CN113155330B - 一种连续测量轮轨作用力的方法及装置 - Google Patents
一种连续测量轮轨作用力的方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113155330B CN113155330B CN202110384624.8A CN202110384624A CN113155330B CN 113155330 B CN113155330 B CN 113155330B CN 202110384624 A CN202110384624 A CN 202110384624A CN 113155330 B CN113155330 B CN 113155330B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- measuring wheel
- force measuring
- wheel pair
- bridge circuit
- force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 67
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 16
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 15
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/225—Measuring circuits therefor
- G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
本发明实施例涉及一种连续测量轮轨作用力的方法及装置，所述方法包括：在测力轮对上通过粘贴电阻应变片，构成测力轮对桥路；在测力轮对上安装连续测量装置，并将连续测量装置与测力轮对桥路连接；在对测力轮对进行连续测量时，将集流环输出的类正弦波形作为第一输出波形；并将绝对值增量编码器输出的三角波形作为第二输出波形；以测力轮对旋转角度为对应值，建立第一输出波形和第二输出波形的映射关系；基于上述映射关系，并结合预先标定的第一桥路灵敏度系数序列，进行轮轨作用力解耦计算，得到与各测力轮对旋转角度对应的轮轨作用力数据。本发明既能满足间断测量法桥路设计简单、测量值准确的优点，又能满足对轮轨作用力的精确连续测量。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种连续测量轮轨作用力的方法及装置。
背景技术
轨道车辆运行安全性与轮轨作用力密切相关，由测得的轮轨横向力和轮轨垂向力可计算脱轨系数、轮重减载率等重要的车辆运行安全性指标。就目前而言，基于测力轮对进行测量是较为成熟的轮轨作用力测量方法，该类方法在轮对腹板粘贴电阻应变片组成测量电桥桥路，并由此建立桥路应变输出和轮轨作用力的对应关系，在实际测量过程中，通过检测桥路应变输出来解耦轮轨作用力，从而实现对轮轨作用力的检测。然而，常见的基于测力轮对的测量方法都是采用间断测量方式进行测量，所谓间断测量即以轮对旋转周期为单位来获取测量数据，轮对每旋转一周只能获取两个有效数据。随着高速铁路的快速发展，这种无法获得旋转周期内测量数据的间断测量方式，越来越难以满足现实需要。
中国专利申请201810986594.6中提出了一种连续测量方法，虽然较以前的间断测量法而言可以得到更多的测量数据，但它要求测试电桥桥的应变输出必需沿圆周方向按正弦、余弦分布，这对测力轮对的均匀性、桥路设计工艺乃至贴片工艺等方面都提出了很高的要求。且车辆运行过程中，测力轮对与轨道的接触点不停地发生变化，接触点位置偏移量难以准确测量，从而导致测出的轮轨作用力数据也会存在较大误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种连续测量轮轨作用力的方法及装置，通过此方案，既能满足间断测量法测量桥路设计简单、测量值准确的优点，又能满足对轮轨作用力的精确连续测量。
有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种连续测量轮轨作用力的方法，所述方法包括：
在测力轮对上粘贴电阻应变片，构成测力轮对桥路；
在所述测力轮对上安装连续测量装置，并将所述连续测量装置与所述测力轮对桥路连接；其中，所述连续测量装置包括集流环和绝对值增量编码器；所述连续测量装置固定在所述测力轮对的轴端；所述集流环、所述绝对值增量编码器与所述测力轮对同轴放置；所述集流环与所述测力轮对桥路连接；
在对所述测力轮对进行连续测量时，将所述集流环输出的随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的类正弦波形，作为第一输出波形；并将所述绝对值增量编码器输出的随着所述测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的三角波形，作为第二输出波形；
以所述测力轮对旋转角度为对应值，建立所述第一输出波形和所述第二输出波形的映射关系；
基于上述映射关系，并结合预先标定的第一桥路灵敏度系数序列，进行轮轨作用力解耦计算，得到与各测力轮对旋转角度对应的轮轨作用力数据。
优选的，所述在测力轮对上粘贴电阻应变片，构成测力轮对桥路，具体包括：
在所述测力轮对的腹板上粘贴多个所述电阻应变片，并由所述多个电阻应变片构成所述测力轮对桥路；所述多个电阻应变片均设置在以测力轮对轴心为圆心的同一个圆周上。
优选的，所述测力轮对桥路包括横向测力轮对桥路和垂向测力轮对桥路；当所述测力轮对桥路为所述横向测力轮对桥路时，所述轮轨作用力数据为轮轨横向作用力数据；当所述测力轮对桥路为所述垂向测力轮对桥路时，所述轮轨作用力数据为轮轨垂向作用力数据。
优选的，所述第一桥路灵敏度系数序列的预先标定方法具体包括：
在进行轮轨作用力解耦计算之前，将所述测力轮对上的所述测力轮对桥路与用于标定灵敏度系数的试验台连接；
将所述测力轮对旋转一周，在旋转过程中每隔第一角度阈值，就使用所述试验台对所述测力轮对桥路进行一次桥路输出灵敏度系数标定处理，得到对应的第一桥路标定灵敏度系数；
将所述旋转一周过程中得到的不同旋转角度下标定的各第一桥路标定灵敏度系数，按对应的旋转角度从小到大的顺序排序，组成第一桥路标定灵敏度系数序列；
对所述第一桥路标定灵敏度系数序列进行三次样条插值处理，并将插值处理结果作为所述第一桥路灵敏度系数序列。
本发明实施例第二方面提供了上述第一方面所述的连续测量轮轨作用力的方法的装置，所述装置包括：多个电阻应变片、连续测量装置和测量计算装置；
所述多个电阻应变片粘贴在测力轮对上，且均设置在以测力轮对轴心为圆心的同一个圆周上；在所述测力轮对上的所述多个电阻应变片用于构成测力轮对桥路；
所述连续测量装置包括集流环和绝对值增量编码器；所述连续测量装置固定在所述测力轮对的轴端；所述集流环、所述绝对值增量编码器与所述测力轮对同轴放置；所述集流环分别与所述测力轮对桥路和所述测量计算装置连接；所述绝对值增量编码器与所述测量计算装置连接；所述集流环用于对所述测力轮对桥路进行桥路电压测量，并将测量结果转化为第一输出波形，并向所述测量计算装置输出所述第一输出波形；所述绝对值增量编码器用于对所述测力轮对进行旋转角度测量，并将测量结果转化为第二输出波形，并向所述测量计算装置输出所述第二输出波形；其中，所述第一输出波形为随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的类正弦波形；所述第二输出波形为随着所述测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的三角波形；
所述测量计算装置用于在对所述测力轮对进行连续测量时，以所述测力轮对旋转角度为对应值，建立所述第一输出波形和所述第二输出波形的映射关系；并基于上述映射关系，结合预先标定的第一桥路灵敏度系数序列，进行轮轨作用力解耦计算，得到与各测力轮对旋转角度对应的轮轨作用力数据。
优选的，所述连续测量装置还包括：固定组件、连接装置、测力轮对待连接车轴和垫柱。
进一步的，所述固定组件包括端盖和罩体；所述端盖包括端盖中心孔；所述端盖通过螺纹，与所述罩体的左侧连接；所述罩体的右侧包括罩体信号线导出孔和罩体中心孔；所述罩体的右侧通过螺栓，与所述测力轮对待连接车轴紧固在一起；所述端盖中心孔、所述罩体中心孔以及所述测力轮对待连接车轴的车轴中心孔的中心，均在同一轴线上；
所述连接装置包括第一连接部件和第二连接部件；所述第一连接部件包括第一部件信号线导出孔；所述第一连接部件置于所述罩体内；所述第二连接部件包括感应磁铁定位槽；所述第二连接部件置于所述罩体内，并通过螺栓与所述罩体的右侧固定在一起；
所述测力轮对待连接车轴包括测力轮对桥路输出信号线和所述车轴中心孔；所述测力轮对待连接车轴固定于所述测力轮对的轴端；所述测力轮对桥路输出信号线与所述测力轮对桥路连接；
所述垫柱置于所述罩体的固定孔与所述测力轮对待连接车轴的轴端螺栓孔之间，用于保护信号线。
进一步的，所述集流环包括集流环转子和集流环定子；所述集流环转子置于所述罩体内左侧；所述集流环转子的右侧与集流环转子信号线连接；所述集流环转子信号线通过所述罩体信号线导出孔导出后，与所述测力轮对桥路输出信号线连接；所述集流环定子置于所述罩体内；所述集流环定子的左侧与集流环定子信号线连接；所述集流环定子的右侧通过紧定螺钉，与所述第一连接部件固定在一起；所述集流环定子信号线通过所述端盖中心孔导出后，与所述测量计算装置连接。
进一步的，所述绝对值增量编码器包括编码器定子和感应磁铁；所述绝对值增量编码器置于所述罩体内；所述编码器定子的左侧通过螺栓，与所述第一连接部件固定在一起；所述编码器定子的右侧与编码器信号线连接；所述编码器信号线通过所述第一部件信号线导出孔导出，并继续经由所述端盖中心孔导出后，与所述测量计算装置连接；所述感应磁铁，固定于所述感应磁铁定位槽内，并通过所述第二连接部件与所述集流环转子连接。
优选的，所述测量计算装置还用于在进行轮轨作用力解耦计算之前，对所述第一桥路灵敏度系数序列进行预先标定处理：将所述测力轮对上的所述测力轮对桥路与用于标定灵敏度系数的试验台连接；将所述测力轮对旋转一周，在旋转过程中每隔第一角度阈值，就使用所述试验台对所述测力轮对桥路进行一次桥路输出灵敏度系数标定处理，得到对应的第一桥路标定灵敏度系数；所述测量计算装置将所述旋转一周过程中得到的不同旋转角度下标定的各第一桥路标定灵敏度系数，按对应的旋转角度从小到大的顺序排序，组成第一桥路标定灵敏度系数序列；再对所述第一桥路标定灵敏度系数序列进行三次样条插值处理，并将插值处理结果作为所述第一桥路灵敏度系数序列。
本发明实施提供的一种连续测量轮轨作用力的方法及装置，将绝对值增量编码器与集流环集成在一起，通过绝对值增量编码器实现对测力轮对旋转角度的测量，通过集流环实现对测力轮对桥路应变电压的测量；并基于测力轮对旋转角度，建立绝对值增量编码器输出波形和测力轮对桥路输出波形的映射关系；再利用已知的灵敏度标定系数在上述映射关系基础上，进行轮轨作用力的解耦计算，得到测力轮对在不同旋转角度下的轮轨作用力数据，从而达到了对轮轨作用力进行连续精确测量的目的。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种连续测量轮轨作用力的方法示意图；
图2a为本发明实施例提供的电阻应变片在测力轮对腹板上粘贴位置的剖面图；
图2b为本发明实施例提供的电阻应变片在测力轮对腹板上粘贴位置的平面图；
图2c为本发明实施例提供的横向测力轮对桥路的电桥示意图；
图2d为本发明实施例提供的垂向测力轮对桥路的电桥示意图；
图3为本发明实施例提供的绝对值增量编码器输出波形与测力轮对桥路输出波形示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种连续测量轮轨作用力的装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的连续测量装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的第一连接部件结构示意图；
图7为本发明实施例提供的第二连接部件结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图1为本发明实施例一提供的一种连续测量轮轨作用力的方法示意图，如图1所示，本方法包括以下步骤：
步骤1，在测力轮对上粘贴电阻应变片，构成测力轮对桥路；
其中，测力轮对桥路包括横向测力轮对桥路和垂向测力轮对桥路；
具体包括：在测力轮对的腹板上，粘贴多个电阻应变片，并由多个电阻应变片，构成测力轮对桥路；多个电阻应变片均设置在以测力轮对轴心为圆心的同一个圆周上。
如图2a为本发明实施例提供的电阻应变片在测力轮对腹板上粘贴位置的剖面图、图2b为本发明实施例提供的电阻应变片在测力轮对腹板上粘贴位置的平面图所示，在测力轮对腹板上设置两组测量桥路也就是两组测力轮对桥路，分别为：横向测力轮对桥路和垂向测力轮对桥路；其中，横向测力轮对桥路的电阻应变片用大写英文字母表示：A、B、C、D，垂向测力轮对桥路的电阻应变片用小写英文字母表示：a、b、c、d；横向测力轮对桥路的所有电阻应变片均布置在测力轮对同侧腹板距测力轮对轴心RA为254.0mm的圆周上；垂向测力轮对桥路的所有电阻应变片均布置在测力轮对同侧腹板距测力轮对轴心Ra为232.0mm的圆周上；横向测力轮对桥路的电阻应变片A和B之间夹角为60°，A和C之间夹角为180°，A和C布置在测试电桥相邻桥臂上，对应的电桥结构如图2c为本发明实施例提供的横向测力轮对桥路的电桥示意图所示，U测量即是横向测力轮对桥路的测量电压；垂向测力轮对桥路的电阻应变片a和b之间夹角为60°，a和c之间夹角为180°，a和c布置在测试电桥相邻桥臂上，对应的电桥结构如图2d为本发明实施例提供的垂向测力轮对桥路的电桥示意图所示，U测量即是横向测力轮对桥路的测量电压；在上述方式设置的测力轮对桥路中，需要通过调节电阻应变片的数量对桥路输出波形进行调制，调制的目的是使得最终输出的波形为类正弦波形，且在测力轮对旋转一周之后，其横向/垂向测力轮对桥路的输出波形变化平缓。
步骤2，在测力轮对上安装连续测量装置，并将连续测量装置与测力轮对桥路连接；
其中，连续测量装置包括绝对值增量编码器和集流环；连续测量装置固定在测力轮对的轴端；绝对值增量编码器、集流环与测力轮对同轴放置；集流环与测力轮对桥路连接。
这里，绝对值型编码器的作用是基于机械轴当前所在的角度，输出其对应的位置编码，也就是说将绝对值型编码器与测力轮对的轴心对接之后，通过采集绝对值型编码器的输出值，我们可以得到当前测力轮对的旋转角度；另外，将集流环与测力轮对桥路连接，是为了采集测力轮对桥路的测量电压U测量。
步骤3，在对测力轮对进行连续测量时，将集流环输出的随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的类正弦波形，作为第一输出波形；并将绝对值增量编码器输出的随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的三角波形，作为第二输出波形。
这里，如图3为本发明实施例提供的绝对值增量编码器输出波形与测力轮对桥路输出波形示意图所示，第一输出波形为图中测力轮对桥路输出波形，第二输出波形为图中绝对值增量编码器输出波形。
步骤4，以测力轮对旋转角度为对应值，建立第一输出波形和第二输出波形的映射关系。
这里，如图3所示，我们可以看出第一输出波形和第二输出波形存在周期性的映射关系，以测力轮对旋转角度作为对应值，就可以建立起反映旋转角度、绝对值增量编码器输出值和横向/垂向测力轮对桥路输出值对应关系的横向/垂向对应表。
步骤5，基于上述映射关系，并结合预先标定的第一桥路灵敏度系数序列进行轮轨作用力解耦计算，得到与各测力轮对旋转角度对应的轮轨作用力数据。
此处，当测力轮对桥路为横向测力轮对桥路时，轮轨作用力数据为轮轨横向作用力数据；当测力轮对桥路为垂向测力轮对桥路时，轮轨作用力数据为轮轨垂向作用力数据。
这里，将横向/垂向对应表的数据带入应力解耦模型进行计算，就能得到每个测力轮对旋转角度的横向/垂向应力数据也即是轮轨横向/垂向作用力数据。
这里，第一桥路灵敏度系数序列的预先标定方法具体包括：
在进行轮轨作用力解耦计算之前，将测力轮对上的测力轮对桥路与用于标定灵敏度系数的试验台连接；将测力轮对旋转一周，在旋转过程中每隔第一角度阈值，就使用试验台对测力轮对桥路进行一次桥路输出灵敏度系数标定处理，得到对应的第一桥路标定灵敏度系数；将旋转一周过程中得到的不同旋转角度下标定的各第一桥路标定灵敏度系数，按对应的旋转角度从小到大的顺序排序，组成第一桥路标定灵敏度系数序列；对第一桥路标定灵敏度系数序列进行三次样条插值处理，并将插值处理结果作为第一桥路灵敏度系数序列。
此处，第一角度阈值为预先设定的角度值；这里是在实际连续测量之前，通过试验台先行对测力轮对上的横向/垂向测力轮对桥路的灵敏度系数进行标定和细分，其目的是得到以1°为旋转角度单位的第一桥路灵敏度系数序列。
例如，第一角度阈值为15°，将测力轮对旋转一周，并通过试验台每隔15°就对横向/垂向测力轮对桥路进行一次桥路输出灵敏度系数标定，会得到由360/15＝24个第一桥路标定灵敏度系数组成的第一桥路标定灵敏度系数序列；接着，对第一桥路标定灵敏度系数序列，进行三次样条插值处理，所谓三次样条插值(Cubic Spline Interpolation)也简称Spline插值，是通过一系列形值点，通过求解三弯矩方程组得出平滑曲线的插值算法，这里使用三次样条插值方法处理第一桥路标定灵敏度系数序列的目的是，对第一桥路标定灵敏度系数序列持续细分，直到序列中相邻灵敏度系数对应的角度间隔从15°降为1°，对应的，最后得到的第一桥路灵敏度系数序列中包含的第一桥路灵敏度系数的数量为360个。
图4为本发明实施例二提供的一种连续测量轮轨作用力的装置的结构示意图，该装置为实现前述实施例方法的装置、终端设备或者系统设备，也可以为能够使得前述装置、终端设备或者系统设备实现本发明实施例提供的方法的装置，例如该装置可以是前述装置、终端设备或者系统设的装置或芯片系统。如图4所示，该装置包括：多个电阻应变片E1、连续测量装置E2和测量计算装置E3。
多个电阻应变片E1粘贴在测力轮对上，且均设置在以测力轮对轴心为圆心的同一个圆周上；在测力轮对上的多个电阻应变片E1用于构成测力轮对桥路。
这里，多个电阻应变片E1在测力轮对上的设置位置如图2a、图2b所示，构成的横向/垂向测力轮对桥路则如图2c/图2d所示。
连续测量装置E2包括集流环E21和绝对值增量编码器E22；连续测量装置E2固定在测力轮对的轴端；绝对值增量编码器E22、集流环E21与测力轮对同轴放置；集流环E21分别与测力轮对桥路和测量计算装置E3连接；绝对值增量编码器E22与测量计算装置E3连接；集流环E21用于对测力轮对桥路进行桥路电压测量，并将测量结果转化为第一输出波形，并向测量计算装置E3输出第一输出波形；绝对值增量编码器E22用于对测力轮对进行旋转角度测量，并将测量结果转化为第二输出波形，并向测量计算装置E3输出第二输出波形；其中，第一输出波形为随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的类正弦波形；第二输出波形为随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的三角波形。
这里，如图3所示，第一输出波形为图中测力轮对桥路输出波形，第二输出波形为图中绝对值增量编码器输出波形。
图5为本发明实施例提供的连续测量装置的结构示意图，图6为本发明实施例提供的第一连接部件结构示意图，图7为本发明实施例提供的第二连接部件结构示意图，结合图5-7，这里给出本实施例中连续测量装置E2的一个具体实现方式，该具体实现方式中连续测量装置E2包括：固定组件1、集流环2也即是上述集流环E21、绝对值增量编码器3也即是上述绝对值增量编码器E22、连接装置4、测力轮对待连接车轴5和垫柱6；
其中，固定组件1包括端盖11和罩体12；端盖11包括端盖中心孔111；端盖1通过螺纹，与罩体12的左侧连接；罩体12的右侧包括第一固定孔121、罩体信号线导出孔122和罩体中心孔123；罩体12的右侧通过螺栓，将第一固定孔121与测力轮对待连接车轴5的轴端螺栓孔51紧固在一起；端盖中心孔111、罩体中心孔123以及测力轮对待连接车轴5的车轴中心孔53的中心，均在同一轴线上；
连接装置4包括第一连接部件41和第二连接部件42；第一连接部件41包括紧定螺钉411、第一部件信号线导出孔412、第二固定孔413、螺栓414和紧定螺钉孔415；第一连接部件41置于罩体12内；第二连接部件42包括第三固定孔421和感应磁铁定位槽422；第二连接部件42置于罩体12内；第二连接部件42使用螺栓通过第三固定孔421，与罩体12的右侧固定在一起；这里，第一连接部件41的紧定螺钉411、第一部件信号线导出孔412和第二固定孔413的结构，具体如图6所示；第二连接部件42的第三固定孔421和感应磁铁定位槽422，具体如图7所示；
测力轮对待连接车轴5包括轴端螺栓孔51、测力轮对桥路输出信号线52和车轴中心孔53；测力轮对待连接车轴5固定于测力轮对的轴端；测力轮对桥路输出信号线52与测力轮对桥路连接；测力轮对桥路输出信号线52，用于向集流环2输出测力轮对桥路的测量电压U测量；
集流环2包括集流环转子21和集流环定子22；集流环转子21置于罩体12内左侧；集流环转子21的右侧与集流环转子信号线211连接；集流环转子信号线211通过罩体信号线导出孔122导出后，与测力轮对桥路输出信号线52连接；集流环定子22置于罩体12内；集流环定子22的左侧与集流环定子信号线221连接，并伸出端盖中心孔111外；集流环定子22的右侧使用紧定螺钉411通过紧定螺钉孔415与第一连接部件41固定在一起；集流环定子信号线221通过端盖中心孔111导出后，与测量计算装置E3连接；
这里，为保证信号传输质量，常规情况下会将集流环转子信号线211与测力轮对桥路输出信号线52焊接在一起；
绝对值增量编码器3包括编码器定子31和感应磁铁32；绝对值增量编码器3置于罩体12内；编码器定子31的左侧使用螺栓414通过第二固定孔413与第一连接部件41固定在一起；编码器定子31的右侧与编码器信号线311连接；编码器信号线311通过第一部件信号线导出孔412导出，并继续经由端盖中心孔111导出后，再与测量计算装置E3连接；感应磁铁32，被固定在第二连接部件42的感应磁铁定位槽422内，并通过第二连接部件42与集流环转子21连接；
这里，在将感应磁铁32固定到感应磁铁定位槽422内时，可使用改性丙烯酸酯胶粘剂对其进行固定；
垫柱6置于固定组件1的第一固定孔121与测力轮对待连接车轴5的轴端螺栓孔51之间，以防止信号线被挤压；
综上，在当前实现方式中，连接装置4的第一连接部件41用于固定集流环2与绝对值增量编码器3，连接装置4的第二连接部件42用于固定绝对值增量编码器3和罩体12，由固定组件1完成对集流环2与绝对值增量编码器3的内部集成，通过固定组件1与测力轮对待连接车轴5相互固定完成对连续测量装置E2的组装，再将测力轮对待连接车轴5固定于测力轮对的轴端，就完成了连续测量装置E2与测力轮对轴端的固定操作。
测量计算装置E3用于在对测力轮对进行连续测量时，以测力轮对旋转角度为对应值，建立第一输出波形和第二输出波形的映射关系；并基于上述映射关系，结合预先标定的第一桥路灵敏度系数序列，进行轮轨作用力解耦计算，得到与各测力轮对旋转角度对应的轮轨作用力数据。
测量计算装置E3还用于在进行轮轨作用力解耦计算之前，对第一桥路灵敏度系数序列进行预先标定处理：首先，将测力轮对上的测力轮对桥路与用于标定灵敏度系数的试验台连接；然后，将测力轮对旋转一周，在旋转过程中每隔第一角度阈值，就使用试验台对测力轮对桥路，进行一次桥路输出灵敏度系数标定处理，得到对应的第一桥路标定灵敏度系数；接着，测量计算装置E3将旋转一周过程中得到的不同旋转角度下标定的各第一桥路标定灵敏度系数，按对应的旋转角度从小到大的顺序排序，组成第一桥路标定灵敏度系数序列；再对第一桥路标定灵敏度系数序列进行三次样条插值处理，并将插值处理结果作为第一桥路灵敏度系数序列。
本发明实施例提供的一种连续测量轮轨作用力的装置，可以执行上述方法实施例中的方法步骤，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1，提供了一种通过测量测力轮对旋转角度，测量轮轨作用力的连续测量方法；2，提供了一种集成绝对值增量编码器和集流环的连续测量装置，实现了上述连续测量方法。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连续测量轮轨作用力的方法，其特征在于，所述方法包括：
在测力轮对上粘贴电阻应变片，构成测力轮对桥路；
在所述测力轮对上安装连续测量装置，并将所述连续测量装置与所述测力轮对桥路连接；其中，所述连续测量装置包括集流环和绝对值增量编码器；所述连续测量装置固定在所述测力轮对的轴端；所述集流环、所述绝对值增量编码器与所述测力轮对同轴放置；所述集流环与所述测力轮对桥路连接；
在对所述测力轮对进行连续测量时，将所述集流环输出的随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的类正弦波形，作为第一输出波形；并将所述绝对值增量编码器输出的随着所述测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的三角波形，作为第二输出波形；
以所述测力轮对旋转角度为对应值，建立所述第一输出波形和所述第二输出波形的映射关系；
基于上述映射关系，并结合预先标定的第一桥路灵敏度系数序列，进行轮轨作用力解耦计算，得到与各测力轮对旋转角度对应的轮轨作用力数据。
2.根据权利要求1所述的连续测量轮轨作用力的方法，其特征在于，所述在测力轮对上粘贴电阻应变片，构成测力轮对桥路，具体包括：
在所述测力轮对的腹板上粘贴多个所述电阻应变片，并由所述多个电阻应变片构成所述测力轮对桥路；所述多个电阻应变片均设置在以测力轮对轴心为圆心的同一个圆周上。
3.根据权利要求1所述的连续测量轮轨作用力的方法，其特征在于，
所述测力轮对桥路包括横向测力轮对桥路和垂向测力轮对桥路；当所述测力轮对桥路为所述横向测力轮对桥路时，所述轮轨作用力数据为轮轨横向作用力数据；当所述测力轮对桥路为所述垂向测力轮对桥路时，所述轮轨作用力数据为轮轨垂向作用力数据。
4.根据权利要求1所述的连续测量轮轨作用力的方法，其特征在于，所述第一桥路灵敏度系数序列的预先标定方法具体包括：
在进行轮轨作用力解耦计算之前，将所述测力轮对上的所述测力轮对桥路与用于标定灵敏度系数的试验台连接；
将所述测力轮对旋转一周，在旋转过程中每隔第一角度阈值，就使用所述试验台对所述测力轮对桥路进行一次桥路输出灵敏度系数标定处理，得到对应的第一桥路标定灵敏度系数；
将所述旋转一周过程中得到的不同旋转角度下标定的各第一桥路标定灵敏度系数，按对应的旋转角度从小到大的顺序排序，组成第一桥路标定灵敏度系数序列；
对所述第一桥路标定灵敏度系数序列进行三次样条插值处理，并将插值处理结果作为所述第一桥路灵敏度系数序列。
5.一种用以执行上述权利要求1-4任一所述的连续测量轮轨作用力的方法的装置，其特征在于，所述装置包括：多个电阻应变片、连续测量装置和测量计算装置；
所述多个电阻应变片粘贴在测力轮对上，且均设置在以测力轮对轴心为圆心的同一个圆周上；在所述测力轮对上的所述多个电阻应变片用于构成测力轮对桥路；
所述连续测量装置包括集流环和绝对值增量编码器；所述连续测量装置固定在所述测力轮对的轴端；所述集流环、所述绝对值增量编码器与所述测力轮对同轴放置；所述集流环分别与所述测力轮对桥路和所述测量计算装置连接；所述绝对值增量编码器与所述测量计算装置连接；所述集流环用于对所述测力轮对桥路进行桥路电压测量，并将测量结果转化为第一输出波形，并向所述测量计算装置输出所述第一输出波形；所述绝对值增量编码器用于对所述测力轮对进行旋转角度测量，并将测量结果转化为第二输出波形，并向所述测量计算装置输出所述第二输出波形；其中，所述第一输出波形为随着测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的类正弦波形；所述第二输出波形为随着所述测力轮对旋转角度变化而呈现周期性变化趋势的三角波形；
所述测量计算装置用于在对所述测力轮对进行连续测量时，以所述测力轮对旋转角度为对应值，建立所述第一输出波形和所述第二输出波形的映射关系；并基于上述映射关系，结合预先标定的第一桥路灵敏度系数序列，进行轮轨作用力解耦计算，得到与各测力轮对旋转角度对应的轮轨作用力数据。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述连续测量装置还包括：固定组件、连接装置、测力轮对待连接车轴和垫柱。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述固定组件包括端盖和罩体；所述端盖包括端盖中心孔；所述端盖通过螺纹，与所述罩体的左侧连接；所述罩体的右侧包括罩体信号线导出孔和罩体中心孔；所述罩体的右侧通过螺栓，与所述测力轮对待连接车轴紧固在一起；所述端盖中心孔、所述罩体中心孔以及所述测力轮对待连接车轴的车轴中心孔的中心，均在同一轴线上；
所述连接装置包括第一连接部件和第二连接部件；所述第一连接部件包括第一部件信号线导出孔；所述第一连接部件置于所述罩体内；所述第二连接部件包括感应磁铁定位槽；所述第二连接部件置于所述罩体内，并通过螺栓与所述罩体的右侧固定在一起；
所述测力轮对待连接车轴包括测力轮对桥路输出信号线和所述车轴中心孔；所述测力轮对待连接车轴固定于所述测力轮对的轴端；所述测力轮对桥路输出信号线与所述测力轮对桥路连接；
所述垫柱置于所述罩体的固定孔与所述测力轮对待连接车轴的轴端螺栓孔之间，用于保护信号线。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述集流环包括集流环转子和集流环定子；所述集流环转子置于所述罩体内左侧；所述集流环转子的右侧与集流环转子信号线连接；所述集流环转子信号线通过所述罩体信号线导出孔导出后，与所述测力轮对桥路输出信号线连接；所述集流环定子置于所述罩体内；所述集流环定子的左侧与集流环定子信号线连接；所述集流环定子的右侧通过紧定螺钉，与所述第一连接部件固定在一起；所述集流环定子信号线通过所述端盖中心孔导出后，与所述测量计算装置连接。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述绝对值增量编码器包括编码器定子和感应磁铁；所述绝对值增量编码器置于所述罩体内；所述编码器定子的左侧通过螺栓，与所述第一连接部件固定在一起；所述编码器定子的右侧与编码器信号线连接；所述编码器信号线通过所述第一部件信号线导出孔导出，并继续经由所述端盖中心孔导出后，与所述测量计算装置连接；所述感应磁铁，固定于所述感应磁铁定位槽内，并通过所述第二连接部件与所述集流环转子连接。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述测量计算装置还用于在进行轮轨作用力解耦计算之前，对所述第一桥路灵敏度系数序列进行预先标定处理：将所述测力轮对上的所述测力轮对桥路与用于标定灵敏度系数的试验台连接；将所述测力轮对旋转一周，在旋转过程中每隔第一角度阈值，就使用所述试验台对所述测力轮对桥路进行一次桥路输出灵敏度系数标定处理，得到对应的第一桥路标定灵敏度系数；所述测量计算装置将所述旋转一周过程中得到的不同旋转角度下标定的各第一桥路标定灵敏度系数，按对应的旋转角度从小到大的顺序排序，组成第一桥路标定灵敏度系数序列；再对所述第一桥路标定灵敏度系数序列进行三次样条插值处理，并将插值处理结果作为所述第一桥路灵敏度系数序列。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110384624.8A CN113155330B (zh) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | 一种连续测量轮轨作用力的方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110384624.8A CN113155330B (zh) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | 一种连续测量轮轨作用力的方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113155330A CN113155330A (zh) | 2021-07-23 |
| CN113155330B true CN113155330B (zh) | 2022-11-18 |
Family
ID=76889763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110384624.8A Active CN113155330B (zh) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | 一种连续测量轮轨作用力的方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113155330B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114878124B (zh) * | 2022-07-08 | 2022-10-14 | 西南交通大学 | 一种振动试验系统 |
| CN115092196B (zh) * | 2022-07-18 | 2024-01-26 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 用于自动驾驶轨道车辆的拖车转向架及自动驾驶轨道车辆 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2180303A2 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-28 | Bohumil Culek | System of measuring the power effects between vehicle wheel and rail in driving railway vehicle and method of measuring the power effects |
| CN102721491A (zh) * | 2012-06-20 | 2012-10-10 | 西南交通大学 | 一种测力轮对连续测量方法 |
| CN106441648A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-02-22 | 成都安科泰丰科技有限公司 | 一种测力轮对连续测量方法及解耦算法 |
| CN208984263U (zh) * | 2018-10-30 | 2019-06-14 | 成都西交智众科技有限公司 | 一种用于车轮的测力装置和测力系统 |
| CN110588709A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-12-20 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 铁道基础设施检测系统 |
| CN110907204A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-24 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心 | 轨道车辆轮轨关系试验台及试验方法 |
-
2021
- 2021-04-09 CN CN202110384624.8A patent/CN113155330B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2180303A2 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-28 | Bohumil Culek | System of measuring the power effects between vehicle wheel and rail in driving railway vehicle and method of measuring the power effects |
| CN102721491A (zh) * | 2012-06-20 | 2012-10-10 | 西南交通大学 | 一种测力轮对连续测量方法 |
| CN106441648A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-02-22 | 成都安科泰丰科技有限公司 | 一种测力轮对连续测量方法及解耦算法 |
| CN208984263U (zh) * | 2018-10-30 | 2019-06-14 | 成都西交智众科技有限公司 | 一种用于车轮的测力装置和测力系统 |
| CN110588709A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-12-20 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 铁道基础设施检测系统 |
| CN110907204A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-03-24 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心 | 轨道车辆轮轨关系试验台及试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113155330A (zh) | 2021-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113155330B (zh) | 一种连续测量轮轨作用力的方法及装置 | |
| US5894094A (en) | Wheel force measuring hub assembly | |
| US5492002A (en) | Instrumented wheelset system | |
| CN107314838B (zh) | 一种用于测量轮轴载荷谱的测力轮对 | |
| CN205561747U (zh) | 钢筋混凝土及金属构件变形测量的电阻应变式位移传感器 | |
| US8210055B2 (en) | Strain gauge rosette for internal stress measurement | |
| CN111060237A (zh) | 测力传感器的组桥电路 | |
| US20120283978A1 (en) | Axis run-out measuring method and angle detecting device with self-calibration function having axis run-out measuring function | |
| CN110220722A (zh) | 一种控制臂载荷测试系统和标定实验系统 | |
| CN106338272B (zh) | 用于构件倾斜角测量的测试方法 | |
| CN106840481A (zh) | 一种自适应测量的电阻应变片测力方法及系统 | |
| CN205384108U (zh) | 测量轴向拉力的电阻应变式拉力传感器 | |
| CN104964832A (zh) | 一种汽车轮胎与负荷轮间作用力检测装置 | |
| CN110057481B (zh) | 基于光纤光栅和应变片技术的两轴间扭矩传递测量装置 | |
| CN112097632B (zh) | 三线制四分之一桥大应变测量的恒压电桥非线性修正方法 | |
| Wang et al. | The new method of initial calibration with the wheel force transducer | |
| CN204903183U (zh) | 一种轮胎均匀性检测装置 | |
| CN113968232B (zh) | 确定轮胎载荷的方法、装置、存储介质及车载设备 | |
| CN202814608U (zh) | 扭矩测量装置 | |
| JPH04340433A (ja) | 鉄道用車両の輪重・横圧測定における零点補正法 | |
| CN210833946U (zh) | 测力传感器的组桥电路 | |
| CN104977173A (zh) | 轮胎均匀性参数测量装置 | |
| CN218765715U (zh) | 一种消除方位误差的测力仪 | |
| CN113607970B (zh) | 一种利用离心力测量转速的方法及装置 | |
| CN205825894U (zh) | 一种内径测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231129 Address after: No. 231, Ruichang Road, North District, Qingdao, Shandong Patentee after: China Railway Inspection and Certification (Qingdao) Vehicle Inspection Station Co.,Ltd. Address before: No. 231, Ruichang Road, North District, Qingdao, Shandong Patentee before: CRRC QINGDAO SIFANG ROLLING STOCK RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |