CN104198375A - 一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法。该方法依据的原理是滑动摩擦定律。开始测试之前通过调速手柄选择一个档位，测量在某滑移率下的黏着系数，设定一个初始测试速度和载荷，车子达到指定速度和载荷后便开始测试，与此同时，可以在配重盒里放置指定重量的砝码以测定不同载荷下的黏着系数，在车子启动之后，通过重力传感器时刻监测车子运行状态并且通过单片机或是上位机的直接控制来改变测试车的行驶速度，在车子运行平稳之后，固定在前轴上的转矩传感器时刻在测量由于滑移率改变而引起的转矩的变化，测量的信号机通过处理电路和A/D转换芯片传输到单片机，因为单片机具有依据滑动摩擦定律编译的程序，所以可以通过单片机的计算得出钢轨和车轮之间的滑动黏着系数。

Description

一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量轮轨接触黏着系数的新方法。 

背景技术

现代铁路上主要用摆式仪、手推摩擦计测量钢轨摩擦系数。摆式仪、手推摩擦计进行轨面抗滑性测试，速度慢，效率低，从而不能对里程较长的铁轨进行全线测试，而只能选择某些路段抽样调查，这使得测试结果表征轨面抗滑性具有一定的片面性。 

发明内容

为了克服摆式仪、手推摩擦计不能长距离测量的不足, 本发明提供一种新的测试方法，能现场测出各种工况下的轮轨接触黏着系数。测量车中前轮比后轮小是基于减轻重量的考虑，两轮材料和常规火车轮材料相同。在后轴上安装有两级变速箱和链轮，可以测量不同速度和滑移率下的黏着系数，测量车的动力来源于电机驱动，所以测量的对象是中低速下的滑动黏着系数。测量车中的减速和停车是通过前后轮的刹车系统完成，由刹车盘，液压油导管，液压泵组成。本发明以单片机为控制单元，在保证车子稳定运动状态下测试前轴受到的转矩会发生变化，而装在前轴上的转矩传感器会测到这种变化。 

本发明所采用的技术方案是：为了克服现有的测试装备不能现场测量在不同滑移率、车速、载荷等工况下的黏着系数和显示并储存大量数据信息（比如：测试车速、时间、黏着系数等）的不足，本发明依据的原理是如图1所示的滑动摩擦定律，该方法由测量车实现，测量车由三部分组成，即机械部分、液压部分和控制部分，由前后轮、车架、电机、变速箱、传感器、制动盘、刹车片、液压泵、电源组成。 

u为车轮和钢轨的滑动黏着系数；f 为车轮与轨面之间纵向摩擦力； 

N为车轮受到轨面的正压力；M为前轴受到的因为蠕滑率改变而受到的转矩；R 为前轮半径。

  

滑移率通过装在后轴上的塔形链轮改变，通过调速手柄换挡改变车速可以改变小车的滑移率。公式如下：

S为滑移率；Z₂为后轴上塔形链轮的齿数；Z₁为前轴上链轮的齿数。

  

当测试车在钢轨上运动时，通过调速手柄改变滑移率，在保证车子稳定运动状态下测试前轴受到的转矩会发生变化，而装在前轴上的转矩传感器会测到这种变化。也可以通过改变车子的速度或是通过改变配重测量不同速度和载荷下的黏着系数。

与现有技术相比，本发明有益效果是： 

（1）可以现场方便快速测量出各种工况下（包括不同载荷、速度、滑移率等）的轮轨黏着系数。

（2）本发明与现有技术的最大不同之处依据滑动摩擦定律求出滑动黏着系数，并且可以实时显示测量的钢轨黏着系数，同时方便用户随时提取以前同样条件、地点的测量数据，进行比较。 

（3）电路设计中元件选择追求性能和价格的友好协调，使得测试系统具有很高性价比并且工作稳定可靠。既保证了系统具有很高的测量精度又可以减少成本。 

附图说明

图1为本发明的测试原理。 

图2为本发明的整体外观示意图。 

图3为本发明的整体内部示意图。 

图4为本发明变速箱爆炸图。 

附图标记：小车外壳 1、车钩2、前轮3、重力传感器4、后轮5、后制动盘6、后减震器7、车架8、配重9、链条10、前减震器11、前制动盘12、前链轮13、转矩传感器14、后轮胎15、变速箱16、压紧链轮装17、塔形链轮18、电机19、电源20、顶部螺栓21、顶端盖22、上端盖23、放油口螺栓24、输油口螺栓25、轴承26、轴承端盖27、固定螺栓28、斜齿轮29、端盖30、轴承31、密封圈32、挡圈33、端盖34、斜齿轮35、固定地板螺栓36、下端盖37 。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 

如附图2、附图3所示，本发明的组成包括外壳、前后轮、车架、电机、变速箱、传感器、电源、液压泵、固定螺栓、配重、塔形链轮等。

实施例1、一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法，由前后轮、车架、电机、变速箱、传感器、制动盘、刹车片、液压泵、前链轮、塔形链轮、电源等组成；其中：两个后轮（5）、塔形链轮（18）、橡胶轮（15）、变速箱（11）安装在后轴上，其中变速箱中，顶部端盖（22）通过顶部螺栓（21）连接到上端盖（23），变速箱里有两对齿轮（29）、（35），两级变速，电机（12）通过车架上的电机吊座悬挂横梁上，后刹车装置通过螺栓固定在横梁，电源（20）通过螺栓固定在横梁上，后减振器通过下端部与后轴相连，上端部连接车架。 

实施例2、一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法，其中：重力传感器（4）安装在测试车外壳（1）上，用来检查测试车运行是否平稳，前轮（3）、前制动盘（12）、前减震器（11）通过前轴构成测试机构，车架前端的车钩（2）用来连接牵引车。 

实施例3、一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法，其中：为了让测试车的运行状态更平稳，后减震器上端、下端和中间的弹簧组成的减震器套在后轴上，橡胶轮内圈和外胎构成牵引轮胎也安装在后轴上，方便测试车的位置转移，通过后制动盘和刹车片组成制动装置，液压油导管与液压阀相连，液压控制制动装置，后轴上还装有塔形链轮改变滑移率18。 

实施例4、一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法，其中：通过固定在前轴上的转矩传感器捕捉由于滑移率的改变导致转矩的变化，信号通过处理电路和A/D转换芯片传输到单片机，因为单片机具有依据滑动摩擦定律编译的程序，所以可以通过单片机的计算得出钢轨和车轮之间的滑动黏着系数，最后可以传输到LCD显示屏或是无线传输到上位机。通过上位机的数据处理软件，实时显示滑动黏着系数等测量指标的曲线图。 

本发明的工作方法如下： 

在对钢轨黏着系数检测前，将测试车安全平稳放到钢轨上，操作人员检查测试车电路，液压油路是否正常。开始测试之前通过调速手柄选择一个档位，测量在某滑移率下的黏着系数，设定一个初始测试速度和载荷，车子达到指定速度和载荷后便开始测试，与此同时，可以在配重盒里放置指定重量的砝码以测定不同载荷下的黏着系数，在车子启动之后，通过重力传感器时刻监测车子运行状态并且通过单片机或是上位机的直接控制来改变测试车的行驶速度，在车子运行平稳之后，固定在前轴上的转矩传感器时刻在测量由于滑移率改变而引起的转矩的变化，测量的信号机通过处理电路和A/D转换芯片传输到单片机，因为单片机具有依据滑动摩擦定律编译的程序，所以可以通过单片机的计算得出钢轨和车轮之间的滑动黏着系数，最后可以传输到LCD显示屏或是无线传输到上位机。由于车子重量有限和动力来源于直流电机，所以只能测量中低速情况下的滑动黏着系数，并且速度过高，测试车会剧烈震动，影响测试精度。

采用本智能测量方法的轮轨黏着系数智能检测装备具有可靠的机械防护及电气保护装置，整机重量轻，体积小，测量过程快速便利，工作安全靠。 

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法，该方法依据的原理是如图1所示的滑动摩擦定律该方法由测量车实现，测量车由三部分构成，即机械部分、测量部分、控制部分;由前后轮、车架、电机、变速箱、传感器、制动盘、刹车片、液压泵、电源组成；其特征在于：由后减震器上端、下端和中间的弹簧组成减震器套在后轴上，橡胶轮内圈和外胎构成牵引轮胎也安装在后轴上，通过后制动盘和刹车片组成制动装置，通过液压油导管与液压阀相连，后轴上还装有塔形链轮改变滑移率（18）；通过调速手柄调节车子的档位来改变滑移率，进而可以测量不同滑移率下的黏着系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法，其特征在于：重力传感器（4）安装在测试车外壳（1）上，用来检查测试车运行是否平稳，前轮（3）、前制动盘（12）、前减震器（11），前链轮（13）通过前轴构成测量机构，车架前端的车钩（2）用来连接牵引车。

3.根据权利要求1所述的一种基于机电液一体化的轮轨黏着系数智能测量方法，其特征在于：通过固定在前轴上的转矩传感器捕捉由于滑移率的改变导致转矩的变化，信号通过处理电路和A/D转换芯片传输到单片机，因为单片机具有依据滑动摩擦定律编译的程序，所以可以通过单片机的计算得出钢轨和车轮之间的滑动黏着系数，最后可以传输到LCD显示屏或是无线传输到上位机；通过上位机的数据处理软件，实时显示滑动黏着系数等测量指标的曲线图。