基于感测应力集中变形的铁路计轴器结构设计

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应类最多。但是，他们在应用现场中 (特别是环境较为恶劣的工业企业、矿山等)常常会出现错记、漏记、多记等情况，这在设备安全性与可靠性直接涉及到旅客生命和财产安全的铁路运输生产和控制管理中，并且对设备具有 故障-安全”导向性能的强制性要求下，是决然不能有的。所以，这些产品始终不能完全投入到现场使用。经过对国内多个大型铁路站场的了解，确实急需高可靠性的计轴器。

2 计轴器设计新思路2.1计轴器感测对象我们说，铁轨在机车轮对经过时，在力的作用下，必会发生力学变形。而这个变形量是唯-的，不可能受到其他的干扰和混淆。所以，在列车运行过程中，要检测通过铁轨上某-点 (计轴点)的车轴数，最直观可靠的检测对象，就是这个力学变形量。那么，在整个铁轨上，怎样才能找到这个可以方便进行检测的变形，并且如何能有效的检测到这-变形，成为支持这-设计思路的核心问题 。

2.2 瓶颈问题经过多次的实验研究已经得出：当车轮通过轮轨，在轮轨上所施加的载荷是-种接触应力，其造成的主要结果是使轮轨表面产生塑性变形，而对轮轨内部其他部位所造成的变形是在微米级收稿日期：2013-06-21基金项目：内蒙古 自治区教育厅科研项目：铁路计轴器的研发作者简介：王宏伟 (1972-)，女，副教授，硕士，主要从事机电、数控专业结合方向的研究。

第35卷 第8期 2013-08(下) 91l l违 訇 化上的量u〖虑到安装测量的方便性，我们无法对轮轨表面变形进行检测。而其他部位的微变形量如果再考虑地基的缓冲、震动等因素的存在，对其进行实时感测几乎是行不通的。

2.3 新思路的提出经过对大量实验数据横向比对，我们发现：在相同载荷作用下，沿载荷作用线上各点应变并不是越靠近作用点其值越大。而是轨腰分别与轨头、轨底相接处相比轨腰中部O点的应变高出很多。其原因主要是由于轨腰与轨头、轨底相接处受力面积突然改变，造成应力集中现象所致。这就给我们在进行以上的控制元件的研究提供了-个新的思路：在结构上增加应力集中的设计，加大轮轨的变形，实现准确感测。

但有-点要注意的是：人为造成的应力集中可能会削弱钢轨强度，造成裂纹、失效等问题，对于铁轨维护非常不利。那么，如何在保证铁轨承载安全强度的前提下，设置便于感测的集中应力点呢 3 感测集中应力变形的计轴器结构设计3。1设置集中应力变形，确定感测目标。

孔要安装在枕木正上方，这样的钢轨在机车轮对的载荷 P作用下，当P作用线正好通过孔的中心线，孔的周围就会产生应力集中现象，致使孔的圆度发生改变，如图 1所示：其直径在垂直方向上的最大变形量表示如下： (△ )- d-d 。

经测算，由于应力集中引起的孔最大变形量是未钻孔前该处变形量的3～4倍口 ，这就为我们在此基础上设计铁路计轴器提供了数据支持。我们就把孔的最大变形量(A d)max作为铁路计轴器的感测对象，则其的检测难度将大大降低。

线轨底F、)图1 钢轨上孔的应力集中变形示意图[921 第35卷 第8期 2013-08(下)3.2感测集中应力变形的计轴器结构设计对于-个成型产品设计，必须考虑到在保证功能的前提下 ，能够实现成本低廉、又安装简易，才能普及使用。现仅将所设计铁路计轴器机械结构部分 (具体的加工精度、公差等细节本文不再详述)介绍如下：321结构组成1)锥形柱涨紧内杆，如图2所示。其结构基本由前部圆柱形螺纹部分和后部圆锥外表面的锥形部分构成。锥形部分的中间铣出-个立柱，立柱上加工-个lmm的通槽来感测图1中孔的变形量。

图2 锥形内杆零件图和实物图图3 锥形 开槽套 简零件 图和实物 图2)锥形开槽套筒，如图3所示。其外表面是圆柱形、内表面是圆锥形的。沿套筒-周开六个宽度为0.5mm的缝隙，其中-个开通，其余5个在内孔径较小的-段留2mm不开通 (见图3)。材料要求要有-定的弹性。

3)-个内径为 18的薄垫片 (标准件)和M16的厚螺母 (标准件)。

3.2.2总体装配方法 (如图4、5所示)1)首先将锥形开槽套筒沿-个方向装入铁轨轨腰事先钻好的 30mm的孔内，按其内孔径前端， ，L 、