CN110220627A - 轮轨力的测试装置、测试系统及测试方法 - Google Patents

轮轨力的测试装置、测试系统及测试方法 Download PDF

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CN110220627A CN201910505772.3A CN201910505772A CN110220627A CN 110220627 A CN110220627 A CN 110220627A CN 201910505772 A CN201910505772 A CN 201910505772A CN 110220627 A CN110220627 A CN 110220627A
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王蒙
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Abstract

本发明涉及轮轨力测量领域，公开一种轮轨力的测试装置、测试系统及测试方法。该测试装置包括：安装在一跨钢轨的轨腰表面的第一电桥，用于测量目标轮对行驶至第一横截面及第二横截面处的轮轨垂向作用力；以及安装在所述钢轨的第一侧或第二侧轨枕中心线上方的轨腰表面的第二电桥，用于测量目标轮对行驶至该轨枕中心线上方处的轮轨横向作用力；以及处理器，用于根据所测量的第一横截面及第二横截面处的轮轨垂向作用力，确定目标轮对行驶至第一横截面和第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向作用力。本发明可实现轮轨横向作用力和轮轨垂向作用力的解耦，从而可在较大区域范围内实现轮轨垂向作用力的实时测量，进而可有效地检测与预判车辆的故障情况。

Description

轮轨力的测试装置、测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及轮轨力测量领域，具体地涉及轮轨力的测试装置、测试系统 及测试方法。
背景技术
对铁道车辆的脱轨安全性进行有效的监测和评价是确保车辆安全运行 的关键所在，轮轨力作为计算脱轨安全性指标的参数，准确、便捷的测量显 得尤为重要。随着测试方法、手段的不断进步，轮轨力的测量经历了由间接 至直接、由相对至绝对的变化。我国轮轨力测量广泛采用测力轮对技术，采 用测力轮对方法测试轮轨作用力时，仅能在极其有限的转向架上布置测力轮 对，由此，不能实现对单条线路上所有车辆的安全性进行监控的需求。测力 轮对方法需要对轮对辐板进行打孔以布置应变片，但采用这种打孔方式安装 的应变片很可能会影响车辆的运行性能。《GB_5599-1985铁道车辆动力学 性能评定和试验鉴定规范》中明确指出测力轮对需采用辐条或辐板式轮对， 车轮打孔后不能投入正常运营。
现有的轮轨力测试技术采用布置在轨枕底部的载荷传感器进行测量，其 仅可在轨枕正上方附近的较小区域内得到测量结果，并且载荷传感器价格昂 贵，不利于推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮轨力的测试装置、测试系统及测试方法，其 适用于通过钢轨正线的所有车辆，可实现轮轨横向作用力和轮轨垂向作用力 的解耦，从而可在较大区域范围内实现轮轨垂向作用力的实时测量，进而可 有效地检测与预判车辆的故障情况。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供一种轮轨力的测试装置，该测 试装置包括：第一电桥，该第一电桥安装在一跨钢轨的轨腰表面处，该第一 电桥包括：第一应变片单元与第二应变片单元，其中，所述第一应变片单元 与所述第二应变片单元分别被布置在与所述一跨钢轨的第一侧轨枕中心线 相距第一预设距离的第一横截面及与该一跨钢轨的第二侧轨枕中心线相距 第二预设距离的第二横截面，用于测量车辆的目标轮对行驶至所述第一横截 面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力；以及第二电桥，该第二电桥安 装在所述一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心线上方 的轨腰表面处，用于测量所述目标轮对行驶至该一跨钢轨的所述第一侧轨枕 中心线或所述第二侧轨枕中心线上方处的轮轨横向作用力；以及处理器，用 于根据所测量到的所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用 力，确定所述目标轮对行驶至所述第一横截面和所述第二横截面之间的不同 位置处的轮轨垂向作用力。
优选地，在所述第一应变片单元或所述第二应变片单元中，第一应变片 组与第二应变片组被对称布置在钢轨的两侧，第三应变片组与第四应变片组 被对称布置在钢轨的两侧，所述第一应变片组与所述第三应变片组的安装方 向相互垂直且两者形成的角平分线与所述轨腰表面的中性层所在的水平线 平行。
优选地，所述第一预设距离与所述第二预设距离相等。
优选地，所述第二电桥包括：第三应变片单元及第四应变片单元，所述 第三应变片单元及所述第四应变片单元被对称布置于钢轨两侧，在所述第三 应变片单元或所述第四应变片单元中，所述第五应变片组与所述第六应变片 组沿钢轨垂向被布置在钢轨表面的不同高度，且所述第五应变片组与所述第 六应变片组关于所述轨腰表面的中性层所在的水平线对称。
通过上述技术方案，本发明创造性地将由多个应变片组成的第一电桥和 第二电桥安装在钢轨正线中，通过所述第一电桥测量目标轮对经过第一横截 面处及第二横截面处的轮轨垂向作用力，通过所述第二电桥测量目标轮对经 过该一跨钢轨的第一侧或第二侧轨枕中心线上方的轮轨横向作用力，然后再 根据所测量到的所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力， 确定目标轮对经过所述第一横截面和所述第二横截面之间的不同位置处的 轮轨垂向作用力。该测试装置可适用于通过钢轨正线的所有车辆，可实现轮 轨横向作用力和轮轨垂向作用力的解耦，从而可在一跨钢轨内的较大区域范 围内实现轮轨垂向作用力的实时测量，进而可有效地检测与预判车辆的故障 情况。
相应地，本发明一实施例提供一种轮轨力的测试系统，该测试系统还包 括：多个所述的轮轨力的测试装置，分别安装在多跨钢轨上，用于测量车辆 的目标轮对行驶至该多跨钢轨中的每跨钢轨的第一侧或第二侧轨枕中心线 上方的轮轨横向力及第一横截面和第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂 向作用力；位置检测器，用于检测所述目标轮对的位置；以及控制器，用于 执行以下操作：在所述目标轮对的位置表明该目标轮对行驶至所述多跨钢轨 中的每一跨钢轨的情况下，控制相应一跨钢轨上的测试装置开启；接收每一 跨钢轨上的所述测试装置所确定的所述目标轮对经过每一跨钢轨上的轮轨 横向作用力和/或垂向作用力；以及根据所述每一跨钢轨上的轮轨横向作用力 和/或垂向作用力，合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的轮轨横向作用力和 /或垂向作用力。
优选地，所述位置检测器包括多个接近开关或多个接近开关对，该多个 接近开关或多个接近开关对中的每一者对应安装在所述多跨钢轨中的一者 的起始位置处。
优选地，所述接近开关安装在轨枕处的钢轨内侧。
通过上述技术方案，本发明创造性地在目标轮对行驶至多跨钢轨中的每 一跨钢轨的情况下，控制相应一跨钢轨上的测试装置开启；通过相应一跨钢 轨上的所述测试装置确定所述目标轮对经过每一跨钢轨上的轮轨横向作用 力和/或垂向作用力；然后根据所述每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂 向作用力，合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向 作用力，由此，通过上述简单的轮轨力的测试系统可在所有车辆经过铁道时 实现对轮轨力的检测，从而可有效地检测与预判车辆的故障情况。
相应地，本发明一实施例提供一种轮轨力的测试方法，该测试方法包括： 通过安装在一跨钢轨的轨腰表面中性层处的第一电桥，该第一电桥包括：第 一应变片单元与第二应变片单元，其中，所述第一应变片单元与所述第二应 变片单元分别被布置在与所述一跨钢轨的第一侧轨枕中心线相距第一预设 距离的第一横截面及与该一跨钢轨的第二侧轨枕中心线相距第二预设距离 的第二横截面，测量车辆的目标轮对行驶至所述第一横截面处及所述第二横 截面处的轮轨垂向作用力；通过安装在所述一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心 线或所述第二侧轨枕中心线上方的轨腰表面处的第二电桥，测量所述目标轮 对行驶至该一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心线上 方的轮轨横向作用力；以及根据所测量到的根据所测量到的所述第一横截面 处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力，确定所述目标轮对行驶至所述第 一横截面和所述第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向作用力。
所述轮轨力的测试方法与上述轮轨力的测试装置相对于现有技术所具 有的优势相同，在此不再赘述。
相应地，本发明一实施例提供一种轮轨力的测试方法，该测试方法包括： 在所述目标轮对的位置表明该目标轮对行驶至所述多跨钢轨中的每一跨钢 轨的情况下，控制相应一跨钢轨上的所述的测试装置开启；通过每一跨钢轨 上的所述测试装置确定所述目标轮对经过每一跨钢轨上的轮轨横向作用力 和/或垂向作用力；以及根据所述每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向 作用力，合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作 用力。
所述轮轨力的测试方法与上述轮轨力的测试系统相对于现有技术所具 有的优势相同，在此不再赘述。
相应地，本发明一实施例提供一种机器可读存储介质，其特征在于，所 述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的轮轨力 的测试方法。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的轮轨力的测试装置的结构图；
图2是本发明一实施例提供的第一电桥的安装位置示意图；
图3(a)是本发明一实施例提供的第二电桥的安装位置示意图；
图3(b)是本发明一实施例提供的轮轨垂向作用力及轮轨横向作用力引 起的弯矩M(z)随高度z的变化示意图；
图4是本发明一实施例提供的第一电桥的示意图；
图5是本发明一实施例提供的第二电桥的示意图；
图6是本发明一实施例提供的接近开关的安装位置示意图；
图7是本发明一实施例提供的轮轨力的测试方法的流程图；
图8是本发明一实施例提供的轮轨力的测试方法的流程图；以及
图9是本发明一实施例提供的轮轨力的测试方法的流程图。
附图标记说明
1-12 应变片 13 电涡流传感器
20 第二电桥 21 第三应变片单元
22 第四应变片单元 30 第一电桥
31 第一应变片单元 32 第二应变片单元
40 处理器 100 测试装置
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明实施例提供的轮轨力的测试装置的结构图。如图1所示， 该测试装置100可包括：第一电桥20，该第一电桥20安装在一跨钢轨的轨 腰表面处，该第一电桥30包括：第一应变片单元31与第二应变片单元32， 其中，所述第一应变片单元31与所述第二应变片单元32分别被布置在与所 述一跨钢轨的第一侧(例如，左侧)轨枕中心线相距第一预设距离的第一横 截面(例如，横截面B)及与该一跨钢轨的第二侧(例如，右侧)轨枕中心 线相距第二预设距离的第二横截面(例如，横截面C)，用于测量车辆的目 标轮对行驶至所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力，如 图2所示；以及第二电桥20，该第二电桥20安装在所述一跨钢轨的所述第 一侧(例如，左侧)或所述第二侧(例如，右侧)轨枕中心线上方的轨腰表 面处，用于测量所述目标轮对行驶至该一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或 所述第二侧轨枕中心线上方处的轮轨横向作用力；以及处理器40，用于根据 所测量到的所述第一横截面(例如，横截面B)处及所述第二横截面(例如， 横截面C)处的轮轨垂向作用力，确定所述目标轮对行驶至所述第一横截面 和所述第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向作用力，其中，所述第一横 截面及所述第二横截面为位于所述一跨钢轨的两侧轨枕之间沿钢轨垂向的 钢轨的横截面。
在所述第一应变片单元(或第二应变片单元)中，第一应变片组与第二 应变片组被对称布置在钢轨的两侧，第三应变片组与第四应变片组被对称布 置在钢轨的两侧，所述第一应变片组与所述第三应变片组的安装方向相互垂 直且两者形成的角平分线与所述轨腰表面的中性层所在的水平线平行。在实 际的测试中，一般将所述第一应变片组、所述第二应变片组、所述第三应变 片组及所述第四应变片组均选取为一个应变片，也就是说，第一电桥包括8 个应变片，即可完成对所述目标轮对行驶至所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力的测量，测量结果准确且成本低。具体地，如图2 所示，对于所述第一应变单元31(或所述第二应变片单元32)而言，所述 第一应变片组为应变片1(或5)、所述第二应变片组为应变片2(或6)、 所述第三应变片组为应变片3(或7)及所述第四应变片组为应变片4(或8)。 其中，应变片1、3、5及7位于钢轨的轨腰外侧表面，应变片2、4、6及8 位于钢轨的轨腰内侧表面，且应变片1、3、5及7与应变片2、4、6及8关 于钢轨垂向中心线一一对称；应变片1(或2)与应变片3(或4)端部相连， 且成90°夹角，其角平分线与钢轨纵向(如图2的x轴方向)平行(例如， 处于钢轨中性层位置)，以此实现轮轨垂向作用力测试对轮轨横向作用力的 解耦。在优选的实施例中，所述第一预设距离与所述第二预设距离相等，且均为125mm，即横截面B与C对称布置，各自距离相邻轨枕中心的距离为 125mm。也就是说，第一电桥30包括对称布置在钢轨2个横截面表面、截 面中性层上的共8个应变片，每个横截面单侧的2个应变片成90°夹角，且 角平分线与钢轨纵向平行。每个横截面上的4个应变片输出合成为该横截面 中性层表面上的钢轨切应变。
如图3(a)所示，所述第二电桥20可包括：第三应变片单元21及第四 应变片单元22，所述第三应变片单元21及所述第四应变片单元22被对称布 置于钢轨两侧，在所述第三应变片单元21或所述第四应变片单元22中，所 述第五应变片组与所述第六应变片组沿钢轨垂向被布置在钢轨表面的不同 高度，且所述第五应变片组与所述第六应变片组关于所述轨腰表面的中性层 所在的水平线对称。以所述第五应变片组及所述第六应变片组均为一个应变 片为例，所述第五应变片组为应变片9(或10)及所述第六应变片组为应变 片11(或12)，也就是说，第二电桥包括4个应变片，即可完成对所述目 标轮对行驶至轨枕处的轮轨横向作用力的测量，测量结果准确且成本低。具 体地，应变片9、11位于轨枕中心线上方的轨腰表面的右侧，相应的，应变 片10、12对称地位于轨枕中心线上方的轨腰表面的左侧，且应变片9(或 10)与应变片11(或12)沿z轴的高度不同，如图3(a)所示，也就是说， 4个应变片被布置在钢轨两侧的对称位置上，4个应变片均沿钢轨的轴线垂 向方向布置于钢轨表面，且钢轨同侧应变片关于中性层所在的水平线对称。 若应变片9(或10)与应变片11(或12)的间距为d，M(P)、M(Q)分别为 轮轨垂向作用力、轮轨横向作用力引起的弯矩，D、E分别为应变片9(或 10)与应变片11(或12)所在的断面，则在仅有轮轨垂向作用力P作用时， 断面D与断面E的弯矩相同(如图3(b)所示)，断面D与断面E的弯矩 差ΔM＝ME-MD与轮轨垂向作用力的大小及作用点位置无关，与轮轨横向 作用力的大小线性相关。
除了第二电桥必须安装在轨枕中心线上方的轨腰表面上之外，所述第一 电桥与所述第二电桥还需要满足以下条件：即所述第一电桥中的所述第一应 变片组与所述第三应变片组形成的角平分线与所述中性层所在的水平线平 行且所述第二电桥中的所述第五应变片组与所述第六应变片组关于该水平 线对称，两个电桥分别测量的轮轨垂向作用力与轮轨横向作用力才可完全解 耦，此时，测量结果的精度能够达到最高。这是由于轨跨上方的钢轨下端是 固定约束的，从钢轨受力分析中力和力矩平衡可以得到图3(b)所示的弯矩 M(z)随高度z的变化示意图，这样轮轨横向作用力Q的计算可以不受到 轮轨垂向作用力P的影响，但是在其他位置上，钢轨的受力分析中，横向力 Q的计算不能消除掉垂向力P的影响。
具体地，根据力平衡方程有：轮轨垂向作用力P＝V1-V2，V1、V2分别 与横截面B、C的切应变εB、εc线性相关。故构建图4所示的第一电桥30(或 惠斯通电桥)，其中应变片5、6处于同一桥臂，应变片7、8处于同一桥臂， 应变片3、4处于同一桥臂，应变片1、2处于同一桥臂。垂向桥路输出 εout＝εB+εc＝(ε1+ε2)-(ε3+ε4)+(ε5+ε6)-(ε7+ε8)，该垂向桥路输 出εout正比于轮轨垂向作用力P。轮轨垂向作用力P作用于截面B、C之间 且保持稳定时，εout保持稳定。由此，可通过所述第一电桥30所输出的εout及 预设的线性关系(该预设的线性关系可通过标定的方法得到)，获得轮轨垂 向作用力P。当目标轮对行驶至横截面B处时，通过第一电桥30测量得到 轮轨垂向作用力P1；当所述目标轮对行驶至横截面C处时，通过第一电桥 30测量得到轮轨垂向作用力P2。由于轮轨垂向作用力P与所述目标轮对行 驶至横截面B与横截面C之间的位置L成线性关系，故处理器根据所测得 的轮轨垂向作用力P1、P2，可确定在不同位置L处的轮轨垂向作用力P(L)。
构造图5的第二电桥20(或惠斯通电桥)，应变片9-12分别处于4个桥 臂，横向桥路输出为：εout＝εE-εD＝(ε11-ε12)-(ε9-ε10)，该横向桥 路输出εout正比于轮轨横向作用力Q(轮轨横向作用力Q的方向沿y轴方向， 如图3(a)所示)，所述轮轨横向作用力Q作用于横截面A附近且保持稳 定时，横向桥路输出εout保持稳定。由此，可通过所述第二电桥20所输出的εout及预设的正比关系(该预设的线性关系可通过标定的方法得到)，获得 轮轨横向作用力Q。
所述处理器接收所述目标轮对行驶至横截面A处的轮轨横向作用力Q、 横截面B处的轮轨垂向作用力P1及横截面C处的轮轨垂向作用力P2，并根 据所接收的横截面B处及横截面C处的轮轨垂向作用力P1、P2，确定该目 标轮对行驶至横截面B及横截面C之间的不同位置(或时间，可根据所采 集的经过每个位置处的车速获得位置与时间之间的对应关系)处的轮轨垂向 作用力P。
综上所述，本发明创造性地将由多个应变片组成的第一电桥和第二电桥 安装在钢轨正线中，通过所述第一电桥测量目标轮对经过第一横截面处及第 二横截面处的轮轨垂向作用力，通过所述第二电桥测量目标轮对经过该一跨 钢轨的第一侧或第二侧轨枕中心线上方的轮轨横向作用力，然后再根据所测 量到的所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力，确定目标 轮对经过所述第一横截面和所述第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向 作用力。该测试装置可适用于通过钢轨正线的所有车辆，可实现轮轨横向作 用力和轮轨垂向作用力的解耦，从而可在一跨钢轨内的较大区域范围内实现 轮轨垂向作用力的实时测量，进而可有效地检测与预判车辆的故障情况。
相应地，本发明一实施例还提供一种轮轨力的测试系统，该测试系统还 可包括：多个所述的轮轨力的测试装置，分别安装在多跨钢轨上，用于测量 车辆的目标轮对行驶至该多跨钢轨中的每跨钢轨的第一侧或第二侧轨枕中 心线上方的轮轨横向力及第一横截面和第二横截面之间的不同位置处的轮 轨垂向作用力；位置检测器，用于检测所述目标轮对的位置；以及控制器， 用于执行以下操作：在所述目标轮对的位置表明该目标轮对行驶至所述多跨 钢轨中的每一跨钢轨的情况下，控制相应一跨钢轨上的测试装置开启；接收 每一跨钢轨上的所述测试装置所确定的所述目标轮对经过每一跨钢轨上的 轮轨横向作用力和/或垂向作用力；以及根据所述每一跨钢轨上的轮轨横向作 用力和/或垂向作用力，合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的轮轨横向作用 力和/或垂向作用力。
所述位置检测器包括多个接近开关或多个接近开关对，该多个接近开关 或多个接近开关对中的每一者对应安装在所述多跨钢轨中的一者的起始位 置处。其中，所述接近开关可选用电涡流传感器。例如，在每跨钢轨的起始 位置处布置接近开关(例如，图6中的电涡流传感器13)或接近开关对。所 述接近开关位于钢轨内侧，且处于轨道平面上指向钢轨外侧。轮对经过时， 接近开关输出高电平，无轮对经过时输出低电平。具体地，当位于第一跨钢 轨的起始位置(例如，轨枕)处的电涡流传感器13检测到目标轮对经过时， 其向控制器发送高电平信号；控制器在接收到该高电平信号的同时，向位于 该第一跨钢轨上的轮轨力的测试装置发送开启指令；直至位于第二跨钢轨的 起始位置处的电涡流传感器(未示出)检测到所述目标轮对经过，且控制器 接收到高电平信号，所述控制器向第一跨钢轨上的轮轨力的测试装置发送关 闭指令且向第二跨钢轨上的轮轨力的测试装置发送开启指令。此外，还可在 每一跨钢轨上的轮轨力的测试装置的终止位置处也设置一接近开关(未示 出)，当其检测到目标轮对经过时，其向控制器发送高电平信号；控制器在 接收到该高电平信号的同时，向位于该第一跨钢轨上的轮轨力的测试装置发 送闭合指令。由此，不管是在检测区间的起始位置处还是在起始及终止位置 两处设置接近开关的实施例，只有当目标轮对在经过一跨钢轨时，该一跨钢 轨上的轮轨力的测试装置才处于开启状态，这样的设置不仅可延长电涡流传 感器的使用寿命，还可避免电能的浪费。
对于每个车辆的每个目标轮对，采用上述相同的过程即可输出该车辆的 所有目标轮对经过每一跨钢轨时的轮轨力，从而输出轮轨力随目标轮对的运 行位置的变化关系，进而车辆的运行稳定性指标。
所述控制器与所述轮轨力的测试装置中的处理器可为两个独立的设备， 也可以是同一个设备。所述控制器或所述处理器可以是通用处理器、专用处 理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心 关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、 现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)、状态 机等等。
下面通过以CHN60钢轨、弹条Ⅱ型扣件为基础布置的测力钢轨为实例 进行说明，该段测力钢轨处于直线段，包括连续3跨，总长1950mm的钢轨。
在所述连续3跨钢轨上对轮轨力的测试过程如下，如图7所示：
步骤S701，判断位于第一跨钢轨的起始位置处的接近开关输出的电平 信号是否为高电平，在所述电平信号为高电平信号的情况下，执行步骤S702 及步骤S703；否则，执行步骤S704。
对于每一个目标轮对，如图6所示，控制器接收位于第一跨钢轨的起始 位置(例如，轨枕)处的电涡流传感器13的电平信号。在所述电涡流传感 器13检测到目标轮对经过时，向控制器发送高电平信号；在所述电涡流传 感器13未检测到目标轮对经过时，向控制器发送低电平信号。
步骤S702，控制第一跨钢轨上的第一电桥开启并采集目标轮对行驶至 横截面B及C处的轮轨垂向作用力P1、P2。
步骤S703，控制第一跨钢轨上的第二电桥开启并采集目标轮对行驶至 横截面A处的轮轨横向作用力Q。
控制器在接收到该高电平信号的同时，向位于该第一跨钢轨上的轮轨力 的测试装置(包括第一电桥和第二电桥)发送开启指令。在接收到该开启指 令的同时，所述第一跨钢轨上的轮轨力的测试装置开启，测量目标轮对行驶 至横截面A处的轮轨横向作用力Q及行驶至横截面B及C处的轮轨垂向作 用力P1、P2，并将所述轮轨横向作用力Q、所述轮轨垂向作用力P1、P2输 出至控制器，并执行步骤S710及步骤S711。
步骤S704，判断位于第二跨钢轨的起始位置处的接近开关输出的电平 信号是否为高电平，在所述电平信号为高电平信号的情况下，执行步骤S705 及步骤S706；否则，执行步骤S707。
当位于第二跨钢轨的起始位置处的电涡流传感器检测到目标轮对经过 时，向控制器发送高电平信号；在所述电涡流传感器未检测到目标轮对经过 时，向控制器发送低电平信号。
步骤S705，控制第一跨钢轨上的第一电桥开启并采集目标轮对行驶至 横截面B及C处的轮轨垂向作用力P1’、P2’。
步骤S706，控制第一跨钢轨上的第二电桥开启并采集目标轮对行驶至 横截面A处的轮轨横向作用力Q’。
控制器在接收到该高电平信号的同时，向位于该第二跨钢轨上的轮轨力 的测试装置(包括第一电桥和第二电桥)发送开启指令。在接收到该开启指 令的同时，所述第一跨钢轨上的轮轨力的测试装置开启，测量目标轮对行驶 至横截面A处的轮轨横向作用力Q’及行驶至横截面B及C处的轮轨垂向作 用力P1’、P2’，并将所述轮轨横向作用力Q’、所述轮轨垂向作用力P1’、P2’ 输出至控制器，并执行步骤S710及步骤S711。
步骤S707，判断位于第三跨钢轨的起始位置处的接近开关输出的电平 信号是否为高电平，在所述电平信号为高电平信号的情况下，执行步骤S705 及步骤S708；否则，执行步骤S709。
步骤S708，控制第一跨钢轨上的第一电桥开启并采集目标轮对行驶至 横截面B及C处的轮轨垂向作用力P1”、P2”。
步骤S709，控制第一跨钢轨上的第二电桥开启并采集目标轮对行驶至 横截面A处的轮轨横向作用力Q”。
重复上述在所述第一跨钢轨或第二跨钢轨上的测量过程，于此不再赘述。
步骤S710，根据所采集的目标轮对行驶至横截面A处的轮轨横向作用 力Q、Q’及Q”，合成3跨轮轨上的轮轨横向作用力。
控制器根据所接收的所述目标轮对行驶至各跨钢轨的横截面A处的轮 轨横向作用力Q、Q’及Q”，合成轮轨横向作用力随整个3跨轮轨上的横截 面A所在的位置的变化关系。
步骤S711，根据所采集的目标轮对行驶至横截面B及C处的轮轨垂向 作用力(P1、P2)、(P1’、P2’)及(P1”、P2”)，合成3跨轮轨上的轮 轨垂向作用力。
控制器根据所接收的所述目标轮对行驶至各跨钢轨的横截面B及C处 的轮轨垂向作用力(P1、P2)、(P1’、P2’)及(P1”、P2”)，确定所述 目标轮对在横截面B、C之间的区域内行驶时的轮轨垂向作用力P、P’及P”， 然后再合成轮轨垂向作用力随整个3跨轮轨上的横截面B、C之间的区域内 的位置的变化关系。
步骤S712，存储所合成的3跨轮轨上的轮轨垂向作用力和轮轨横向作 用力。
对于每一列车辆的每一个目标轮对采用相同的方法输出所有目标轮对 行驶时的轮轨力的变化情况，即可输出车辆行驶的稳定性指标。此外，上述 测力钢轨应变桥路的应变测点(横截面B、C)的具体位置要根据不同的钢 轨与轨下支撑系统进行不同的设计，一般可通过有限元仿真输出钢轨表面应 力在一个枕跨之间的分布。
以上述轮轨横向力测试电桥与轮轨垂向力测试电桥及轨枕上的接近开 关组成一个测试模块并进行拓展，本发明实施例共包含3个上述测试模块， 测试逻辑采用图7所示的流程进行。
本发明实施例的效果在于，轮轨横向作用力及轮轨垂向作用力测试电桥 在设计过程中均已从测点选择与桥路设计上完成了轮轨横向作用力、轮轨垂 向作用力的相互解耦，使得测量更加精确。且在整个发明实施例中，单个测 试模块仅包含12个应变片，降低了整个测量的成本。多个测试模块亦可连 续的拓展，连续输出更长测量段的轮轨作用力。具体地，用两个相邻的电涡 流传感器形成以每跨钢轨的长度为间隔的区间，在电涡流传感器判断车轮进 入当前区间时，控制器自动地调用对应的轮轨横向力与垂向力测试电桥信号，可完成车轮的计数与多个区间的电桥信号的合成，并将合成后的数据作为在 测试路段中轮轨作用力的持续记录与输出。
综上所述，本发明创造性地在目标轮对行驶至多跨钢轨中的每一跨钢轨 的情况下，控制相应一跨钢轨上的测试装置开启；通过相应一跨钢轨上的所 述测试装置确定所述目标轮对经过每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂 向作用力；然后根据所述每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力， 合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力，由 此，通过上述简单的轮轨力的测试系统可在所有车辆经过铁道时实现对轮轨 力的检测，从而可有效地检测与预判车辆的故障情况。
相应地，如图8所示，本发明另一实施例提供的轮轨力的测试方法的流 程图。该测试方法可包括：步骤S801，通过安装在一跨钢轨的轨腰表面中 性层处的第一电桥，该第一电桥包括：第一应变片单元与第二应变片单元， 其中，所述第一应变片单元与所述第二应变片单元分别被布置在与所述一跨 钢轨的第一侧轨枕中心线相距第一预设距离的第一横截面及与该一跨钢轨 的第二侧轨枕中心线相距第二预设距离的第二横截面，测量车辆的目标轮对 行驶至所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力；步骤S802，通过安装在所述一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心 线上方的轨腰表面处的第二电桥，测量所述目标轮对行驶至该一跨钢轨的所 述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心线上方的轮轨横向作用力；以及 步骤S803，根据所测量到的根据所测量到的所述第一横截面处及所述第二 横截面处的轮轨垂向作用力，确定所述目标轮对行驶至所述第一横截面和所 述第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向作用力。
有关本发明提供的轮轨力的测试方法的具体细节及益处可参阅上述针 对轮轨力的测试装置的描述，于此不再赘述。
相应地，如图9所示，本发明另一实施例提供的轮轨力的测试方法的流 程图。该测试方法可包括：步骤S901，检测车辆的目标轮对的位置；步骤 S902，在所述目标轮对的位置表明该目标轮对行驶至所述多跨钢轨中的每一 跨钢轨的情况下，控制相应一跨钢轨上的所述的测试装置开启；步骤S903， 通过每一跨钢轨上的所述测试装置确定所述目标轮对经过每一跨钢轨上的 轮轨横向作用力和/或垂向作用力；以及步骤S904，根据所述每一跨钢轨上 的轮轨横向作用力和/或垂向作用力，合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的 轮轨横向作用力和/或垂向作用力。
有关本发明提供的轮轨力的测试方法的具体细节及益处可参阅上述针 对轮轨力的测试系统的描述，于此不再赘述。
相应地，本发明又一实施例提供一种机器可读存储介质，所述机器可读 存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的轮轨力的测试方法。
所述机器可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体 可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据 结构、程序的模块或其他数据。所述机器可读存储介质的例子包括，但不限 于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可 擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式 磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于 存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，机器可读存储介质不 包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征， 在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的 重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种轮轨力的测试装置，其特征在于，该测试装置包括：
第一电桥，该第一电桥安装在一跨钢轨的轨腰表面处，该第一电桥包括：第一应变片单元与第二应变片单元，其中，所述第一应变片单元与所述第二应变片单元分别被布置在与所述一跨钢轨的第一侧轨枕中心线相距第一预设距离的第一横截面及与该一跨钢轨的第二侧轨枕中心线相距第二预设距离的第二横截面，用于测量车辆的目标轮对行驶至所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力；以及
第二电桥，该第二电桥安装在所述一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心线上方的轨腰表面处，用于测量所述目标轮对行驶至该一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心线上方处的轮轨横向作用力；以及
处理器，用于根据所测量到的所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力，确定所述目标轮对行驶至所述第一横截面和所述第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向作用力。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，
在所述第一应变片单元或所述第二应变片单元中，第一应变片组与第二应变片组被对称布置在钢轨的两侧，第三应变片组与第四应变片组被对称布置在钢轨的两侧，所述第一应变片组与所述第三应变片组的安装方向相互垂直且两者形成的角平分线与所述轨腰表面的中性层所在的水平线平行。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第一预设距离与所述第二预设距离相等。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第二电桥包括：
第三应变片单元及第四应变片单元，所述第三应变片单元及所述第四应变片单元被对称布置于钢轨两侧，
在所述第三应变片单元或所述第四应变片单元中，所述第五应变片组与所述第六应变片组沿钢轨垂向被布置在钢轨表面的不同高度，且所述第五应变片组与所述第六应变片组关于所述轨腰表面的中性层所在的水平线对称。
5.一种轮轨力的测试系统，其特征在于，该测试系统还包括：
多个根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的轮轨力的测试装置，分别安装在多跨钢轨上，用于测量车辆的目标轮对行驶至该多跨钢轨中的每跨钢轨的第一侧或第二侧轨枕中心线上方的轮轨横向力及第一横截面和第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向作用力；
位置检测器，用于检测所述目标轮对的位置；以及
控制器，用于执行以下操作：
在所述目标轮对的位置表明该目标轮对行驶至所述多跨钢轨中的每一跨钢轨的情况下，控制相应一跨钢轨上的测试装置开启；
接收每一跨钢轨上的所述测试装置所确定的所述目标轮对经过每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力；以及
根据所述每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力，合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力。
6.根据权利要求5所述的测试系统，其特征在于，所述位置检测器包括多个接近开关或多个接近开关对，该多个接近开关或多个接近开关对中的每一者对应安装在所述多跨钢轨中的一者的起始位置处。
7.根据权利要求5所述的测试系统，其特征在于，所述接近开关或所述接近开关对安装在轨枕处的钢轨内侧。
8.一种轮轨力的测试方法，其特征在于，该测试方法包括：
通过安装在一跨钢轨的轨腰表面处的第一电桥，该第一电桥包括：第一应变片单元与第二应变片单元，其中，所述第一应变片单元与所述第二应变片单元分别被布置在与所述一跨钢轨的第一侧轨枕中心线相距第一预设距离的第一横截面及与该一跨钢轨的第二侧轨枕中心线相距第二预设距离的第二横截面，测量车辆的目标轮对行驶至所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力；
通过安装在所述一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心线上方的轨腰表面处的第二电桥，测量所述目标轮对行驶至该一跨钢轨的所述第一侧轨枕中心线或所述第二侧轨枕中心线上方的轮轨横向作用力；以及
根据所测量到的根据所测量到的所述第一横截面处及所述第二横截面处的轮轨垂向作用力，确定所述目标轮对行驶至所述第一横截面和所述第二横截面之间的不同位置处的轮轨垂向作用力。
9.一种轮轨力的测试方法，其特征在于，该测试方法包括：
检测车辆的目标轮对的位置；
在所述目标轮对的位置表明该目标轮对行驶至所述多跨钢轨中的每一跨钢轨的情况下，控制相应一跨钢轨上的根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的测试装置开启；
通过每一跨钢轨上的所述测试装置确定所述目标轮对经过每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力；以及
根据所述每一跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力，合成所述目标轮对在所述多跨钢轨上的轮轨横向作用力和/或垂向作用力。
10.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述权利要求8和/或上述权利要求9所述的轮轨力的测试方法。
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