CN103452019B - 钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉轨道建设领域，特别涉及一种钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法。其中，该钢轨扣件纵向阻力的测试装置，包括水平施力装置、垂直施力装置、位移测定装置和固定装置；水平施力装置用于给钢轨的一端施加水平推力；垂直施力装置用于给钢轨施加竖直压力；位移测定装置设置用于测定钢轨在具有水平推力及竖直压力下时产生的水平位移。本发明的钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法，可很好的模拟钢轨在荷载状态（例如，荷载的列车）钢轨扣件的实际纵向阻力值，能够真实的反应扣件在钢轨有荷状态下的纵向阻力，其准确性高。<pb pnum="1" />

Description

钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法

技术领域

本发明涉轨道建设领域，具体而言，涉及一种钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法。

背景技术

钢轨扣件的纵向阻力是评价钢轨扣件性能优劣的一个重要指标。在相关技术中，常见测试钢轨扣件纵向阻力的方法都是在钢轨空载的情况下进行测试，即先将钢轨通过钢轨扣件固定之后，在钢轨的一端施加外力，并测出钢轨的水平位移。然后，通过换算外力与钢轨的水平位移之间的关系得到钢轨扣件的纵向阻力。

但是，在相关技术中，由于钢轨是没有荷载的，而钢轨在工作的过程中，都是承载有列车压力的；因此，相关技术中测得的钢轨扣件的纵向阻力不能真实的反应钢轨扣件在钢轨有荷载状态下的纵向阻力，其准确性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法，以解决上述的问题。

本发明的实施例中提供了的钢轨扣件纵向阻力的测试装置包括水平施力装置、垂直施力装置、位移测定装置和固定装置；所述水平施力装置用于给钢轨的一端施加水平推力；所述垂直施力装置用于给钢轨施加竖直压力；所述垂直施力装置包括第一液压千斤顶、第一横板、第二横板；所述第一横板固定设置在所述固定装置上，所述第二横板滑动设置在所述固定装置上；且所述第一横板与所述第二横板自上而下设置；所述第一液压千斤顶设置在所述第一横板与所述第二横板之间并分别与所述第一横板、第二横板相接触；当所述第二横板在所述第一液压千斤顶的作用下上下滑动时，能够形成用于安装钢轨的空间；所述位移测定装置用于测定钢轨在具有水平推力及竖直压力下时产生的水平位移。

本发明的实施例中还提供了利用测试装置测试钢轨纵向阻力的方法，包括以下步骤：使用垂直施力装置对钢轨施加竖直压力至第一预定值；使用水平施力装置对钢轨的一端以预定速度持续施加水平压力至第二预定值；利用位移测定装置测试钢轨在水平施力装置施加的具体压力下所述钢轨发生的水平位移；记录所述水平施力装置施加的水平压力以及钢轨发生的水平位移，当所述水平压力保持恒定，且所述水平位移持续增加时，得到纵向阻力。

本发明上述实施例的钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法，在测试钢轨扣件的纵向阻力的时候，将钢轨固定后，第二横板在第一液压千斤顶的作用下与钢轨的顶部接触，且由于第一横板与固定装置是固定连接的，因此，第一液压千斤顶可以通过与固定装置滑动设置的第二横板实现给钢轨施加竖直压力的效果；水平施力装置可以提供对钢轨的水平推力，通过推力的大小以及钢轨发生的水平位移的关系，即可得到钢轨扣件在有垂直施力装置施加竖直压力时的纵向阻力值；本发明实施例的这种钢轨扣件纵向阻力的测试装置，可通过垂直施力装置对钢轨施加纵向竖直压力之后测试钢轨扣件的纵向阻力。因此，可很好的模拟钢轨在荷载状态(例如，荷载的列车)钢轨扣件的实际纵向阻力值，与传统钢轨在没有荷载的状态下所测得的钢轨扣件的纵向阻力相比，能够真实的反应扣件在钢轨有荷状态下的纵向阻力，其准确性高。

附图说明

图1示出了本发明实施例一提供的钢轨扣件纵向阻力的测试装置的示意图；

图2示出了本发明实施例二提供的钢轨扣件纵向阻力的测试装置的示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

请参考图1，本发明的实施例中提供了一种钢轨扣件纵向阻力的测试装置，包括水平施力装置、垂直施力装置、位移测定装置105和固定装置104；所述水平施力装置用于给钢轨的一端施加水平推力；所述垂直施力装置用于给钢轨施加竖直压力；所述垂直施力装置包括第一液压千斤顶101、第一横板102、第二横板103；所述第一横板102固定设置在所述固定装置104上，所述第二横板103滑动设置在所述固定装置104上；且所述第一横板102与所述第二横板103自上而下设置；所述第一液压千斤顶101设置在所述第一横板102与所述第二横板103之间并分别与所述第一横板102、第二横板103相接触；当所述第二横板103在所述第一液压千斤顶101的作用下上下滑动时，能够形成用于安装钢轨的空间；所述位移测定装置105用于测定钢轨在具有水平推力及竖直压力下时产生的水平位移。

本发明上述实施例的提供的一种钢轨扣件纵向阻力的测试装置，在测试钢轨扣件的纵向阻力的时候，将钢轨固定后，第二横板103在第一液压千斤顶101的作用下与钢轨的顶部接触，且由于第一横板102与固定装置104是固定连接的，因此，第一液压千斤顶101可以通过与固定装置104滑动设置的第二横板103实现给钢轨施加竖直压力的效果；水平施力装置可以提供对钢轨的水平推力，通过推力的大小以及钢轨发生的水平位移的关系，即可得到钢轨扣件在有垂直施力装置施加竖直压力时的纵向阻力值；本发明实施例的这种钢轨扣件纵向阻力的测试装置，可通过垂直施力装置对钢轨施加纵向竖直压力之后测试钢轨扣件的纵向阻力。因此，可很好的模拟钢轨在荷载状态(例如，荷载的列车)钢轨扣件的实际纵向阻力值，与传统钢轨在没有荷载的状态下所测得的钢轨扣件的纵向阻力相比，能够真实的反应扣件在钢轨有荷状态下的纵向阻力，其准确性高。

为了使得本发明实施例一的钢轨扣件纵向阻力的测试装置得到更好的应用，更加有效的应用于扣件的纵向阻力测试中，本发明还在上述实施例一的基础之上提供了实施例二，实施例二是对实施例一的基础上做出的进一步的限定和增加，现做详细的阐述和解释：

请参考图2，在本实施例中，为了使得钢轨扣件的纵向阻力在测试过程中便于操作，提高测试准确度，优选的，还包括用于固定钢轨的支撑板201和挡板202，所述水平施力装置为第二液压千斤顶；所述挡板202纵向设置在所述支撑板201上，所述第二液压千斤顶的一端与所述挡板202相抵；这样，支撑板201与挡板202之间相对固定，而钢轨也固定在支撑板201上，第二液压千斤顶的一端与挡板202相抵，另一端与钢轨的端部接触，可以很好的实现给通过扣件固定在支撑板201上的钢轨施加水平推力。

此外，可选的，在实际测量的过程中，为了使得钢轨易于固定，还可以在钢轨与支撑板201之间添加垫板，垫板、支撑板201和钢轨之间相对固定，在反复测量的过程中，可根据垫板的损毁程度更换垫板。

进一步的，在本实施例中，固定装置104的作用是为了将垂直施力装置固定，为了达到更好的固定效果，可选的，所述固定装置104包括第一固定板203和第二固定板204；所述第一固定板203和所述第二固定板204对称设置在所述支撑板201上，且所述第一固定板203与所述第二固定板204均与所述挡板202垂直；且所述第一固定板203与所述第二固定板204相对的板面上均设置有纵向凸起205；所述第一横板102固定设置在所述第一固定板203和所述第二固定板204远离所述支撑板201的一端；所述第二横板103设置有卡槽，且所述第二横板103通过所述卡槽及所述纵向凸起205分别与所述第一固定板203和所述第二固定板204滑动连接；这样，第一横板102与两个固定板固定设置，第二横板103可以在第一液压千斤顶101的作用下，通过卡槽以及纵向凸起205的配合实现下上下运动，而钢轨则处于第二横板103与支撑板201之间，并且与第二横板103相接触，第一液压千斤顶101施加的竖直压力可以通过第二横板103作用于钢轨上。对称设置的第一固定板203和第二固定板204可以很好的将第一横板102和第二横板103固定，第二液压千斤顶的一端抵在挡板202上，另一端与钢轨的一端接触并持续施加水平压力。

为了确保测试过程中的安全性，优选的，所述垂直施力装置还包括至少两个滚轴208；所述第一固定板203和所述第二固定板204在其厚度方向分别设置有至少两个第一通孔206和至少两个第二通孔207，且至少两个所述第一通孔206的孔心到所述支撑板201的距离相等，并等于至少两个所述第二通孔207的孔心到所述支撑板201的距离；至少两个所述滚轴208平行设置，且其两端依次穿过所述第一通孔206和所述第二通孔207；这样，第二横板103担在至少两个滚轴208上，一方面，提高了第二横板103的稳定性，另一方面，第二横板103所受的压力通过滚轴208传递到钢轨上，滚轴208起到分压并模拟列车行进的状态，因此，可提高测试结果的准确性。

优选的，所述位移测定装置105为百分表；所述百分表至少为两个，通过百分表可以准确的测量钢轨在水平推力下发生的微小位移，且为了准确的测量位移，百分表至少为两个，其可以分别设置在钢轨的轨头、轨腰以及轨底部；此外，在本实施例中，可选的，钢轨发生的水平位移可以通过位移传感器直接测定。

在本实施例中，为了提高第二横板103在滑动过程中的稳定性，优选的，所述卡槽与所述纵向凸起205为多个，且每个所述卡槽均对应一个所述纵向凸起205并与所述纵向凸起205滑动配合。

为了更好的模拟钢轨承受行进列车的状态，在本实施例中，进一步的，还包括多个轴承209；每个所述滚轴208上设置有至少两个所述轴承209，并用于将钢轨的轨头卡住；第二液压千斤顶在持续加压的过程中，滚轴208和轴承209易于与钢轨发生相对滑动。优选的，在轴承209和滚轴208的接触部位以及滚轴208和钢轨的接触部位要涂抹润滑油。

进一步的，在测试的过程中，为了使得第一固定板203和第二固定板204能够稳固的固定在支撑板201上，优选的，还包括第一加强筋210和第二加强筋211；所述第一加强筋210设置在所述第一固定板203与所述支撑板201之间，所述第二加强筋211设置在所述第二固定板204与所述支撑板201之间，第一加强筋210和第二加强筋211还可以设置为多个。

此外，在本实施例中，还包括多个支撑条板；多个所述支撑条板设置在所述支撑板201的底部，并将所述支撑板201撑起，且多个所述支撑条板互相平行，支撑条板212将整个支撑板201支撑起来，进而使得测试的过程中更加便于操作。

本发明实施例三还提供了一种测试钢轨扣件纵向阻力的方法，具体包括以下步骤：

步骤101：使用垂直施力装置对钢轨施加竖直压力至第一预定值；

步骤102：使用水平施力装置对钢轨的一端以预定速度持续施加水平压力至第二预定值；

步骤103：利用位移测定装置105测试钢轨在水平施力装置施加的具体压力下所述钢轨发生的水平位移；

步骤104：记录所述水平施力装置施加的水平压力以及钢轨发生的水平位移，当所述水平压力保持恒定，且所述水平位移持续增加时，得到纵向阻力。

优选的，在上述步骤中，其中，所述第一预定值为80kN或110kN；所述预定速度为5kN/min-15kN/min；所述第二预定值为2.2kN-2.8kN。

在上述实施例中，可选的，钢轨扣件可以包括V型扣件(包括小阻力扣件)、WJ-7、WJ-8系列等；其中，V型扣件可采用LWS系列配套扣件，弹条型号为X3，挡板座型号为C5－4，轨下垫板型号为RP5－08；WJ-7型扣件包括常阻力和小阻力两种类型；WJ-8型常阻力扣件采用橡胶垫板，W1型弹条。

同时，需要指出的是，在本发明的实施例中，对各种不同种类的钢轨扣件进行纵向阻力测试的过程中，可以选择多个同类型钢轨扣件做重复实验，进而得到平均纵向阻力(kN)和平均纵向位移(mm)。

1、对6套V型小阻力扣件进行试验：

1)、当钢轨没有通过垂直施力装置施加竖直压力时，钢轨V型小阻力扣件的纵向阻力结果参见表1：

表1 空载时钢轨V型小阻力扣件纵向阻力试验数据

2)、当钢轨通过垂直施力装置施加80kN竖直压力时，钢轨V型小阻力扣件的纵向阻力结果参见表2：

表2 V型小阻力扣件荷载80kN竖直压力时纵向阻力试验结果

3)、当钢轨通过垂直施力装置施加110kN竖直压力时，钢轨V型小阻力扣件的纵向阻力结果参见表3：

表3 V型小阻力扣件荷载110kN竖直压力时纵向阻力试验结果

表4 V型小阻力扣件在不同荷载时的纵向阻力分析

垂向荷载(kN)	空载	80	110
				纵向阻力值(kN)	5.114	15.881	23.632
摩阻系数	——	0.20	0.21
				与无载阻力比值	——	3.105	4.621

请参考表4，测试结果表明，有荷时V型小阻力扣件纵向阻力随垂向荷载的增大而增大；有荷阻力是无荷阻力的2倍以上；有荷时扣件的摩阻系数约0.20-0.21之间。

2、对7套WJ-7型小阻力扣件进行试验：

1)、当钢轨没有通过垂直施力装置施加竖直压力时，钢轨WJ-7型小阻力扣件的纵向阻力结果参见表5。

表5 空载时钢轨WJ-7型小阻力纵向阻力试验数据

2)、当钢轨通过垂直施力装置施加80kN竖直压力时，钢轨WJ-7型小阻力扣件的纵向阻力结果参见表6：

表6 WJ-7型小阻力荷载80kN竖直压力时纵向阻力试验结果

3)、当钢轨通过垂直施力装置施加110kN竖直压力时，钢轨WJ-7型扣件的纵向阻力结果参见表7。

表7 WJ-7型小阻力扣件荷载110kN竖直压力时纵向阻力试验结果

表8 WJ-7型小阻力扣件在不同荷载时的纵向阻力分析

垂向荷载(kN)	无载	80	110
				纵向阻力值(kN)	6.684	16.727	24.218
摩阻系数	——	0.21	0.22
				与无载阻力比值	——	2.503	3.623

请参考表8，测试表明，有荷时WJ-7型小阻力扣件纵向阻力随垂向荷载的增大而增大；有荷阻力是无荷阻力的2倍以上；有荷时扣件的摩阻系数约0.21-0.22之间，可据此估算不同垂向荷载作用时的扣件纵向阻力。

3、对8套WJ-7型常阻力扣件进行试验：

1)、当钢轨没有通过垂直施力装置施加竖直压力时，钢轨扣件的纵向阻力结果参见表9:

表9 空载时钢轨WJ-7型常阻力扣件纵向阻力试验数据

2)、当钢轨通过垂直施力装置施加50kN竖直压力时，钢轨WJ-7型常阻力扣件的纵向阻力结果参见表10：

表10 WJ-7型常阻力荷载50kN竖直压力时纵向阻力试验结果

表11 WJ-7型常阻力扣件在不同荷载时的纵向阻力分析

垂向荷载(kN)	无载	50
			纵向阻力值(kN)	18.698	34.613
摩阻系数	——	0.69
			与无载阻力比值	——	1.851

常阻力扣件在50kN垂向荷载时，摩阻系数为0.69；纵向阻力是无荷阻力的1.85倍。

4、对5套WJ-8型常阻力扣件进行试验：

1)、当钢轨没有通过垂直施力装置施加竖直压力时，钢轨扣件的纵向阻力结果参见表12:

表12 空载时钢轨WJ-8型常阻力扣件纵向阻力试验数据

2)、当钢轨通过垂直施力装置施加50kN竖直压力时，钢轨WJ-8型常阻力扣件的纵向阻力结果参见表13：

表13 WJ-8型常阻力荷载50kN竖直压力时纵向阻力试验结果

表14 WJ-8型常阻力扣件在不同荷载时的纵向阻力分析

垂向荷载(kN)	无载	50
			纵向阻力值(kN)	13.130	25.190
摩阻系数	——	0.50
			与无载阻力比值	——	1.919

请参考表14，WJ-8常阻力扣件在50kN垂向荷载时，摩阻系数为0.50；纵向阻力是无荷阻力的1.91倍。

经上述试验测定，V型小阻力扣件、WJ-7小阻力和常阻力扣件、WJ-8常阻力扣件在无荷及各种不同荷载时的纵向阻力值如下表：

表15 各钢轨扣件纵向阻力测试值汇总表

综合上述测试结果，可以得到如下结论：

(1)在有荷作用时，各钢轨扣件的纵向阻力大幅提高，且与垂向荷载的大小密切相关。

(2)V型小阻力扣件有荷阻力摩阻系数约为0.20-0.21，可据此推算不同垂向荷载作用时的扣件纵向阻力；按80kN垂向荷载考虑，V型扣件有荷阻力是无荷时的3倍以上。

(3)WJ-7小阻力扣件有荷阻力摩阻系数约为0.21-0.22，可据此推算不同垂向荷载作用时的扣件纵向阻力；按80kN垂向荷载考虑，V型扣件有荷阻力是无荷时的2.5倍以上。

(4)WJ-7常阻力扣件摩阻系数约0.69，可据此推算不同垂向荷载作用时的扣件纵向阻力；按50kN垂向荷载考虑，V型扣件有荷阻力是无荷时的1.8倍以上。

(5)WJ-8常阻力扣件摩阻系数约0.50，可据此推算不同垂向荷载作用时的扣件纵向阻力；按50kN垂向荷载考虑，V型扣件有荷阻力是无荷时的1.9倍以上。

因此，通过上述实验结果可以看出，不同种类的钢轨扣件在没有荷载以及荷载有不同竖直压力(垂向荷载)的情况下，扣件的纵向阻力是不同的。本实施例提供的这种钢轨扣件纵向阻力的测试装置及方法能够模拟钢轨在具有荷载时钢轨扣件的纵向荷载，与传统钢轨在没有荷载的状态下所测得的钢轨扣件的纵向阻力相比，能够真实的反应扣件在钢轨有荷状态下的纵向阻力，其准确性高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，包括水平施力装置、垂直施力装置、位移测定装置和固定装置；

所述水平施力装置用于给钢轨的一端施加平行于钢轨的水平推力；

所述垂直施力装置用于给钢轨施加竖直压力；

所述垂直施力装置包括第一液压千斤顶、第一横板、第二横板；

所述第一横板固定设置在所述固定装置上，所述第二横板滑动设置在所述固定装置上；且所述第一横板与所述第二横板自上而下设置；所述第一液压千斤顶设置在所述第一横板与所述第二横板之间并分别与所述第一横板、第二横板相接触；当所述第二横板在所述第一液压千斤顶的作用下上下滑动时，能够形成用于安装钢轨的空间；

所述位移测定装置用于测定钢轨在具有水平推力及竖直压力下时产生的水平位移。

2.根据权利要求1所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，还包括用于固定钢轨的支撑板和挡板，所述水平施力装置为第二液压千斤顶；

所述挡板纵向设置在所述支撑板上，钢轨也固定在支撑板上，所述第二液压千斤顶的一端与所述挡板相抵，另一端与钢轨的端部接触。

3.根据权利要求2所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，所述固定装置包括第一固定板和第二固定板；

所述第一固定板和所述第二固定板对称设置在所述支撑板上，且所述第一固定板与所述第二固定板均与所述挡板垂直；且所述第一固定板与所述第二固定板相对的板面上均设置有纵向凸起；

所述第一横板固定设置在所述第一固定板和所述第二固定板远离所述支撑板的一端；所述第二横板设置有卡槽，且所述第二横板通过所述卡槽及所述纵向凸起分别与所述第一固定板和所述第二固定板滑动连接。

4.根据权利要求3所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，所述垂直施力装置还包括至少两个滚轴；

所述第一固定板和所述第二固定板在其厚度方向分别设置有至少两个第一通孔和至少两个第二通孔，且至少两个所述第一通孔的孔心到所述支撑板的距离相等，并等于至少两个所述第二通孔的孔心到所述支撑板的距离；

至少两个所述滚轴平行设置，且其两端依次穿过所述第一通孔和所述第二通孔。

5.根据权利要求4所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，还包括多个轴承；

每个所述滚轴上设置有至少两个所述轴承，并用于将钢轨的轨头卡住。

6.根据权利要求1所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，所述位移测定装置为百分表；

所述百分表至少为两个。

7.根据权利要求5所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，所述卡槽与所述纵向凸起为多个，且每个所述卡槽均对应一个所述纵向凸起并与所述纵向凸起滑动配合。

8.根据权利要求7所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，还包括第一加强筋和第二加强筋；

所述第一加强筋设置在所述第一固定板与所述支撑板之间，所述第二加强筋设置在所述第二固定板与所述支撑板之间。

9.根据权利要求2所述的钢轨扣件纵向阻力的测试装置，其特征在于，还包括多个支撑条板；

多个所述支撑条板设置在所述支撑板的底部，并将所述支撑板撑起，且多个所述支撑条板互相平行。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的测试装置测试钢轨扣件纵向阻力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用垂直施力装置对钢轨施加竖直压力至第一预定值；

使用水平施力装置对钢轨的一端以预定速度持续施加水平压力至第二预定值；

利用位移测定装置测试钢轨在水平施力装置施加的具体压力下所述钢轨发生的水平位移；

记录所述水平施力装置施加的水平压力以及钢轨发生的水平位移，当所述水平压力保持恒定，且所述水平位移持续增加时，得到纵向阻力。