CN114659690A - 一种轮轨力无线监测装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮轨力无线监测装置、系统及方法，装置包括数据采集机构以及与数据采集机构相适配的无线监测机构，数据采集机构包括与钢轨相适配的集线盒、与集线盒相适配的集成电路板、设置在集成电路板上的数据采集卡及双轴应变片，集成电路板上开设有应变片定位孔，双轴应变片设置在应变片定位孔中。监测方法为：将多个数据采集机构分别安装在钢轨的不同监测位置处，以采集钢轨各个位置处的轮轨力数据，并通过无线监测机构实现轮轨力无线监测。与现有技术相比，本发明提高了应变片贴片位置的准确性，提升了测量精度，实现远程监测，效率高、维护成本低，避免了引出线路对列车行驶安全性产生影响。

Description

一种轮轨力无线监测装置、系统及方法

技术领域

本发明属于轮轨力测试技术领域，涉及一种轮轨力无线监测装置、系统及方法。

背景技术

在轮轨力测试领域中，轮轨力的确定是研究车-轨耦合模型的基础，也是确保车辆安全运行的关键。车轮与轨道之间的相互作用也直接影响行车安全、轮轨磨损等。因此，针对轮轨力测试装置的研究具有十分重要的工程意义。

目前，国内对于趟车检查时轮轨力的地面测试方法已有一定的研究，随着测试方法的不断进步，现在的轮轨力地面测试方法大多是现场对轨道进行打磨粘贴应变片并通过排线组桥的方式，测试得到的应变值通过有线传输的方式传输至服务器或电脑中进行后续的轮轨力数据监测与分析。但这种测试方法仍存在着不足，首先，粘贴应变片的时候存在定位不准的问题，使测得的应变值产生偏差，达不到预期效果；其次，应变片引出的线路多而复杂，会对列车行驶的安全性造成影响。此外，针对车-轨-路耦合模型中的轮轨力只能通过现场实测获得，无法凭借远程监测手段获取实时数据，因而不能满足趟车检测的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮轨力无线监测装置、系统及方法。本发明同时具有应变片定位和量测数据无线传输两种功能，进而提高应变片贴片位置的准确性，以及能够避免引出线路对列车运营安全的影响。本发明通过无线发射模块将数据传输至现场工控机，再通过工控机上传至云服务器，并接入趟车检测平台系统，进而通过终端机实现远程监测与预警。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轮轨力无线监测装置，该装置包括数据采集机构以及与数据采集机构相适配的无线监测机构，所述的数据采集机构包括与钢轨相适配的集线盒、与集线盒相适配的集成电路板、设置在集成电路板上的数据采集卡及双轴应变片，所述的集成电路板上开设有应变片定位孔，所述的双轴应变片设置在应变片定位孔中。应变片定位孔尺寸与双轴应变片相同。

进一步地，所述的集线盒为组合式集线盒，所述的组合式集线盒上设有卡扣。

进一步地，所述的集成电路板共设有四个，其中两个集成电路板与钢轨的内侧相适配，另外两个集成电路板与钢轨的外侧相适配。

进一步地，每个集成电路板上开设有两个应变片定位孔，并且每个集成电路板上的两个应变片定位孔沿水平面对称设置。应变片定位孔的位置对应于钢轨中性轴，便于进行双轴应变片的粘贴、接线与定位。

进一步地，所述的应变片定位孔为长方形孔，所述的长方形孔的长度方向与水平面之间的夹角为45°。集成电路板上的长方形孔与钢轨中性轴位置相匹配。

进一步地，所述的无线监测机构包括与数据采集卡相适配的无线发射模块、与无线发射模块相适配的工控机、与工控机相适配的云服务器以及与云服务器相适配的终端机。无线发射模块将数据采集卡采集到的轮轨力数据传输至现场工控机，并上传至云服务器，以实时传输轮轨力数据。

进一步地，所述的集成电路板上还设有电池。

优选地，每组集成电路板上有一块电池、一个数据采集卡和无线发射模块。

进一步地，所述的集线盒与钢轨下半部分相适配，并且所述的集线盒的材质为硬质塑料。集线盒的尺寸与钢轨中性轴的尺寸相匹配，材质为硬质塑料。内外侧两部分集线盒采用卡扣连接，便于安装和进行应变片的定位。集线盒用于连接四块电路板之间的排线收纳。集线盒分为内外两部分，每一部分分别连接两块集成电路板，起到钢轨纵向定位作用，内外两部分通过卡扣的方式进行固定，卡扣也由硬质塑料制得，起到钢轨中性轴定位作用，内部排线通过连接插头进行连接。沿轨道纵向集线盒长度为220mm，横向集线盒尺寸根据钢轨尺寸和中性轴位置进行调整。

优选地，双轴应变片和集成电路板间采用焊接连接并涂抹环氧树脂封胶，使用集成电路板和集线盒对板间焊接的排线进行集成和收纳。根据钢轨的形状和中性轴位置制作可以完整贴合钢轨的特定尺寸的集线盒，并分为内侧外侧两部分，内部线路采用插头连接。八个双轴应变片具有自补偿功能，不需要补偿片，且自带防水片，满足防水要求。将双轴应变片粘贴至长方形孔中，双轴应变片和集线盒中各线路与集成电路板上的焊点进行焊接，通过集成电路板和集线盒中的排线进行组桥。

一种轮轨力无线监测系统，基于所述的轮轨力无线监测装置，所述的系统包括分别用于采集钢轨不同位置处的轮轨力数据的多个数据采集机构以及与多个数据采集机构相适配的无线监测机构。无线监测机构设有多个无线发射模块，分别与多个数据采集机构相适配。

一种轮轨力无线监测方法，基于所述的轮轨力无线监测系统，该方法为：将多个数据采集机构分别安装在钢轨的不同监测位置处，以采集钢轨各个位置处的轮轨力数据，并通过无线监测机构实现轮轨力无线监测。多个数据采集机构分别安装在每跨钢轨中间位置，采集钢轨各个位置的轮轨力数据传输到现场工控机，通过工控机上传至云服务器，接入趟车检测平台系统，通过终端机实现轮轨力无线监测。

本发明中，双轴应变片通过集成电路板进行组桥，输出端连接数据采集卡，采集到的数据通过无线发射模块发送至现场工控机，处理后上传至云服务器，并通过终端机进行数据的在线监测和预警分析。本发明提高了应变片贴片位置的准确性，提升了测量精度，实现远程监测，效率高、维护成本低，避免了引出线路对列车行驶安全性产生影响。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明借助集线盒和集成电路板上的应变片定位孔来进行应变片的定位，保证应变片粘贴位置的准确性，进而保证轮轨力测量值的精确性。

2)本发明通过集成电路板上的数据采集卡、无线发射模块和集线盒的排线收纳，实现应变数据的无线传输，避免了传统测量引出大量排线，保证了趟车检测的安全性。

3)本发明使用云服务器和趟车检测平台系统，提高了稳定性，使用终端机可以实现轮轨力的远程实时监测预警，保证了趟车检测的实时性，大量节省人力物力。

附图说明

图1为轮轨力无线监测装置在轨道上安装后的整体结构示意图；

图2为轮轨力无线监测装置的整体结构示意图；

图3为轮轨力无线监测装置的竖向剖视结构示意图；

图4为轮轨力无线监测装置的组桥方式示意图；

图5为轮轨力无线监测装置的外侧结构示意图；

图6为轮轨力无线监测装置的内侧结构示意图；

图7为轮轨力无线监测方法的流程图。

图中标记说明：

1—钢轨、2—双轴应变片、3—集成电路板、4—集线盒、5—数据采集卡、6—工控机、7—云服务器、8—终端机、9—卡扣、10—电池、11—无线发射模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1、图2所示的一种轮轨力无线监测装置，包括数据采集机构以及与数据采集机构相适配的无线监测机构，数据采集机构包括与钢轨1相适配的集线盒4、与集线盒4相适配的集成电路板3、设置在集成电路板3上的数据采集卡5及双轴应变片2，集成电路板3上开设有应变片定位孔，双轴应变片2设置在应变片定位孔中。

如图3所示，集线盒4为组合式集线盒，组合式集线盒上设有卡扣9。集线盒4与钢轨1下半部分相适配，并且集线盒4的材质为硬质塑料。

如图4所示，集成电路板3共设有四个，其中两个集成电路板3与钢轨1的内侧相适配，另外两个集成电路板3与钢轨1的外侧相适配。每个集成电路板3上开设有两个应变片定位孔，并且每个集成电路板3上的两个应变片定位孔沿水平面对称设置。

如图5、图6所示，应变片定位孔为长方形孔，长方形孔的长度方向与水平面之间的夹角为45°。集成电路板3上还设有电池10。

无线监测机构包括与数据采集卡5相适配的无线发射模块11、与无线发射模块11相适配的工控机6、与工控机6相适配的云服务器7以及与云服务器7相适配的终端机8。

实施例2：

一种轮轨力无线监测系统，基于实施例1中的轮轨力无线监测装置，系统包括分别用于采集钢轨1不同位置处的轮轨力数据的多个数据采集机构以及与多个数据采集机构相适配的无线监测机构。

实施例3：

一种轮轨力无线监测方法，基于实施例2中的轮轨力无线监测系统，如图7所示，该方法为：将多个数据采集机构分别安装在钢轨1的不同监测位置处，以采集钢轨1各个位置处的轮轨力数据，并通过无线监测机构实现轮轨力无线监测。

实施例4：

一种轮轨力无线监测装置，如图1、图2所示，包括设置在不同监测位置上的双轴应变片2、集成电路板3、集线盒4、集成在集成电路板3上的数据采集卡5和无线发射模块11、工控机6、云服务器7和终端机8。双轴应变片2通过集成电路板3上八个长方形孔A、B、C、D、E、F、G、H及集线盒4进行高度与纵向位置定位。八个双轴应变片2通过集成电路板3和集线盒4中的排线进行组桥，如图4所示，桥路的输出端连接电路板上的数据采集卡5，U表示电源。多组数据采集机构采集到的轮轨力数据通过无线发射模块11传输至工控机6，再通过工控机6上传至云服务器7，接入趟车检测平台系统，在终端机8中可以实现对轮轨力的无线监测和预警。

双轴应变片2具有自补偿功能，不需要补偿片，且自带防水片，满足防水要求。

在装置安装前，先对钢轨1进行打磨，打磨后擦拭工业酒精。

如图5、图6，装置分为外侧和内侧两部分，将钢轨1外侧集线盒4部分和两块集成电路板3安装至两轨枕之间的轨道跨中，下部卡在轨底。将钢轨内侧集线盒4部分和两块集成电路板3与外侧部分相连，排线用插头连接，连接处使用卡扣9固定。集成电路板3使用胶水固定至轨腰位置。

将八个双轴应变片2分别涂抹上工业胶水，粘贴至集成电路板3的八个长方形孔中，并将双轴应变片2引出的线路焊接在集成电路板3相应的焊点上。待工业胶水固化40分钟后，进行标定与测量。标定过程与既有规范技术相同，此处不再赘述。

如图1所示，对集成电路板3、数据采集卡5和双轴应变片2进行防水绝缘处理，表面涂抹防水涂料，对焊点处进行表面处理，涂抹环氧树脂封胶。

多个数据采集机构采集钢轨1各个位置的轮轨力数据，通过无线发射模块11传输至现场的工控机6，再通过工控机6上传至云服务器7，并接入趟车检测平台系统，通过终端机8实现轮轨力的无线监测预警。流程如图7所示。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，该装置包括数据采集机构以及与数据采集机构相适配的无线监测机构，所述的数据采集机构包括与钢轨(1)相适配的集线盒(4)、与集线盒(4)相适配的集成电路板(3)、设置在集成电路板(3)上的数据采集卡(5)及双轴应变片(2)，所述的集成电路板(3)上开设有应变片定位孔，所述的双轴应变片(2)设置在应变片定位孔中。

2.根据权利要求1所述的一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，所述的集线盒(4)为组合式集线盒，所述的组合式集线盒上设有卡扣(9)。

3.根据权利要求1所述的一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，所述的集成电路板(3)共设有四个，其中两个集成电路板(3)与钢轨(1)的内侧相适配，另外两个集成电路板(3)与钢轨(1)的外侧相适配。

4.根据权利要求3所述的一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，每个集成电路板(3)上开设有两个应变片定位孔，并且每个集成电路板(3)上的两个应变片定位孔沿水平面对称设置。

5.根据权利要求4所述的一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，所述的应变片定位孔为长方形孔，所述的长方形孔的长度方向与水平面之间的夹角为45°。

6.根据权利要求1所述的一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，所述的无线监测机构包括与数据采集卡(5)相适配的无线发射模块(11)、与无线发射模块(11)相适配的工控机(6)、与工控机(6)相适配的云服务器(7)以及与云服务器(7)相适配的终端机(8)。

7.根据权利要求1所述的一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，所述的集成电路板(3)上还设有电池(10)。

8.根据权利要求1所述的一种轮轨力无线监测装置，其特征在于，所述的集线盒(4)与钢轨(1)下半部分相适配，并且所述的集线盒(4)的材质为硬质塑料。

9.一种轮轨力无线监测系统，基于如权利要求1至8任一项所述的轮轨力无线监测装置，其特征在于，所述的系统包括分别用于采集钢轨(1)不同位置处的轮轨力数据的多个数据采集机构以及与多个数据采集机构相适配的无线监测机构。

10.一种轮轨力无线监测方法，基于如权利要求9所述的轮轨力无线监测系统，其特征在于，该方法为：将多个数据采集机构分别安装在钢轨(1)的不同监测位置处，以采集钢轨(1)各个位置处的轮轨力数据，并通过无线监测机构实现轮轨力无线监测。

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