[其他]轮轨接触应变量测传感器

说明书

一种轮轨接触应变量测传感器，用组成桥路的电阻应变片粘贴在测试元件上，由设置于接触体内部的六个轴线［Ｓ］平行，磨平面法线方向［Ｎ］不同的圆柱形或其他形状的金属测试元件［３］组成一个贴片方向各异的测试单元。它能直接量测实物钢轨及其他实体工程结构在接触表面以下一定深度范围内的弹性及塑性变形。

本发明涉及轮轨接触应变量测传感器，是测量工程结构及机械设备接触问题的工具，特别是研究铁路轮轨关系的工具。

世界各国重载铁路中，钢轨损伤类型多集中于轮轨接触疲劳损伤，因而及时发现、研究轮轨接触疲劳损伤对于保证铁路运输安全，延长钢轨寿命等项研究具有现实意义。其中的一个重要方面是荷载作用下轮轨接触区的应力和应变分布状态。在传统的应力测定中，主要是量测物体处表面的应力。然而对于接触应力问题，由于使金属接触体发生疲劳伤损的主要因素-剪应力发生在接触表面以下一定深度处，因而量测接触体的内部应变状态进而推求其内部应力状态是至关重要的。迄今为止，在接触问题的研究中多采用偏光弹性方法，该法在处理三维问题时工艺复杂，定量困难且局限于弹性范围，苏联曾在环氧树脂模型钢轨中埋设电阻应变片测试接触应力，见苏联专利Su-113651，1957，但仍无法克服上述困难。人们一直在寻求对于实物钢轨的接触应力进行直接量测的方法，但仅在测量接触面的形状和大小方面取得了某些进展，而对于轨顶接触面以下应力应变的测试则还没有过成功的先例。

本发明的目的在于提出一种轮轨接触应变量测传感器，它能直接量测实物钢轨及其它实体工程结构在接触表面以下一定深度范围内的弹性及塑性变形。

发明是这样实现的，采用一种轮轨接触应变量测传感器，由组成桥路的电阻应变片粘贴在测试元件上组成。为测定金属接触体的内部变形，由设置于接触体内部的六个轴线〔S〕平行，磨平面〔6〕法线〔N〕方向不同的圆柱形或其它形状的与接触体材质相同的金属测试元件〔3〕（简称“测试元件”），组成一个贴片方向各异的测试单元。六个测试元件在接触体内部不同测点的相同深度h〔8〕处共测定六个方向的正应变，欲确定这一深度h〔8〕处的变形状态，必须选取最大共面数不超过三的六个不同的测试方向。测试元件〔3〕与钢轨预钻孔粘结层〔4〕的抗剪强度与测试元件细长比之比应不小于重车作用下接触表面最大压应力的四分之一。测试元件〔3〕上所贴的应变片应以漆包线作为引出线，在每一测试元件上可在若干个不同深度h〔8〕处粘贴同方向的电阻应变片。测试元件〔3〕中的电阻应变片〔7〕在接触体内部沿任一方向r设置的方法是将测试元件〔3〕轴线〔S〕与接触面中心垂线重合，旋转测试元件使其磨平面〔6〕法线〔N〕垂直于。

现结合附图叙述接触应变量测传感器的工作原理与具体结构。

图1：接触应变量测传感器工作原理图。

图2：一个测试元件及应变片粘贴布置图。

图3：六个测试元件量测六个不同方向布置图。

图4：钢轨接触面中心垂线为Z轴时，测试元件上应变片粘贴方向与接触面中心垂线形成＜α实例图。

图5：测试元件磨平面方向和电阻应变片空间定位图。

参见图1，接触应变传感器为一组埋设于被测接触体内部的金属元件，其上贴有组成桥路的电阻应变片。在钢轨头部〔2〕需要测定的部位钻直径2～5mm的圆孔〔9〕，深度约为20～50mm，钻孔深度是测点深度的一倍以上，以避免测试过程中发生应力集中。再以与钢轨相同材质的钢材加工成圆柱形测试元件〔3〕，要求该元件密贴钢轨中所开圆孔，其直径差小于0.1mm，周边填充环氧树脂作为粘结层〔4〕。在轨头下部垂直于圆孔开横向导线通道〔5〕引出电阻应变片的引出线。接触应变传感器工作时，其顶部与车轮〔1〕密贴。

参见图2，用与待测钢轨相同材质的钢材加工成圆柱形或其他形状测试元件〔3〕，沿其母线打磨出一条尽可能窄的磨平面〔6〕作为测试面，其上粘贴电阻应变片，由六个轴线〔S〕平行，磨平面法线〔N〕方向不同，贴片方向各异的测试元件〔3〕组成一个测试单元。