鋼軌表面摩擦係數測量裝置製造方法
2023-05-19 14:59:56 2
鋼軌表面摩擦係數測量裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鋼軌表面摩擦係數測量裝置，與鋼軌接觸設置、且在外力作用下沿鋼軌移動的行走機構，在行走機構上設有用於測量鋼軌頂面及側面摩擦係數的測量機構；用於採集測量裝置位置信息、線路信息，以及測量機構的測量數據信息的信息採集機構；還包括對測量機構、信息採集機構進行供電的供電機構。本實用新型結構簡單，體積小，成本低，能夠精確測量我國主要型號鋼軌的摩擦係數。本實用新型適用於對我國主要型號鋼軌進行摩擦係數的測量。
【專利說明】鋼軌表面摩擦係數測量裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於鐵道工程【技術領域】，涉及一種鋼軌表面摩擦係數測量裝置。
【背景技術】
[0002] 鋼軌表面摩擦係數對鐵路運輸影響很大，其中，鋼軌頂面摩擦係數直接影響車輛 安全運行：如果鋼軌頂面摩擦係數太小，機車車輛容易出現打滑、空轉現象，會導致鋼軌擦 傷；如果鋼軌頂面摩擦係數過大，車輛行車阻力增大，能源消耗增加；
[0003] 同時，曲線地段鋼軌側面摩擦係數對鋼軌側磨影響很大：在小半徑曲線段，如果外 股鋼軌側面摩擦係數過大，鋼軌側磨嚴重，大大減少了鋼軌使用壽命。因此，無論從行車安 全角度還是從延長鋼軌使用壽命角度來講，都需要對鋼軌表面摩擦係數進行控制，這樣就 需要測量鋼軌表面摩擦係數。
[0004] 目前，我國國內還沒有專門用於測量鋼軌表面摩擦係數的裝置，而國外的採用摩 擦制動方式測量鋼軌表面摩擦係數測量裝置需要專門的車輛進行牽引，這種裝置結構復 雜，體積龐大，價格較貴，且需要專門的車輛牽引在天窗時間內才能進行測量。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的，是提供一種鋼軌表面摩擦係數測量裝置，該測量裝置結構簡 單、體積小、價格較低，且無需專門的車輛進行牽引，只需人工操作即可完成。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是：
[0007] -種鋼軌表面摩擦係數測量裝置，它包括：
[0008] 與鋼軌接觸設置、且在外力作用下沿鋼軌移動的行走機構，在行走機構上設有用 於測量鋼軌頂面及側面摩擦係數的測量機構；用於採集鋼軌表面摩擦係數測量裝置是位置 信息、線路信息，以及測量機構的測量數據信息的信息採集機構；用於對測量機構、信息採 集機構進行供電的供電機構。
[0009] 作為對本實用新型的限定：所述行走機構包括一整體框架，在整體框架的頂面上 設有用於外部施加推力的推桿，整體框架前後兩端分別設有滾動於鋼軌頂面的大走行輪， 在整體框架的左右兩側分別設有與鋼軌側面滾動接觸的軌鄂部行走輪機構。
[0010] 作為對本實用新型的進一步限定：所述軌鄂部行走輪機構包括一端可活動地設於 整體框架側面上的支撐臂，支撐臂的另一端固設有與鋼軌側面滾動接觸的小走行輪，在整 體框架的側面上還設有用於鎖定支撐臂位置、而令支撐臂保持靜止的鎖扣。
[0011] 作為對本實用新型的再進一步限定：所述測量機構包括用於對鋼軌頂面摩擦係數 進行測量的軌頂面摩擦測量機構，以及用於對軌側面摩擦係數進行測量的軌側面摩擦測量 機構，所述軌頂面摩擦測量機構與軌側面摩擦測量機構的結構相同，均包括等強度梁，所述 等強度梁的底端設有與鋼軌摩擦接觸的接觸頭，同時設有採集接觸頭對鋼軌壓力信息的壓 力傳感器，等強度梁的頂端固設於一固定件上，所述固定件通過固定架固設於整體框架上， 在等強度梁與固定件之間設有採集外部施加壓力信息的端部力傳感器，在等強度梁的兩側 面中部分別固設有焊接應變片。
[0012] 作為對本實用新型的更進一步限定：所述軌頂面摩擦測量機構的固定架固設於整 體框架的頂面，軌側面摩擦測量機構的固定架固設於整體框架的一個側面上。
[0013] 作為對本實用新型的另一種限定：所述信息採集機構與供電機構共同設於一盒體 內，所述盒體固設於整體框架上與在軌側面摩擦測量機構所在側面相對的側面。
[0014] 作為對上述方式的進一步限定：所述信息採集機構包括設於盒體內、用於對鋼軌 表面摩擦係數測量裝置進行定位的定位機構。
[0015] 由於採用了上述的技術方案，本實用新型與現有技術相比，所取得的技術進步在 於：
[0016] (1)本實用新型的測量裝置包括行走機構、測量機構、信息採集機構、供電機構， 且測量機構、信息採集機構、供電機構均固設於行走機構上，結構緊湊、體積小，同時實現簡 單，成本低；
[0017] (2)本實用新型的行走機構包括整體框架，在整體框架的前後兩端設有大走行輪， 在整體框架的左右兩側還設有小走行輪，大小走行輪配合運行，不僅能夠令行走機構與鋼 軌更好的接觸，同時能夠更好地控制整體測量裝置的走行方向，保證摩擦測量的精度；
[0018] (3)本實用新型的軌鄂部行走輪機構包括支撐臂、小走行輪、鎖扣，其中支撐臂的 一端可活動地設於整體支架的側面上，小走行輪固設於支撐臂的另一端上，並通過設於整 體框架上的鎖扣將支撐臂進行鎖定，這樣設置形成約束體系，能夠令行走機構約束到鋼軌 上，即鎖扣打開時支撐臂能夠相對整體框架上下活動，小走行輪就能夠從鋼軌側面脫離開， 整個行走機構可以從鋼軌上鬆開，方便取下；
[0019] (4)本實用新型中將軌鄂部行走輪機構設於整體支架的左右兩側，這種設置令 本測量裝置更為靈活，適應性更強，能夠根據不同類型的鋼軌採用不同的軌鄂部行走輪機 構；
[0020] (5)本實用新型的測量機構設有兩個力傳感器，能夠令測量結果更為精確，同時在 等強度梁上設有兩片應變片，採用半橋橋路，這種方法能夠消除溫度對測量結果的影響，進 一步提高測量精確度；
[0021] (6)本實用新型的信息採集機構與供電機構共同設置在盒體內，並將盒體固設於 未設置軌鄂部行走輪機構的整體框架的那側側面上，因此該盒體與軌鄂部行走輪機構形成 力的平衡，更能夠提高摩擦係數測量的精確度。
[0022] 綜上所述，本實用新型結構簡單，體積小，成本低，能夠精確測量我國主要型號鋼 軌的摩擦係數。
[0023] 本實用新型適用於對我國主要型號的鋼軌進行摩擦係數的測量。
[0024] 本實用新型下面將結合說明書附圖與具體實施例作進一步詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是本實用新型實施例的結構示意圖；
[0026] 圖2是本實用新型實施例另一角度的結構示意圖；
[0027] 圖3是圖1中A或B部分的放大結構示意圖；
[0028] 圖4是本實用新型實施例中測量機構的結構示意圖；
[0029] 圖5是本實用新型實施例中位於等強度梁7上的應變片12的電路示意圖。
[0030] 圖中：1 一整體框架，2 -推桿，3-大走行輪，4一支撐臂，5-小走行輪，6-鎖 扣，7-等強度梁，8-接觸頭，9一壓力傳感器，10-固定件，101-1-橫梁，101-2 -堅梁， 102-1-上板，102-2 -固定板，11 一端郃力傳感器，12 -應變片，131-夾板，132 -突臺， 14一臺形槽，15-卡接件，16-盒體。
【具體實施方式】
[0031] 實施例一種鋼軌表面摩擦係數測量裝置
[0032] 本實施例為一種鋼軌表面摩擦係數測量裝置，如圖1、圖2所示，它包括：
[0033] (1)行走機構，所述行走機構與鋼軌接觸設置，且在外力作用下能夠沿鋼軌移動。
[0034] 本實施例中的行走機構如圖1、圖2所示，包括整體框架1，在整體框架1的頂面上 設有用於外部施加推力的推桿2,本實施例是對整個測量裝置施加推力，因此推桿2與框架 1上表面之間有一定夾角。在整體框架1的前後兩端分別設有大走行輪3,所述整體框架1 通過兩個大走行輪3滾動設於鋼軌頂面上。為了保證本實施例的穩定性，在整體框架1的 左右兩側分別設有與鋼軌側面滾動接觸的軌鄂部行走輪機構。
[0035] 本實施例中的軌鄂部行走輪機構設有四個，分別在每個大走行輪3的左右兩側各 設有一個，每一個的結構如圖1、圖2所示，包括支撐臂4,本實施例中的支撐臂4為L形結 構，其頂端可旋轉地設於整體框架1側面上，另一端朝向鋼軌側面並固設有與鋼軌側面滾 動接觸的小走行輪5,在整體框架1的側面上還設有用於鎖定支撐臂4的位置、而令支撐臂 4不能活動，保持靜止的鎖扣6。當鎖扣6打開時，支撐臂4可繞自身頂端沿垂直於整體框 架1側面的方向轉動。
[0036] (2)測量機構，用於測量其自身與鋼軌頂面或與側面之間的摩擦係數。本實施例 中的測量機構包括用於對測量機構自身與鋼軌頂面間的摩擦係數進行測量的軌頂面摩擦 測量機構，以及用於對測量機構自身與軌側面間的摩擦係數進行測量的軌側面摩擦測量機 構，所述軌頂面摩擦測量機構與軌側面摩擦測量機構的結構相同，如圖4所示，均包括等強 度梁7,所述等強度梁7的底端設有與鋼軌摩擦接觸的接觸頭8,同時設有採集接觸頭8對 鋼軌壓力信息的壓力傳感器9,等強度梁7的頂端固設於一固定件10上，所述固定件10如 圖1、圖2所示設於整體框架1上，在等強度梁7與固定件10之間設有採集外部施加壓力 (該壓力位由推桿2上所施加的推力，所產生的對鋼軌表面摩擦係數測量裝置的壓力，屬於 推力的分力）信息的端部力傳感器11，在等強度梁7的兩側面中部分別固設有應變片12。 [0037] 為了保證測量的精度，本實施例的等強度梁7如圖3所示，等強度梁7的頂端採用 兩塊鋼板固結在一起的形式，而壓力傳感器9和接觸頭8另一端固結於等強度梁7的底端， 且等強度梁7頂端固結在一起的鋼板表面進行機械拋光處理並施加潤滑油，使得表面摩擦 係數極小，接觸頭8則採用耐磨鋼製成半橢圓形，與鋼軌表面或側面形成較好的類似點接 觸，減少由於力的分布而造成的測量誤差。
[0038] 如圖3所示，固定件10具有固定軌頂面/軌側面摩擦測量機構上下位置的第一支 架，以及用於固定軌頂面/軌側面摩擦測量機構前後位置的第二支架。所述第二支架包括 上板102-1，為了保證測量的精度，同時令安裝更為方便，所述上板102-1為對稱的六邊形 結構，且上板102-1帶有上下是貫通的、對稱的六邊形通孔。所述上板102-1相對的對兒側 邊上分別設有用於固定測量等強度梁7的固定板102-2,所述兩塊固定板102-2恰好卡接在 等強度梁7頂端的兩塊鋼板的固結處。而第一支架為具有一跟橫梁101-1以及兩根相同的 堅梁101-2,所述兩個堅梁101-2分別一體成型地設於橫梁101-1的兩端，兩根堅梁101-2 未與橫梁101-1相連的一端分別固設於第二支架的兩個對稱邊上，且為了保證等強度梁7 設置的平衡，兩根堅梁101-2的中心連線與兩塊固定板102-2的中心連線相互垂直設置。而 橫梁101-1的中部設有貫穿的螺釘，該螺釘的頂端貫穿第二支架的通孔後頂壓於等強度梁 7的頂端，同時端部傳感器11固設於上述固定等強度梁7的螺釘上。
[0039] 為了保證等強度梁7與固定件10能夠安裝到整體框架1上，本實施例在整體框架 1上設有固定夾板，由於本實施例設有軌頂面摩擦測量機構和軌側面摩擦測量機構，因此在 整體框架1的頂面上及側面上分別設有固定夾板，且設於整體框架頂面與側面的固定夾板 的結構基本相同，如圖1、圖3所示，包括兩塊固設於整體框架1頂面或側面的夾板131，在 夾板131頂部分別具有突臺132。為了保證第二支架對等強度梁7的固定作用，本實施例中 兩塊夾板131之間的距離等於兩塊固定板102-2的寬度，且突臺132為遠離兩塊夾板131 向對面向外的突臺，在兩個突臺132上分別設有向下逐漸變寬的臺形槽14,而在第二支架 的底面上設有與該臺形槽形狀、尺寸相匹配的卡接件15。安裝時，首先將等強度梁7與固定 件10固定好，然後將兩個卡接件15置於臺形槽14的一端，朝向臺形槽14的另一端推動固 定件10,當固定件10到達兩個突臺132的中部時，用螺釘將第一支架的兩根堅梁101-2與 突臺131固定即可。
[0040] (3)信息採集機構，用於採集本實施例整體測量裝置的位置信息、線路信息，並採 集軌頂面摩擦測量機構與軌側面摩擦測量機構所測量的信息。本實施例中信息採集機構包 括用於對採集的信息進行分析、處理、計算的主控單元，例如單片機；採集整體測量裝置位 置及線路信息的定位機構，以及採集軌頂面摩擦測量機構與軌側面摩擦測量機構測量數值 的應變採集電路，所述定位機構採用現有技術中的北鬥星定位系統，或者GPS定位系統等， 其信號輸入端連接主控單元的位置信號輸入端；應變採集電路包括等強度梁7上的兩個焊 接應變片Rl、R2與測量機構中的補償應變片R3、R4,所述Rl、R2、R3、R4如圖5所示，構成 橋型結構，其採集信號輸出端連接主控單元的採集信號輸入端，將橋型電路的電壓變化傳 送給主控單元。
[0041] 此外，為了完善本實施例，所述採集機構還包括顯示模塊，所述顯示模塊採用現有 技術中的顯示屏，其信號輸入端連接主控單元的顯示信號輸出端。
[0042] ( 4)供電機構，用於為測量機構和信息採集機構提供電能。本實施例中的供電機構 採用現有技術中的充電鋰電池，所述鋰電池的正負極分別連接測量機構和信息採集機構的 電源輸入端。而為了令本實施例的測量結果更為精確，本實施例將供電機構與信息採集機 構共同設於一盒體16內，信息米集機構的顯不模塊設於盒體16的表面，且盒體16固設於 整體框架1上、與設置有軌側面摩擦測量機構的側面相對的側面上，與軌側面摩擦測量機 構形成力的平衡。
[0043] 本實施例的工作原理具體如下：將本實施例如圖1、圖2所示安裝好，打開鎖扣6， 令本實施例的大走行3和小走行輪5均與鋼軌接觸，然後關閉鎖扣6 ;通過推桿2對整體框 架1施加一推力，令本實施例在鋼軌上移動，由於推桿2與整體框架1的上表面間有一定夾 角，因此，施加的推力分別對鋼軌頂面和鋼軌側面產生壓力，而產生的壓力會令軌頂面摩擦 測量機構和軌側面摩擦測量機構進行縱向移動，進而採集數據，採集的數值包括施加給鋼 軌頂面或者側面的壓力，以及接觸頭8對鋼軌的實際壓力和等強度梁7的彎曲應變，而信息 採集機構會將採集到的壓力信息和彎曲應變信息進行計算處理，最終得到鋼軌頂面及側面 的摩擦係數。
[0044] 本實施例中等強度梁7的應變包括摩擦力令等強度梁7形成的彎曲應變、溫度變 化令等強度梁7形成的溫度應變，以及施加的壓力對等強度梁7形成的壓應變，由於等強度 梁的結構特點和受力特徵，壓應變與溫度應變大小相等，方向相同，但是由於應變片R1、R2、 R3、R4的橋型設計，進而可以使得溫度應變和壓應變完全抵消，只剩下摩擦力形成的彎曲應 變，因此，本實施例只需計算彎曲應變即可。
[0045] 本實施例中信息採集機構對摩擦係數的具體計算為：例如，壓力傳感器檢測在等 強度梁7端部摩擦力為F，則距離該端部為U處的等強度梁7橫截面收到的彎矩為
[0046]
【權利要求】
1. 一種鋼軌表面摩擦係數測量裝置，其特徵在於：與鋼軌接觸設置、且在外力作用下 沿鋼軌移動的行走機構，在行走機構上設有用於測量鋼軌頂面及側面摩擦係數的測量機 構；用於採集鋼軌表面摩擦係數測量裝置的位置信息、線路信息，以及測量機構的測量數據 信息的信息採集機構；用於對測量機構、信息採集機構進行供電的供電機構。
2. 根據權利要求1所述的鋼軌表面摩擦係數測量裝置，其特徵在於：所述行走機構包 括一整體框架，在整體框架的頂面上設有用於外部施加推力的推桿，整體框架前後兩端分 別設有滾動於鋼軌頂面的大走行輪，在整體框架的左右兩側分別設有與鋼軌側面滾動接觸 的軌鄂部行走輪機構。
3. 根據權利要求2所述的鋼軌表面摩擦係數測量裝置，其特徵在於：所述軌鄂部行走 輪機構包括一端可活動地設於整體框架側面上的支撐臂，支撐臂的另一端固設有與鋼軌側 面滾動接觸的小走行輪，在整體框架的側面上還設有用於鎖定支撐臂位置、而令支撐臂保 持靜止的鎖扣。
4. 根據權利要求3所述的鋼軌表面摩擦係數測量裝置，其特徵在於：所述測量機構包 括用於對鋼軌頂面摩擦係數進行測量的軌頂面摩擦測量機構，以及用於對軌側面摩擦係數 進行測量的軌側面摩擦測量機構，所述軌頂面摩擦測量機構與軌側面摩擦測量機構的結構 相同，均包括等強度梁，所述等強度梁的底端設有與鋼軌摩擦接觸的接觸頭，同時設有採集 接觸頭對鋼軌壓力信息的壓力傳感器，等強度梁的頂端固設於一固定件上，所述固定件通 過固定架固設於整體框架上，在等強度梁與固定件之間設有採集外部施加壓力信息的端部 壓力傳感器，在等強度梁的兩側面中部分別固設有焊接應變片。
5. 根據權利要求4所述的鋼軌表面摩擦係數測量裝置，其特徵在於：所述軌頂面摩擦 測量機構的固定架固設於整體框架的頂面，軌側面摩擦測量機構的固定架固設於整體框架 的一個側面上。
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的鋼軌表面摩擦係數測量裝置，其特徵在於： 所述信息採集機構與供電機構共同設於一盒體內，所述盒體固設於整體框架上與軌側面摩 擦測量機構的所在側面相對的側面。
7. 根據權利要求6所述的鋼軌表面摩擦係數測量裝置，其特徵在於：所述測量機構包 括設於盒體內、用於對鋼軌表面摩擦係數測量裝置進行定位的定位機構。
【文檔編號】G01N19/02GK204064875SQ201420510748
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】王建西, 李向國, 陳進傑, 路永婕, 黃守剛, 張曉東, 牛紅凱, 馬超, 趙慧麗 申請人:石家莊鐵道大學