的无损快速检测装置安装在用钛制作的测量车里，因为钛金属有重量轻，强度高等优点，所以能更好的保护设备，并且可以屏蔽外部电磁干扰，保证测量不会被外界环境干扰，提高测量的准确性。

测量车通过绝缘轮放置铁轨上，符合铁路部门安全要求并且可以推动，便于测量钢轨1沿线不同点的应力。传感器安装在钢轨1夹紧装置上，通过旋紧调节旋紧手柄，使夹紧装置夹紧钢轨1，保证传感器能够紧贴铁轨，确保检测传感器每次都能在同一个准确的位置上，能够准确无误的接收铁轨激发出的信号。

因为开机后，开始一段时间，设备有一个稳定的过程，开始的数据跳动较大，大约经过2分钟数据会渐进稳定，此时的数据也最接近实际值，精确度更高。

为证明本装置的可行性和测试数据的准确性，我们专门铺设了50米的标准铁路，在钢轨1的一端加装了能够给钢轨1施加100吨拉压力的液压装置，给钢轨1提前预加应力，然后用本装置在钢轨1上测量钢轨1中的应力。经过近一年的试验和改进，我们研制的钢轨1应力无损快速检测装置完全可以快速测量钢轨1应力，并且与钢轨1预加应力相比较，误差在1％以内，完全可以满足铁路部门的使用要求。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种钢轨应力的无损快速检测装置，其特征在于，所述钢轨应力的无损快速检测装置设置有在钢轨上推动的测量车；

夹紧装置，固定安装在测量车底部；

温度传感器，固定安装在测量车底部，并对准钢轨设置；

电磁转换装置和信号传感器，固定安装在夹紧装置上，紧贴钢轨表面设置；

检测主机箱，固定在测量车的内部，分别与温度传感器、电磁转换装置和信号传感器电连接。

2.如权利要求1所述的钢轨应力的无损快速检测装置，其特征在于，所述测量车的内部安装有与检测主机相连接的聚合物锂电池。

3.如权利要求1所述的钢轨应力的无损快速检测装置，其特征在于，所述信号传感器的后端依次连接有滤波器和信号放大器。

4.如权利要求1所述的钢轨应力的无损快速检测装置，其特征在于，所述测量车的内部安装有检测主机箱，所述检测主机箱上端分别安装有电池和显示屏；所述测量车的顶部嵌装有充电口和电源开关，所述充电口通过电源开关与电池电连接；

所述测量车的内部固定安装有夹紧装置，所述检测主机箱分别与温度传感器、夹紧装置电连接。

5.如权利要求1所述的钢轨应力的无损快速检测装置，其特征在于，所述测量车的前后两端均活动安装有车轮和绝缘轮。

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