專利名稱：彈條扣壓力的測定方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈條扣壓力的測定方法和彈條扣壓力測定裝置。
背景技術(shù)：
目前鐵路線路用彈條來將鋼軌扣壓固定在軌枕上。為保證行車安全， 需要測定彈條扣壓鋼軌的扣壓力。彈條扣壓力測定裝置在測定扣壓力過程 中需要提升彈條，而彈條剛好完全脫離絕緣軌距塊時受到的載荷即是彈條 扣壓在鋼4九上的扣壓力。
鐵道部運輸局制定的《彈條in型扣件供貨技術(shù)條件》中提出一種m型 彈條扣壓力的測定裝置，其中采用液壓千斤頂加載，四連桿夾具夾緊彈條，
等手動加載至彈條完全脫開絕緣軌距塊并且用O.lmm的塞尺正好能塞進(jìn)
彈條和絕緣軌距塊之間的間隙時，通過讀取測力表讀數(shù)得到扣壓力。這種 測定裝置需要用塞尺來確定彈條是否離開絕緣軌距塊，從而判斷彈條的扣
壓力是否完全轉(zhuǎn)移到測定裝置上；而彈條又不能離開絕緣軌距塊太多，以 免該測定裝置測量到的扣壓力超過實際扣壓力太多。因而這需要操作人員 在測定過程中反復(fù)調(diào)整，故而測定的時間較長，平均需要5分鐘左右。并 且由于該測定裝置嚴(yán)重依賴與操作人員的耐心和操作熟練程度，并且塞尺 也會引入誤差，因此用該測定裝置的測定結(jié)果具有4交大的誤差，導(dǎo)致準(zhǔn)確 性和一致性較低。
中國實用新型02221914.5和02221915.3分別提出了提升式鐵道彈性 扣件扣壓力測量儀和杠桿式鐵道彈性扣件扣壓力測量儀，其技術(shù)原理是通 過一機械施力裝置將彈性扣件提升至指定高度，并通過電子測力器測得扣 壓力，其中該指定高度以預(yù)先設(shè)定的刻度等標(biāo)志來確定。由于彈性扣件尺 寸和安裝位置的不同以及環(huán)境等原因，采用抬起彈性扣件至預(yù)先指定的高 度所測得的扣壓力誤差很大，造成測量結(jié)果的不確定性。
由此可見，現(xiàn)有技術(shù)中所提出的裝置和方法具有測定時間較長，測定 結(jié)果準(zhǔn)確性低的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提出一種彈條扣壓力的測定方法，該方法能克 服現(xiàn)有技術(shù)中測量時間長，測量結(jié)果準(zhǔn)確性低的缺點。
根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)，本發(fā)明的彈條扣壓力的測定方法包括如下步驟
(1) 對彈條施加向上的載荷，所述彈條包括作用于鋼軌上的趾端；
(2) 在彈條向上運動過程中，測出施加在彈條上的載荷-位移關(guān)系曲
線；
(3 )確定所述栽荷-位移關(guān)系曲線中的斜率變小的突變點作為拐點； (4)確定所述拐點處的載荷作為彈條扣壓力。
申請人發(fā)現(xiàn)，在彈條的載荷-位移關(guān)系曲線中具有斜率變小的突變點 (拐點)，在該點處彈條的載荷準(zhǔn)確對應(yīng)于彈條的扣壓力。 特別有利地，所述載荷施加到所述彈條的趾端。 根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例，所述載荷為向上的拉力。 根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的特征，所述突變點的斜率變化率至少50°/。以上。 更優(yōu)選地，所述突變點的斜率變化率在75%范圍。 施加到彈條的所述載荷的初始值為根據(jù)彈條的特性給定的值。 本發(fā)明還提出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一種彈條扣壓力測定裝置，該裝 置具有測量時間快，測量結(jié)果客觀準(zhǔn)確的優(yōu)點。 一種彈條扣壓力測定裝置，其包括 夾緊彈條的夾緊裝置；
通過所述夾緊裝置對彈條施加載荷的施力裝置；和 用于支撐所述施力裝置的支座；
其特征在于，還包括用于測出彈條的載荷-位移關(guān)系曲線的測算裝置， 以及包括與所述測算裝置電連通的拐點判定裝置。
在一實施例中，該拐點判定裝置可以顯示所述載荷-位移關(guān)系曲線，從 而操作者可以通過所顯示的載荷-位移曲線視覺可見地獲得彈條扣壓力。
在一優(yōu)選實施例中，該拐點判定裝置可以確定所述載荷-位移關(guān)系曲線 中的斜率變小的突變點作為拐點并確定所述拐點處施加到彈條的載荷作 為彈條扣壓力。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的夾緊裝置為四連桿機構(gòu)，且所述施力裝 置為液壓設(shè)備。
為了使本彈條扣壓力測定裝置減少人為干預(yù)，并且使彈條的提升更平穩(wěn)，所述液壓設(shè)備中包括驅(qū)動電才幾。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，所述測算裝置包括載荷測量單元和 位移測量單元。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述載荷測量單元包括力傳感器、壓力傳
感器或其它測力元件。
根據(jù)本發(fā)明 一 實施例，所述位移測量單元包括位移傳感器。 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，所述位移測量單元包括將直線運動轉(zhuǎn)化為旋
轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換機構(gòu)和將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)放大的齒輪機構(gòu)、以及測定轉(zhuǎn)數(shù)的感應(yīng)裝置。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的彈條扣壓力測定裝置的一個實施例；
圖2是圖1中的實施例的工作狀態(tài)圖3是圖1中的實施例在實驗中測量得到的彈條的載荷-位移關(guān)系曲
線；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的彈條扣壓力測定裝置的位移測量單元的一實施例。
具體實施例方式
以下將對本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述，這些描述只是對本發(fā)明的說明而 不是限定。
現(xiàn)在參考圖1，其中示出了本發(fā)明一優(yōu)選實施例。在該實施例中，彈 條扣壓力測定裝置以標(biāo)記100總體示出。該彈條扣壓力測定裝置100包括
夾緊彈條的夾緊裝置。在本實施例中，夾緊裝置是四連桿夾具1,可以理 解的是也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知悉的其它夾緊裝置。
在該實施例中，施力裝置是液壓設(shè)備。該液壓設(shè)備包括活塞2、閥塊 3、液壓缸4、油箱8和液壓泵9以及驅(qū)動電機11。另外，為了在彈條的 扣壓力測量完畢之后，所述夾具1可以松開彈條使其回復(fù)初始位置，在液 壓設(shè)備中可以i殳置卸荷閥6。該液壓設(shè)備各部件的工作方式和順序?qū)?下文中詳述。本實施例采用驅(qū)動電機來驅(qū)動的方式使得給彈條施加的載荷 平穩(wěn)。作為替代，也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它的驅(qū)動方式和裝
5置，例如手動加載的液壓千斤頂或杠桿提升裝置等。
如圖l和2所示，該彈條扣壓力測定裝置100包括用于支撐施力裝置 的第一支座12和第二支座13。所述第一支座12位于軌枕上，且所述第二 支座13凈皮放置在鋼軌面上，/人而支撐施力裝置?？梢岳斫饪梢圆捎闷渌?多種類型的一個或多個支座來支撐所述施力裝置。
在該實施例中，彈條扣壓力測定裝置100的測算裝置包括了裝設(shè)在液 壓設(shè)備的活塞2上的位移測量單元5 (圖1未示出)和載荷測量單元7以 及單片機IO。位移測量單元5用于測量與彈條位移相關(guān)的參數(shù)。作為一種 選擇，位移測量單元可以是位移傳感器，該位移傳感器可以裝設(shè)在活塞2 或其它與四連桿夾具i聯(lián)動的裝置上或者直接裝設(shè)在所述四連桿夾具1 上。圖4示出了一種優(yōu)選的位移傳感器單元5，將會在下文中詳述。同樣， 彈條的載荷測量單元7可以具有多種形式，例如壓力傳感器、力傳感器或 其它測力元件。其中，載荷測量單元7可以裝設(shè)用于測量夾具1的拉力， 即施加在彈條上的載荷。當(dāng)然，載荷測量單元7也可以測量其它的與彈條 所受到的載荷相關(guān)的參數(shù)。特別地，圖2中所示的壓力傳感器的工作方式 將會在下文中詳述。測算裝置還包括單片機用于根據(jù)測量到的彈條載荷和 位移提供彈條的載荷-位移關(guān)系曲線?？梢岳斫獾氖?，測算裝置可以是本領(lǐng) 域技術(shù)人員所知的其它可以提供彈條的載荷-位移關(guān)系曲線的裝置。
在圖1所示的優(yōu)選的實施例中，所述彈條扣壓力測定裝置100的拐點 判定裝置包括單片機10,并且該拐點判定裝置與上述測算裝置的一部分 (單片機) 一體集成，并且該單片機10與位移和載荷測量單元5和7電 連通。單片機IO可以用例如DSP、 PC等或者是其它本領(lǐng)域技術(shù)人員所已 知的裝置替代。從而可以電子地從彈條的載荷-位移關(guān)系曲線判定斜率變小 的突變點作為拐點，并確定在該拐點處彈條的載荷作為彈條扣壓力。當(dāng)然， 拐點判定裝置也可以是單獨設(shè)置的裝置且與測算裝置電連通，這是容易想 到的。
在另一實施例中，所述拐點判定裝置可以包括顯示裝置。該顯示裝置 能夠顯示彈條的載荷-位移曲線，從而操作人員可以^L覺可見地確定曲線中 斜率變小的突變點作為拐點，并從曲線可以確定拐點處的彈條載荷即彈條 扣壓力值。當(dāng)然，拐點判定裝置可以自動地判定拐點并確定彈條扣壓力值 在所述顯示裝置顯示出來，而此時所述顯示裝置可選地顯示或不顯示彈條 的載荷-位移曲線?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，將詳細(xì)描述該彈條扣壓力測定裝置的優(yōu)選實施例的工 作方式。當(dāng)開啟彈條扣壓力測定裝置測定彈條扣壓力時，驅(qū)動電機11驅(qū) 動油箱8中的液壓泵9，該液壓泵9乂人油箱8吸入液壓油，并將這些液壓 油通過閥塊3供應(yīng)^合液壓缸4，并帶動該液壓缸4中的活塞2，從而向上 提升四連桿夾具1。使得已夾緊彈條的夾具1施加向上的拉力到彈條。該 夾具1優(yōu)選夾緊通過絕緣軌距塊21作用在鋼軌22上的彈條趾端20。當(dāng)然， 夾具1也可以夾緊彈條的其它部分。但是，夾緊趾端20是特別有利的， 因為彈條只通過趾端20作用在鋼軌22上，故趾端20處的位移等于彈條 向上運動離開鋼軌的位移且該處的栽荷反映了彈條作用在鋼軌上的扣壓 力。通過用驅(qū)動電機來驅(qū)動液壓泵，可以使得彈條的提升很平穩(wěn)，并且減 少了人為干預(yù)的因素。在彈條被向上拉起的過程中，通過安裝在活塞上的 位移測定裝置5測量活塞2的位移，進(jìn)而獲得與彈條的向上位移相關(guān)的參 數(shù)。并且通過安裝在閥塊3上的壓力傳感器實時測量通過閥塊3的液態(tài)壓 力，該液態(tài)壓力是與彈條載荷成固定比例關(guān)系的參數(shù)。該比例關(guān)系可以是 預(yù)先標(biāo)定的，例如是閥塊面積乘以固定的系數(shù)的值。壓力傳感器可以提供 所要的測量精度，并且要獲得彈條的載荷只需對液態(tài)壓力進(jìn)行筒單的換 算，而且與力傳感器相比更加節(jié)省成本。所獲得的位移和壓力參數(shù)被送到 單片機10中從而獲得彈條的載荷-位移關(guān)系曲線。與該單片機IO是一體的 拐點判定裝置確定該關(guān)系曲線中斜率變小的突變點作為拐點，并且將拐點 處的壓力按比例換算得到彈條的載荷，即彈條的扣壓力?？蛇x地，所述單 片機可將彈條的扣壓力發(fā)送到顯示裝置(未示出)上顯示出來。確定拐點 之后，可以松開卸荷閥，液壓缸中的液壓油通過閥塊流回油箱，使得活塞 2位置回復(fù)，從而使得彈條回復(fù)原位且夾具1松開了該彈條。優(yōu)選地，可 以用拐點判定裝置自動確定，在獲得拐點處彈條載荷即彈條扣壓力之后， 發(fā)出指令使得卸荷閥卸荷。作為替代，也可以由操作人員在確定拐點之后 手動操作松開卸荷閥。至此，完成了對該彈條扣壓力的測量。
通過對圖1的實施例用在實驗中測定彈條的扣壓力，在實驗中一m型 彈條的載荷-位移關(guān)系曲線如圖3所示。從圖3的載荷-位移曲線可以看出， 在曲線中具有一個斜率變小的突變點，在本發(fā)明中稱為拐點。在該拐點處 即是彈條完全脫開絕緣軌距塊的時候，則該拐點處的彈條載荷值即為彈條 的扣壓力。這是因為在活塞2向上運動且彈條20的趾端未脫離絕緣軌距 塊21的階段A中，彈條趾端受絕緣軌距塊的支撐力和四連桿夾具1的拉
7力的合力作用，而在彈條趾端向上運動且脫離開該絕緣軌距塊21的階段 B,彈條只受到四連桿夾具的拉力的作用。在階段A中，彈條趾端經(jīng)歷了 從受絕緣軌距塊施加的支撐力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭芩倪B桿夾具的拉力的轉(zhuǎn)移過 程，由于該轉(zhuǎn)移過程所需的位移非常短(近似等于四連桿等傳遞環(huán)節(jié)所產(chǎn) 生的位移)，所以在栽荷-位移關(guān)系曲線中，階段A的斜率比較大。而在 階段B中，彈條只受到四連桿夾具的拉力的作用，其栽荷-位移曲線即為 彈條的彈性變形曲線，其斜率比較小。由于在彈條趾端被拉起的過程中沒 有塑性變形，所以在階段A和B中，彈條的載荷-位移都分別呈線性關(guān)系 變化。綜上所述，在兩條直線的轉(zhuǎn)接點(即彈條剛好完全脫開絕緣軌距塊 的瞬間)處將會出現(xiàn)斜率變小的拐點。 一般來說，斜率k的變化率至少50% 以上。圖3中，拐點兩側(cè)呈明顯線性關(guān)系并且階段A斜率約為階段B斜率 的4倍，即斜率k的變化率為75%范圍。因此在該載荷-位移關(guān)系曲線中 的拐點是^f艮顯著的。因此，拐點判定裝置可以采用多種方式確定拐點。例 如，拐點判定裝置可以顯示整條載荷-位移關(guān)系曲線，從而由該判定裝置自 身確定拐點或由操作者視覺可見地確定拐點以及彈條扣壓力。此外，判定 裝置可以采用差分的方法，實時地計算載荷-位移的斜率，當(dāng)斜率的變化符 合要求時，即表明已到達(dá)拐點。
圖3是在實驗條件下對III型彈條扣壓力進(jìn)行測定，但是應(yīng)該注意，在 實際測量中，因為受到周圍環(huán)境的影響以及夾緊裝置的不同，彈條的載荷 -位移關(guān)系曲線在階段A和B并不一定呈理想的帶拐點的直線，但是根據(jù) 彈條扣壓的特性，階段A和B之間仍會具有斜率變小的突變點。因此，可 以對獲得的彈條載荷和位移的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行例如插值或擬合等數(shù)學(xué)方法 的處理，以確定斜率變小的突變點(拐點)并用于確定彈條扣壓力。
圖3中所述的位移嚴(yán)格來說并不是彈條向上的精確位移，因為在施加 載荷的過程中受到絕緣軌距塊、四連桿的精度和變形等的影響，但是對位 移的測量精度并不影響本發(fā)明思想的實現(xiàn)。圖3所示的關(guān)系曲線表明對彈 條施加的載荷是從零開始施加并逐漸增大的，但是可以理解的是也可以根 據(jù)彈條扣壓的特性以大小不為零且小于公稱的彈條扣壓力(拐點處的載 荷)的載荷開始施加并逐漸增大，從而獲得彈條的載荷-位移關(guān)系曲線，并 通過顯示該關(guān)系曲線或自動確定拐點來獲得彈條扣壓力。這樣可以實現(xiàn)彈 條扣壓力的更快的測定。因此，將可以理解確定彈條的載荷-位移關(guān)系曲線 中斜率變小的突變點(拐點)以測定彈條扣壓力的方法和裝置都屬于本發(fā)明的精神范圍。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4,其示出了一種優(yōu)選的位移測量單元5。該位移測量單 元5包括齒條51、齒輪52、齒輪箱53、輸出輪54和干簧管55。如上所 述，該位移測量單元與活塞連接。齒條51隨著活塞向上運動而向上運動。 齒輪52與該齒條51嚙合，從而將齒條的直線運動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動。然后齒輪 52將轉(zhuǎn)動輸入到齒輪箱53中，經(jīng)齒輪箱53放大所述轉(zhuǎn)動輸出到輸出輪 54。而干簧管55通過測量其中具有磁鐵(未示出)的輸出輪54的轉(zhuǎn)數(shù)從 而可以獲得活塞向上的實時位移，也就是彈條的位移。該位移測量單元5 可以設(shè)有回復(fù)裝置，例如圖4中示出的彈簧56和擋塊57用于在液壓設(shè)備 卸壓使得活塞回復(fù)初始位置時使得齒條51回復(fù)原位。該位移測量單元5 可以滿足彈條位移的精度要求，并且與已知的位移傳感器相比較節(jié)約成 本。
至此，已經(jīng)描述了一種彈條扣壓力測定裝置以及方法。從以上的描述 可以清楚地得知，本發(fā)明對彈條扣壓力的測定只需要對彈條施加向上的力 直到確定拐點位置及拐點處彈條載荷，而不需要像已有技術(shù)中可能需要反
復(fù)調(diào)整彈條的抬起高度(如《彈條m型扣件供貨技術(shù)條件》中)，因此本 發(fā)明的方法測量時間很短。采用本發(fā)明的裝置在實驗中測定彈條扣壓力平
均只需要12s。根據(jù)圖3所示以及以上所描述，可以得知拐點處彈條載荷 即等于彈條扣壓力，因此本發(fā)明可以獲得精確的彈條扣壓力值。而如果釆 用塞尺的方法，由于要使彈條抬離絕緣軌距塊一定距離以塞進(jìn)塞尺，這本 身就會造成較大的測量誤差。并由于抬離距離的不確定性，測量誤差范圍 也不確定。本發(fā)明的方法是利用了反映彈條自身特性的載荷-位移關(guān)系曲線 的拐點，而不是利用已有技術(shù)所述的預(yù)先標(biāo)定的提升高度(如實用新型 02221914.5和02221915.3 )。
以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易對本發(fā)明 進(jìn)行改變、修改和改進(jìn)，而不背離本發(fā)明。本發(fā)明將僅由下面的權(quán)利要求 書所限定。
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權(quán)利要求
1.一種彈條扣壓力的測定方法，包括如下步驟(1)對彈條施加向上的載荷，所述彈條包括作用于鋼軌上的趾端；(2)在彈條向上運動過程中，測出施加在彈條上的載荷-位移關(guān)系曲線；(3)確定所述載荷-位移關(guān)系曲線中的斜率變小的突變點作為拐點；(4)確定所述拐點處的載荷作為彈條扣壓力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述載荷施加到所述 彈條的趾端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的方法，其特征在于，所述載荷為向上的 拉力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述突變點的斜率 變化率至少50°/。以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述突變點的斜率變化 率在75%范圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，施加到彈條的所述 載荷的初始值根據(jù)彈條的特性確定。
7. —種彈條扣壓力測定裝置，包括夾緊彈條的夾緊裝置；通過所述夾緊裝置對彈條施加載荷的施力裝置；和用于支撐所述施力裝置的支座；其特征在于，還包括用于測出彈條的載荷-位移關(guān)系曲線的測算裝置， 以及包括與所述測算裝置電連通的拐點判定裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述的夾緊裝置為四連 桿機構(gòu)，所述施力裝置為液壓設(shè)備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述測算裝置包括載荷 測量單元和位移測量單元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述位移測量單元包以及測定所述轉(zhuǎn)數(shù)的感應(yīng)裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述拐點判定裝置包 括顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種彈條扣壓力的測定方法，包括如下步驟(1)對彈條施加向上的載荷，所述彈條包括作用于鋼軌上的趾端；(2)在彈條向上運動過程中，測出施加在彈條上的載荷-位移關(guān)系曲線；(3)確定所述載荷-位移關(guān)系曲線中的斜率變小的突變點作為拐點；(4)確定所述拐點處的載荷作為彈條扣壓力。本發(fā)明還提供了一種彈條扣壓力測定裝置。
文檔編號G01L1/00GK101493365SQ200910079419
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者楊其全, 田常海, 鄒定強 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所