钢轨标准试件校准应力施加装置及施加方法与流程

本发明属于无损检测轨道交通校准，具体涉及一种钢轨标准试件校准应力施加装置及施加方法。

背景技术：

1、在轨道交通领域，环境温度变化（高低温循环）及列车载荷会使钢轨内部产生显著的内应力。内应力若超出安全阈值，易导致钢轨变形、加速疲劳裂纹扩展、破坏轨道几何形位，严重威胁行车安全。在铁路预防性养护中，定期对钢轨进行应力检测是实施“状态修”和预防重大断轨事故的关键技术手段。

2、在开展现场应力检测前，必须使用钢轨标准试件对检测仪器（如超声波应力仪、磁弹仪等）进行校准，以确保现场测量数据的准确性与可靠性。校准的本质是“标定”，即必须用一组已知大小的应力值去激励钢轨标准试件，同时记录仪器的响应信号，从而绘制出“应力-信号”标定曲线。然而，目前行业内缺乏专用的、能够对钢轨标准试件施加定量、可控且方向可变的（拉/压）应力的校准装置。 现有技术多采用材料试验机或简易加载工装，以材料试验机为例，材料试验机对钢轨标准试件加载偏心的程度受试件装夹位置、轨头表面平直度影响极大，属于随机性系统误差，而非固定比例误差。每次装夹都会改变，无法通过单一修正系数消除，且存在体积庞大、无法模拟钢轨特定截面受力、拉压切换困难、无法在现场或小型实验室灵活使用等问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种钢轨标准试件校准应力施加装置及施加方法，解决现有技术中试验机对钢轨标准试件加载随机性系统误差大，体积庞大、无法模拟钢轨特定截面受力、拉压切换困难、无法在现场或小型实验室灵活使用等问题；本装置的卡件和楔块结构与钢轨标准试件轨腰和轨头形状紧密贴合，避免了应力集中和加载偏心，确保了校准结果的准确性和可重复性。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，包括液压缸组件、力传递模块和多个楔块；

4、所述力传递模块包括两个卡件，所述卡件设有c形的卡口，所述卡件用于夹持钢轨标准试件的轨腰或轨头部，两个卡件分别与所述液压缸组件的两端可拆卸连接；

5、当所述卡件夹持在钢轨标准试件的相应位置时，所述卡件的左右两侧壁的内侧面与钢轨标准试件的腹板左右两侧面形成缝隙，所述楔块对应装配在所述缝隙内。

6、进一步的，还包括可移动的防护罩，所述防护罩用于覆盖或暴露所述液压缸组件和力传递模块。

7、进一步的，所述防护罩为龙门架形，所述防护罩的左右侧壁底部通过滑块滑动连接有导轨，所述导轨固定在地面上。

8、进一步的，所述液压缸组件包括两个左右分布的液压缸，所述卡件的左右两侧壁外侧面均设置有两个上下平行分布的耳板，所述液压缸的固定壳体底端和液压杆顶端均设置有带插孔的连接块，当所述连接块插入两个耳板形成的间隙时通过销柱连接为一体。

9、进一步的，所述卡件的左右两侧壁内侧面设有前后延伸贯穿的限位槽，当所述卡件夹持在钢轨标准试件的相应位置时，所述楔块的倾斜面插入所述限位槽内。

10、进一步的，其中一条导轨的一侧设有沿着其长度方向延伸分布的立板，所述立板的顶面设有齿条，所述防护罩的侧壁上设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴设置有与所述齿条啮合传动的齿轮。

11、进一步的，还包括有视觉监测模块，所述视觉监测模块包括至少一个摄像头和数据存储单元，所述摄像头设置在所述防护罩的顶部内侧，所述摄像头的拍摄视野覆盖加载区域。

12、一种钢轨标准试件校准应力施加方法，采用上述的钢轨标准试件校准应力施加装置对钢轨标准试件进行校准应力施加，包括以下步骤：

13、s10、将两个卡件的卡口分别夹持钢轨标准试件的相应位置，两个卡件分别与所述液压缸组件的两端可拆卸连接；

14、s20、在低压模式下，控制液压缸组件启动使卡件移动至初始位置，然后，对液压缸组件泄压；

15、s30、根据所需应力类型，选择楔块在缝隙内的装配位置；

16、当所需拉应力时，将楔块从卡件的外侧装配在缝隙中实现卡件与钢轨标准试件之间的临时固定；

17、当需要压应力时，将楔块从卡件的内侧装配在缝隙中实现卡件与钢轨标准试件之间的临时固定；

18、s40、根据钢轨标准试件所需的目标钢轨应力值，计算除液压缸组件所需的目标油压值；

19、s50、控制液压缸组件对钢轨标准试件施加应力，直至液压缸组件达到s40中计算出的目标油压值，此时两个卡件对钢轨标准试件施加的应力达到目标钢轨应力值，液压缸组件进入保压状态；

20、s60、通过达到目标钢轨应力值的钢轨标准试件对检测仪器进行校准；

21、s70、完成检测仪器的校准工作后，对液压缸组件进行泄压。

22、进一步的，在步骤s40中，目标油压值p的计算公式如下：

23、；

24、其中，为目标钢轨应力值，为钢轨标准试件的截面积，为液压缸活塞有效面积。

25、进一步的，还包括可移动的防护罩，当对钢轨标准试件施加应力时，所述防护罩用于覆盖所述液压缸组件、钢轨标准试件和力传递模块。

26、本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

27、1、本发明所述的钢轨标准试件校准应力施加装置填补领域空白，具备专用性，相比通用的万能材料试验机，本装置的卡件和楔块结构与钢轨标准试件轨腰和轨头形状紧密贴合，避免了应力集中和加载偏心，确保了校准结果的准确性和可重复性；

28、本发明所述的钢轨标准试件校准应力施加方法，采用上述的钢轨标准试件校准应力施加装置对钢轨标准试件进行校准应力施加，无需更换任何主要部件，仅通过调整楔块位置，即可在同一装置上分别产生拉应力或压应力，大大简化了操作流程；

29、2、本发明一机两用，拉压应力快速切换，利用楔块的不同安装方向无需更换任何主要部件，仅通过调整楔块位置，即可在同一装置上分别产生拉应力或压应力，本发明大大简化了操作流程，降低了设备成本和体积，尤其适合现场或移动实验室使用；

30、3、应力值精确可控，可量化校准，基于液压缸的液压原理和面积换算公式，操作人员可根据校准所需的钢轨应力值，直接反算出伺服精密控制液压系统的供油压力，实现了应力的定量、精确、连续控制，为应力检测仪器的精确标定提供了可靠的计量基准；

31、4、防护罩用于覆盖或暴露所述液压缸组件和力传递模块，避免误触或防护不到位的情况，尤其适用于高频次校准场景，从源头上杜绝人为误操作风险。

32、5、视觉监测模块实现过程可追溯，防护罩内置高清的摄像头，可实时观测钢轨变形、楔块位移及卡件状态，并记录整个加载过程。该影像资料可用于事后分析、操作审查、故障诊断及校准过程的质量追溯，显著提升设备的智能化与数据化水平。

1.一种钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，包括液压缸组件（1）、力传递模块和多个楔块（5）；

2.根据权利要求1所述的钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，还包括可移动的防护罩（6），所述防护罩（6）用于覆盖或暴露所述液压缸组件（1）和力传递模块。

3.根据权利要求2所述的钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，所述防护罩（6）为龙门架形，所述防护罩（6）的左右侧壁底部通过滑块滑动连接有导轨（7），所述导轨（7）固定在地面上。

4.根据权利要求1所述的钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，所述液压缸组件（1）包括两个左右分布的液压缸，所述卡件（2）的左右两侧壁外侧面均设置有两个上下平行分布的耳板（8），所述液压缸的固定壳体底端和液压杆顶端均设置有带插孔的连接块（9），当所述连接块（9）插入两个耳板（8）形成的间隙时通过销柱（10）连接为一体。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，所述卡件（2）的左右两侧壁内侧面设有前后延伸贯穿的限位槽（11），当所述卡件（2）夹持在钢轨标准试件（3）的相应位置时，所述楔块（5）的倾斜面插入所述限位槽（11）内。

6.根据权利要求3所述的钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，其中一条导轨（7）的一侧设有沿着其长度方向延伸分布的立板（12），所述立板（12）的顶面设有齿条（13），所述防护罩（6）的侧壁上设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴设置有与所述齿条（13）啮合传动的齿轮。

7.根据权利要求3或6所述的钢轨标准试件校准应力施加装置，其特征在于，还包括有视觉监测模块，所述视觉监测模块包括至少一个摄像头（14）和数据存储单元（15），所述摄像头（14）设置在所述防护罩（6）的顶部内侧，所述摄像头（14）的拍摄视野覆盖加载区域。

8.一种钢轨标准试件（3）校准应力施加方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项钢轨标准试件校准应力施加装置对钢轨标准试件（3）进行校准应力施加，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的钢轨标准试件（3）校准应力施加方法，其特征在于，在步骤s40中，目标油压值p的计算公式如下：

10.根据权利要求9所述的钢轨标准试件（3）校准应力施加方法，其特征在于，还包括可移动的防护罩（6），当对钢轨标准试件（3）施加应力时，所述防护罩（6）用于覆盖所述液压缸组件（1）、钢轨标准试件（3）和力传递模块。