[发明专利]非接触磁栅式无缝线路钢轨温度力测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于铁路钢轨测试技术领域。

背景技术

无缝线路技术是铁路轨道的重大改革，由于消除了钢轨接头，减少了列车对轨道的冲击，从而减少了铁路部门的养护维修费用。无缝线路在推广过程中也出现了一些问题，其中比较严重的是夏季的胀轨跑道、冬季断轨以及在无砟轨道上出现的碎弯，这些问题的出现都与钢轨内存在巨大的纵向温度力有关。由于无缝线路限制了钢轨的纵向位移，钢轨不能自由伸缩，在钢轨内部就产生了巨大内力，计算表明温度每升高1℃，60钢轨内部将产生18KN的内力。

测试无缝线路温度力一直以来是工程界的难题。世界各国对无缝线路纵向力测定的仪器和方法进行了广泛的研究。据不完全统计，目前主要有直接测量钢轨变形、音响弹性测量法、导磁率测定法、声音放射法、巴克豪森法、X射线法、在平面或立面上施加集中力并测定钢轨挠度计算求得纵向力的方法，钢轨轴应力测定器、超声波应力测定仪等。但是真正能在现场准确、简便地测得纵向力真值的理想方法和设备，到目前为止还没有找到。这主要是各种测定方法和仪器很难排除下列因素的影响：

(1)钢轨材质方面的影响；

(2)因纵向力以外的原因而产生的应力(如残余应力)；

(3)轨道上的动力电流的电磁影响；

(4)列车在钢轨上不间断运行，在钢轨上长期固定检测原器件困难。

此外，对无缝线路胀轨跑道起决定影响的不是某一钢轨截面上的纵向力值，而是一定长度范围内的纵向力值，这又给这种检测装置的研究带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触磁栅式无缝线路钢轨温度力测试装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本装置的基本原理是通过测试无约束状态下钢轨与约束状态钢轨之间的位移差来计算钢轨温度力。装置由钢条[3]、固定螺栓[4]、固定架[5]和非接触式磁栅位移传感器组成，如附图1所示。通过固定螺栓[4]和固定架[5]将钢条[3]的一端固定在钢轨[1]轨腰，钢条长3-4m，由与钢轨同一材质的钢材制作而成，钢条[3]的另一端为自由端，在自由端安装由滑块[6]和标尺[7]两部分组成的磁栅式位移传感器，其中滑块[6]固定在钢条[3]的自由端，标尺[7]固定在钢轨[1]轨腰并与滑块[6]相对应，二者间距小于3mm。

本发明的测试过程和计算是：

测试装置安装好后，在温度等于无缝线路锁定轨温T时测量固定螺栓[4]与滑块[6]的间距L。将装置在钢轨[1]未锁定之前安装在轨腰上，并定为零位移状态。线路锁定后开始测试，可以由位移传感器得到位移S，则钢轨温度力由下式计算：

F＝EAS/L

其中，E和A分别为钢轨的弹性模量和截面积。

本发明所述装置特别适用于桥上无缝线路钢轨温度力的测试。桥上无缝线路钢轨受力不同于路基上无缝线路，钢轨一方面由于轨道的约束在温度变化时产生温度力，另一方面由于桥梁的位移拉动钢轨产生附加温度力，这样钢轨既有变形又有内力，要测试钢轨温度力，必须同时测量钢轨的应变和温度变化。本装置将两个量放置在一个设备中测试，可以直接得到钢轨温度力。

本发明所述装置也可以用于全封闭状态高速铁路钢轨温度力的远程监控。

本发明的优点和效果：1、原理简单。通过测量一个量就可以得到温度力，避免了测试的误差累积；2、精度高。磁栅式位移传感器的测试精度可以达到20～30μm，可以使温度力测试精度达到10KN，锁定轨温达到0.5℃，具有相当高的精度；3、耐久性好。非接触式磁栅位移传感器具有耐久性好的特点，可以用于长期监测；4、可以用于远程监测。

附图说明

附图1为本发明所述测试装置示意图，1为钢轨，2为扣件，3为钢条，4为固定螺栓，5为固定架，6为滑块，7为标尺。

附图2为附图1的横截面图，1为钢轨，2为扣件，3为钢条。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例。

本实施例所述装置由钢条3、固定螺栓4、固定架5和非接触式磁栅位移传感器组成，如附图1所示。通过固定螺栓4和固定架5将钢条3的一端固定在钢轨1轨腰，钢条长3m，由与钢轨同一材质的钢材制作而成，钢条[3]的另一端为自由端，在自由端安装由滑块6和标尺7两部分组成的磁栅式位移传感器，其中滑块6固定在钢条3的自由端，标尺7固定在钢轨1轨腰并与滑块6相对应，二者间距为2mm。

测试用钢条制作好之后，在温度等于无缝线路锁定轨温T时测量固定螺栓4与滑块6的间距L。将装置在钢轨1未锁定之前安装在轨腰上，并定为零位移状态。线路锁定后开始测试，可以由位移传感器得到位移S，则钢轨温度力F＝EAS/L，其中，E和A分别为钢轨的弹性模量和截面积。