CN215894226U - 一种智能自感知双块式轨枕标定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能自感知双块式轨枕标定系统，包括双块式轨枕、光纤光栅智能传感器、标定反力架、铁垫板、千斤顶、压电压力传感器和智能采集器，光纤光栅智能传感器预埋进双块式轨枕中，用于测试轨枕内部的温度变化和应变变化，其导线沿桁架钢筋从双块式轨枕侧面引出；标定反力架安装在双块式轨枕上，用于作为千斤顶施加压力的反力点；铁垫板安装在双块式轨枕的承轨台表面；千斤顶安装在铁垫板上，用于以标定反力架作为反力点对铁垫板施加荷载；压电压力传感器安装在千斤顶上，用于测量千斤顶施加的压力值大小；智能采集器安装在标定反力架上，用于采集光纤光栅智能传感器的波长和压电压力传感器的电信号值并计算出两个传感器测得数值之间的函数关系。

Description

一种智能自感知双块式轨枕标定系统

技术领域

本实用新型涉及轨道结构监测领域，特别涉及一种智能自感知双块式轨枕标定系统。

背景技术

双块式轨枕采用钢筋混凝土制造，结构稳定，使用寿命长，双块式无砟轨道结构普遍应用于全球范围的高速铁路上，但是目前对双块式轨枕的监测方法几乎处于空白阶段，将光纤光栅智能传感器预埋进双块式轨枕中后，由于埋设位置不能保证每次都精准无误，所以需要对传感器进行标定，找到其枕内应变和枕上压力的函数关系。

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种智能自感知双块式轨枕标定系统，结构稳定，测量准确，计算效率高、安装便捷、实用性强。

为了达到上述实用新型目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种智能自感知双块式轨枕标定系统，包括双块式轨枕、光纤光栅智能传感器、标定反力架、铁垫板、千斤顶、压电压力传感器和智能采集器，其中：

所述光纤光栅智能传感器预埋进所述双块式轨枕中，用于测试所述双块式轨枕内部的温度变化和应变变化，其导线沿桁架钢筋从所述双块式轨枕侧面引出；

所述标定反力架安装在所述双块式轨枕上，用于作为所述千斤顶施加压力的反力点；

所述铁垫板安装在所述双块式轨枕的承轨台表面；

所述千斤顶安装在所述铁垫板上，用于以所述标定反力架作为反力点对所述铁垫板施加荷载；

所述压电压力传感器安装在所述千斤顶上，用于测量所述千斤顶施加的压力值大小；

所述智能采集器安装在所述标定反力架上，用于采集所述光纤光栅智能传感器的波长和所述压电压力传感器的电信号值并计算出两个传感器测得数值之间的线性关系。

进一步的，所述双块式轨枕包括两个轨枕块和底部桁架筋结构，两个所述轨枕块对称设置于所述底部桁架筋结构上。

进一步的，所述标定反力架包括一反力架顶部钢板、四根反力架侧面拉柱、两根反力架底部钢条和四个反力架固定螺栓，其中：

两根所述反力架底部钢条分别穿过所述底部桁架筋结构，且各设有两个螺栓孔；

四根所述反力架侧面拉柱下端通过四个所述反力架固定螺栓与两根所述反力架底部钢条固定连接；

所述反力架顶部钢板焊接在四根所述反力架侧面拉柱上，形成反力点。

进一步的，所述反力架底部钢条采用T字型结构，所述反力架顶部钢板上增加工字型防弯结构，用于使得施加荷载时所述标定反力架有足够的刚度承受反力。

优选的，所述铁垫板下方具有一定的倾角，并与承轨台的轨底坡倾角相同，用于使得所述千斤顶施加的垂向压力能垂向施加在承轨台表面。

优选的，所述铁垫板表面设有一个与所述千斤顶尺寸相匹配的凹槽，用于安装所述千斤顶以此保证每次千斤顶摆放的位置一致且施加载荷的位置相同。

进一步的，所述千斤顶安装于所述铁垫板表面的凹槽里，并且以所述标定反力架上的反力架顶部钢板的下表面作为反力点，用于通过对所述铁垫板施加荷载进而对双块式轨枕的承轨台表面施加面压力。

进一步的，所述智能采集器安装在所述标定反力架的反力架顶部钢板上，插入所述光纤光栅智能传感器和压电压力传感器的导线，用于以相同的采样频率采集两种传感器的数值，并自动将采集到的所述光纤光栅智能传感器的光波长变化自动换算成应变值大小，将所述压电压力传感器采集到的电信号转化成压力值大小，将换算后的枕内应变-枕上压力绘制成曲线图并且进行线性拟合找到其线性光纤并显示在所述智能采集器的显示屏上。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本实用新型提供的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，通过在双块式轨枕中预埋光纤光栅智能传感器，达到测量轨枕内部应变的目的；并且设计一套反力架工装为承轨台施加表面压力提供反力点，并且在反力架结构上进行优化使得结构刚度更大，结构更加稳定；承轨台上的铁垫板设计一个与轨底坡相同的倾角，保证施加的面压力与承轨台表面垂直；千斤顶上设置一个压电压力传感器对千斤顶施加载荷进行测量；最后通过智能采集器采集到两个传感器的数值并进行线性拟合计算找到枕内应变和枕上压力的线性关系。安装完标定工装后，只需对千斤顶施压，可直接在智能采集器的显示器上读出枕内应变大小，千斤顶施加力的大小，以及枕内应变和枕上压力的函数关系及其曲线图，计算效率高、便捷、实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本实用新型一种智能自感知双块式轨枕标定系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型一种智能自感知双块式轨枕标定系统中安装好铁垫板和千斤顶后的结构示意图；

图3是本实用新型一种智能自感知双块式轨枕标定系统中标定反力架结构示意图；

图4是本实用新型一种智能自感知双块式轨枕标定系统中反力架底部钢条条插入双块式轨枕底部桁架钢筋示意图；

图5是本实用新型一种智能自感知双块式轨枕标定系统安装标定反力架完毕并安装好智能采集器后的结构示意图。

【主要符号说明】

1-双块式轨枕；

2-光纤光栅智能传感器；

3-反力架顶部钢板；

4-反力架侧面拉柱；

5-反力架底部钢条；

6-反力架固定螺栓；

7-铁垫板；

8-千斤顶；

9-压电压力传感器；

10-智能采集器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-5所示，本实施例公开了一种智能自感知双块式轨枕标定工装，包括双块式轨枕1、光纤光栅智能传感器2、标定反力架、铁垫板7、千斤顶8、压电压力传感器9和智能采集器10，其中：

所述光纤光栅智能传感器2预埋进所述双块式轨枕1中，用于以光波长的变化特征测试所述双块式轨枕1内部的温度变化和应变变化，其导线沿所述双块式轨枕1侧面引出。本实施例中，选用光纤光栅智能传感器2作为测量轨枕内应变的传感器，其优点在于，传感器材料性能稳定，不受混凝土水化过程中复杂的化学反应环境影响，且有较强的抗电磁干扰能力、抗腐蚀能力、损耗小，环境适应能力强、外形呈细长纤维状，直径较小，易于布设，对轨枕整体强度影响较小；具备良好的耐久性；以测量动态信号，适合监测行驶列车引起的动力响应；应变和温度的测试精度与测试量程满足监测需求。

所述标定反力架安装在所述双块式轨枕1上，用于作为所述千斤顶8施加压力的反力点；

所述铁垫板7安装在所述双块式轨枕1的承轨台表面；

所述千斤顶8安装在所述铁垫板7上，用于以所述标定反力架作为反力点对所述铁垫板7施加荷载；

所述压电压力传感器9安装在所述千斤顶8上，用于测量所述千斤顶8施加的压力值大小，所述压电压力传感器9测试出的压力值大小除以所述铁垫板7的面积大小即为所述双块式轨枕1承轨台表面所受面压力的大小。本实施例中，所述千斤顶8上选用压电压力传感器9测量千斤顶8的施加载荷数值，所选用的压电压力传感器9为圆柱型，尺寸较大，刚度较高，可直接作为千斤顶8加载点。

所述智能采集器10安装在所述标定反力架上，用于采集所述光纤光栅智能传感器2的波长和所述压电压力传感器9的电信号值并计算出两个传感器测得数值之间的线性关系。

进一步的，所述双块式轨枕1包括两个轨枕块(未标示)和底部桁架筋结构(未标示)，两个所述轨枕块对称设置于所述底部桁架筋结构上。

参考图3，所述标定反力架包括一反力架顶部钢板3、四根反力架侧面拉柱4、两根反力架底部钢条5和四个反力架固定螺栓6，其中：

两根所述反力架底部钢条5分别穿过所述底部桁架筋结构，且各设有两个螺栓孔(未图示)；

四根所述反力架侧面拉柱4下端通过四个所述反力架固定螺栓6与两根所述反力架底部钢条5固定连接；实际操作时，检查所述反力架顶部钢板3是否与所述铁垫板7上表面平行。

所述反力架顶部钢板3焊接在四根所述反力架侧面拉柱4上，形成反力点。

进一步的，所述反力架底部钢条5采用T字型结构，用于增加其弯曲刚度；所述反力架顶部钢板3上增加工字型防弯结构，用于使得施加荷载时所述标定反力架有足够的刚度承受反力，从而使得结构在承受压力时增加结构整体的刚度，加强稳定性，大大减少了弯曲形变。

图2中，所述铁垫板7下方具有一定的倾角，并与承轨台的轨底坡倾角相同，用于使得所述千斤顶8施加的垂向压力能垂向施加在承轨台表面，更符合其真实受力情况。

优选的，所述铁垫板7表面设有一个与所述千斤顶8尺寸相匹配的凹槽，用于安装所述千斤顶8以此保证每次千斤顶8摆放的位置一致且施加载荷的位置相同。相应的，所述千斤顶8安装于所述铁垫板7表面的凹槽里，并且以所述标定反力架上的反力架顶部钢板3的下表面作为反力点，用于通过对所述铁垫板7施加荷载进而对双块式轨枕1的承轨台表面施加面压力。

进一步的，选用既有光纤光栅导线接口又有压压电压力传感器9导线接口的智能采集器10，所述智能采集器10安装在所述标定反力架的反力架顶部钢板3上，插入所述光纤光栅智能传感器2和压电压力传感器9的导线，用于以相同的采样频率采集两种传感器的数值，并自动将采集到的所述光纤光栅智能传感器2的光波长变化自动换算成应变值大小，将所述压电压力传感器9采集到的电信号转化成压力值大小，最后将换算后的枕内应变值-枕上压力值绘制成曲线图并且进行线性拟合找到其函数关系并显示在所述智能采集器10的显示屏上。

具体工作原理：

步骤1：光纤光栅智能传感器2预埋进双块式轨枕1中，铁垫板7安装在承轨台表面，千斤顶8安装在铁垫板7上，压电压力传感器9安装在千斤顶8上(千斤顶8稍稍顶起使得所述压电压力传感器9上表面与反力架反力钢板下表面贴合)，然后安装标定反力架，最后将智能采集器10安装在标定反力架上。

步骤2：将光纤光栅智能传感器2的导线和压电压力传感器9的导线接入智能采集器10中，打开智能采集器10的开关并点击开始采集数据，打开千斤顶8的进油阀门使千斤顶8以反力架顶部钢板3为反力点对承轨台表面施加载荷，首先进行预加载，保证整套系统进入工作状态，预加载10kN压力值，缓慢加载待其稳定后卸载。

步骤3：预加载完成后开始正式加载，正式加载使千斤顶8从0-20kN缓慢对承轨台施加压力，并且实时观察智能采集器10显示屏上的压电压力值和光纤光栅应变值的变化是否一致，并且根据其数值变化速度来控制千斤顶8施加荷载的速度。

步骤4：加载完毕并且卸载后，点击智能采集器10上的采集结束，并且点击查看结果，智能采集器10显示屏上会自动生成上一次加载的枕上压力和枕内应变时程曲线图，以及枕内应变-枕上压力曲线图，以及线性拟合的结果，枕内应变和枕上压力的函数关系。

步骤5：第一次加载完毕后进行多次重复实验，重复实验完毕后点击计算平均结果，智能采集器10会计算几次加载试验的枕内应变-枕上压力函数关系的平均值。

其中，步骤1中标定反力架的安装步骤为：

先将反力架底部钢条5从双块式轨枕1的底部桁架筋结构中插入，使反力架底部钢条5上表面与轨枕下表面紧紧贴合；将反力架顶部钢板3上焊接的四根反力架侧面拉柱4插入反力架底部钢条5的螺栓孔里，并用反力架固定螺栓6进行固定。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，包括双块式轨枕、光纤光栅智能传感器、标定反力架、铁垫板、千斤顶、压电压力传感器和智能采集器，其中：

所述光纤光栅智能传感器预埋进所述双块式轨枕中，用于测试所述双块式轨枕内部的温度变化和应变变化，其导线沿桁架钢筋从所述双块式轨枕侧面引出；

所述标定反力架安装在所述双块式轨枕上，用于作为所述千斤顶施加压力的反力点；

所述铁垫板安装在所述双块式轨枕的承轨台表面；

所述千斤顶安装在所述铁垫板上，用于以所述标定反力架作为反力点对所述铁垫板施加荷载；

所述压电压力传感器安装在所述千斤顶上，用于测量所述千斤顶施加的压力值大小；

所述智能采集器安装在所述标定反力架上，用于采集所述光纤光栅智能传感器的波长和所述压电压力传感器的电信号值并计算出两个传感器测得数值之间的函数关系。

2.根据权利要求1所述的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，所述双块式轨枕包括两个轨枕块和底部桁架筋结构，两个所述轨枕块对称设置于所述底部桁架筋结构上。

3.根据权利要求2所述的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，所述标定反力架包括一反力架顶部钢板、四根反力架侧面拉柱、两根反力架底部钢条和四个反力架固定螺栓，其中：

两根所述反力架底部钢条分别穿过所述底部桁架筋结构，且各设有两个螺栓孔；

四根所述反力架侧面拉柱下端通过四个所述反力架固定螺栓与两根所述反力架底部钢条固定连接；

所述反力架顶部钢板焊接在四根所述反力架侧面拉柱上，形成反力点。

4.根据权利要求3所述的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，所述反力架底部钢条采用T字型结构，所述反力架顶部钢板上增加工字型防弯结构，用于使得施加荷载时所述标定反力架有足够的刚度承受反力。

5.根据权利要求1所述的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，所述铁垫板下方具有一定的倾角，并与承轨台的轨底坡倾角相同，用于使得所述千斤顶施加的垂向压力能垂向施加在承轨台表面。

6.根据权利要求3所述的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，所述铁垫板表面设有一个与所述千斤顶尺寸相匹配的凹槽，用于安装所述千斤顶以此保证每次千斤顶摆放的位置一致且施加载荷的位置相同。

7.根据权利要求6所述的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，所述千斤顶安装于所述铁垫板表面的凹槽里，并且以所述标定反力架上的反力架顶部钢板的下表面作为反力点，用于通过对所述铁垫板施加荷载进而对双块式轨枕的承轨台表面施加面压力。

8.根据权利要求3所述的一种智能自感知双块式轨枕标定系统，其特征在于，所述智能采集器安装在所述标定反力架的反力架顶部钢板上，插入所述光纤光栅智能传感器和压电压力传感器的导线，用于以相同的采样频率采集两种传感器的数值，并自动将采集到的所述光纤光栅智能传感器的光波长变化自动换算成应变值大小，将所述压电压力传感器采集到的电信号转化成压力值大小，将换算后的枕内应变-枕上压力绘制成曲线图并且进行线性拟合找到其线性光纤并显示在所述智能采集器的显示屏上。

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