钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件及其工作方法技术

本发明专利技术公开一种钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件及其工作方法，包括钢轨、安装于钢轨左右两侧的钢轨夹板、分别粘贴于钢轨夹板顶部和底部的且与钢轨夹板等长的第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计、微型信号采集单元，本发明专利技术可以从钢轨上取电，并通过轨道原有的信号线传输信号，实时监测当火车通过时钢轨夹板顶部和底部的第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计的阻值变化情况，根据事先做出的敏感栅断裂顺序与应变计电阻的变化曲线，推断相应位置裂纹的扩展情况与扩展速率，进而评判钢轨夹板的健康状态。本发明专利技术充分利用轨道自身特点，节能、高效，能够准确评定钢轨夹板的健康状态，有效预警轨道安全状态。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及轨道检测
，具体是一种轨道夹板的检测方法，更具体是一种用于轨道连接的钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件及其工作方法。
技术介绍
：铁路在国际上被称为“绿色交通工具”，在社会综合交通的运输体系中发挥着至关重要的作用，关乎国计民生。轨道是行车的基础，由于行车高速运行，轨道故障将会造成巨大的经济损失和人员伤亡。钢轨直接承受机车、车辆荷载，是轨道的最重要组成部分，其强度和状态直接关系到轨道运输的安全、平稳和畅通。由于受生产及运输条件限制，标准钢轨长度一般为定值，铺设时通常通过钢轨夹板(鱼尾板)连接。钢轨接头虽然借助夹板保持了钢轨的连续性，但破坏了钢轨的整体性。车辆通过接头时，产生加大的瞬间碰撞、冲击动力，导致接头处轨道的破坏远远严重于其他部位。铁路轨道承受长期的交变应力，在钢轨接头可能出现疲劳裂纹，主要是钢轨夹板上。2013年法国埃松省发生了一起由钢轨接头夹板脱落引起的火车脱轨事故，引起了人民对钢轨夹板疲劳裂纹产生与扩展安全检测的广泛关注。而近年来，由于重载线路中高轮轴负荷循环数量的增加，使钢轨接头夹板的抗疲劳性能面临更大的挑战。美国运输技术中心(TTCI)通过对钢轨接头夹板的抗疲劳性能分析发现：(1)钢轨夹板疲劳裂纹在螺栓孔和夹板的顶部和底部边沿出现；(2)螺栓孔产生的裂纹主要由安装和维护方法引起，且目前已开发出了有效减小和消除该裂纹的方法；(3)通过消除残余应力和热应力，弯曲应力成为影响钢轨夹板疲劳寿命的主要影响因素。因此，钢轨夹板顶部和底部(尤其是底部，张应力为主)疲劳裂纹扩展情况，成为轨道安全检测工作中的重中之重。专利技术内容：本专利技术提供一种钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件及其工作方法，可以长期在线监测交变荷载作用下钢轨夹板顶部和底部的疲劳裂纹损伤扩展情况，预警可能的危险，延长轨道的使用寿命。本专利技术采用如下技术方案：一种钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件，包括钢轨、安装于钢轨左右两侧的钢轨夹板、分别粘贴于钢轨夹板顶部和底部的且与钢轨夹板等长的第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计、微型信号采集单元，在钢轨夹板的顶部和底部粘贴有第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计的位置均粘贴于绝缘保护层以形成第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计的保护层，所述第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计均连接至集成的微型信号采集单元，所述微型信号采集单元包括应变计接线端、信号输出端以及电源输入端，所述第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计均连接至微型信号采集单元的应变计接线端，与置于微型信号采集单元内部的两个固定电阻形成工作电路，置于微型信号采集单元内部的两个固定电阻的阻值与第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计的阻值相同。进一步地，所述第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计均包括基底薄膜和敏感栅，所述基底薄膜为有机类粘结剂制成，敏感栅由平行栅条组成，根据敏感栅的断裂顺序与第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计阻值的变化规律，检测钢轨夹板在载荷作用下裂纹扩展的过程。本专利技术还采用如下技术方案：一种钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件的工作方法，包括如下步骤：一：第一裂纹扩展应变计、第二裂纹扩展应变计与微型信号采集单元形成的工作电路；二：从钢轨获取微型信号采集单元的工作电源，接入电源输入端，微型信号采集单元内部电路开始工作，工作电路信号自信号输出端输出，连接至原有的轨道信号传输线，实现第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计的阻值变化情况的实时监测；三：没有裂纹产生时信号输出端输出的电压信号为一固定值，当裂纹产生时，致使第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计内的敏感栅的断裂，而引起第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计阻值的变化，根据事先做出的敏感栅断裂顺序与第一裂纹扩展应变计和第二裂纹扩展应变计阻值的变化曲线，推断相应位置裂纹的扩展情况与扩展速率，进而评判钢轨夹板的健康状态。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术可以从钢轨上取电，并通过轨道原有的信号线传输信号，实时监测当火车通过时钢轨夹板顶部和底部的两组裂纹扩展应变计的阻值变化情况，根据事先做出的敏感栅断裂顺序与应变计电阻的变化曲线，推断相应位置裂纹的扩展情况与扩展速率，进而评判钢轨夹板的健康状态。本专利技术充分利用轨道自身特点，节能、高效，能够准确评定钢轨夹板的健康状态，有效预警轨道安全状态。附图说明：图1为钢轨接头结构立体图。图2为装配本专利技术的钢轨接头横截面图。图3为第一裂纹扩展应变计、第二裂纹扩展应变计与信号采集单元形成的工作电路。其中：1-1—钢轨；1-2—钢轨夹板；1-3—夹板螺栓孔；2-1—第一裂纹扩展应变计；2-2—第二裂纹扩展应变计；3—绝缘保护层；4—微型信号采集单元；4-1—应变计接线端；4-2—信号输出端；4-3—电源输入端；5-固定电阻。具体实施方式：请参照图1和图2所示，本专利技术钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件包括钢轨1-1、安装于钢轨1-1左右两侧的钢轨夹板1-2、分别粘贴于钢轨夹板1-2顶部和底部的且与钢轨夹板1-2等长的第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2，在钢轨夹板1-2的顶部和底部粘贴有第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2的位置均粘贴于绝缘保护层3以形成第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2的保护层。第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2的基底薄膜为有机类粘结剂制成，敏感栅由平行栅条组成，根据敏感栅的断裂顺序与第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2电阻的变化规律，检测构件在载荷作用下裂纹扩展的过程。第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2均连接至集成的微型信号采集单元4，微型信号采集单元4包括应变计接线端4-1、信号输出端4-2以及电源输入端4-3。其中第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2均连接至微型信号采集单元4的应变计接线端4-1，与置于微型信号采集单元4内部的两个固定电阻5形成半桥自补工作电路。其中置于微型信号采集单元4内部的两个固定电阻5的阻值与第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2的阻值相同。请参照图3所示，第一裂纹扩展应变计2-1、第二裂纹扩展应变计2-2与微型信号采集单元4形成的工作电路。工作原理如下：从钢轨1-1获取微型信号采集单元4的工作电源，接入电源输入端4-3，微型信号采集单元4内部电路开始工作，工作电路信号自信号输出端4-2输出，连接至原有的轨道信号传输线，实现第一裂纹扩展应变计2-1和第二裂纹扩展应变计2-2的阻值变化情况的实时监测。没有裂纹产生时信号输出端4-2输出的电压信号为一固定值，当裂纹产生(扩展)时，致使裂纹扩展应变计内敏感栅的断裂，而引起应变计阻值的变化，根据事先做出的敏感栅断裂顺序与应变计电阻的变化曲线，推断相应位置裂纹的扩展情况与扩展速率，进而评判钢轨夹板的健康状态。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件，其特征在于：包括钢轨(1‑1)、安装于钢轨(1‑1)左右两侧的钢轨夹板(1‑2)、分别粘贴于钢轨夹板(1‑2)顶部和底部的且与钢轨夹板(1‑2)等长的第一裂纹扩展应变计(2‑1)和第二裂纹扩展应变计(2‑2)、微型信号采集单元(4)，在钢轨夹板(1‑2)的顶部和底部粘贴有第一裂纹扩展应变计(2‑1)和第二裂纹扩展应变计(2‑2)的位置均粘贴于绝缘保护层(3)以形成第一裂纹扩展应变计(2‑1)和第二裂纹扩展应变计(2‑2)的保护层，所述第一裂纹扩展应变计(2‑1)和第二裂纹扩展应变计(2‑2)均连接至集成的微型信号采集单元(4)，所述微型信号采集单元(4)包括应变计接线端(4‑1)、信号输出端(4‑2)以及电源输入端(4‑3)，所述第一裂纹扩展应变计(2‑1)和第二裂纹扩展应变计(2‑2)均连接至微型信号采集单元(4)的应变计接线端(4‑1)，与置于微型信号采集单元(4)内部的两个固定电阻(5)形成工作电路，置于微型信号采集单元(4)内部的两个固定电阻(5)的阻值与第一裂纹扩展应变计(2‑1)和第二裂纹扩展应变计(2‑2)的阻值相同。

【技术特征摘要】
1.一种钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件，其特征在于：包括钢轨(1-1)、安装于钢轨(1-1)左右两侧的钢轨夹板(1-2)、分别粘贴于钢轨夹板(1-2)顶部和底部的且与钢轨夹板(1-2)等长的第一裂纹扩展应变计(2-1)和第二裂纹扩展应变计(2-2)、微型信号采集单元(4)，在钢轨夹板(1-2)的顶部和底部粘贴有第一裂纹扩展应变计(2-1)和第二裂纹扩展应变计(2-2)的位置均粘贴于绝缘保护层(3)以形成第一裂纹扩展应变计(2-1)和第二裂纹扩展应变计(2-2)的保护层，所述第一裂纹扩展应变计(2-1)和第二裂纹扩展应变计(2-2)均连接至集成的微型信号采集单元(4)，所述微型信号采集单元(4)包括应变计接线端(4-1)、信号输出端(4-2)以及电源输入端(4-3)，所述第一裂纹扩展应变计(2-1)和第二裂纹扩展应变计(2-2)均连接至微型信号采集单元(4)的应变计接线端(4-1)，与置于微型信号采集单元(4)内部的两个固定电阻(5)形成工作电路，置于微型信号采集单元(4)内部的两个固定电阻(5)的阻值与第一裂纹扩展应变计(2-1)和第二裂纹扩展应变计(2-2)的阻值相同。2.如权利要求1所述的钢轨接头夹板疲劳裂纹损伤与扩展在线监测组件，其特征在于：所述第一裂纹扩展应变计(2-1)和第二裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊克，刘红光，宋丹，马学仕，卞侃，王曼，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32