CN113091867B - 一种铁道车辆超偏载检测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁道车辆超偏载检测***，包括枕木本体，枕木本体的顶部两端均开设有第一固定凹槽，第一固定凹槽的内部活动安装有第一连接板块，第一连接板块的顶部活动安装有第一紧固螺栓，第一连接板块的顶部固定安装有钢轨，检测结构的两端均固定安装有第二连接板块。通过在相关的检测***中，设置相关的数据存储单元、重量处理单元和偏载处理单元，从而使得在进行相关车辆的超载或偏载信息处理时，可以实时对相关的超重信息进行记录反馈操作，从而使得在后续进行相关的查看与查验操作时，更加便捷和高效，对于其内部还设置了相关的报警单元、信号单元，从而可以将相关超载或偏载信息进行实时的传输操作。

Description

一种铁道车辆超偏载检测***

技术领域

本发明属于压力检测技术领域，具体涉及一种铁道车辆超偏载检测***。

背景技术

铁路运输是目前已知最有效的陆上交通方式，铁轨能提供极光滑及坚硬的媒介让火车的车轮在上面以最小的摩擦力滚动，如果配置得当，铁路运输可以比路面运输运载同一重量客货物时节省五至七成能量，而且，铁轨能平均分散火车的重量，令火车的载重力大大提高。

但是火车的大载重会对路基造成很大的影响，尤其是重载铁路或者货运专线，因此设置相应的检测超载和偏载的装置就十分必要，但是对于使用年限较长且运输繁忙的铁路安装新的检测超载和偏载的装置对线路改动较大，施工周期长，不便使用和推广。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种铁道车辆超偏载检测***。

本发明提供如下技术方案：

一种铁道车辆超偏载检测***，包括枕木，所述枕木与钢轨固定连接，所述钢轨的底部固定安装有超载检测单元，所述超载检测单元位于两根钢轨之间，所述枕木内设有超载偏载检测单元。

所述超载检测单元包括U型框架以及U型框架两侧的第一连接板，所述U型框架内包括接触板，接触板与U型框架内底部弹性连接，所述接触板中部设有压杆，U型框架内底部固定有第一压力传感器，所述第一压力传感器位于所述压杆正下方，且二者间隔布置。

所述接触板上方设有感应板，感应板固定在两根钢轨之间，且所述感应板与所述接触板贴合。

所述接触板下侧通过法兰固定连杆，所述连杆另一端固定限位框架，所述限位框架为U型结构，且U型开口朝下，所述限位框架与U型框架之间固定第一弹簧。

所述超载偏载检测单元包括压力底座，所述压力底座上沿枕木宽度方向均匀布置若干个第二压力传感器，所述压力底座与枕木内底面弹性连接。放置所述超载偏载检测单元的枕木为空心枕木，其横截面为U型凹槽。

所述第二压力传感器上方设有感应板，感应板固定在两根钢轨之间，且所述感应板与所述所述第二压力传感器贴合。

所述压力底座与枕木内底面间通过第二弹簧相连，第二弹簧一端与第一限位卡块连接，所述第二弹簧另一端与第二限位卡块连接，所述第一限位卡块和第二限位卡块均成U型，且二者开口端相对设置。

所述超载偏载检测单元还包括信号处理单元，所述信号处理单元包括信号检测电路、信号处理电路，所述信号检测电路将第二压力传感器检测到的压力信号经过减法器得到差值信号，差值信号经过跟随器后传输至信号处理电路，信号处理电路根据载荷大小选择发送到控制终端或者报警。

一种铁道车辆超偏载检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

S、当负载N<N1时，超载偏载检测单元持续检测铁路车辆超载以及偏载情况，此时超载检测单元不工作；

S、当负载N介于N1和N2之间时，超载检测单元开始工作，超载偏载检测单元停止工作；

S、当负载N>N2时，超载偏载检测单元以及超载检测单元均停止工作。

所述超载偏载检测单元在感应板压迫第二压力传感器时导通，在压杆与第一压力传感器接触时停止检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过分别设置超载检测单元和超载偏载检测单元，在低负载的时候既检测超载又检测偏载，在中等负载的时候只检测超载，此时由于负载较大，检测偏载的意义已经不大，在高负载的时候，通过机械限位的手段，保护超载检测单元和超载偏载检测单元，不再进行检测，同时警示控制人员；这种根据负载的不同切换不同的检测模式，同时通过机械限位的方式保护各检测单元。

2、本申请中的铁道车辆超偏载检测***不用对铁轨或者路基做大规模的改造，只需更换一些空心枕木，并在适当位置安装U型框架即可，施工简单，改动小，且该***能综合检测超载和偏载，不需要复杂的集成电路即可实现，操作人员上手快。

3、本申请中分成了超载检测单元和超载偏载检测单元，避免了现有技术中只采用一种传感器造成的精度低或者量程小的问题，也就是追求高精度的时候必然量程小，而量程大的时候精度又较低；本申请的技术方案既保证了***灵活性，又能作为实验仪器对铁路路基承载情况进行长期监测，还可作为学术研究获取实验数据的一部分。

4、由于本申请中设置了独立的超载检测单元和超载偏载检测单元，而且本申请中由于机械设计的缘故，二者之间存在一个检测的空档期，为了避免在空档期内的检测缺失，设计了信号处理单元，如果空档期内载荷正常，则实时传送检测信号，如果空挡期内载荷异常，则报警提示。

附图说明

图1为本发明的整体立体结构示意图；

图2为本发明的整体仰视立体结构示意图；

图3为本发明的枕木本体剖视结构示意图；

图4为本发明的超载检测单元示意图；

图5为本发明的A处放大结构示意图；

图6为本发明的超载偏载检测单元的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，一种铁道车辆超偏载检测***，包括枕木1，所述枕木1与钢轨5固定连接，所述钢轨5的底部固定安装有超载检测单元，所述超载检测单元位于两根钢轨5之间，所述枕木1内设有超载偏载检测单元。

所述超载检测单元包括U型框架8以及U型框架8两侧的第一连接板10，所述U型框架内包括接触板9，接触板9与U型框架8内底部弹性连接，所述接触板9中部设有压杆26，U型框架8内底部固定有第一压力传感器25，所述第一压力传感器25位于所述压杆26正下方，且二者间隔布置。

所述接触板9上方设有感应板32，感应板32固定在两根钢轨5之间，且所述感应板32与所述接触板9贴合。

所述接触板9下侧通过法兰27固定连杆28，所述连杆28另一端固定限位框架29，所述限位框架29为U型结构，且U型开口朝下，所述限位框架29与U型框架8之间固定第一弹簧31。

所述限位框架29和第一弹簧31位于弹簧箱体30内部，所述连杆28伸入弹簧箱体30内部与所述限位框架29固定连接。

所述弹簧箱体30至少为2个，所述压杆26位于至少2个所述弹簧箱体30中间。

所述超载偏载检测单元包括压力底座6，所述压力底座6上沿枕木1长度方向均匀布置若干个第二压力传感器7，所述压力底座6与枕木1内底面弹性连接。放置所述超载偏载检测单元的枕木1为空心枕木，其横截面为U型凹槽。

第一连接板10与钢轨5之间通过紧固螺栓11连接。

所述第二压力传感器7上方设有感应板32，感应板32固定在两根钢轨5之间，且所述感应板32与所述所述第二压力传感器7贴合。

所述压力底座6与枕木1内底面间通过第二弹簧18相连，第二弹簧18一端与第一限位卡块16连接，所述第二弹簧18另一端与第二限位卡块17连接，所述第一限位卡块和第二限位卡块均成U型，且二者开口端相对设置。

所述压力底座6两端设有滑块14，滑块14套设在光杆13上，光杆13固定在光杆座12上，所述光杆座12固定在枕木1内壁上。由此，压力底座6在受到外力时，滑块14沿着光杆13可以上下移动。

所述第二弹簧18为2个。

本发明的工作原理及使用流程：当铁道车辆通过时，车辆重量作用在钢轨5上，进而使得感应板32压迫接触板9和第二压力传感器7，包含接触板9的超载检测单元主要用来检测超载，包含第二压力传感器7的超载偏载检测单元既用来检测超载，还用来检测偏载。

当超载程度较小时，此时压杆26还未接触第一压力传感器25，此时超载检测单元并未发挥作用，而此时超载偏载检测单元持续检测铁路车辆超载以及偏载情况；

当超载程度较大时，压杆26与第一压力传感器25接触，此时第一限位卡块16和第二限位卡块17的U型边互相接触，超载偏载检测单元不再进一步向下移动，进而超载偏载检测单元不再工作，此时超载检测单元介入工作，此时整个检测***只检测超载，不再检测偏载；

当超载程度持续增大时，所述限位框架29的U型边与U型框架8内底部接触，限制第一弹簧31的进一步压缩，进而保护第一压力传感器25和第一弹簧31防止损坏；此时整个检测***都不再工作。

引入此种超偏载检测***有一个问题，就是当超载程度较大时，压杆26与第一压力传感器25接触，此时第一限位卡块16和第二限位卡块17的U型边互相接触，由于机械结构本身的原因，在设计上不可能满足第一限位卡块16和第二限位卡块17的U型边发生互相接触时，压杆26与第一压力传感器25就开始接触，这在机械设计上是无法满足的，也不符合机械设计常理。

因此，设计时只能选择先让第一限位卡块16和第二限位卡块17的U型边发生接触后，然后压杆26与第一压力传感器25才开始接触，而这中间就会存在一个检测的空档期，为了避免这个空档期存在超载造成的危害，特设计以下电路结构予以避免。

本申请中的超载偏载检测单元还包括信号处理单元，所述超载偏载检测单元在感应板32压迫第二压力传感器7时导通，在压杆26与第一压力传感器25接触时停止检测，所述信号处理单元包括信号检测电路、信号处理电路，在所述信号检测电路将第二压力传感器7检测到的压力信号经过减法器得到差值信号，差值信号经过跟随器后传输至信号处理电路，信号处理电路利用差值信号将导通器触发。

所述信号检测电路包括减法器和跟随器，减法器利用电阻R1、二极管D1、接收第二压力传感器7在铁道车辆通过时检测到的压力信号，第二压力传感器7采用型号为MPX5010DP的压力传感器(其余符合要求的压力传感器均可，且压力传感器作为现有技术，在此不再赘述)，电阻R1、二极管D1将压力信号进行缓冲，为进行差值运算作准备，利用电阻R4将压力信号传输至以运放器U2A、电阻R5、电阻R3、可调电阻R2为核心的减法器上，减法器将压力信号与预设的超载压力阈值信号进行减法运算，电阻R3与可调电阻R2对正极性电源VCC进行分压得到预设的超载压力阈值信号，运放器U2A输出的值即为差值信号，差值信号经运放器U1A和三极管Q1进行跟随处理，并将进行过跟随处理后的差值信号传输至信号处理电路，运放器U1A和三极管Q1来提高差值信号驱动信号处理电路的能力，避免差值信号在较弱时无法完整传输至信号处理电路；

所述减法器包括电阻R1，电阻R1的一端分别连接二极管D1的正极、第二压力传感器7的out引脚，电阻R1的另一端分别连接二极管D1的负极、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R5的一端、运放器U2A的同相端、电阻R5的另一端分别连接第二压力传感器7的gnd引脚、电阻R3的一端并接地，运放器U2A的反相端分别连接可调电阻R2的右端、电阻R3的另一端、可调电阻R2的可调端，可调电阻R2的左端与开关S3的一端相连接并连接正极性电源VCC，开关S3的另一端与第二压力传感器7的vcc引脚；

所述跟随器包括电阻R6，电阻R6的一端与减法器中的运放器U2A的输出端相连接，电阻R6的另一端与运放器U1A的同相端相连接，运放器U1A的反相端与电阻R7的一端相连接，运放器U1A的输出端与三极管Q1的基极相连接，三极管Q1的集电极与电阻R9的一端相连接，电阻R9的另一端减法器中的开关S3的一端相连接并连接正极性电源VCC，三极管Q1的发射极分别连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端与跟随器中的电阻R5的另一端相连接并连接地。

所述信号处理电路包括导通器，接收信号检测电路传输过来的差值信号，当差值信号经过电阻R13将三极管Q2导通时，则表明此时铁道车辆在在装载货物时的超载程度较小，差值信号也处于微弱状态，此时压杆26还未接触第一压力传感器25，超载检测单元并未发挥作用，此时三极管Q2导通使得继电器K1得电，使其引脚开关S1闭合，此时微弱的差值信号经三极管Q4放大后经闭合的开关S1上传输至控制终端，实现对铁道车辆给予的压力的实时检测，三极管Q4对差值信号的放大是以避免差值信号在无线传输过程中因车辆的遮挡或者其他干扰因素而发生衰减而不能到达控制终端的情况发生；而当差值信号经稳压管D2将三极管Q3导通时，则表明此时铁道车辆超载程度较大，此时蜂鸣器B1通过电阻R1得电进行报警，提醒现场工作人员此时处于超偏载检测单元与超载检测单元的空档期而需要注意，三极管Q3导通时，继电器K2也导通得电，利用电容C1和电阻R16对差值信号进行延时，延长经过了稳压管D2的差值信号存在的时间，同时继电器K2的引脚开关S2从断开状态变为闭合状态，此时的差值信号经闭合的开关S2传输至控制终端，提醒控制终端的工作人员，铁道车辆超载程度较大，需要注意，而当空档期消失时，则电阻R16和电容C1的延时作用消失，蜂鸣器停止报警；

所述导通器包括电阻R13，电阻R13的一端分别连接稳压管D2的负极、信号检测电路中的三极管Q1的集电极，电阻R13的另一端分别连接三极管Q2的基极、三极管Q4的基极、电阻R14的一端，三极管Q2的集电极与继电器K1的一端相连接，三极管Q2的发射极与电阻R10的一端相连接，电阻R10的另一端分别连接三极管Q4的集电极、电阻R14的另一端、继电器K2的一端、电阻R12的一端、信号检测电路中的开关S1的一端并连接正极性电源VCC，三极管Q4的发射极分别连接电阻R15的一端、开关S1的一端，电阻R15的另一端分别连接继电器K1的另一端、电阻R11的一端、电容C1的一端、信号检测电路中电阻R5的另一端并接地，开关S1的一端分别连接开关S2的一端、控制终端，开关S2的另一端分别连接三极管Q3的基极、电阻R16的一端，电阻R16的另一端分别连接电容C1的另一端、稳压管D2的正极，三极管Q3的集电极分别连接蜂鸣器B1的一端、继电器K2的另一端，蜂鸣器B1的另一端与电阻R12的另一端相连接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种铁道车辆超偏载检测***，其特征在于：包括枕木(1)，所述枕木(1)与钢轨(5)固定连接，所述钢轨(5)的底部固定安装有超载检测单元，所述超载检测单元位于两根钢轨(5)之间，所述枕木(1)内设有超载偏载检测单元；

所述超载检测单元包括U型框架(8)以及U型框架(8)两侧的第一连接板(10)，所述U型框架内包括接触板(9)，接触板(9)与U型框架(8)内底部弹性连接，所述接触板(9)中部设有压杆(26)，U型框架(8)内底部固定有第一压力传感器(25)，所述第一压力传感器(25)位于所述压杆(26)正下方，且二者间隔布置；

所述接触板(9)下侧通过法兰(27)固定连杆(28)，所述连杆(28)另一端固定限位框架(29)，所述限位框架(29)为U型结构，且U型开口朝下，所述限位框架(29)与U型框架(8)之间固定第一弹簧(31)；

所述超载偏载检测单元包括压力底座(6)，所述压力底座(6)上沿枕木(1)宽度方向均匀布置若干个第二压力传感器(7)，所述压力底座(6)与枕木(1)内底面弹性连接，放置所述超载偏载检测单元的枕木(1)为空心枕木，其横截面为U型凹槽；

所述压力底座(6)与枕木(1)内底面间通过第二弹簧(18)相连，第二弹簧(18)一端与第一限位卡块(16)连接，所述第二弹簧(18)另一端与第二限位卡块(17)连接，所述第一限位卡块和第二限位卡块均成U型，且二者开口端相对设置。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆超偏载检测***，其特征在于：所述接触板(9)上方设有感应板(32)，感应板(32)固定在两根钢轨(5)之间，且所述感应板(32)与所述接触板(9)贴合。

3.根据权利要求1所述的铁道车辆超偏载检测***，其特征在于：所述第二压力传感器(7)上方设有感应板(32)，感应板(32)固定在两根钢轨(5)之间，且所述感应板(32)与所述第二压力传感器(7)贴合。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的铁道车辆超偏载检测***，其特征在于：所述超载偏载检测单元还包括信号处理单元，所述信号处理单元包括信号检测电路、信号处理电路，所述信号检测电路将第二压力传感器(7)检测到的压力信号经过减法器得到差值信号，差值信号经过跟随器后传输至信号处理电路，信号处理电路根据载荷大小选择发送到控制终端或者报警。

5.一种铁道车辆超偏载检测方法，其特征在于，所述检测方法应用权利要求1-4中任一项所述的铁道车辆超偏载检测***，所述检测方法包括以下步骤：

S1、当负载N<N1时，超载偏载检测单元持续检测铁路车辆超载以及偏载情况，此时超载检测单元不工作；

S2、当负载N介于N1和N2之间时，超载检测单元开始工作，超载偏载检测单元停止工作；

S3、当负载N>N2时，超载偏载检测单元以及超载检测单元均停止工作。

6.根据权利要求5所述的铁道车辆超偏载检测方法，其特征在于：所述超载偏载检测单元在感应板(32)压迫第二压力传感器(7)时导通，在压杆(26)与第一压力传感器(25)接触时停止检测。

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