CN110793702B - 轮轨横向力的间接测量方法及确定曲线轨道半径的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车车轮与轮轨之间的轮轨横向力的间接测量方法，将横动量收集装置设置在机车车轴的轴箱内，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，所述方法包括以下步骤：横动量收集装置获取挤压力；获取电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、横动量收集装置部件的刚度；根据电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、横动量收集装置部件的刚度及挤压力确定轮轨横向力。本发明还公开一种确定曲线轨道半径的方法。本发明专利通过收集车轴(车轮)相对于转向架的横动量，判断轨道曲线半径大小，并且计算出轮轨作用力的大小，可用于评价机车运行平稳性，并可实时判断机车的运行线路工况。

Description

轮轨横向力的间接测量方法及确定曲线轨道半径的方法

技术领域

本发明涉及轨道运输领域，并且更具体地，涉及一种轮轨横向力的间接测量方法，以及一种确定曲线轨道半径的方法。

背景技术

机车通过曲线轨道时车轮轮缘与轨道相互挤压，车轮与构架之间产生横向移动，转向架与车体发生相对转动，保证机车顺利通过曲线轨道。车轮轮缘与轨道的相互挤压产生轮轨横向作用力，机车轮轨横向作用力是机车运行平稳性的重要评价指标。

目前测量机车的轮轨作用力多通过在车轮上设置传感器定制测力轮对，其测量设备复杂、成本较高，只能在试验机车上安装使用，无法实现批量装车和实时监控的使用要求。目前机车无法直接精准的判断运行线路的状况，现有技术中存在通过检测机车横向加速度来间接判断机车的运行线路状况。

轮轨作用力目前的测量设备结构复杂、成本较高。无法实现轮轨作用力实时监控和批量装车的要求。机车的运行线路状况无法直接精确的判断，判断误差较大。机车的轮轨作用力无法直接精确的判断。

因此，仍需一种结构简单、成本较低的轮轨横向力的测量方法，其能够对机车的轮轨作用力直接精确的判断；以及相应地，可以判断出曲线轨道的半径大小的方法。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明的目的在于提供轮轨横向力的间接测量方法，以及一种确定曲线轨道半径的方法。本发明专利通过收集车轴(车轮)相对于转向架的横动量，判断轨道曲线半径大小，并且计算出轮轨作用力的大小，可用于评价机车运行平稳性，并可实时判断机车的运行线路工况。

基于上述目的，采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种机车车轮与轮轨之间的轮轨横向力的间接测量方法，将横动量收集装置设置在机车车轴的轴箱内，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，所述方法包括以下步骤：

横动量收集装置获取挤压力；

获取电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、横动量收集装置部件的刚度；

根据电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、横动量收集装置部件的刚度及挤压力确定轮轨横向力。

进一步地，所述横动量收集装置包括橡胶体和压力传感器，所述橡胶体设置为与所述压力传感器紧密地接合；其中，所述橡胶体的一端面与车轴端部紧密地接合，所述压力传感器的一端面与轴箱端盖内表面紧密地接合。简化轮轨作用力测量装置结构，实现轮轨作用力实时监控和批量装车的需求。

进一步地，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，橡胶体和压力传感器被挤压，横动量收集装置获取挤压力。

进一步地，根据电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、橡胶体刚度及挤压力确定轮轨横向力确定轮轨横向力，其计算公式为：

其中，k橡胶体刚度，H电机吊杆长度，k’电机吊杆关节刚度，f挤压力。

根据本发明，还提供一种确定曲线轨道半径的方法，其特征在于，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，所述方法包括以下步骤：

横动量收集装置获取挤压力；

通过挤压力获取轮对相对于轴箱的横动量；

获取转向架转心对于外轨的偏倚量以及第一轮对的转心距；

通过转向架转心对于外轨的偏倚量、轮对相对于轴箱的横动量以及第一轮对的转心距获取曲线轨道半径。直接精准的判断机车的运行线路状况。

进一步地，横动量收集装置设置在机车车轴的轴箱内。

进一步地，所述横动量收集装置包括橡胶体和压力传感器，所述橡胶体设置为与所述压力传感器紧密地接合；其中，所述橡胶体的一端面与车轴端部紧密地接合，所述压力传感器的一端面与轴箱端盖内表面紧密地接合。

进一步地，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，橡胶体和压力传感器被挤压，横动量收集装置获取挤压力。

进一步地，通过挤压力和橡胶体的刚度获取轮对相对于轴箱的横动量，其计算公式为：

其中，k橡胶体刚度，f挤压力。

进一步地，获取曲线轨道半径的计算公式为：

其中，Y转向架转心对于外轨的偏倚量，L轮对相对于轴箱的横动量，x₁第一轮对的转心距。

本发明的有益效果：

本发明作为一种全新的机车轮轨作用力及曲线识别的方法与装置，通过在机车的轴箱内设置横动量收集装置，实时监测机车车轮相对构架的横动量，判断轨道曲线半径大小并可计算出轮轨作用力的大小，可用于评价机车运行平稳性，并可实时判断机车的运行线路工况和车轮的磨损情况，实现轮轨作用力、线路状况、轮缘磨耗等的实时监控。也可通过轨道半径或是轮轨作用力的变化趋势用于轮轨摩擦的自动润滑装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施案例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的直线线路时轮对工作状态的示意图；

图2为本发明实施例的曲线线路时轮对工作状态的示意图；

图3为本发明实施例的横动量收集装置在轴箱内的设置示意图；

图4为本发明实施例的横动量收集装置的结构示意图。

附图标记列表

1-车轴；2-轴箱；3-轴承；4-横动量收集器；5-轴箱端盖；6-车轮；41-橡胶体；42-压力传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

如图1和2所示，机车通过曲线轨道时车轮6轮缘与轨道相互挤压，导致车轴1带动轴承内圈在轴箱2内横动(如图1和2中S1与S2在直线线路和曲线线路的变化，其中S1或S2为车轴1端部与轴箱端盖5内表面的安装距离)，使车轮与构架之间产生横向移动，横动量越大(S1与S2差值越大)则轨道曲线半径越小、轮轨作用力越大。通过轴箱2内的横动量收集器4(如图3所示)测量车轴1与轴箱端盖5之间的压力，通过处理器计算出轮轨作用力和轨道半径大小。

如图3所示，横动量收集器4安装在机车第一轴的轴箱2内，横动量收集装置包括橡胶体41和压力传感器42，优选地，橡胶体41为圆锥型橡胶体。如图4所示的橡胶体41设置为与压力传感器42紧密地接合，且压力传感器42嵌入至橡胶体41；其中，橡胶体41的一端面与车轴1端部紧密地接合，压力传感器42的一端面与轴箱端盖5内表面紧密地接合。

轴箱2套在车轴1上后将两个轴承3(轴承3包括轴承内圈、外圈、滚子)装在车轴上，轴箱2限制轴承外圈在轴箱内的位置，车轴限制轴承内圈的位置，轴箱2套在轴承外圈上，然后安装轴箱端盖5。不测力时轴箱2的端部和轴箱端盖5之间为空隙，横动量收集器4的厚度(即为橡胶体41的厚度)t与空隙的厚度C的关系为：t＝C+h，其中，h＝0～1mm。横动量收集器4的厚度一般与空隙的厚度C相同，即h为0。横动量收集器4的厚度也可以大于空隙的厚度C，这样安装后会有预压力，计算轮轨作用力时减掉预压力即可(或提前对预压力归零处理)。

横动量收集器4的设置简化轮轨作用力测量装置结构，实现轮轨作用力实时监控和批量装车的需求。

当机车通过曲线轨道时车轴1与轴箱2之间发生相对横动时，橡胶体41和压力传感器42被挤压，横动量收集装置获取挤压力。此时横动量收集装置可以将挤压力传导给处理器。

当机车通过曲线轨道时车轴1与轴箱2之间发生相对横动时，机车车轮与轮轨之间的轮轨横向力的间接测量方法包括以下步骤：

横动量收集装置获取挤压力；

获取电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、横动量收集装置部件的刚度；

根据电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、横动量收集装置部件的刚度及挤压力确定轮轨横向力。

根据电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、橡胶体41刚度及挤压力确定轮轨横向力确定轮轨横向力，其计算公式为：

其中，k橡胶体刚度，H电机吊杆长度，k’电机吊杆关节刚度，f挤压力。

横动量收集器4收集到橡胶体41受到的挤压力f，该力是由于车轮轮缘与轨道相互挤压(即轮轨横向力)传导给车轴1的一部分分力，综合考虑电机吊杆和轴箱拉杆的受力，计算出轮轨横向力。

轮对横动量随着轨道曲线半径的变化而改变，曲线半径越小横动量越大，图2中S1或S2差值越大。根据S1或S2的变化趋势可判断出曲线轨道的方向，例如，S1逐渐减小，则曲线轨道为向右的弧线。

当机车通过曲线轨道时车轴1与轴箱2之间发生相对横动时，确定曲线轨道半径的方法包括以下步骤：

横动量收集装置获取挤压力；

通过挤压力获取轮对相对于轴箱2的横动量；

获取转向架转心对于外轨的偏倚量以及第一轮对的转心距；

通过转向架转心对于外轨的偏倚量、轮对相对于轴箱2的横动量以及第一轮对的转心距获取曲线轨道半径。直接精准的判断机车的运行线路状况。

通过挤压力和橡胶体41的刚度获取轮对相对于轴箱2的横动量，其计算公式为：

其中，k橡胶体刚度，f挤压力。

获取曲线轨道半径的计算公式为：

其中，Y转向架转心对于外轨的偏倚量，L轮对相对于轴箱2的横动量，x₁第一轮对的转心距。其中Y和x₁的值均可根据其定义和机车的具体几何参数计算得到。

本发明中测得的轮轨横向力可用于评价机车运行的动态性能；测得的轨道曲线半径大小和方向可用于轮轨摩擦的自动润滑装置，通过轨道半径或是轮轨作用力的变化趋势控制轮轨的润滑。

优选地，本实施例中的横动量收集装置可用弹簧测力装置、测距装置或是电气设备等进行替代，测量出轮对与轴箱2之间的横动量或作用力。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种机车车轮与轮轨之间的轮轨横向力的间接测量方法，其特征在于，将横动量收集装置设置在机车车轴的轴箱内，所述横动量收集装置包括橡胶体和压力传感器，所述橡胶体设置为与所述压力传感器紧密地接合；其中，所述橡胶体的一端面与车轴端部紧密地接合，所述压力传感器的一端面与轴箱端盖内表面紧密地接合；

当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，

横动量收集装置获取挤压力；

获取电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、橡胶体刚度；

根据电机吊杆长度、电机吊杆关节刚度、橡胶体刚度及挤压力确定轮轨横向力；

所述轮轨横向力的计算公式为：

其中，k橡胶体刚度，H电机吊杆长度，k’电机吊杆关节刚度，f挤压力。

2.如权利要求1所述的机车车轮与轮轨之间的轮轨横向力的间接测量方法，其特征在于，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，橡胶体和压力传感器被挤压，横动量收集装置获取挤压力。

3.一种确定曲线轨道半径的方法，其特征在于，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，所述方法包括以下步骤：

横动量收集装置获取挤压力；所述横动量收集装置包括橡胶体和压力传感器，所述橡胶体设置为与所述压力传感器紧密地接合；其中，所述橡胶体的一端面与车轴端部紧密地接合，所述压力传感器的一端面与轴箱端盖内表面紧密地接合；

通过挤压力和橡胶体的刚度获取轮对相对于轴箱的横动量，其计算公式为：

其中，k橡胶体刚度，f挤压力；

获取转向架转心对于外轨的偏倚量以及第一轮对的转心距；

通过转向架转心对于外轨的偏倚量、轮对相对于轴箱的横动量以及第一轮对的转心距获取曲线轨道半径；获取曲线轨道半径的计算公式为：

其中，Y转向架转心对于外轨的偏倚量，L轮对相对于轴箱的横动量，x₁第一轮对的转心距。

4.如权利要求3所述的确定曲线轨道半径的方法，其特征在于，横动量收集装置设置在机车车轴的轴箱内。

5.如权利要求3所述的确定曲线轨道半径的方法，其特征在于，当机车通过曲线轨道时车轴与轴箱之间发生相对横动时，橡胶体和压力传感器被挤压，横动量收集装置获取挤压力。

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