CN206583519U - 贴片式剪力传感器及轨道衡/超偏载*** - Google Patents

Abstract

本实用新型中公开了一种贴片式剪力传感器及轨道衡/超偏载***，由粘贴固定于弹性体上的四组应变片形成全桥检测电路的四个桥臂，以弹性体作为剪力传感器与钢轨的固定与形变传递部件，通过弹性体点焊固定至钢轨的形式，替代现有的应变片直接粘贴固定至钢轨轨腰，或轨腰开孔并使用轴销式剪力传感器的剪力检测方式，以避免轨腰开口对于轨道结构的破坏，以及直接粘贴应变片，使用寿命受制于应变片的安装强度。

Description

贴片式剪力传感器及轨道衡/超偏载***

技术领域

本实用新型涉及不断轨轨道衡以及铁路超偏载检测领域，特别涉及贴片式剪力传感器及轨道衡/超偏载***。

背景技术

不断轨轨道衡与铁路超偏载检测装置是一种自动地对行进中的列车实行不停车、不摘钩、连续动态称量的计量和车辆识别的设备。我国的铁路上使用的不断轨轨道衡以及超偏载检测设备通常是利用压力传感器担任称重计量的一次仪表、以剪力传感器作为计轴进行车辆识别的一次仪表。

对于不断轨轨道衡以及铁路超偏载设备而言，安装在钢轨上的剪力传感器对其绝对精度有要求，传统钢轨剪力传感器为轴销式剪力传感器3，轴销式剪力传感器3是由应变片（图7）胶粘在锥形弹性载体内制成的，只能在钢轨轨腰上钻孔才能通过螺栓紧固并感受钢轨受力变形。传统钢轨剪力传感器的结构图以及安装图如附图7至图10所示。这样的检测形式，虽然在得出的波形曲线上满足了超偏载检测***的检测分析的需求，但是，由于其原理及结构决定了传统钢轨剪力传感器有着难以克服的致命缺陷：

1.不得不在钢轨轨腰中部钻孔，从而降低了钢轨强度，这是铁路工务部门坚决反对，但由于工作需要又限于技术条件不得不接受的现状；

2.由于钢轨与剪力传感器在材质热胀冷缩系数的差别及加工工艺和螺栓紧固程度的差别，列车运行造成的振动影响，传统剪力传感器的受力状态不稳定。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提供一种贴片式剪力传感器，其通过对剪力传感器的结构改变，替代现有的轴销式剪力传感器，在减少剪力传感器布置对于轨道结构的破坏的同时，实现基本相同的检测结果。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种贴片式剪力传感器，包括用于固定至钢轨上的弹性体，以及固设于弹性体上的四组应变片，所述弹性体沿纵向对称于钢轨的中和轴布置，并且，所述四组应变片均与钢轨的中和轴呈45度夹角。

通过采用上述技术方案，以弹性体作为剪力传感器的承载物，在固定至钢轨之前，首先将四组应变片贴设至弹性体上，然后再将贴有应变片的弹性体一体固定至钢轨，作为剪力传感器使用，相较于轴销式剪力传感器，这种固定方式不需要在钢轨的轨腰上开孔，避免了对于钢轨的寿命的削弱。而直接将应变片固定至钢轨上，需要在现场对对轨腰附近打磨，去除钢轨表面的锈迹等，但是，这种粘贴形式下，应变片的安装强度不高，使用寿命以及可靠性受到制约，以弹性体作为应变片的载体，使得弹性体替代钢轨作为应变片的固定平面，省去现场打磨钢轨表面的过程，并且，应变片随弹性体发生形变，受到钢轨的震动的直接影响较小，其安装强度、使用寿命以及可靠性均有所提高。

优选地，四组所述应变片的引线按照全桥的连接方式顺次连接，并由所述弹性体同一位置引出。

通过采用上述技术方案，采用四组应变片，分别做全桥的四个桥臂，顺次连接的形式下，四组应变的引线可以相互连接，最终共同引出一根，伸出弹性体，作为应变片的供电以及信号输出位置。

优选地，四组所述应变片沿纵向上下分布，并且，相邻应变片相互垂直。

优选地，四组所述应变片两两垂直形成矩形。

优选地，四组所述应变片相对弹性体的几何中心呈中心对称布置。

通过采用上述技术方案，传感器的布置，只要满足传感器的轴向与钢轨中和轴的轴向重合，以使传感器在组成全桥电路时，上下半桥对称在中和轴的上部和下部即可。

本实用新型的第二个目的在于提供一种轨道衡/超偏载***，其通过对剪力传感器的改进，在减少剪力传感器布置对于轨道结构的破坏的同时，实现基本相同的检测结果。

一种轨道衡/超偏载***，包括上述任一所述的贴片式剪力传感器，所述弹性体焊接固定至钢轨上。

通过采用上述技术方案，应变片粘贴与弹性体，再将弹性体焊接固定至钢轨，省去打磨钢轨以粘贴应变片的步骤，而弹性体的作用是随钢轨承载变形，并将变形传递给应变片，因此，其只要与钢轨固定即可，普通的点焊等低能小电流焊接即可满足该需要，与铁道部禁止高能焊接的要求相符。

优选地，所述贴片式剪力传感器有两个，且对称分布与钢轨的轨腰两侧面上。

通过采用上述技术方案，轨腰两侧面成对布置贴片式剪力传感器，当列车在钢轨上的行进使检测点产生横向力或者弯矩时，两个贴片式剪力传感器相互抵消横向力或弯矩的影响，使贴片式剪力传感器更准确的输出剪力信号。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：不用在钢轨上打孔，安装剪力传感器，这样可以保证钢轨的结构不被破坏，保护钢轨强度，提高铁路安全性能；

弹性体焊接于在钢轨轨腰上，与应变片直接胶粘比较，增加了应变片的安装强度，提高使用寿命和可靠性；

克服轴销式剪力传感器与钢轨热胀冷缩不一致和螺栓紧固容易松动的弱点，输出性能稳定性大幅提高

双侧固定贴片式剪力传感器，精度和稳定性更好，不会因为列车的运动冲击引起测量信号波形变化，减少了***维护成本；

对现有的轨道衡/超偏载***结构上一致，减少大改设备所需成本。

附图说明

图1是贴片式剪力传感器的结构视图一；

图2是改变应变片的固定形式后的贴片式剪力传感器的结构视图二；

图3是改变应变片的固定形式后的贴片式剪力传感器的结构视图三；

图4是贴片式剪力传感器在钢轨上布置结构示意图；

图5是两个贴片式剪力传感器的电路连接方式视图；

图6是贴片式剪力传感器以及轴销式剪力传感器的波形图对照；

图7是背景技术中描述的轴销式剪力传感器上的应变片的布置方式视图；

图8是背景技术中描述的轴销式剪力传感器在钢轨上的安装视图；

图9是背景技术中描述的轴销式剪力传感器在钢轨上的另一视角安装视图；

图10是背景技术中描述的轴销式剪力传感器的电路示意图。

图中，1、中和轴；2、贴片式剪力传感器； 20、引出线；21、应变片；22、弹性体；3、轴销式剪力传感器；4、贴片式剪力传感器输出波形；5、轴销式剪力传感器输出波形。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

一种贴片式剪力传感器，如图1中所示，包括弹性体22以及固定于弹性体22表面的上的四个应变片21，此处的应变片采用箔片式电阻应变片，应变片21通过引出线20电性连接外部检测电路。

具体来说，钢轨上的中和轴1为钢轨上的特殊位置，在中和轴1上，钢轨材料不承受拉压应力，因此，以此作为剪力检测的位置，四个应变片21与中和轴1之间的夹角均为45度，并且四个应变片21按照图1中所示的方向，四个应变片21沿垂直于重合周1的方向上下布置，并且相邻应变片之间夹角为90度。四个应变片21组成一个全桥，以利用全桥电路做剪力信号输出。四个应变片21在固定至弹性22前，全部应变片21的引线相互连接并最终引出两根，即弹性体22上伸出的引出线20中的两根，与另外两根引出线20一起，分别用于向应变片21组成的全桥供电和信号输出。

如图2中所示，四个应变片21也可以按照图示方式固定，即，两个应变片21为一组，每个应变片21与中和轴1之间的夹角均为45度，并且四个应变片21共同形成一个对角线与中和轴1重合的矩形，这种固定形式下，引出线20自应变片21的引出方式与上述固定方式相同。

如图3中所示，四个应变片21两两一组，每个应变片21与中和轴1之间的夹角均为45度，并且，四个应变片21以中和轴1与弹性体22的宽度中央的交点为对称点，呈中心对称布置，这种固定形式下，引出线20自应变片21的引出方式与上述两种固定方式相同。

前述的应变片21与弹性体22之间的固定，指代的是用粘接剂粘贴固定。

弹性体22采用合金结构钢40CrNiMo，其韧性好、塑性高，用作弹性体22时，可以随钢轨发生形变，以使应变片21随之发生形变，反应剪力情况。弹性体22沿中和轴1的方向的长度以及垂直于中和轴1方向的宽度分别设为L和W，则依据待检测的对象的不同，L在25至60㎜之间取值，而W在25至30㎜之间取值。

当然，弹性体22的材质并不局限于上述的合金结构钢，依据使用需要，弹性体22只要具备可以最钢轨的形变而发生弹性形变的能力即可满足需要，因此，该材料不应当视作对于弹性体22材料的限定。

实施例2

一种轨道衡/超偏载***，包括若干组组实施例1中描述的贴片式剪力传感器2，贴片式剪力传感器2两两一组，以低能小电流焊机焊接方式固定至钢轨两侧的中和轴1上，焊接时，可以为弹性体22的四个角与钢轨轨腰之间的点焊，也可以形成稍长的一条焊缝。

如图4所示，钢轨同一位置处的两组贴片式剪力传感器2对称贴设于钢轨的两侧面上，两组贴片式剪力传感器2上的应变片21两两平行，使两个贴片式剪力传感器2组成应变花结构，这样，当列车蛇形运动时，贴片式剪力传感器2会受到钢轨所受横向力和弯矩的影响，输出的信号受影响而不能准确反映垂直力引起的剪切力。如图5中所示，采用应变花结构布置两组贴片式剪力传感器2，并将两组贴片式剪力传感器2并联，作为一个获取剪力信号的传感器，此时，每个贴片式剪力传感器2为一个全桥电路，两个全桥电路并联，经过放大和A/D转换，到计算机中的计算软件中进行波形绘制。

图6中的波形图，其一条为轴销式剪力传感器输出剪力波形5，另一条为贴片式剪力传感器输出波形4，从两波形的对照可知，使用贴片式剪力传感器2和轴销式剪力传感器3得到的剪力信号基本一致。因此使用贴片式剪力传感器2可以替换掉现在使用的轴销式剪力传感器3，而测量精度和数据处理算法可以不变。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种贴片式剪力传感器，其特征是：包括用于固定至钢轨上的弹性体（22），以及固设于弹性体（22）上的四组应变片（21），所述弹性体（22）沿纵向对称于钢轨的中和轴（1）布置，并且，所述四组应变片（21）均与钢轨的中和轴（1）呈45度夹角。

2.根据权利要求1所述的贴片式剪力传感器，其特征是：四组所述应变片（21）的引线按照全桥的连接方式顺次连接，并由所述弹性体（22）同一位置引出。

3.根据权利要求1所述的贴片式剪力传感器，其特征是：四组所述应变片（21）沿纵向上下分布，并且相邻应变片（21）相互垂直。

4.根据权利要求1所述的贴片式剪力传感器，其特征是：四组所述应变片（21）两两垂直形成矩形。

5.根据权利要求1所述的贴片式剪力传感器，其特征是：四组所述应变片（21）相对弹性体（22）的几何中心呈中心对称布置。

6.一种轨道衡/超偏载***，其特征是：包括权利要求1-5任意一项所述的贴片式剪力传感器，所述弹性体（22）焊接固定至钢轨上。

7.根据权利要求6所述的轨道衡/超偏载***，其特征是：所述贴片式剪力传感器有两个，且对称分布与钢轨的轨腰两侧面上。