本發(fā)明涉及軌道檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種軌道夾板的檢測方法，更具體是一種用于軌道連接的鋼軌接頭夾板疲勞裂紋損傷與擴(kuò)展在線監(jiān)測組件及其工作方法。

背景技術(shù)：
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鐵路在國際上被稱為“綠色交通工具”，在社會綜合交通的運(yùn)輸體系中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，關(guān)乎國計(jì)民生。軌道是行車的基礎(chǔ)，由于行車高速運(yùn)行，軌道故障將會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

鋼軌直接承受機(jī)車、車輛荷載，是軌道的最重要組成部分，其強(qiáng)度和狀態(tài)直接關(guān)系到軌道運(yùn)輸?shù)陌踩⑵椒€(wěn)和暢通。由于受生產(chǎn)及運(yùn)輸條件限制，標(biāo)準(zhǔn)鋼軌長度一般為定值，鋪設(shè)時通常通過鋼軌夾板(魚尾板)連接。鋼軌接頭雖然借助夾板保持了鋼軌的連續(xù)性，但破壞了鋼軌的整體性。車輛通過接頭時，產(chǎn)生加大的瞬間碰撞、沖擊動力，導(dǎo)致接頭處軌道的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)嚴(yán)重于其他部位。

鐵路軌道承受長期的交變應(yīng)力，在鋼軌接頭可能出現(xiàn)疲勞裂紋，主要是鋼軌夾板上。2013年法國埃松省發(fā)生了一起由鋼軌接頭夾板脫落引起的火車脫軌事故，引起了人民對鋼軌夾板疲勞裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展安全檢測的廣泛關(guān)注。而近年來，由于重載線路中高輪軸負(fù)荷循環(huán)數(shù)量的增加，使鋼軌接頭夾板的抗疲勞性能面臨更大的挑戰(zhàn)。

美國運(yùn)輸技術(shù)中心(TTCI)通過對鋼軌接頭夾板的抗疲勞性能分析發(fā)現(xiàn)：(1)鋼軌夾板疲勞裂紋在螺栓孔和夾板的頂部和底部邊沿出現(xiàn)；(2)螺栓孔產(chǎn)生的裂紋主要由安裝和維護(hù)方法引起，且目前已開發(fā)出了有效減小和消除該裂紋的方法；(3)通過消除殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力，彎曲應(yīng)力成為影響鋼軌夾板疲勞壽命的主要影響因素。因此，鋼軌夾板頂部和底部(尤其是底部，張應(yīng)力為主)疲勞裂紋擴(kuò)展情況，成為軌道安全檢測工作中的重中之重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明提供一種鋼軌接頭夾板疲勞裂紋損傷與擴(kuò)展在線監(jiān)測組件及其工作方法，可以長期在線監(jiān)測交變荷載作用下鋼軌夾板頂部和底部的疲勞裂紋損傷擴(kuò)展情況，預(yù)警可能的危險，延長軌道的使用壽命。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種鋼軌接頭夾板疲勞裂紋損傷與擴(kuò)展在線監(jiān)測組件，包括鋼軌、安裝于鋼軌左右兩側(cè)的鋼軌夾板、分別粘貼于鋼軌夾板頂部和底部的且與鋼軌夾板等長的第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)、微型信號采集單元，在鋼軌夾板的頂部和底部粘貼有第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)的位置均粘貼于絕緣保護(hù)層以形成第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)的保護(hù)層，所述第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)均連接至集成的微型信號采集單元，所述微型信號采集單元包括應(yīng)變計(jì)接線端、信號輸出端以及電源輸入端，所述第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)均連接至微型信號采集單元的應(yīng)變計(jì)接線端，與置于微型信號采集單元內(nèi)部的兩個固定電阻形成工作電路，置于微型信號采集單元內(nèi)部的兩個固定電阻的阻值與第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)的阻值相同。

進(jìn)一步地，所述第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)均包括基底薄膜和敏感柵，所述基底薄膜為有機(jī)類粘結(jié)劑制成，敏感柵由平行柵條組成，根據(jù)敏感柵的斷裂順序與第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)阻值的變化規(guī)律，檢測鋼軌夾板在載荷作用下裂紋擴(kuò)展的過程。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種鋼軌接頭夾板疲勞裂紋損傷與擴(kuò)展在線監(jiān)測組件的工作方法，包括如下步驟：

一：第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)、第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)與微型信號采集單元形成的工作電路；

二：從鋼軌獲取微型信號采集單元的工作電源，接入電源輸入端，微型信號采集單元內(nèi)部電路開始工作，工作電路信號自信號輸出端輸出，連接至原有的軌道信號傳輸線，實(shí)現(xiàn)第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)的阻值變化情況的實(shí)時監(jiān)測；

三：沒有裂紋產(chǎn)生時信號輸出端輸出的電壓信號為一固定值，當(dāng)裂紋產(chǎn)生時，致使第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)內(nèi)的敏感柵的斷裂，而引起第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)阻值的變化，根據(jù)事先做出的敏感柵斷裂順序與第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)阻值的變化曲線，推斷相應(yīng)位置裂紋的擴(kuò)展情況與擴(kuò)展速率，進(jìn)而評判鋼軌夾板的健康狀態(tài)。

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明可以從鋼軌上取電，并通過軌道原有的信號線傳輸信號，實(shí)時監(jiān)測當(dāng)火車通過時鋼軌夾板頂部和底部的兩組裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)的阻值變化情況，根據(jù)事先做出的敏感柵斷裂順序與應(yīng)變計(jì)電阻的變化曲線，推斷相應(yīng)位置裂紋的擴(kuò)展情況與擴(kuò)展速率，進(jìn)而評判鋼軌夾板的健康狀態(tài)。本發(fā)明充分利用軌道自身特點(diǎn)，節(jié)能、高效，能夠準(zhǔn)確評定鋼軌夾板的健康狀態(tài)，有效預(yù)警軌道安全狀態(tài)。

附圖說明：

圖1為鋼軌接頭結(jié)構(gòu)立體圖。

圖2為裝配本發(fā)明的鋼軌接頭橫截面圖。

圖3為第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)、第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)與信號采集單元形成的工作電路。

其中：

1-1—鋼軌；1-2—鋼軌夾板；1-3—夾板螺栓孔；2-1—第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)；2-2—第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)；3—絕緣保護(hù)層；4—微型信號采集單元；4-1—應(yīng)變計(jì)接線端；4-2—信號輸出端；4-3—電源輸入端；5-固定電阻。

具體實(shí)施方式：

請參照圖1和圖2所示，本發(fā)明鋼軌接頭夾板疲勞裂紋損傷與擴(kuò)展在線監(jiān)測組件包括鋼軌1-1、安裝于鋼軌1-1左右兩側(cè)的鋼軌夾板1-2、分別粘貼于鋼軌夾板1-2頂部和底部的且與鋼軌夾板1-2等長的第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2，在鋼軌夾板1-2的頂部和底部粘貼有第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2的位置均粘貼于絕緣保護(hù)層3以形成第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2的保護(hù)層。

第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2的基底薄膜為有機(jī)類粘結(jié)劑制成，敏感柵由平行柵條組成，根據(jù)敏感柵的斷裂順序與第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2電阻的變化規(guī)律，檢測構(gòu)件在載荷作用下裂紋擴(kuò)展的過程。

第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2均連接至集成的微型信號采集單元4，微型信號采集單元4包括應(yīng)變計(jì)接線端4-1、信號輸出端4-2以及電源輸入端4-3。其中第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2均連接至微型信號采集單元4的應(yīng)變計(jì)接線端4-1，與置于微型信號采集單元4內(nèi)部的兩個固定電阻5形成半橋自補(bǔ)工作電路。其中置于微型信號采集單元4內(nèi)部的兩個固定電阻5的阻值與第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2的阻值相同。

請參照圖3所示，第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1、第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2與微型信號采集單元4形成的工作電路。工作原理如下：從鋼軌1-1獲取微型信號采集單元4的工作電源，接入電源輸入端4-3，微型信號采集單元4內(nèi)部電路開始工作，工作電路信號自信號輸出端4-2輸出，連接至原有的軌道信號傳輸線，實(shí)現(xiàn)第一裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-1和第二裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)2-2的阻值變化情況的實(shí)時監(jiān)測。沒有裂紋產(chǎn)生時信號輸出端4-2輸出的電壓信號為一固定值，當(dāng)裂紋產(chǎn)生(擴(kuò)展)時，致使裂紋擴(kuò)展應(yīng)變計(jì)內(nèi)敏感柵的斷裂，而引起應(yīng)變計(jì)阻值的變化，根據(jù)事先做出的敏感柵斷裂順序與應(yīng)變計(jì)電阻的變化曲線，推斷相應(yīng)位置裂紋的擴(kuò)展情況與擴(kuò)展速率，進(jìn)而評判鋼軌夾板的健康狀態(tài)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。