[發明專利]一種浮置板橡膠支座老化引起剛度增長的監測方法

有效

• 申請號: 202011641694.9
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112798250B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 蔣吉清;蘇鑫杰;蔡澤甬;章亦然;魏綱;吳熙
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種浮置板橡膠支座老化引起剛度增長的監測方法，包括步驟：步驟1、不同橡膠支座剛度下的浮置板位移響應計算；步驟2、摩擦納米發電機輸出信號計算；步驟3、摩擦納米發電機實測。本發明的有益效果是：在實際運營軌道安裝摩擦納米發電機，將監測所得電信號與計算所得的輸出電壓時程曲線進行對比，推測浮置板在該點位的位移響應，以此推算橡膠支座剛度；直接對比模擬計算電壓和實測電壓，不用將摩擦納米發電機信號反算為橡膠支座剛度，使用簡單便捷；該方法可以監測浮置板橡膠支座老化情況，保障列車系統運營安全,并且利用摩擦納米發電機作為自供能傳感器，減少人工檢修耗費的人力物力。

技術領域

本發明涉及地下工程技術領域，具體說，它涉及一種浮置板橡膠支座老化引起剛度增長的監測方法。

背景技術

橡膠支承浮置板軌道在長期運營后，浮置板橡膠支座可能會產生老化現象。其發生的原因主要有兩方面，一方面其在浮置板下受到環境中的水、空氣和其他化學物質影響導致發生內部化學性質變化，另一方面其在列車循環荷載作用下疲勞老化。浮置板橡膠支座作為車軌系統關鍵構件，一旦發生嚴重老化而性能產生較大改變，會使軌道結構的完整性和均勻性受到破壞，影響行車安全，甚至可能進一步引發結構的整體破壞。

目前的技術主要著眼于改進橡膠隔振器本身結構并集成監測結構，例如公開號CN109632154A及CN210797247U兩項專利均為內置監測結構的隔振器，但并非浮置板軌道隔振器。對浮置板橡膠支座老化的監測方法較少，傳統的橡膠支座檢測方法是通過費時費力的人工檢修完成的。一項發明專利(公開號CN201811305129.8)提出了一種觸發式報警裝置，僅在橡膠彈簧斷簧失效時發出警報。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種浮置板橡膠支座老化引起剛度增長的監測方法。

浮置板橡膠支座老化引起剛度增長的監測方法，包括如下步驟：首先,通過有限元建模和摩擦納米發電機理論計算，得到多個位置使用多個不同初始間隙的摩擦納米發電機的輸出信號與浮置板橡膠支座剛度的規律；其次,選擇規律有明顯單調性的位置，在實際運營軌道的浮置板下方安裝摩擦納米發電機，其初始間隙同樣應使得其輸出信號與橡膠支座剛度有明顯單調性規律；最后，使用巡檢車在非運營時段巡檢，記錄每個摩擦納米發電機輸出信號，與所述多個位置使用多個不同初始間隙的摩擦納米發電機的輸出信號與浮置板橡膠支座剛度的規律對比，推算浮置板橡膠支座剛度。

作為優選，具體包括如下步驟：

步驟1、不同橡膠支座剛度下的浮置板位移響應計算：

建立列車-鋼軌-浮置板-襯砌耦合計算有限元模型，其中車體采用10自由度多剛體列車模型，即車體和轉向架考慮豎向與點頭位移，輪對只考慮豎向位移，轉向架和輪對、車廂和轉向架之間分別用一系和二系懸掛連接；鋼軌采用柔性實體模型，鋼軌下方扣件等距離離散分布，采用彈簧-阻尼單元模擬；浮置板采用柔性實體模型，橡膠支座采用離散分布的彈簧阻尼單元，與剛性接地的襯砌直接相連；鋼軌狀態理想，不考慮軌道不平順；

通過列車-鋼軌-浮置板-襯砌耦合計算有限元模型進行計算，獲得不同橡膠支座剛度下的浮置板位移時程曲線z(t)，包括浮置板多個監測位置；

步驟2、摩擦納米發電機輸出信號計算：

摩擦納米發電機的輸出信號根據下式計算

其中d₀＝d₁/ε_r1+d₂/ε_r2為有效厚度常數，d₁(d₂)和ε_r1(ε_r2)分別為尼龍和PTFE的厚度和介電常數；ε₀為真空中的介電常數，σ為介電材料表面的電荷密度，R為外接電阻大小，S為摩擦對的面積，D(t)為摩擦對間隙，按下式計算