一種鐵道車輛超偏載檢測裝置的製作方法

2023-08-02 18:37:21 2

本實用新型涉及壓力檢測領域，具體是一種鐵道車輛超偏載檢測裝置。

背景技術：

鐵路多用於長距離的運輸，因其速度快，價格便宜得到了快速的發展。當火車處於超載或偏載的狀態下，極易造成交通事故，造成生命和財產的損失。但鐵道上車輛的超載、偏載和總重的檢測，目前還是採用停車檢測的方式，檢測方式麻煩且相對落後。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種鐵道車輛超偏載檢測裝置，其受力均勻，檢測結果準確。

本實用新型的技術方案為：

一種鐵道車輛超偏載檢測裝置，包括有基板和兩個固定設置於基板上端面上且分別鄰近基板兩端部的壓力傳感器，所述的壓力傳感器包括有矩形的基體，基體相對的前、後端面上均設置有盲孔，且兩端面的盲孔同軸相對設置，盲孔內均設置有電阻應變片，所述的基體盲孔所在部分為工字梁結構。

所述的基體鄰近兩端部設置有上下貫通的安裝孔，所述的基體相對的前、後端面上均設置有兩個盲孔，兩個盲孔位於基體兩端部安裝孔之間，前端面上的兩個盲孔與後端面上的兩個盲孔一一同軸相對設置，基板四個盲孔所在部分形成兩個工字梁結構。

所述的電阻應變片選用二片半橋型電阻應變片，一個二片半橋型電阻應變片中的二片電阻應變片分別安裝於同軸的兩個盲孔中，且二個二片半橋型電阻應變片連接組成工作電橋。

所述的基板包括有下基板和固定連接於下基板上的上基板，所述的壓力傳感器固定連接於上基板的上端面上。

所述的基板選用鋼板。

所述的基體選用合金鋼板或不鏽鋼板。

本實用新型的優點：

本實用新型採用壓力傳感器檢測鐵道車輛每根車軸上車輪的受力情況，然後對相鄰兩個車軸上車輪的受力情況進行分析，得出鐵道車輛是否超載或偏載的結果，檢測精度高，檢測結果準確；本實用新型的壓力傳感器結構採用特殊設計的力學結構，剪切力在受力截面中的應力分布比較均勻，電阻應變片粘貼在受力板中部的盲孔內，其四個應變片的電阻變化基本相同，這大大提高了傳感器的線性和精度。

附圖說明

圖1是本實用新型超偏載檢測裝置的俯視圖。

圖2是本實用新型超偏載檢測裝置的主視圖。

圖3是本實用新型壓力傳感器的俯視圖。

圖4是本實用新型壓力傳感器的半剖主視圖。

圖5是本實用新型二片半橋型電阻應變片的結構示意圖。

圖6是本實用新型工作電橋的結構示意圖。

圖7是載荷剪切梁的力學模型示意圖。

圖8是載荷柱式梁的力學模型示意圖。

圖9是本實用新型工字梁部分的應變區位置及應力分布圖。

圖10是本實用新型超偏載檢測裝置的應用結構示意圖。

圖11是本實用新型超偏載檢測裝置與鐵路路基、鋼軌的安裝位置結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

見圖1和圖2，一種鐵道車輛超偏載檢測裝置，包括有下基板1、固定連接於下基板1上的上基板2和兩個固定設置於上基板2上端面上且分別鄰近上基板2兩端部的壓力傳感器3；

見圖3和圖4，每個壓力傳感器均包括有矩形的基體31，基體31鄰近兩端部均設置有兩個上下貫通的安裝孔32，基體31相對的前、後端面上均設置有兩個盲孔33，兩個盲孔33位於基體31兩端部安裝孔32之間，前端面上的兩個盲孔33與後端面上的兩個盲孔33一一同軸相對設置，基體31四個盲孔部分形成兩個工字梁結構，四個盲孔33內設置有電阻應變片，電阻應變片選用二片半橋型電阻應變片(見圖5)，一個二片半橋型電阻應變片中的二片電阻應變片分別安裝於同軸的兩個盲孔34中，且二個二片半橋型電阻應變片連接組成工作電橋(見圖6)。

見圖5，壓力傳感器基本原理類同於一般應變式傳感器，但本實用新型採用了二個雙應變片的電阻應變片，粘貼在受力板的兩側。見圖6，壓力傳感器在工作時，應變片中R1如受正剪切力，那R2亦受負剪切力，而另一個雙應變處事中的R3受正剪切力，R4受負剪切力，如圖6組成工作電橋。

R為應變片阻抗，壓力傳感器在受到外力作用的時候會產生形變，引起緊貼在壓力傳感器內部壁上的應變片阻抗線性增加或減小。在有外部供電(3—12VDC)的情況下，輸出的差分級mv信號也線性增加減小，傳感器通過組橋、調零、配平靈敏度、溫補等之後，輸出的信號＝供電電壓x靈敏度。比如穩壓電源是10VDC，傳感器靈敏度是1.5mv/V，傳感器到滿量程時輸出的電壓＝10x1.5＝15mv，如果需要0-5V(4-20mA等)標準模擬信號需要配信號轉換器(變送器)。

基本力學原理：

本實用新型的壓力傳感器是一個板式型梁並在梁兩端適當位置加工了兩個盲孔，整體測力結構為剪切梁，為彈性體的應力測量方式。壓力傳感器受到外力壓力時，其被測物理量都能夠在物體上產生變形(應變)，當外力去除之後又可以恢復原來的形狀和尺寸，即這種變形為彈性變形。彈性體是構成傳感器的基本要素之一，它所具有的基本物理性質可用下列公式表示：

a、σ＝E×ε，是軸向應力應變虎克定律，即彈性體的彈性模量E決定了軸向應力σ和軸向應變ε間的線性關係。

b、ε1＝μ×ε，彈性體在上述軸向力作用下，除了產生軸向應變ε外，還伴隨著橫向應變ε1。兩者之間的比值泊松比μ為黨數。

c、τ＝G×γ，是純剪切虎克定律。彈性體受到剪切力作用時，受剪切面上的剪應力τ與截面間產生的相對角應變γ呈線性關係，並取決於彈性材料的彈性剪切模量G。

上述；彈性材料的三個特性參數E、G和μ之間具有以下關係:

G＝E/(2×(1+μ))。

軌道壓力傳感器受力分析：

①、本實用新型壓力傳感器可簡化成兩端受力集中載荷剪切梁或柱式梁，力學模型示意圖見圖7和圖8。剪切梁壓力傳感器結構在受到壓力時發生變形情況，受到的壓力和傳感器的變形最成正比。當壓力傳感器受壓力變形時，導致內部的應變片發生變化，輸出相應的壓力信號。

②、中間受力載荷作用的應力計算：

③、梁的剪應力及剪應變計算

剪切梁傳感器的一般均在應變梁的拐點加二個盲孔(局部形成工字梁)，其剪應力可用茹拉夫斯基公式進行計算：

局部工字梁結構的應變區位置及應力分布如圖9所示。

上式中:

剪力Q：

剪切截面對中軸的靜矩Sy：

剪切截面對中軸的慣矩Jy：

則

45°方向的主應力和主應變計算，沿梁中線軸成45°方向壓力的長度變化，正是純剪切力狀態下的主應力方向，其主應力與最大剪切力，主應變與最大剪應變的在下列關係：

傳感器靈敏度計算：

式中：K――電阻應變片靈敏係數

壓力傳感器技術參數：

量程：(30+30)t；

準確度:0.2％FS；

工作電壓：12VDC；

輸出信號：(0-10)mV；

工作溫度：-20℃-70℃；

極限壓力：≥(40+40)t；

輸入阻抗：700±20Ω；

輸出阻抗：700±5Ω；

絕緣電阻：≥5000MΩ；

非線性：±0.3％F·S；

滯後：±0.3％F·S；

重複性：±0.5％F·S。

見圖10，一種鐵道車輛超偏載檢測方法，具體包括有以下步驟：在鐵路上選擇一段較為平坦的路基01(見圖11)，抽出三根枕木05並截取三根枕木上的鋼軌02，將鐵路路基01平整一下，再將兩個檢測裝置03放入原枕木位置，截取的鋼軌02位於兩個檢測裝置03壓力傳感器3的受力面上，形成受力整體，最後將截取的鋼軌02與兩端原有鋼軌04進行固定連接，再將兩個檢測裝置03與鋼軌02進行固定連接；然後兩個檢測裝置03上的四個壓力傳感器3分別檢測相鄰兩個車軸上四個車輪的受力情況，然後傳遞給單片機，單片機對採集到的四個壓力值進行分析，當採集的壓力值大於設定壓力值，即鐵道車輛超載，當採集的任一壓力值超過設定壓力值且與其他任一壓力值的差值大於設定差值，即鐵道車輛偏載，當採集的壓力值均小於或等於設定壓力值且採集的任兩個壓力值的差值小於設定差值，即鐵道車輛裝載正常，符合規定。

見圖11，鋼軌壓在檢測裝置03壓力傳感器3的受力面上，整個組件是由上基板2和下基板3作為基礎，代替枕木承提車輪壓力。上基板2和下基板3做為基礎主要作用是將左右兩端的壓力傳感器3牢牢固定在一個測量平面上，受力均勻，而且受路基沉降影響很小。

每個壓力傳感器(檢測一隻車輪)測量範圍為30t(最大壓力值大於40t)，一個檢測裝置包括兩個壓力傳感器(檢測一根車軸，即兩隻車輪)，所以一根車軸總測量範圍為60t，即:30t+30t(最大壓力值大於80t)。兩個檢測裝置可以檢測120t，最大檢測160t。技術參數如下:

1、鐵道車輛超偏載軌道檢測時需要兩個檢測裝置，由四隻壓力傳感器組成。每個檢測裝置上安裝2個壓力傳感器；

2、每個壓力傳感器量程為30t，最大值40t；

3、每個檢測裝置分別檢測一根車軸上的兩隻車輪，每組可檢測30t+30t＝60t重的軸重，最大為40t+40t＝80t；

4、檢測時，兩個檢測裝置分別檢測兩根車軸(也就是一副車輛轉向架)四隻車輪，可檢測60t+60t＝120t軸重，最大為80t+80t＝160t。

儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同物限定。