CN107843370B - 一种轨道列车运行阻力的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轨道列车运行阻力的测试装置及方法，其中，该测试装置包括第一车钩、测力部件和第二车钩，所述第一车钩能够与牵引列车相连，所述第二车钩能够与待测列车相连；所述测力部件包括测力筒和设于该测力筒周壁的若干应变式传感器，所述测力筒的两端分别与所述第一车钩、所述第二车钩相连；还包括数据处理部件，所述数据处理部件与各所述应变式传感器信号连接，并能够接收各所述应变式传感器所测得的应变值，以计算所述运行阻力。本发明所提供轨道列车运行阻力的测试装置及方法，其测力部件采用的是测力筒与应变式传感器的组合式结构，测力筒的壁厚相对较薄，应变的灵敏度更高，可较为准确地获取轨道列车的低速运行阻力。

Description

一种轨道列车运行阻力的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道列车阻力测试技术领域，尤其涉及一种轨道列车运行阻力的测试装置及方法。

背景技术

轨道列车的运行阻力与其动力性、经济性紧密相关，是轨道列车的基础技术参数之一，而运行阻力的测试也是轨道列车整车车型试验的重要项目之一。

轨道列车的运行阻力又分为低速运行阻力和高速运行阻力，其中，低速运行阻力更能够反映轨道列车的固有阻力。

但是，在现有技术中并不存在轨道列车的低速运行阻力的测试方法，而轨道列车的低速运行阻力普遍通过仿真计算获得，缺乏实际的测试数据。此外，轨道列车在低速运行时，其所受到的阻力相对较小，现有的力传感器结构也难以准确地测量该阻力的大小。

因此，如何提供一种准确度高的轨道列车低速运行阻力的测试装置，仍是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道列车运行阻力的测试装置及方法，该测试装置可以对轨道列车的低速运行阻力进行测试，且测试结果的准确度较高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种轨道列车运行阻力的测试装置，包括第一车钩、测力部件和第二车钩，所述第一车钩能够与牵引列车相连，所述第二车钩能够与待测列车相连；所述测力部件包括测力筒和设于该测力筒周壁的若干应变式传感器，所述测力筒的两端分别与所述第一车钩、所述第二车钩相连；还包括数据处理部件，所述数据处理部件与各所述应变式传感器信号连接，并能够接收各所述应变式传感器所测得的应变值，以计算所述运行阻力。

本发明所提供轨道列车运行阻力的测试装置，其测力部件采用的是测力筒与应变式传感器的组合式结构，测力筒不仅是应变式传感器的承载件，同时也是牵引列车与待测列车的传力件，牵引列车通过该测力筒将牵引力传递给待测列车，以带动待测列车运行。

较之实心的柱状结构，测力筒的壁厚相对较薄，应变的灵敏度更高，可将低速运行时牵引列车与待测列车之间较小牵引力所产生的应变进行放大，一方面可便于应变式传感器的测量，另一方面，还能够减小外界干扰因素的影响，使得测量结果的准确度更高。

该测试装置中的数据处理部件可接收各应变式传感器的应变值，并能够对该应变值进行分析，以计算待测列车运行过程中的阻力；且当牵引列车带动待测列车低速匀速运行时，牵引列车对待测列车的牵引力与待测列车所受到的阻力相同，此时，所测得的牵引力即为待测列车的低速运行阻力。

此外，本发明与现有技术的另一区别在于，本发明所提供测试装置采用牵引的方式测量待测列车的低速运行阻力，与待测列车的实际运行情况更为贴近，所测得结果的准确性更高，也更具有实际参考价值。

可选地，所述测力筒为圆形筒。

可选地，各所述应变式传感器设于所述测力筒的轴向中部，并环绕所述测力筒的外周间隔分布。

可选地，所述应变式传感器的数量为4个，其中，两所述应变式传感器设于所述测力筒外周的垂向两端，另外两所述应变式传感器设于所述测力筒外周的横向两端。

可选地，各所述应变式传感器中，若干所述应变式传感器环绕所述测力筒的外周间隔分布，以形成一圈，若干圈所述应变式传感器沿所述测力筒的轴向间隔分布。

可选地，还包括密封罩，所述密封罩与所述测力筒的周壁围合形成密封腔，所述应变式传感器设于所述密封腔中，所述应变式传感器为电阻应变片。

可选地，所述测力筒的两端均设有连接板，两所述连接板分别与所述第一车钩、所述第二车钩通过销钉相连。

可选地，所述第二车钩设有过渡风管，所述过渡风管能够与所述牵引列车、所述待测列车的风管相连。

本发明还提供一种轨道列车运行阻力的测试方法，适用于上述的轨道列车运行阻力的测试装置，包括如下步骤：将所述测试装置与所述牵引列车、所述待测列车相连；所述牵引列车以第一预定加速度带动所述待测列车起步，直至所述待测列车达到预定速度，并以该预定速度匀速运行预定时间，然后，所述牵引列车以第二预定加速度控制所述待测列车制动；所述数据处理部件计算所述待测列车运行过程的阻力变化。

由于上述的轨道列车运行阻力的测试装置已具备如上的技术效果，那么，基于该测试装置的测试方法亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。

可选地，在将所述测试装置与所述牵引列车相连、所述待测列车相连之前，还包括：对所述测力部件的应力-应变关系进行标定。

附图说明

图1为本发明所提供轨道列车运行阻力的测试装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中测试装置的使用状态图。

图1-2中的附图标记说明如下：

1第一车钩；

2测力部件、21测力筒、22应变式传感器、23连接板；

3第二车钩、31过渡风管；

4牵引列车、5待测列车。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本文中所述“若干”是指数量不确定的多个，通常为两个以上；且当采用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件的数量相同。

本文中所述“第一”、“第二”等词仅是为了便于描述结构相同或相类似的两个以上的结构或部件，并不表示对顺序的某种特殊限定。

请参考图1-2，图1为本发明所提供轨道列车运行阻力的测试装置的一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1中测试装置的使用状态图。

如图1、图2所示，本发明提供一种轨道列车运行阻力的测试装置，

包括第一车钩1、测力部件2和第二车钩3，第一车钩1能够与牵引列车4相连，第二车钩3能够与待测列车5相连；测力部件2包括测力筒21和设于该测力筒21周壁的若干应变式传感器22，测力筒21的两端分别与第一车钩1、第二车钩3相连。

在上述测试装置中，其测力部件2采用的是测力筒21与应变式传感器22的组合式结构，测力筒21不仅是应变式传感器22的承载件，同时也是牵引列车4与待测列车5的传力件，牵引列车4通过该测力筒21将牵引力传递给待测列车5，以带动待测列车5运行。

较之实心的柱状结构，测力筒21的壁厚相对较薄，应变的灵敏度更高，可将低速运行时牵引列车4与待测列车5之间较小牵引力所产生的应变进行放大，一方面可便于应变式传感器22的测量，另一方面，还能够减小外界干扰因素的影响，使得测量结果的准确度更高。

例如，可假设低速运行下牵引列车4与待测列车5之间牵引力使得实心柱状结构所产生的应变为10，外界干扰因素导致测量结果出现偏差的范围是1-2，那么，由于外界干扰因素的影响，该应变值测量结果的误差可达到百分之十几；而采用本发明所提供测试装置后，由于测力筒21对该应变的放大，其所测得的应变可以为100、1000乃至更大，而外界干扰因素不变，那么，外界干扰因素对该应变(或者说牵引力、阻力)测量结果的影响就可大幅降低，牵引力的测量结果就可以更为准确；此外，由于应变被放大，各应变式传感器22自身所产生的误差对于测量结果准确性的影响也可大幅降低，可进一步地提高测量结果的准确性。

需要说明的是，本发明实施例并未明确限定测力筒21对应变的具体放大倍数，或者，本发明实施例并未明确限定测力筒21的材料、轴向长度、内孔直径及壁厚等设计参数；可以理解，测力筒21的轴向长度越长、壁厚越薄，其对应变的灵敏度也就越高，但相应地，其抗弯强度、刚度等就越差；在具体实施时，本领域的技术人员可根据测量灵敏度要求及刚度、强度等实际需求，选择具有合适材料、合适参数的测力筒21。

本发明实施例所提供测试装置还包括数据处理部件(图中未示出)，该数据处理部件与各应变式传感器22信号连接，以接收各应变式传感器22所测得的应变值，并能够对各应变式传感器22的应变值进行分析，以计算待测列车5运行过程中的阻力。

当牵引列车4带动待测列车5低速匀速运行时，牵引列车4对待测列车5的牵引力即与待测列车5所受到的阻力相同，此时，计算所得的牵引力即为待测列车5的低速运行阻力。

该低速运行阻力反映了轨道列车的固有阻力，通过对该低速运行阻力的测试可填补长期以来轨道列车固有阻力实测数据的空白，为轨道列车整车阻力试验提供大量的数据支持，为构建更为完善的列车整车车型打下坚实的基础。

上述数据处理部件具体可以为外接的电脑或其他计算显示设备等，其能够接收各应变式传感器22所测得应变值，并能够根据给定(或者测得)的应力-应变关系，计算阻力的大小。进一步地，其还可以生成阻力随时间的变化曲线，以实时显示轨道列车运行过程中所受到阻力的变化过程。

此外，本发明与现有技术的另一区别还在于，本发明所提供测试装置采用牵引的方式测量待测列车5的低速运行阻力，应当知晓，轨道列车在实际运行时即是一节车厢拖动另一节车厢，也就是说，本发明所提供测试装置的测试方式更为贴近待测列车5的实际运行情况，所测得结果的准确性更高，也更具有实际参考价值。

进一步地，本发明实施例中的测力筒21可以为圆形筒，较之方形筒、三角形筒或其他的异形筒，圆形筒的周向受力更为均匀，更便于在周向设置多个应变式传感器22进行对比试验。

具体地，上述各应变式传感器22可以设于测力筒21的轴向中部，相比于轴向上的其他位置，测力筒21中部的灵敏度更高，尤其是轨道列车在弯道运行时，测力筒21中部的灵敏度远大于其轴向两端，更利于提高测量结果的准确性

各应变式传感器22可以设于测力筒21的内壁，也可以设于外壁，比较而言，测力筒21的外壁更便于安装及后期的维修更换等。

设于测力筒21外壁的各应变式传感器22可环绕测力筒21的周向间隔分布，以便获得测力筒21周向不同位置的应变值，通过对比周向各应变式传感器22所测得的应变值，可更为准确地计算测力筒21所受到的牵引力。

更为具体地，上述应变式传感器22的数量可以为4个，其中，两应变式传感器22可以设于测力筒21外周的垂向两端，为测量片，另外两应变式传感器22可以设于测力筒21外周的横向两端，为抗干扰片。

通过上述抗干扰片的设置可有效地减少环境温度等干扰因素对应变式传感器22测量结果准确性的影响，同时，还能够对测量片所测得结果进行补偿，以增大输出，从而更大程度地保证测量结果的准确性、可靠性。

在本文中，以轨道列车的行驶方向为纵向，也即测力筒21的轴向，以上下方向为垂向；在水平面内，与纵向相垂直的方向为横向。

或者，在上述各应变式传感器22中，若干应变式传感器22可以环绕测力筒21的外周间隔分布，以形成一圈，若干圈应变式传感器22可以沿测力筒21的轴向间隔分布。如此，位于轴向不同位置的应变式传感器22所测得结果还能够相互对比，以进一步地提高测量结果的准确性。

上述的应变式传感器22具体可以为电阻应变片，电阻应变片能够将测力筒21的应变变化转变为电阻变化，其分辨能力极强，能够测出极其微小的应变，如1-2微应变等，具有良好的绝缘性能、耐潮性能和耐热性能，且价格低廉，便于采购。

进一步地，还可以包括密封罩(图中未示出)，密封罩与测力筒21的周壁能够围合形成密封腔，前述的应变式传感器22即可安装于该密封腔内，该密封罩可以隔绝应变式传感器22与外界的空气，以防止空气中的灰尘等颗粒物对应变式传感器22测量结果的影响。

上述密封罩的数量可以多个，并与各应变式传感器22一一对应设置，也就是说，一个应变式传感器22对应一个密封腔；当然，也可以多个应变式传感器22安装于同一密封腔，具体在使用时，本领域的技术人员可根据安装环境等实际情况而定。

上述密封罩具体可以为在应变式传感器22外表面所涂覆的一层密封胶。

请继续参考图1，测力筒21的两端均可以设有连接板23，两连接板23与第一车钩1、第二车钩3可以通过销钉相连，以提高测力部件2与第一车钩1、第二车钩3拆装的便捷性。

第二车钩3可以设有过渡风管31，该过渡风管31能够与牵引列车4、待测列车5的风管相连，如此，牵引列车4即可为待测列车5的空气弹簧供风，以实现待测列车5的正常运行和制动。

基于上述各实施方式中的测试装置，本发明还提供一种轨道列车运行阻力的测试方法，其具体可以包括如下步骤：

步骤S1，将本发明实施例所提供测试装置与牵引列车4、待测列车5进行连挂，以进入试验状态。

具体而言，首先，要将测试装置的第一车钩1与牵引列车4相连、第二车钩3与待测列车5相连；然后，将过渡风管31与牵引列车4、待测列车5的风管相连；之后，再建立数据处理部件与各应变式传感器22的信号传递关系，并通电进行调试，以进入试验状态。

步骤S2，控制牵引列车4以第一预定加速度带动待测列车5起步，直至待测列车5达到预定速度，并以该预定速度匀速运行预定时间，然后，牵引列车4以第二预定加速度控制待测列车5制动。

在上述步骤S2实施的过程中，数据处理部件需要检测并计算待测列车5运行过程的阻力变化，尤其是待测列车5以预定速度匀速行驶过程中的阻力值，该阻力值即为本发明实施例所要检测的低速运行阻力。

上述第一预定加速度以及第二预定加速度应当尽可能的小，使得待测列车5可以缓慢启动、缓慢制动，以尽量延长待测列车5的加速或减速时间，更便于应变式传感器22检测待测列车5起步或者制动过程中的阻力变化；上述预定速度可根据需要设定，如果是测量轨道列车的低速运行阻力，则该预定速度可以较小，具体可以为5km/h；本发明实施例并不限定上述预定时间的长短，只要匀速运行预定时间后，阻力值可以达到稳定即可。

在上述步骤S1实施之前，还可以对测力部件2的应力-应变关系进行重新标定，以尽可能地保证每一次测量结果的准确性。

如需要进行多组对比试验，可以重复上述的步骤S2，以期获得更为准确的测量结果。

可以理解，尽管上述各实施方式中均以低速运行阻力的测量为例阐述本发明所提供测试装置及方法，但本发明所提供测试装置及方法显然并不局限于对轨道列车低速运行阻力的测试，其还可以对中高速运行阻力进行测试；而针对不同速度级的阻力测试，可对测力筒21的结构进行相适应性的调整，以使其满足相应的强度及灵敏度要求。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轨道列车运行阻力的测试装置，其特征在于，包括第一车钩（1）、测力部件（2）和第二车钩（3），所述第一车钩（1）能够与牵引列车（4）相连，所述第二车钩（3）能够与待测列车（5）相连；

所述测力部件（2）包括测力筒（21）和设于该测力筒（21）周壁的若干应变式传感器（22），所述测力筒（21）的两端分别与所述第一车钩（1）、所述第二车钩（3）相连；

还包括数据处理部件，所述数据处理部件与各所述应变式传感器（22）信号连接，并能够接收各所述应变式传感器（22）所测得的应变值，以计算所述运行阻力；

还包括密封罩，所述密封罩与所述测力筒（21）的周壁围合形成密封腔，所述应变式传感器（22）设于所述密封腔中；所述应变式传感器（22）为电阻应变片。

2.根据权利要求1所述轨道列车运行阻力的测试装置，其特征在于，所述测力筒（21）为圆形筒。

3.根据权利要求2所述轨道列车运行阻力的测试装置，其特征在于，各所述应变式传感器（22）设于所述测力筒（21）的轴向中部，并环绕所述测力筒（21）的外周间隔分布。

4.根据权利要求2所述轨道列车运行阻力的测试装置，其特征在于，所述应变式传感器（22）的数量为4个，其中，两所述应变式传感器（22）设于所述测力筒（21）外周的垂向两端，另外两所述应变式传感器（22）设于所述测力筒（21）外周的横向两端。

5.根据权利要求2所述轨道列车运行阻力的测试装置，其特征在于，各所述应变式传感器（22）中，若干所述应变式传感器（22）环绕所述测力筒（21）的外周间隔分布，以形成一圈，若干圈所述应变式传感器（22）沿所述测力筒（21）的轴向间隔分布。

6.根据权利要求1-5中任一项所述轨道列车运行阻力的测试装置，其特征在于，所述测力筒（21）的两端均设有连接板（23），两所述连接板（23）分别与所述第一车钩（1）、所述第二车钩（3）通过销钉相连。

7.根据权利要求1-5中任一项所述轨道列车运行阻力的测试装置，其特征在于，所述第二车钩（3）设有过渡风管（31），所述过渡风管（31）能够与所述牵引列车（4）、所述待测列车（5）的风管相连。

8.一种轨道列车运行阻力的测试方法，其特征在于，适用于如权利要求1-7中任一项所述的轨道列车运行阻力的测试装置，包括如下步骤：

将所述测试装置与所述牵引列车（4）、所述待测列车（5）相连；

所述牵引列车（4）以第一预定加速度带动所述待测列车（5）起步，直至所述待测列车（5）达到预定速度，并以该预定速度匀速运行预定时间，然后，所述牵引列车（4）以第二预定加速度控制所述待测列车（5）制动；

所述数据处理部件计算所述待测列车（5）运行过程的阻力变化。

9.根据权利要求8所述轨道列车运行阻力的测试方法，其特征在于，在将所述测试装置与所述牵引列车（4）、所述待测列车（5）相连之前，还包括：对所述测力部件（2）的应力-应变关系进行标定。

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