提升力測量裝置和測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種提升力測量裝置和測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備，該裝置包括支架、橫軸、回拉機構、柔性提升機構和拉力傳感器；回拉機構的固定端與支架軸連接，其活動端與柔性提升機構的一端連接；橫軸設置于支架的上部，柔性提升機構繞經橫軸，柔性提升機構的另一端具有夾具；回拉機構拉動柔性提升機構在橫軸上滑動，并帶動無縫線路鋼軌向上移動；拉力傳感器設置于夾具的上端。該設備通過測量鋼軌提升力、鋼軌提升位移和鋼軌溫度，即可得出無縫線路的實際鎖定軌溫；其中，鋼軌提升力由提升力測量裝置測得，提升位移由位移傳感器測得，鋼軌溫度由溫度傳感器測得，能準確測量無縫線路的實際鎖定軌溫。
【專利說明】提升力測量裝置和測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及鐵路的無縫線路【技術領域】，特別涉及一種提升力測量裝置和無縫 線路實際鎖定軌溫的測量設備。
【背景技術】
[0002] 我國目前鐵路總運營里程約12萬公里，無縫線路里程約占70%。無縫線路鎖定軌 溫分以下四個概念，其意義各有不同，即
[0003] 名義鎖定軌溫：即零應力軌溫，把處于自由伸縮狀態(tài)的長軌條用扣件將其扣結于 軌枕使之鎖定時的軌溫；
[0004] 設計鎖定軌溫：即中和軌溫，根據線路的具體條件，通過軌道穩(wěn)定性和強度計算確 定。為方便施工，給定設計鎖定軌溫上、下限范圍（一般為±5°c)，即為設計鎖定軌溫范圍。
[0005] 施工鎖定軌溫：無縫線路鋪設施工時，長鋼軌處于縱向零應力的軌溫為施工鎖定 軌溫，鐵路行業(yè)技術規(guī)范要求施工鎖定軌溫必須在設計鎖定軌溫范圍內。
[0006] 實際鎖定軌溫：在運營中長軌條因輪軌相互作用而被輾長，或因維修作業(yè)不當， 引起長軌條不均勻爬行，都會導致長軌條鎖定軌溫的改變（一般比施工鎖定軌溫下降5? 8°C )，因此，無縫線路在運營中存在一個實際的鎖定軌溫。
[0007] 隨著環(huán)境溫度的改變，鋼軌溫度隨之改變，此時無縫線路長鋼軌將產生溫度力，溫 度力的大小與軌溫差成正比，而軌溫差等于鎖定軌溫減去當時的軌溫。高溫季節(jié)，無縫線路 溫度力表現為壓力，低溫季節(jié)無縫線路溫度力表現為拉力。比如，我國60kg/m鋼軌無縫線 路，施工鎖定軌溫為25°C ;當軌溫為35°C時，軌溫差等于-KTC，長鋼軌溫度力為壓力，數值 為192kN。線路管理部門必須掌握無縫線路鎖定軌溫，以防止高溫季節(jié)長鋼軌壓力超限而導 致線路脹軌跑道，同時防止低溫季節(jié)長鋼軌拉力超限而導致鋼軌拉斷。
[0008] 無縫線路在運營中長軌條因輪軌相互作用而被輾長，或因維修作業(yè)不當，引起長 軌條不均勻爬行，都會導致長軌條鎖定軌溫的改變（一般比施工鎖定軌溫下降5?8°C )， 因此運營中的無縫線路存在實際鎖定軌溫，現場測試得到的無縫線路鎖定軌溫即為無縫線 路實際鎖定軌溫。
[0009] 如何可靠地檢測無縫線路鎖定軌溫在全世界仍是亟待攻克的難關，防止無縫線路 脹軌跑道，保持無縫線路橫向穩(wěn)定及縱向防爬能力一直是無縫線路施工部門、管理部門最 重要的工作，而掌握無縫線路實際鎖定軌溫是做好這項工作的關鍵。
[0010] 目前國內外測試無縫線路鎖定軌溫所采用的方法主要有兩種：
[0011] 1、通過測量應變方法
[0012] 通過測量鋼軌縱向應變，換算為鋼軌應力，再計算軌溫差。該方法必須測得當前鋼 軌縱向變形值和軌溫，以及長鋼軌施工鎖定、且鋼軌處于零應力狀態(tài)時的鋼軌縱向變形值 和軌溫，由此計算鋼軌縱向應變。
[0013] 采用該方法的測量儀均有共同的缺點，即必須測得長鋼軌施工鎖定時的初始軌溫 和所用測量儀器的初始應變值，否則無法得到相對零應力狀態(tài)的鋼軌縱向力及實際鎖定軌 溫。這一缺點限制了上述設備的推廣應用。
[0014] 2、通過測量長鋼軌物理量的方法
[0015] 該方法采用的原理有兩種：
[0016] A、根據鋼軌承受軸向應力時對導磁率、噪聲響應、超聲波、X射線反射等的特點，通 過標定值計算得到實際鎖定軌溫；
[0017] B、根據鋼軌承受軸向力時，鋼軌振動特性、提升剛度、橫向頂推剛度具有規(guī)律性的 特點，通過鋼軌物理受力模型直接計算出鋼軌縱向力并換算成實際鎖定軌溫。
[0018] 采用原理A的方法在目前尚存在無法克服的局限性，表現在：鋼軌材質的不均勻 性、鋼軌因制造或鋪設造成的表面殘余應力和電氣化軌道的強電場均會對導磁率、噪聲響 應、超聲波和X射線產生較大的影響，直接影響測量結果的可靠性。
[0019] 采用原理B的方法因采用鋼軌受力物理模型，測量結果與鋼軌材質的不均勻、殘 余應力、軌道電路均無關，因此可靠性較高，具有操作方便、快速得到結果的優(yōu)點。
[0020] 目前，國內已有人采用原理B中測試鋼軌橫向頂推剛度的辦法，其采用拆開約10 米范圍內的扣件，并對鋼軌施加橫向頂推力的方法，通過檢測橫向頂推剛度進行檢測鎖定 軌溫。該辦法操作比較復雜，施加橫向力時必須以另一股鋼軌作為反力支撐，對現場的應用 環(huán)境要求較高，且不適用于道岔。該辦法如果拆開扣件范圍較小，鋼軌邊界條件與計算模型 有一定的出入，導致計算結果存在較大的誤差。 實用新型內容
[0021] 為解決測量實際鎖定軌溫時存在的上述技術問題，本實用新型提出一種能準確測 量無縫線路實際鎖定軌溫的提升力測量裝置和測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備。
[0022] 本實用新型的一種提升力測量裝置，包括支架、橫軸、回拉機構、柔性提升機構和 拉力傳感器；
[0023] 所述回拉機構的兩端分別為固定端和活動端；所述固定端與所述支架軸連接，所 述活動端與所述柔性提升機構的一端連接；
[0024] 所述橫軸設置于所述支架的上部，所述柔性提升機構繞經所述橫軸，所述柔性提 升機構的另一端具有夾持無縫線路鋼軌的夾具；
[0025] 所述回拉機構拉動所述柔性提升機構在所述橫軸上滑動，并帶動所述無縫線路鋼 軌向上移動；
[0026] 所述拉力傳感器設置于所述夾具的上端，用于測量所述無縫線路鋼軌受到的提升 力值。
[0027] 作為一種可實施的方式，所述柔性提升機構包括繞經所述橫軸外周的鋼絲繩；
[0028] 所述鋼絲繩的一端與所述活動端連接，所述鋼絲繩的另一端與所述拉力傳感器的 上端固定連接。
[0029] 作為一種可實施的方式，所述回拉機構包括千斤頂，所述千斤頂包括缸體和與所 述缸體相配合伸縮的活塞桿；
[0030] 所述缸體的一端與所述支架軸連接，所述活塞桿的伸縮端與所述鋼絲繩連接；所 述鋼絲繩通過所述活塞桿的伸縮在所述橫軸上滑動。
[0031] 作為一種可實施的方式，所述活塞桿和所述鋼絲繩之間設置連接機構；
[0032] 所述連接機構包括連接件，所述連接件的一端與所述活塞桿螺紋連接，其另一端 與所述鋼絲繩拆裝式連接。
[0033] 作為一種可實施的方式，所述連接機構還包括接頭和固結塊；
[0034] 所述接頭的一端與所述連接件拆裝式連接，所述接頭的另一端具有過繩孔；所述 鋼絲繩的末端繞過所述過繩孔，所述鋼絲繩的末端通過所述固結塊與所述鋼絲繩的中段固 定。
[0035] 作為一種可實施的方式，所述提升力測量裝置還包括兩個轉動腳座；所述轉動腳 座與所述支架的底部軸連接。
[0036] 作為一種可實施的方式，所述支架包括具有第一支撐腳、第二支撐腳和橫梁；所述 橫梁的兩端分別與所述第一支撐腳、所述第二支撐腳固定連接或整體加工為一體；
[0037] 所述轉動腳座分別設置于所述第一支撐腳和所述第二支撐腳的底部；所述回拉機 構的固定端與所述第一支撐腳上的所述轉動腳座軸連接。
[0038] 作為一種可實施的方式，所述支架包括兩片平行設置的承力板；兩個所述承力板 之間橫向且平行設置若干個連接梁。
[0039] 作為一種可實施的方式，所述橫梁上設置用于套裝所述橫軸的軸承；
[0040] 所述橫梁的頂部具有安裝槽，所述軸承放置于所述安裝槽內。
[0041] 作為一種可實施的方式，所述支架還包括加固板，所述加固板固定于所述橫梁的 頂部；
[0042] 所述加固板上具有缺口，所述缺口的截面形狀和所述安裝槽的截面形狀相同；所 述缺口的端面與所述安裝槽的開口端貼合，所述缺口與所述安裝槽貫通。
[0043] 本實用新型還提出一種測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備，包括：
[0044] 上述的提升力測量裝置，用于測得提升力，拉力傳感器輸出所述提升力的數據信 號；
[0045] 位移傳感器，其一端固定在無縫線路鋼軌上，其另一端與軌枕或擱置在道砟上的 平板或軌道板接觸，用于測得所述無縫線路鋼軌的提升位移，并輸出所述提升位移的數據 信號；
[0046] 至少一個溫度傳感器，連接到所述無縫線路鋼軌，用于測得提升所述無縫線路鋼 軌時的軌溫，并輸出所述軌溫的數據信號；
[0047] 數據采集儀，分別與所述拉力傳感器、所述位移傳感器和所述溫度傳感器連接，采 集并傳輸測得的所述提升力的數據信號、所述提升位移的數據信號和所述軌溫的數據信 號；
[0048] 處理系統(tǒng)，接收所述數據采集儀傳輸的所述提升力的數據信號、所述提升位移的 數據信號和所述軌溫的數據信號，用于獲得所述無縫線路的實際鎖定軌溫。
[0049] 作為一種可實施的方式，所述溫度傳感器的數量為兩個，分別連接到所述無縫線 路鋼軌的軌腰兩側，分別用于測得所述軌腰兩側的軌溫。
[0050] 本實用新型采用前述【背景技術】"2、通過測量長鋼軌物理量的方法"的原理B，相比 于現有技術的有益效果在于：提升力測量裝置采用提升鋼軌的方式測量無縫線路實際鎖定 軌溫，將回拉機構中千斤頂的拉力轉換成垂直向上的提升力，使柔性提升機構中夾具夾持 的無縫線路鋼軌向上提升，通過柔性提升機構上連接的拉力傳感器，測得無縫線路鋼軌的 提升力。通過測得的提升力值、鋼軌提升位移和軌溫，能快速、準確、高效、安全地獲得無縫 線路的實際鎖定軌溫，并且適用于無砟軌道或有砟軌道的直線、曲線和道岔。
[0051] 橫軸的位置恒定，使無縫線路鋼軌的提升力垂直向上，確保了無縫線路鋼軌受力 平衡，提高了測量結果的準確性。
[0052] 連接機構中設置連接件，不僅傳遞千斤頂的拉力，而且可方便地調節(jié)夾具的高度， 以適用于不同的測試環(huán)境。轉動腳座可靈活調整，以安裝到不同的測量環(huán)境。
[0053] 本裝置的結構緊湊可靠、重量輕、受力時容易保持穩(wěn)定、操作簡單、檢測精度高，并 且可單手搬運，適用于有砟軌道和無砟軌道直線、曲線和道岔區(qū)無縫線路實際鎖定軌溫的 測量。
[0054] 本實用新型的測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備結構簡單，使用過程簡單，通過 上述提升力測量裝置的拉力傳感器、位移傳感器、溫度傳感器，分別測量鋼軌提升力、鋼軌 提升位移和鋼軌溫度的數據信號，即可得出無縫線路的實際鎖定軌溫。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0055] 圖1為無縫線路鋼軌受力模型示意圖；
[0056] 圖2為本實用新型的提升力測量裝置的立體示意圖；
[0057] 圖3為本實用新型的提升力測量裝置的立體透視圖；
[0058] 圖4為本實用新型的提升力測量裝置的主視透視圖；
[0059] 圖5為本實用新型的提升力測量裝置的主視示意圖；
[0060] 圖6為本實用新型的提升力測量裝置的千斤頂的立體示意圖；
[0061]圖7為本實用新型的提升力測量裝置的連接件的立體示意圖；
[0062] 圖8為本實用新型的提升力測量裝置的連接件的俯視示意圖；
[0063] 圖9為本實用新型的提升力測量裝置的鋼絲繩連接狀態(tài)的主視示意圖；
[0064] 圖10為本實用新型的提升力測量裝置的鋼絲繩連接狀態(tài)的左視示意圖；
[0065]圖11為本實用新型的提升力測量裝置的夾具的立體示意圖；
[0066] 圖12為本實用新型的提升力測量裝置的夾具的左視示意圖；
[0067]圖13為本實用新型的提升力測量裝置的左視示意圖；
[0068]圖14為本實用新型的提升力測量裝置的俯視示意圖；
[0069]圖15為本實用新型的提升力測量裝置的轉動腳座的立體示意圖；
[0070] 圖16為本實用新型的提升力測量裝置千斤頂的千斤頂座立體示意圖；
[0071] 圖17為本實用新型的提升力測量裝置千斤頂的千斤頂座主視示意圖；
[0072] 圖18為本實用新型的提升力測量裝置的支架的立體示意圖；
[0073] 圖19為本實用新型的提升力測量裝置的支架的俯視示意圖；
[0074] 圖20為本實用新型的提升力測量裝置的支架的左視示意圖；
[0075] 圖21為本實用新型的提升力測量裝置的橫軸安裝狀態(tài)的立體示意圖；
[0076] 圖22為本實用新型的提升力測量裝置的橫軸安裝狀態(tài)的主視示意圖；
[0077] 圖23為本實用新型的提升力測量裝置的軸承罩的立體示意圖；
[0078] 圖24為本實用新型的測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備的結構框圖；
[0079] 圖25為本實用新型的測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備的使用方法的流程圖。
[0080] 附圖標記：
[0081] 100-提升力測量裝置；
[0082] 110-支架；
[0083] 112-承力板；
[0084] 1122-安裝槽；1124-第一支撐腳；1126-第二支撐腳；1128-橫梁；
[0085] 114-加固板；
[0086] 116-連接梁；
[0087] 120-橫軸；122-限位槽；
[0088] 130-回拉機構；
[0089] 132-千斤頂；1322-活塞桿；1324-缸體座；1326-缸體；
[0090] 136-千斤頂座；
[0091] 140-柔性提升機構；
[0092] 142-鋼絲繩；144-夾具；
[0093] 150-連接機構；
[0094] 152-連接件；1522-內螺紋；1524-通孔；
[0095] 154-接頭；156-穿環(huán)；158-固結塊；
[0096] 160-轉動腳座；162-第一安裝軸；164-第二安裝軸；166-軸安裝環(huán)；
[0097] 170-軸承；172-軸承罩；
[0098] 180-拉力傳感器。
【具體實施方式】
[0099] 以下結合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術特征和優(yōu)點進行清楚、完整地 描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的部分實施例，而不是全部實施例。
[0100] 請參閱圖2所示，本實用新型的一種提升力測量裝置100,包括支架110、橫軸120、 回拉機構130、柔性提升機構140和拉力傳感器180。橫軸120設置于支架110的上部。
[0101] 請結合圖3所示，回拉機構130的兩端分別為固定端和活動端。固定端與支架110 軸連接，活動端與柔性提升機構140的一端連接。柔性提升機構140繞經橫軸120,柔性提 升機構140的另一端具有夾持無縫線路鋼軌的夾具144。
[0102] 回拉機構130拉動柔性提升機構140在橫軸120上滑動，柔性提升機構140上的 夾具144帶動無縫線路鋼軌向上移動。拉力傳感器180設置于夾具144的上端，用于測量 無縫線路鋼軌受到的提升力值。然后，拉力傳感器180將測得的提升力值轉換成信號，傳輸 到外接的處理系統(tǒng)，并經處理系統(tǒng)獲得無縫線路的鎖定軌溫。
[0103] 本實用新型采用鋼軌弦狀態(tài)提升原理，鋼軌的弦狀態(tài)受力物理模型如圖1所示。 在鋼軌縱向力F為拉力的前提下，松開Ltl長度范圍內所有扣件，在中部任意位置，提升鋼 軌，在提升力為P時鋼軌產生了向上的提升位移a，則在彈性范圍內，提升剛度K，即提升力 P與提升位移a的比值為一恒定值。
[0104] 提升力測量裝置100用來測量提升力P，提升位移a由常用的位移傳感器測量，位 移傳感器與鋼軌提升方向平行安裝，位移傳感器的一端固定在鋼軌上，其另一端與軌枕或 擱置在道砟上的平板或軌道板接觸。由于提升位移測量可選用常用的位移傳感器，位移的 具體測量方法為本領域常規(guī)的方法，這里不再贅述。然后根據提升力P和提升位移a求出 提升剛度K，最后根據以下方法即可求出無縫線路的實際鎖定軌溫。
[0105]
【背景技術】中"2、測量長鋼軌物理量的方法"原理B的設備就是采用鋼軌弦狀態(tài)原 理制造的。
[0106] 對圖1所示力學模型進行受力分析前，必須具備以下前提條件：
[0107] (1)松開扣件Lci范圍足夠長，使Lci與鋼軌截面尺寸之比幾乎接近〇°，亦即L ci范圍 的鋼軌可視為承受拉力F的（琴）弦。
[0108] (2)鋼軌首先存在縱向拉力F，并且F足夠大，使Ltl范圍內的鋼軌在其自身重力作 用下的向下撓度可忽略。
[0109] (3)提升力P及其產生的提升位移a均在模型的彈性范圍內，且在提升力P作用過 程中，鋼軌縱向拉力F保持不變。
[0110] 下面對圖1的模型進行受力分析。以U左側起點為坐標原點，建立X-Y坐標系，X 向右為正，向左為負，Y向上為正，向下為負。在距坐標原點任意X處截斷鋼軌，該截面提升 位移假定為y，則在該截面鋼軌承受縱向力F、向上的剪力P/2、彎矩M(X)。
[0111] 根據鋼軌的受力平衡，可得
【權利要求】
1. 一種提升力測量裝置，其特征在于，所述提升力測量裝置包括支架、橫軸、回拉機構、 柔性提升機構和拉力傳感器； 所述回拉機構的兩端分別為固定端和活動端；所述固定端與所述支架軸連接，所述活 動端與所述柔性提升機構的一端連接； 所述橫軸設置于所述支架的上部，所述柔性提升機構繞經所述橫軸，所述柔性提升機 構的另一端具有夾持無縫線路鋼軌的夾具； 所述回拉機構拉動所述柔性提升機構在所述橫軸上滑動，并帶動所述無縫線路鋼軌向 上移動； 所述拉力傳感器設置于所述夾具的上端，用于測量所述無縫線路鋼軌受到的提升力 值。
2. 根據權利要求1所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述柔性提升機構包括繞經 所述橫軸外周的鋼絲繩； 所述鋼絲繩的一端與所述活動端連接，所述鋼絲繩的另一端與所述拉力傳感器的上端 固定連接。
3. 根據權利要求2所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述回拉機構包括千斤頂，所 述千斤頂包括缸體和與所述缸體相配合伸縮的活塞桿； 所述缸體的一端與所述支架軸連接，所述活塞桿的伸縮端與所述鋼絲繩連接；所述鋼 絲繩通過所述活塞桿的伸縮在所述橫軸上滑動。
4. 根據權利要求3所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述活塞桿和所述鋼絲繩之 間設置連接機構； 所述連接機構包括連接件，所述連接件的一端與所述活塞桿螺紋連接，其另一端與所 述鋼絲繩拆裝式連接。
5. 根據權利要求4所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述連接機構還包括接頭和 固結塊； 所述接頭的一端與所述連接件拆裝式連接，所述接頭的另一端具有過繩孔；所述鋼絲 繩的末端繞過所述過繩孔，所述鋼絲繩的末端通過所述固結塊與所述鋼絲繩的中段固定。
6. 根據權利要求1至5任一項所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述提升力測量裝 置還包括兩個轉動腳座；所述轉動腳座與所述支架的底部軸連接。
7. 根據權利要求6所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述支架包括具有第一支撐 腳、第二支撐腳和橫梁；所述橫梁的兩端分別與所述第一支撐腳、所述第二支撐腳固定連接 或整體加工為一體； 所述轉動腳座分別設置于所述第一支撐腳和所述第二支撐腳的底部；所述回拉機構的 固定端與所述第一支撐腳上的所述轉動腳座軸連接。
8. 根據權利要求7所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述支架包括兩片平行設置 的承力板；兩個所述承力板之間橫向且平行設置若干個連接梁。
9. 根據權利要求7或8所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述橫梁上設置用于套裝 所述橫軸的軸承； 所述橫梁的頂部具有安裝槽，所述軸承放置于所述安裝槽內。
10. 根據權利要求9所述的提升力測量裝置，其特征在于，所述支架還包括加固板，所 述加固板固定于所述橫梁的頂部； 所述加固板上具有缺口，所述缺口的截面形狀和所述安裝槽的截面形狀相同；所述缺 口的端面與所述安裝槽的開口端貼合，所述缺口與所述安裝槽貫通。
11. 一種測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備，其特征在于，所述設備包括： 權利要求1至10任一項所述的提升力測量裝置，用于測得提升力，拉力傳感器輸出所 述提升力的數據信號； 位移傳感器，其一端固定在無縫線路鋼軌上，其另一端與軌枕或擱置在道砟上的平 板或軌道板接觸，用于測得所述無縫線路鋼軌的提升位移，并輸出所述提升位移的數據信 號； 至少一個溫度傳感器，連接到所述無縫線路鋼軌，用于測得提升所述無縫線路鋼軌時 的軌溫，并輸出所述軌溫的數據信號； 數據采集儀，分別與所述拉力傳感器、所述位移傳感器和所述溫度傳感器連接，采集并 傳輸測得的所述提升力的數據信號、所述提升位移的數據信號和所述軌溫的數據信號； 處理系統(tǒng)，接收所述數據采集儀傳輸的所述提升力的數據信號、所述提升位移的數據 信號和所述軌溫的數據信號，用于獲得所述無縫線路的實際鎖定軌溫。
12. 根據權利要求11所述的測量無縫線路實際鎖定軌溫的設備，其特征在于，所述溫 度傳感器的數量為兩個，分別連接到所述無縫線路鋼軌的軌腰兩側，分別用于測得所述軌 腰兩側的軌溫。
【文檔編號】B61K9/08GK204124150SQ201420481426
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】蔣金洲, 徐玉坡, 梁晨 申請人:中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所