[其他]輪軌接觸應變量測傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85109357
• 申請日: 1985-12-27
• 公開（公告）號: CN85109357B
• 公開（公告）日: 1987-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 梁健博;楊少姁;熊存剛
• 申請（專利權）人: 鐵道部科學研究院鐵道建筑研究所
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 鐵道部科學技術情報研究所鐵路專利咨詢服務中心
• 代理人: 周櫻

本發(fā)明涉及輪軌接觸應變量測傳感器，是測量工程結構及機械設備接觸問題的工具，特別是研究鐵路輪軌關系的工具。

世界各國重載鐵路中，鋼軌損傷類型多集中于輪軌接觸疲勞損傷，因而及時發(fā)現、研究輪軌接觸疲勞損傷對于保證鐵路運輸安全，延長鋼軌壽命等項研究具有現實意義。其中的一個重要方面是荷載作用下輪軌接觸區(qū)的應力和應變分布狀態(tài)。在傳統(tǒng)的應力測定中，主要是量測物體處表面的應力。然而對于接觸應力問題，由于使金屬接觸體發(fā)生疲勞傷損的主要因素-剪應力發(fā)生在接觸表面以下一定深度處，因而量測接觸體的內部應變狀態(tài)進而推求其內部應力狀態(tài)是至關重要的。迄今為止，在接觸問題的研究中多采用偏光彈性方法，該法在處理三維問題時工藝復雜，定量困難且局限于彈性范圍，蘇聯曾在環(huán)氧樹脂模型鋼軌中埋設電阻應變片測試接觸應力，見蘇聯專利Su-113651，1957，但仍無法克服上述困難。人們一直在尋求對于實物鋼軌的接觸應力進行直接量測的方法，但僅在測量接觸面的形狀和大小方面取得了某些進展，而對于軌頂接觸面以下應力應變的測試則還沒有過成功的先例。

本發(fā)明的目的在于提出一種輪軌接觸應變量測傳感器，它能直接量測實物鋼軌及其它實體工程結構在接觸表面以下一定深度范圍內的彈性及塑性變形。

發(fā)明是這樣實現的，采用一種輪軌接觸應變量測傳感器，由組成橋路的電阻應變片粘貼在測試元件上組成。為測定金屬接觸體的內部變形，由設置于接觸體內部的六個軸線〔S〕平行，磨平面〔6〕法線〔N〕方向不同的圓柱形或其它形狀的與接觸體材質相同的金屬測試元件〔3〕（簡稱“測試元件”），組成一個貼片方向各異的測試單元。六個測試元件在接觸體內部不同測點的相同深度h〔8〕處共測定六個方向的正應變，欲確定這一深度h〔8〕處的變形狀態(tài)，必須選取最大共面數不超過三的六個不同的測試方向。測試元件〔3〕與鋼軌預鉆孔粘結層〔4〕的抗剪強度與測試元件細長比之比應不小于重車作用下接觸表面最大壓應力的四分之一。測試元件〔3〕上所貼的應變片應以漆包線作為引出線，在每一測試元件上可在若干個不同深度h〔8〕處粘貼同方向的電阻應變片。測試元件〔3〕中的電阻應變片〔7〕在接觸體內部沿任一方向r設置的方法是將測試元件〔3〕軸線〔S〕與接觸面中心垂線重合，旋轉測試元件使其磨平面〔6〕法線〔N〕垂直于。

現結合附圖敘述接觸應變量測傳感器的工作原理與具體結構。

圖1：接觸應變量測傳感器工作原理圖。

圖2：一個測試元件及應變片粘貼布置圖。

圖3：六個測試元件量測六個不同方向布置圖。

圖4：鋼軌接觸面中心垂線為Z軸時，測試元件上應變片粘貼方向與接觸面中心垂線形成＜α實例圖。

圖5：測試元件磨平面方向和電阻應變片空間定位圖。

參見圖1，接觸應變傳感器為一組埋設于被測接觸體內部的金屬元件，其上貼有組成橋路的電阻應變片。在鋼軌頭部〔2〕需要測定的部位鉆直徑2～5mm的圓孔〔9〕，深度約為20～50mm，鉆孔深度是測點深度的一倍以上，以避免測試過程中發(fā)生應力集中。再以與鋼軌相同材質的鋼材加工成圓柱形測試元件〔3〕，要求該元件密貼鋼軌中所開圓孔，其直徑差小于0.1mm，周邊填充環(huán)氧樹脂作為粘結層〔4〕。在軌頭下部垂直于圓孔開橫向導線通道〔5〕引出電阻應變片的引出線。接觸應變傳感器工作時，其頂部與車輪〔1〕密貼。

參見圖2，用與待測鋼軌相同材質的鋼材加工成圓柱形或其他形狀測試元件〔3〕，沿其母線打磨出一條盡可能窄的磨平面〔6〕作為測試面，其上粘貼電阻應變片，由六個軸線〔S〕平行，磨平面法線〔N〕方向不同，貼片方向各異的測試元件〔3〕組成一個測試單元。

參見圖3，彈性體一點的變形狀態(tài)，由這一點的6個應變分量E_x、E_y、E_z、r_xy、r_yz、r_zx唯一確定。

設彈性體中一點沿任意方向r＝（1_mn）^T的正應變?yōu)镋¹_r，則有

E_r＝E_xl²+E_ym²+E_zn²+r_xyl_m+n_yzmn+r_zxnl（1）