CN112129436A - 一种转辙机转换力实时测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测力传感器领域,具体涉及一种转辙机转换力实时测量装置。该装置包括转换力传感器模块和转换力采集器模块。转换力传感器安装于转辙机动作杆中性轴上开设的通孔内,当动作杆受力时引起通孔的变形,进而引起传感器的变形,并通过传感元件输出电信号。转换力采集器模块完成对传感器的供电和传感器信号采集、处理与记录,实现转辙机转换力的实时监测。本发明相较于目前转辙机力测量装置,实现了对转辙机转换力的实时监测,能够反映转辙机服役时的工作状态,所得到的数据时效性更好。
Description
技术领域
本发明属于测力传感器领域,具体涉及一种转辙机转换力实时测量装置。
背景技术
转辙机是驱动道岔变更线路以及反映道岔位置的基础电气设备。转辙机转换力是指转辙机搬动道岔时的驱动力。当转辙机转换力过大会使得尖轨与基本轨相互挤压,长期作用下则会使基本轨变形,进而影响行车安全;当转辙机转换力过小,会使尖轨搬动不到位,列车会有脱轨风险,危及行车安全。转辙机转换力的测量对掌握道岔运行状态、提升行车安全、降低维护成本具有重要意义。
目前对转辙机力的测量装置是便携式测试仪。在窗口时间对转辙机受力状态进行检测。这种方法需要打开转辙机,临时将转辙机部分零件替换为测力销等装置,这种方法替换了转辙机部分零件进行测量,改变了转辙机服役工作状态并且测量过程中引入冲击,测量误差结果较大。此外巡检人员只能在夜间上线检查,其检查结果并不能体现转辙机服役工作状况,时效性差。另外检测操作过程复杂,成本高。
发明内容
本发明为了解决现有测量装置时效性差、过程繁琐的问题,提供了一种转辙机转换力在线实时测量装置,是一种新型的转辙机转换力测量装置,安装于转辙机内部。采用在转辙机内部的动作杆上安装转换力传感器,动作杆受力应变变化引起转换力传感器形变,然后通过转换力采集器获得形变电信号并输出,实现了转辙机转换力的实时监测。此外,由于动作杆实际工况复杂,会受到不同方向的弯矩作用,因此,使用时转换力传感器安装于动作杆中性轴处,避免了弯矩对转换力测量的影响,所测的转辙机转换力更加准确。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种转辙机转换力实时测量装置,包括转换力传感器5和转换力采集器6。
所述的转换力传感器5包括锥形弹性力敏模块、弹性体预紧模块和弹性体封盖模块。
所述的弹性体预紧模块包括螺纹底座3、旋调导杆4和预紧卡环f;所述的螺纹底座3上半部分的外部设有螺纹,其内部为通孔,通孔的上半部分加工为圆孔,下半部分加工为六方孔;预紧卡环f固定安装在螺纹底座3的顶部的圆孔内,螺纹底座3与预紧卡环f同轴;所述的旋调导杆4,从螺纹底座3的底部向上穿过,使其上半部分穿过螺纹底座3和预紧卡环f;旋调导杆4下部与螺纹底座3的六方孔配合,且旋调导杆4下部的外表面与螺纹底座3六方孔内壁相接触固定,使旋调导杆4和螺纹底座3固定为一体,旋调导杆4上部位于螺纹底座3外。
所述的锥形弹性力敏模块包括锥形力敏结构2和力敏电阻c;所述的锥形力敏结构2的材质为弹性材料,其上部为开口的圆形筒体结构,其中部为收缩的锥形筒体结构,其底部为阶梯轴结构,且上部的圆形筒体结构的直径大于螺纹底座3上半部分的直径,螺纹底座3上半部分的直径在下部的锥形筒体结构的直径最大值和最小值之间;锥形筒体结构的下部加工有一个平面,作为应变放大圆环d,且平面的中心设有通孔,为了放大应变信号,其材料弹性模量应小于100GPa,且中心通孔的尺寸大于旋调导杆4的直径;所述的力敏电阻c安装在应变放大圆环d上表面,力敏电阻c靠近应变放大圆环d内径,其方向垂直于应变放大圆环d半径;锥形力敏结构2底部的阶梯轴结构卡在预紧卡环f上,且锥形力敏结构2与预紧卡环f之间可以相互旋转;旋调导杆4的中部穿过锥形力敏结构2,旋调导杆4顶部位于锥形力敏结构2上方。
所述的弹性体封盖模块包括密封圆筒1;密封圆筒1为下端开口的筒体结构,密封圆筒1套装在锥形力敏结构2的顶部,密封保护锥形力敏结构2内的传感元件;密封圆筒1上盖的中心设有密封孔b,用于旋调导杆4的穿过和密封,旋调导杆4可绕密封孔b旋转,密封孔b旁设有引线孔a,将锥形力敏结构2内的电缆引出并且固定线缆。
测量时,将转换力传感器5置于被测转辙机的动作杆中性轴处上开设的通孔内,通过转动旋调导杆4,使螺纹底座3旋入通孔的下段,直至锥形力敏结构2下部的锥形筒体结构的外圆锥面e与动作杆中性轴上的通孔中部的锥形内壁紧密贴合,其预紧扭矩不小于3N·m。
所述的转换力采集器6包括采集电路与接口;所述的接口包括与传感器接口和输出接口,通过接口将整个装置电路连通;所述的采集电路包括供电模块g、测量模块h、放大模块i、数据处理模块j和信号输出模块k;所述的测量模块h、放大模块i、数据处理模块j和信号输出模块k依次串联,供电模块g为四个模块供电;力敏电阻c通过电缆和传感器接口与测量模块h连接,测量模块h完成对转换力传感器5的采集并输出电压信号,电压信号经过放大模块i放大后接入数据处理模块j,对初始信号进行清零,并标定输出信号与拉压力的对应关系,最后信号输出模块k通过输出接口与外部的电压表或上位机连接,将电压信号输出,得到被测转辙机的转换力。
本发明有益效果为:
(1)相较于目前转辙机力测量装置,本发明实现了对转辙机转换力的实时监测,能够反映转辙机服役时的工作状态,得到更高时效性数据。
(2)本发明的转换力传感器应变圆环与力敏结构一体加工,与被测表面直接接触,测量效率高。
(3)本发明的转换力传感器对转辙机动作杆的动态与静态力均可测量,故对转辙机动作杆不同工作状态下的受力均可得到。
(4)本发明相较于传统测力传感器,体积较小并且不用改变转辙机原有结构即可实现测量,不影响转辙机原始的运行状态。
(6)本发明相较于传统的对转辙机电机的电参数测量法,是对转辙机转换力的直接测量,所得到的数据更加准确可靠,更能准确得到转辙机工作状态。
附图说明
图1(a)和图1(b)分别为本发明的转换力传感器的整体装配示意图和剖视图。
图2为本发明的转辙机转换力实时测量装置的整体示意图。
图中:1密封圆环;2锥型力敏结构;3螺纹底座;4旋调导杆;5转换力传感器;6转换力采集器;a引线孔;b密封孔;c力敏电阻;d应变放大圆环;e外圆锥面;f预紧卡环;g供电模块;h测量模块;i放大模块;j数据处理模块;k信号输出模块。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明针对当前转换力测量装置时效性差过程繁琐等问题,发明了一种转辙机转换力传感器实时测量装置,实现了对转换力的监测。
如图1(a)和图(b)以及图2所示,本发明的装置主要有转换力传感器5和转换力采集器6组成。使用本发明的装置进行转辙机的转换力监测时,首先在转辙机动作杆中性轴处加工出通孔(通孔的上段为直孔,用于转换力传感器5的穿过;中段加工为锥形结构,与锥型力敏结构配合;下段为直孔,与螺纹底座3配合),然后将转换力传感器5安装进通孔内,通过转动旋调导杆4,使锥形力敏结构2下部的锥形筒体结构的外圆锥面e与动作杆中性轴的通孔中段的锥形结构的内壁紧密贴合,其预紧扭矩不小于3N·m,从而使转换力传感器5的弹性体变形与被测转辙机动作杆上的通孔变形一致,最终弹性体应力变化引发电信号输出,通过转换力采集器6采集数据和输出,进而得到被测结构受力状态量值,以实现对转换力的测量。
本实施例中转辙机动作杆材料为钢,通孔位于动作杆中性轴处,通孔中段的锥形结构部分深度为2mm,锥度取45°,其上半部分为光孔,直径为16mm,深度20mm,其下半部分的直孔部分内表面为螺纹,所攻螺纹取标准螺纹M10,深度为10mm。转换力传感器5包括密封圆环1、锥形力敏结构2、螺纹底座3、旋调导杆4、力敏电阻c和应变放大圆环的d。所述锥形力敏结构2中心通孔直径为3.4mm;所述外圆锥面e最大直径为13mm,最小直径6mm,与水平夹角成45°,中心通孔直径3.4mm;所述应变放大圆环d直径8mm,内径6mm;所述力敏电阻c为金属应变片,安装在应变放大圆环d的表面;所述预紧卡环f外径为5.5mm,内径为4.5mm;所述螺纹底座3材料为钢材质,其顶部圆环外径5.5mm,内径4.5mm,螺纹长度取6mm,螺纹底座总高15mm;在螺纹底座下半部分加工出内切圆直径5.4mm的六方孔;所述旋调导杆4材质为钢材质,其上圆柱直径为3.4mm,从螺纹底座顶部圆环和锥形力敏结构通孔穿过,底部六棱柱尺寸与螺纹底座六方孔保持一致,安装于螺纹底座3下半部分内,使旋调导杆4可以带动螺纹底座3旋转,顶部加工出扁平形状以供安装工具夹持;所述密封圆环1材料为钢,直径为15mm,其内径与锥形力敏结构2外径保持一致,安装于锥形力敏结构2顶部,上表面引线孔a直径为3mm,用于引出并固定线缆;最终完成转换力传感器5的组装。
如图2,转换力采集器6包含供电模块g、测量模块h、放大模块i、数据处理模块j和信号输出模块k以及传感器接口和输出接口。转换力传感器5内部的力敏电阻c通过电缆接入测量模块h中,测量模块h将力敏电阻c采集的压电信号接入放大模块i进行放大,进而接入数据处理模块j进行清零标定等处理,最终通过信号输出模块k将电压信号输出,得到转辙机转换力。
测量步骤如下:
(1)转换力传感器5的定位与安装
转换力传感器5***转辙机动作杆中性轴处的通孔中,旋转旋调导杆4,通过六方结构带动螺纹底座3旋转。将螺纹底座3安装进动作杆通孔下段处所攻螺纹;由于传感器存在测量敏感方向,安装过程中要对传感器进行定位,保证将力敏电阻c测量方向与动作杆平行,定位完毕后锥形力敏结构2不再旋转;进一步通过旋调导杆4,将锥形力敏结构2的外圆锥面e与动作杆锥形孔表面贴合,最终完成转换力传感器5的安装。
(2)转换力传感器5与转换力采集器6连接并实时测量
转换力传感器5安装好之后,当转辙机动作杆运动时,通孔产生变形,进而锥形力敏结构2与应变放大圆环d产生变形,通过应变放大圆环d放大应变信号增大转换力传感器5灵敏度和线性度;力敏电阻c将力信号转化为电信号;用电缆将力敏电阻c通过电缆接入转换力采集器6的测量电路中。放大模块i将测量电路输出信号放大若干倍之后接入数据处理模块j中;对初始信号进行清零,并标定输出信号与转换力的对应关系,最终实时获得电压信号大小表示转换力大小。
Claims (1)
1.一种转辙机转换力实时测量装置,其特征在于,所述的转辙机转换力实时测量装置包括转换力传感器(5)和转换力采集器(6);
所述的转换力传感器(5)包括锥形弹性力敏模块、弹性体预紧模块和弹性体封盖模块;
所述的弹性体预紧模块包括螺纹底座(3)、旋调导杆(4)和预紧卡环(f);所述的螺纹底座(3)上半部分的外部设有螺纹,其内部为通孔,通孔的上半部分加工为圆孔,下半部分加工为六方孔;预紧卡环(f)固定安装在螺纹底座(3)的顶部的圆孔内,螺纹底座(3)与预紧卡环(f)同轴;所述的旋调导杆(4),从螺纹底座(3)的底部向上穿过,使其上半部分穿过螺纹底座(3)和预紧卡环(f);旋调导杆(4)下部与螺纹底座(3)的六方孔配合,且旋调导杆(4)下部的外表面与螺纹底座(3)六方孔内壁相接触固定,使旋调导杆(4)和螺纹底座(3)固定为一体,旋调导杆(4)上部位于螺纹底座(3)外;
所述的锥形弹性力敏模块包括锥形力敏结构(2)和力敏电阻(c);所述的锥形力敏结构(2)的材质为弹性材料,其上部为开口的圆形筒体结构,其中部为收缩的锥形筒体结构,其底部为阶梯轴结构,且上部的圆形筒体结构的直径大于螺纹底座(3)上半部分的直径,螺纹底座(3)上半部分的直径在下部的锥形筒体结构的直径最大值和最小值之间;锥形筒体结构的下部加工有一个平面,作为应变放大圆环(d),且平面的中心设有通孔,其材料弹性模量小于100GPa,且中心通孔的尺寸大于旋调导杆(4)的直径;所述的力敏电阻(c)安装在应变放大圆环(d)上表面,力敏电阻(c)靠近应变放大圆环(d)内径,其方向垂直于应变放大圆环(d)半径;锥形力敏结构(2)底部的阶梯轴结构卡在预紧卡环(f)上,且锥形力敏结构(2)与预紧卡环(f)之间可以相互旋转;旋调导杆(4)的中部穿过锥形力敏结构(2),旋调导杆(4)顶部位于锥形力敏结构(2)上方;
所述的弹性体封盖模块包括密封圆筒(1);密封圆筒(1)为下端开口的筒体结构,密封圆筒(1)套装在锥形力敏结构(2)的顶部,密封保护锥形力敏结构(2)内的传感元件;密封圆筒(1)上盖的中心设有密封孔(b),用于旋调导杆(4)的穿过和密封,旋调导杆(4)可绕密封孔(b)旋转,密封孔(b)旁设有引线孔(a),将锥形力敏结构(2)内的电缆引出并且固定线缆;
测量时,将转换力传感器(5)置于被测转辙机的动作杆中性轴处上开设的通孔内,通过转动旋调导杆(4),使螺纹底座(3)旋入通孔的下段,直至锥形力敏结构(2)下部的锥形筒体结构的外圆锥面(e)与动作杆中性轴上的通孔中部的锥形内壁紧密贴合,其预紧扭矩不小于3N·m;
所述的转换力采集器(6)包括采集电路与接口;所述的接口包括与传感器接口和输出接口,通过接口将整个装置电路连通;所述的采集电路包括供电模块(g)、测量模块(h)、放大模块(i)、数据处理模块(j)和信号输出模块(k);所述的测量模块(h)、放大模块(i)、数据处理模块(j)和信号输出模块(k)依次串联,供电模块(g)为四个模块供电;力敏电阻(c)通过电缆和传感器接口与测量模块(h)连接,测量模块(h)完成对转换力传感器(5)的采集并输出电压信号,电压信号经过放大模块(i)放大后接入数据处理模块(j),对初始信号进行清零,并标定输出信号与拉压力的对应关系,最后信号输出模块(k)通过输出接口与外部的电压表或上位机连接,将电压信号输出,得到被测转辙机的转换力。
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