CN214277014U - 道床力学质量状态检测系统及捣固车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种道床力学质量状态检测系统，包括起道架、拨道轮、第一液压系统；拨道轮设置在起道架的下部，第一液压系统用于通过起道架给拨道轮施加垂向压力；还包括第一位移传感器组，所述第一位移传感器组用于测量道床垂向位移。本实用新型通过对现有捣固车进行改进，实现在捣固作业过程中对道床力学质量状态的实时检测，节省了大量的人力、物力，同时可用于后期实时指导大机作业。

Description

道床力学质量状态检测系统及捣固车

技术领域

本实用新型涉及铁路养护技术领域，属于一种道床力学质量状态检测系统及捣固车。

背景技术

我国铁路中占比最大的轨道结构为有砟轨道。有砟轨道目前适用于绝大多数运营条件，有着弹性好、噪声小、可调节性好、易于施工等优势。

然而，在列车荷载作用下，有砟道床会发生脏污、沉降等劣化现象，致使有砟轨道几何形位改变，影响列车运行的安全性与舒适性。大型养路机械作业是调整轨道几何形位，改善道床弹性的有效措施。目前，我国大机作业多是基于经验进行安排，对不同的线路采用相同的大机作业模式，而不同线路道床力学质量状态差异较大，无法与捣固作业参数相对应，致使大机捣固作业效果欠佳。

目前现场用于检测道床质量状态的手段仍以人力操作为主，即通过人力操作液压加力设备，配合位移检测设备实现道床的质量状态检测，而主要反映道床质量状态的有道床抗横向、垂向变形能力的测试。上述检测道床质量状态的方法存在以下缺点：

1.测试手段复杂、耗费大量人力物力

(1)道床抗垂向变形能力的检测：

在测试道床抗垂向变形能力时，需要拆除扣件，使钢轨和轨枕分离，并安装装置以抓卡住钢轨，同时还需对钢轨、轨枕安装千斤顶和位移计，通过千斤顶的作用反力对轨枕施加向下力，从而测得轨枕的受力-位移曲线，其中拆除和安装扣件耗费大量时间，整个过程需要10分钟以上，因而可测试的范围很小。

(2)道床抗横向变形能力的检测：

在测试道床抗横向变形能力时，需要拆除扣件，使钢轨和轨枕分离，同时还需要对每根轨枕装设千斤顶和位移计，其中拆除和安装扣件耗费大量时间，导致测量一根轨枕至少需要10分钟以上，因而在有限的天窗时间内，可以进行的测试的范围很小。

2.测试数据不具有时效性

无论是道床抗垂向变形能力还是道床抗横向变形能力的测量，由于其测试费时费力，往往在时间上都是零散测试，而测试后，在线路的正常运营下，道床力学性能又会发生新的变化，因而其所测数据同后续大机养护维修时的道床力学状态有着很大的差异，这便反映了该数据缺乏时效性。

基于上述问题的考虑，非常有必要对不同线路采用有针对性的大机作业模式，以改善养护维修效果，而如何在大机作业前探明道床质量状态是目前亟待解决的关键问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种道床力学质量状态检测系统，通过对现有捣固车进行改进，实现在捣固作业过程中对道床力学质量状态的实时检测，节省了大量的人力、物力，同时可用于后期实时指导大机作业。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种道床力学质量状态检测系统，其特殊之处在于：

包括起道架、拨道轮、第一液压系统；

拨道轮设置在起道架的下部，第一液压系统用于通过起道架给拨道轮施加垂向压力；

还包括第一位移传感器组，所述第一位移传感器组用于测量道床垂向位移。

进一步地，还包括第二液压系统、第二位移传感器组，第二液压系统用于给拨道轮施加横向力，第二位移传感器组用于测量道床横向位移。

本实用新型的技术方案中，第一液压系统用于通过起道架给拨道轮施加垂向压力，第二液压系统用于给拨道轮施加横向力，从而利用拨道轮对轨排施加垂、横向力，通过第一位移传感器组和第二位移传感器组测量轨排相应产生的垂、横向变形，当变形达到阈值时停止施加力，并用此时稳定的力-位移关系曲线斜率、作用力大小分别反映道床抗垂、横向变形的能力。

进一步地，上述起道架包括左起道架和右起道架，左起道架和右起道架的下侧分别安装有一对拨道轮。

进一步地，上述第一液压系统包括两个下压液压杆，两个下压液压杆分别用于对左起道架和右起道架施加垂向压力。

进一步地，上述第二液压系统包括两组液压系统；每组液压系统包括两个拨道液压缸，两个拨道液压缸分别用于对左侧的拨道轮和与之相对应的右侧拨道轮施加横向压力。

进一步地，上述第一位移传感器组包括四个第一位移传感器。

进一步地，上述第二位移传感器组包括两个第二位移传感器，两个位移传感器分别设置在左起道架和右起道架两拨道轮之间中心处。

进一步地，上述第二位移传感器和第一位移传感器均为三角法激光位移传感器。

进一步地，上述三角法激光位移传感器主要包括激光发射器、光敏元件和透镜。

一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

包括起道架、拨道轮、第二液压系统、第二位移传感器组；拨道轮设置在起道架的下部，第二液压系统用于给拨道轮施加横向力，第二位移传感器组用于测量道床横向位移。

进一步地，上述起道架包括左起道架和右起道架，左起道架和右起道架的下侧分别安装有一对拨道轮；所述第二液压系统包括两组液压系统；每组液压系统包括两个拨道液压缸，两个拨道液压缸分别用于对左侧的拨道轮和与之相对应的右侧拨道轮施加横向压力；所述第二位移传感器组包括四个第二位移传感器。

另外，本申请还提出一种捣固车，其特殊之处在于，包括上述道床力学质量状态检测系统；所述四个第二位移传感器分别设置在位于拨道液压缸与车体底部连接处固定部位。

本实用新型的优点：

1)结构简单，容易实现

本实用新型在现有的捣固车基础上，通过加装液压系统和位移传感器，从而能够实现道床力学性能的检测。

2)节省人力物力，测量简便

相对于现有的测试方式，本实用新型在道床的力学质量状态检测时仅需通过拨道轮均匀的施加力即可，整个流程耗时不到半分钟。

3)具有时效性

本实用新型基于捣固车，在大机捣固作业进行前进行道床的力学质量状态检测，数据即时传递至数据处理系统从而能够准确的指导大机捣固作业。

附图说明

图1是本实用新型道床力学质量状态检测系统的侧视图；

图2是本实用新型拨道轮和拨道液压缸及车体底部的位置关系图；

图3是图1的俯视图；

图4是三角法激光位移传感器原理示意图；

图5是本实用新型在拨道轮施加垂向压力示意图；

图6是本实用新型垂向位移检测原理示意；

图7是本实用新型垂向位移检测原理细节示意；

图8是本实用新型在拨道轮施加横向压力示意图；

图9是本实用新型横向位移检测原理示意；

图10是本实用新型横向位移检测原理细节示意。

其中：1-下压液压杆；2-起道架；3-拨道轮；4-第二位移传感器；5-拨道液压缸；6-车体底部；7-第一位移传感器；8-激光发射器；9-光敏元件；10-透镜。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

实施例1

参见图1-图3，一种道床力学质量状态检测系统，包括起道架2、拨道轮3、第一液压系统、第二液压系统、第一位移传感器组和第二位移传感器组。拨道轮3设置在起道架2的下部，第一液压系统用于通过起道架2给拨道轮3施加垂向压力，第二液压系统用于给拨道轮3施加横向力；所述第一位移传感器组用于测量道床垂向位移，第二位移传感器组用于测量道床横向位移。起道架2、拨道轮3具有较好的抗压能力。

在该实施例中，第一液压系统用于通过起道架2给拨道轮3施加垂向压力，第二液压系统用于给拨道轮3施加横向力，从而利用拨道轮3对轨排施加垂、横向力，通过第一位移传感器组和第二位移传感器组测量轨排相应产生的垂、横向变形，当变形达到阈值时停止施加力，并用此时稳定的力-位移关系曲线斜率、作用力大小分别反映道床抗垂、横向变形的能力。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述起道架2包括左起道架和右起道架，左起道架和右起道架的下侧分别安装有一对拨道轮3，左右两侧的拨道轮3分别在两根钢轨上运动。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第一液压系统包括两个下压液压杆1，两个下压液压杆1分别用于对左起道架和右起道架施加垂向压力，下压力传递到拨道轮3、钢轨后继而传递到轨枕，最后作用到道砟，从而产生向下的作用力。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第二液压系统包括两组液压系统；每组液压系统包括两个拨道液压缸5，两个拨道液压缸5分别用于对左侧的拨道轮3和与之相对应的右侧拨道轮3施加横向压力。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第一位移传感器组包括四个第一位移传感器7。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第二位移传感器组包括两个第二位移传感器4，两个位移传感器分别设置在左起道架和右起道架两拨道轮3之间中心处。

进一步地，上述第二位移传感器4和第一位移传感器7均为三角法激光位移传感器。三角法激光位移传感器包括激光发射器8、光敏元件9和透镜10。

本实施例的测量原理为：利用拨道轮3对轨排施加垂、横向力，通过三角法激光位移传感器测量轨排相应产生的垂、横向变形，当变形达到阈值时停止施加力，并用此时稳定的力-位移关系曲线斜率、作用力大小分别反映道床抗垂、横向变形的能力。

本实施例利用的基本原理主要包括三角法激光位移传感器的检测基本原理，道床抗垂、横向变形能力检测的基本原理。

(1)三角法激光位移传感器基本原理

图4中，激光发射器8向物体表面发射激光，物体未发生位移前会产生反射光经过透镜10至传感器中的光敏元件9，产生a影像，当物体向下产生位移Δ时候，会导致反射光的反射点发生变化，此时在光敏元件9中产生影像b。

当射出光线为光斑而不是点时，由于物体位移，会使得在光敏元件9上的投影发生扭曲，由于激光的发射位置和光敏元件9位置不变，透镜10的折射率和激光的发射角等都是已知的，则可以通过光敏元件9的影像变化计算出具体的位移数值。

(2)垂向抗变形能力的检测：

1)垂向力的施加

参见图5，借助现有拨道轮3，通过加装的下压液压杆1对起道架2施加下压力，下压力传递到钢轨后继而传递到轨枕，最后作用到道砟，从而产生向下的作用力。此时受到下压力的是一定区域的轨排，轨排将垂向力传递到道床，轨排与道床间相互作用，因而该力即反映了道床对轨排垂向上的阻力。

2)垂向位移的测量

本实施例利用设置于拨道液压缸5与车体底部6连接处固定部位两侧的第一位移传感器7进行轨排系统的位移测量。

垂向位移三角法激光传感器的测量原理：

参见图6、7，通过激光发射装置将线激光照射到轨枕顶面某一位置，激光在其表面产生一定大小的光斑如图中A所示，接收元件将激光反射回来的光进行处理，可以得到对应的光斑形状，当轨枕发生横向位移时，光斑大小和形状发生变形如图中A1所示，此时接收元件可以精确的获取变形差异，位于第一位移传感器7内部的光敏元件9可以采集到A和A1无论是位置还是大小的变化，因而通过计算，可以准确的由A到A1的变化计算出Δ的大小。

当下压液压杆1向下施力时，由于传感器固定在车底因而并不会随起道架2发生位移，因而传感器的激光发射源和接受元件位置固定，故可通过已知的公式计算得到轨枕的垂向位移。

3)道床抗垂向变形能力

通过三角法激光位移传感器的测量，可以精准地测量得到轨排各轨枕的垂向位移数据，通过加权处理后，达到系统设定的固定位移(1mm)后，停止施加垂向力，此时可以得到整个加力过程中的力-位移曲线。

由于受下压力的是一定区域的轨排，轨排与道床间以轨枕相互作用，所以此时的力-位移曲线关系反映了道床的受力-变形关系，此时记录上述曲线稳定区段的斜率以用来反映该区段道床抗垂向变形能力，并且将该数据传输至数据处理系统，供后续处理。

(3)横向抗变形能力的检测：

1)横向力的施加

参见图8，借助于现有设备的拨道轮3，通过两对拨道液压缸5实现对两对拨道轮3施加同向同大小的横向力，拨道轮3在提供横向力使轨排产生横向位移的机理，实际上就是在拨道液压缸的作用下，使得拨道轮拨动两股钢轨轨头，从而拨动整个轨排，实现对“钢轨+扣件+轨枕”系统作用横向力，在轨排和道床的相互作用下，该力反映了道床对该系统横向上的阻力。

2)横向位移的测量

本实施例利用设置于拨道液压缸5与车体底部6连接处固定部位的第二位移传感器4进行轨排系统的位移测量。

横向位移三角法激光传感器的测量原理：

参见图9和图10，通过激光发射装置将线激光照射到轨枕顶面某一位置，激光在其表面产生一定大小的光斑如图中B和C，接收元件将激光反射回来的光进行处理，可以得到对应的光斑形状，当轨枕发生横向位移时，光斑大小和形状发生变形，此时接收元件可以精确的获取变形差异如B1和C1，由于传感器的激光发射源和接受元件固定，故可通过已知的公式计算得到轨枕的横向位移。

3)道床抗横向变形能力

通过三角法激光位移传感器的测量，可以精准的测量得到轨排各轨枕的位移数据，通过加权处理后，达到系统设定的固定位移(2mm)后，停止施加横向力，并且利用拨到轮使轨排系统恢复至正常的几何形位。

此时根据拨道液压缸5的加载数据可以得到位移达到阈值时的力的大小，由于轨排与道床同过轨枕相互作用，在施加横向力的作用下，轨排的受力与道床相对应，所以在道床的横向极限强度的附近(通常在2mm位移附近)，施加力的大小可以表示道床的横向极限强度，因而该力的数值即反映了该区段道床的抗横向变形能力。记录该力的数值，并将将该数据传输至数据处理系统，供后续处理。

实施例2

一种道床力学质量状态检测系统，包括起道架2、拨道轮3、第一液压系统、第一位移传感器组第二位移传感器组。拨道轮3设置在起道架2的下部，第一液压系统用于通过起道架2给拨道轮3施加垂向压力；所述第一位移传感器组用于测量道床垂向位移第二位移传感器组。起道架2、拨道轮3具有较好的抗压能力。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述起道架2包括左起道架和右起道架，左起道架和右起道架的下侧分别安装有一对拨道轮3，左右两侧的拨道轮3分别在两根钢轨上运动。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第一液压系统包括两个下压液压杆1，两个下压液压杆1分别用于对左起道架和右起道架施加垂向压力，下压力传递到拨道轮3、钢轨后继而传递到轨枕，最后作用到道砟，从而产生向下的作用力。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第一位移传感器组包括四个第一位移传感器7。

进一步地，上述第一位移传感器7均为三角法激光位移传感器。三角法激光位移传感器包括激光发射器8、光敏元件9和透镜10。

本实施例与实施例1不同之处在于，省却了第二液压系统、第二位移传感器组，在该实施例中，第一液压系统用于通过起道架2给拨道轮3施加垂向压力，从而利用拨道轮3对轨排施加垂向力，通过第一位移传感器组第二位移传感器组测量轨排相应产生的垂向变形，当变形达到阈值时停止施加力，并用此时稳定的力-位移关系曲线斜率反映道床抗垂向变形的能力。

本实施例的垂向抗变形能力的检测原理与实施例1中的原理相同，此处不再赘述。

实施例3

一种道床力学质量状态检测系统，包括起道架2、拨道轮3、第二液压系统和第二位移传感器组。拨道轮3设置在起道架2的下部，第二液压系统用于给拨道轮3施加横向力；第二位移传感器组用于测量道床横向位移。起道架2、拨道轮3具有较好的抗压能力。

在该实施例中，第二液压系统用于给拨道轮3施加横向力，从而利用拨道轮3对轨排施加横向力，通过第二位移传感器组测量轨排相应产生的横向位移，当变形达到阈值时停止施加力，并用此时作用力大小反映道床抗横向变形的能力。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述起道架2包括左起道架和右起道架，左起道架和右起道架的下侧分别安装有一对拨道轮3，左右两侧的拨道轮3分别在两根钢轨上运动。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第二液压系统包括两组液压系统；每组液压系统包括两个拨道液压缸5，两个拨道液压缸5分别用于对左侧的拨道轮3和与之相对应的右侧拨道轮3施加横向压力。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述第二位移传感器组包括两个第二位移传感器4，两个位移传感器分别设置在左起道架和右起道架两拨道轮3之间中心处。

进一步地，上述第二位移传感器4为三角法激光位移传感器。三角法激光位移传感器包括激光发射器8、光敏元件9和透镜10。

本实施例的测量原理为：利用拨道轮3对轨排施加横向力，通过三角法激光位移传感器测量轨排相应产生的横向变形，当变形达到阈值时停止施加力，并用此时作用力大小反映道床抗横向变形的能力。

本实施例的横向抗变形能力的检测原理与实施例1中的原理相同，此处不再赘述。

实施例4

一种捣固车，参见图1-3，包括实施例1中的道床力学质量状态检测系统；第一液压系统的液压缸安装在捣固车主体上。每组拨道轮3对应的两个拨道液压缸5交叉设置，液压杆与其对应的起道架2连接。拨道液压缸5固定在车体底部6，该部分属于大机车辆车体，是车辆的一部分，可以理解为拨道液压缸是安装在大机车辆车体底部，因而这部分是不会与大机车辆产生相对位移，所以所述四个第一位移传感器7分别设置在位于拨道液压缸5与车体底部6连接处固定部位，在测量轨排垂向位移时不会受到加力系统的影响。

大机车辆有两对拨道轮，在每个车体底部6上均安装了两个第一位移传感器7，保证轨排位移测量的准确性。

本实施例的捣固车因为包括了实施例1中的道床力学质量状态检测系统的全部结构，因此可以实现实施例1中关于对道床抗垂、横向变形能力检测的所有功能，此处不再赘述。

实施例5

一种捣固车，包括实施例2中的道床力学质量状态检测系统；所述四个第一位移传感器7分别设置在位于拨道液压缸5与车体底部6连接处固定部位。第一液压系统的液压缸安装在捣固车主体上。

本实施例的捣固车因为包括了实施例2中的道床力学质量状态检测系统的全部结构，因此可以实现实施例2中关于对道床抗垂向变形能力检测的所有功能，此处不再赘述。

实施例6

一种捣固车，包括实施例3中的道床力学质量状态检测系统；每组拨道轮3对应的两个拨道液压缸5交叉设置，拨道液压缸5固定在车体底部6，液压杆与其对应的起道架2连接。

本实施例的捣固车因为包括了实施例3中的道床力学质量状态检测系统的全部结构，因此可以实现实施例3中关于对道床抗横向变形能力检测的所有功能，此处不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，本领域的技术人员其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行调节，或者对其中部分技术特征进行等同替换。所以，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

包括起道架、拨道轮、第一液压系统；

拨道轮设置在起道架的下部，第一液压系统用于通过起道架给拨道轮施加垂向压力；

还包括第一位移传感器组，

所述第一位移传感器组用于测量道床垂向位移。

2.根据权利要求1所述的一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

还包括第二液压系统、第二位移传感器组，第二液压系统用于给拨道轮施加横向力，第二位移传感器组用于测量道床横向位移。

3.根据权利要求1所述的一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

所述起道架包括左起道架和右起道架，左起道架和右起道架的下侧分别安装有一对拨道轮。

4.根据权利要求2所述的一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

所述第一液压系统包括两个下压液压杆，两个下压液压杆分别用于对左起道架和右起道架施加垂向压力。

5.根据权利要求4所述的一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

所述第二液压系统包括两组液压系统；每组液压系统包括两个拨道液压缸，两个拨道液压缸分别用于对左侧的拨道轮和与之相对应的右侧拨道轮施加横向压力。

6.根据权利要求4所述的一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

所述第一位移传感器组包括四个第一位移传感器。

7.根据权利要求5所述的一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

所述第二位移传感器组包括两个第二位移传感器，两个位移传感器分别设置在左起道架和右起道架两拨道轮之间中心处。

8.一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

包括起道架、拨道轮、第二液压系统、第二位移传感器组；

拨道轮设置在起道架的下部，第二液压系统用于给拨道轮施加横向力，第二位移传感器组用于测量道床横向位移。

9.根据权利要求8所述的一种道床力学质量状态检测系统，其特征在于：

所述起道架包括左起道架和右起道架，左起道架和右起道架的下侧分别安装有一对拨道轮；

所述第二液压系统包括两组液压系统；每组液压系统包括两个拨道液压缸，两个拨道液压缸分别用于对左侧的拨道轮和与之相对应的右侧拨道轮施加横向压力；

所述第二位移传感器组包括两个第二位移传感器，两个位移传感器分别设置在左起道架和右起道架两拨道轮之间中心处。

10.一种捣固车，其特征在于：

包括如权利要求1-9任一所述的道床力学质量状态检测系统。

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