一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的製作方法

2023-06-24 08:50:51 1

專利名稱：一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的製作方法
技術領域：
本發明涉及鐵路交通技術領域，尤其涉及一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌。
背景技術：
隨著鐵路運量的不斷增加，鋼軌的磨耗日益嚴重。鋼軌的磨損可導致軌道的變形加劇甚至發生斷軌現象。世界各國對鋼軌的磨耗和變形都有嚴格的控制。但是目前缺少一種有效的方法實時監測鋼軌的變形狀態並捕獲鋼軌裂紋的發生。 實用新型專利012M941. 6公開了一種鋼軌動態變形測量裝置，其技術方案是採用在鋼軌上安裝兩個支座並在支座之間安裝位移傳感器，通過位移傳感器檢測支座之間的位移而得出鋼軌的變形。該技術方案可以監測鋼軌變形的距離短，無法實現長距離、分布式的監測， 從而無法判斷斷軌發生的位置。專利申請200810043510. 1「一種鋼軌裂紋地面在線監測裝置及其地面在線監測方法」公開了一種在地面安裝的在線監測裝置，其技術方案是通過在軌道下方和軌道旁邊分別安裝傳感器組來實現對鋼軌的監測。該方案需要安裝大量的傳感器，施工難度大，同樣無法對長距離線路實現實時監測。並且，上述兩種技術方案均採用電學傳感器，在電氣化鐵路段受到電磁幹擾嚴重，信號無法遠距離傳輸。隨著高速鐵路的迅速發展，可動心軌獲得的廣泛的應用。其特點是有害空間小，通過速度快。但是可動心軌一般是由普通軌通過去除材料的方法加工而成，其剛度小，並由於和輪緣接觸，磨損也更加嚴重。因此，對心軌進行監測或使之具有損傷自檢測功能十分必要。張文濤等人提出了可監測裂紋和變形的鋼軌(中國專利申請201020684886. 3)， 在該方案中，將光纖布放在軌底以便於監測鋼軌的變形。但是對於心軌而言，第一，其剛度是尖部最小，也最易發生損傷，而不是軌底；第二，心軌的磨耗十分嚴重，對心軌的磨耗監測十分必要。因此現有技術不能很好地解決心軌損傷監測的問題。因此，本發明提出一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，利用光纖可以長距離傳輸、傳感與傳輸一體化的特點，將其用於鋼軌變形、裂紋和磨耗的監測。這是保障鐵路線路正常運營，實現鋼軌損傷實時、自動檢測所必須解決的關鍵技術問題。

發明內容
(一)要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，以解決鋼軌變形和裂紋實時自動檢測、信號長距離傳輸的問題。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，包括異形軌10，用於作為軌道列車行駛的軌道並安放光纖20 ；安裝於異形軌10尖部下方的至少一根光纖20，用於感受異形軌10的變形和裂紋情況；光纖磨耗傳感器30，用於監測異形軌10的磨耗情況；解調系統40，用於解調光纖20和光纖磨耗傳感器30的輸出信號，從而得到變形或磨耗的大小。上述方案中，所述異形軌10的尖部下方可以進一步包含有沿異形軌10縱向的凸臺11，用於布設光纖20。上述方案中，所述光纖磨耗傳感器30為一弓形結構，由複合材料層壓成型，安裝於異形軌的軌腰，安裝方式是粘接或螺紋連接。上述方案中，所述光纖磨耗傳感器30中進一步包含至少一個光纖光柵35，用於測量光纖磨耗傳感器30的彎曲變形。上述方案中，所述光纖磨耗傳感器30的光纖光柵35上可進一步串聯溫度補償光柵36，補償異形軌10溫度的變化。上述方案中，所述光纖磨耗傳感器30的光纖光柵35不在光纖磨耗傳感器30的橫向彎曲的中性面上。上述方案中，所述光纖磨耗傳感器30的弓形突起部分在異形軌與普通軌50閉合時是與普通軌50的軌腰接觸的，並且這個接觸力使該弓形發生變形，引起光纖磨耗傳感器 30的橫向彎曲。上述方案中，當所述異形軌10的尖部12由於輪緣60的作用發生磨耗時，尖部12 變薄，從而使異形軌10與普通軌50閉合時光纖磨耗傳感器30的弓形受力和變形增大，進一步引起光纖光柵35收到的應力變大。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、本發明提供的這種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，通過複合光纖實現了心軌變形和裂紋實時自動檢測。2、本發明提供的這種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，通過複合光纖實現了心軌變形和裂紋的分布式檢測
3、本發明提供的這種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，通過複合光纖解決了信號的抗電磁幹擾問題，是監測信號可遠距離傳輸。4、本發明提供的這種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，工藝簡單、施工方便。


圖1為本發明提供的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的斷面示意圖。圖2為本發明提供的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的異形軌尖部細節示意圖。圖3為本發明提供的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的光纖磨耗傳感器的俯視圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
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如圖1 圖3所示，圖1為本發明提供的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的斷面示意圖，圖2為本發明提供的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的異形軌尖部細節示意圖，圖3為本發明提供的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的光纖磨耗傳感器的俯視圖。該用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌包括異形軌10，用於作為軌道列車行駛的軌道並安放光纖20 ；安裝於異形軌10尖部下方的至少一根光纖20，用於感受異形軌10的變形和裂紋情況；光纖磨耗傳感器30，用於監測異形軌10的磨耗情況；解調系統 40，用於解調光纖20和光纖磨耗傳感器30的輸出信號，從而得到變形或磨耗的大小。異形軌10的尖部下方可以進一步包含有沿異形軌10縱向的凸臺11，用於布設光纖20，該凸臺可在採用切削法製作異形軌時加工而成。光纖磨耗傳感器30為一弓形結構，由複合材料層壓成型。光纖磨耗傳感器30中進一步包含至少一個光纖光柵35，用於測量光纖磨耗傳感器30的彎曲變形。光纖光柵可在複合材料層壓成型時一併壓入。光纖磨耗傳感器30的光纖光柵35上可進一步串聯溫度補償光柵36，補償異形軌 10溫度的變化。溫度補償光柵在層壓複合材料的外部，並不感受應力，因此可以補償溫度影響。該高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌的工作原理為，異形軌10的尖部12為異形軌最為薄弱的部位，收到磨耗或衝擊後易產生裂紋或變形。光纖20粘接於尖部12的下方，當裂紋或變形發生是將會引起局部應力集中，從而引起光纖20中光散射特性的變化， 通過解調設備40可解調出光信號的變化並進行定位。在這方面可採用的比較成熟的技術有基於布裡淵散射的光時域反射技術或光時域分析技術。而尖軌10的尖部12受到的磨耗則是通過光纖磨耗傳感器進行自檢測。光纖磨耗傳感器30為一弓形結構，並安裝於異形軌的軌腰，安裝方式可以是粘接或螺紋連接。光纖磨耗傳感器30的弓形突起的部分在異形軌與普通軌50閉合時是與普通軌50的軌腰接觸的。並且這個接觸力使該弓形發生變形，從而引起光纖磨耗傳感器30的橫向彎曲。光纖光柵35不在光纖磨耗傳感器30的橫向彎曲的中性面31上。因此該彎曲會引起光纖光柵35感受一定的應力，從而引起輸出波長的變化，通過解調系統40可測得這一變化。當異形軌10的尖部由於輪緣60的作用發生磨耗時，尖部12變薄，從而使異形軌 10與普通軌50閉合時光纖磨耗傳感器30的弓形受力和變形增大，進一步引起光纖光柵35 收到的應力變大。因此，通過光纖光柵35的輸出波長變化可以監測異形軌10的磨耗情況。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於，包括異形軌(10)，用於作為軌道列車行駛的軌道並安放光纖00)；安裝於異形軌(10)尖部下方的至少一根光纖(20)，用於感受異形軌(10)的變形和裂紋情況；光纖磨耗傳感器(30)，用於監測異形軌(10)的磨耗情況；解調系統(40)，用於解調光纖00)和光纖磨耗傳感器(30)的輸出信號，從而得到變形或磨耗的大小。
2.根據權利要求1所述的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於， 所述異形軌(10)的尖部下方可以進一步包含有沿異形軌(10)縱向的凸臺(11)，用於布設光纖(20)。
3.根據權利要求1所述的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於， 所述光纖磨耗傳感器(30)為一弓形結構，由複合材料層壓成型，安裝於異形軌的軌腰，安裝方式是粘接或螺紋連接。
4.根據權利要求3所述的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於， 所述光纖磨耗傳感器(30)中進一步包含至少一個光纖光柵(35)，用於測量光纖磨耗傳感器(30)的彎曲變形。
5.根據權利要求3所述的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於， 所述光纖磨耗傳感器(30)的光纖光柵(3 上可進一步串聯溫度補償光柵(36，補償異形軌(10)溫度的變化。
6.根據權利要求3所述的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於， 所述光纖磨耗傳感器(30)的光纖光柵(3 不在光纖磨耗傳感器(30)的橫向彎曲的中性面上。
7.根據權利要求3所述的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於， 所述光纖磨耗傳感器(30)的弓形突起部分在異形軌與普通軌(50)閉合時是與普通軌(50) 的軌腰接觸的，並且這個接觸力使該弓形發生變形，引起光纖磨耗傳感器(30)的橫向彎曲ο
8.根據權利要求1所述的用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，其特徵在於， 當所述異形軌(10)的尖部(12)由於輪緣(60)的作用發生磨耗時，尖部(12)變薄，從而使異形軌(10)與普通軌(50)閉合時光纖磨耗傳感器(30)的弓形受力和變形增大，進一步引起光纖光柵(3 收到的應力變大。
全文摘要
本發明公開了一種用於高速鐵路道岔的具有自檢測功能的心軌，包括異形軌(10)，用於作為軌道列車行駛的軌道並安放光纖(20)；安裝於異形軌(10)尖部下方的至少一根光纖(20)，用於感受異形軌(10)的變形和裂紋情況；光纖磨耗傳感器(30)，用於監測異形軌(10)的磨耗情況；解調系統(40)，用於解調光纖(20)和光纖磨耗傳感器(30)的輸出信號，從而得到變形或磨耗的大小。利用本發明，解決了鋼軌變形和裂紋實時自動檢測、信號長距離傳輸的問題。
文檔編號B61K9/08GK102392395SQ201110273310
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者張文濤, 李芳 申請人:中國科學院半導體研究所