CN114791366A - 轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法、装置及计算机存储介质，通过仅对第一轮对进行制动，并利用速度传感器检测第一轮对和第二轮对的轴速度，测量得到第一轮对在受制动力轴速度降至0rps后，于轮轨间粘着作用作用下，轴速度恢复至与第二轮对一致时的轴速度变量与时间，从而得到轮轨间粘着系数。本测量方法与装置简单易实现，粘着系数通过测量实际数据计算得到，数据准确性高，避免了经验公式推算的误差。

Description

轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法、装置及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及铁路及轨道交通领域，具体地涉及一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法、装置及计算机存储介质。

背景技术

目前对于轨道交通车辆制动模块主要分为两大类即粘着制动和非粘着制动两大类。粘着制动包括电制动，空气制动等，非粘着制动包括磁轨制动，涡流制动等。粘着制动即制动力依赖于轮轨间粘着作用，当制动力超过轮轨粘着的极限就会出现车轮打滑现象。然而，对于轮轨之间的粘着系数目前的测量方法通常较复杂且准确性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法、装置及计算机存储介质。

本发明提供一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，包括步骤：

检测到轨道车辆的第一轮对和第二轮对处于运行状态；

控制制动所述第一轮对，至其轴速度降至0rps后停止制动；

记录所述第一轮对轴速度从0rps恢复至与所述第二轮对轴速度一致时所需的时间ΔT及轴速度变量Δω，根据时间ΔT与轴速度变量Δω计算得到粘着系数μ。

作为本发明的进一步改进，制动所述第一轮对期间，控制所述第二轮对不受制动力。

作为本发明的进一步改进，“检测到轨道车辆的第一轮对和第二轮对处于运行状态”具体包括：

检测到轨道车辆的所述第一轮对和所述第二轮对保持以预设速度运行预设时间或运行预设距离。

作为本发明的进一步改进，“控制制动所述第一轮对，至其轴速度降至0rps后停止制动”具体包括：

控制对所述第一轮对施加以曲线上升的制动力；

检测到所述第一轮对轴速度为0rps之后，立即停止对所述第一轮对施加制动力。

作为本发明的进一步改进，“记录所述第一轮对轴速度从0rps恢复至与所述第二轮对轴速度一致时所需的时间ΔT及轴速度变量Δω”具体包括：

在轮轨间粘着作用下，所述第一轮对轴速度从0rps开始恢复，对比所述第一轮对的轴速度和所述第二轮对的轴速度，当检测到两者一致时，记录其从轴速度为0rps到当前轴速度所需的时间ΔT及轴速度变量Δω。

作为本发明的进一步改进，“根据时间ΔT与轴速度变量Δω计算得到粘着系数μ”具体包括：

μ＝C×(ΔV/Δt)

ΔV＝Δω×R

C＝m_r/m_sg

式中，ΔV表示轮对线速度变化量，R表示轮对中车轮的半径，m_r表示轴旋转质量，m_s表示轴重。

本发明还提供一种轨道车辆轮轨粘着系数测量装置，所述测量装置包括测量控制模块，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法的步骤。

作为本发明的进一步改进，所述测量装置还包括制动模块和牵引模块，所述制动模块受所述处理器控制，用于制动所述第一轮对。

作为本发明的进一步改进，所述装置还包括：

第一速度传感器，其通讯连接于所述处理器，用于检测所述第一轮对轴速度并将速度信号传输至所述处理器；

第二速度传感器，其通讯连接于所述处理器，用于检测所述第二轮对轴速度并将速度信号传输至所述处理器。

本发明还提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，并且所述计算机程序运行时导致所述计算机存储介质的所在设备执行上述轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法的步骤。

本发明的有益效果是：本发明通过仅对第一轮对进行制动，并利用速度传感器检测第一轮对和第二轮对的轴速度，测量得到第一轮对在受制动力轴速度降至0rps后，于轮轨间粘着作用作用下，轴速度恢复至与第二轮对一致时的轴速度变量与时间，从而得到轮轨间粘着系数。本测量方法与装置简单易实现，粘着系数通过测量实际数据计算得到，数据准确性高，避免了经验公式推算的误差。

附图说明

图1是本发明一实施方式中的轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法流程示意图。

图2是本发明一实施方式中的轨道车辆轮轨粘着系数的测量装置示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施方式及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。

如图1所示，本发明提供一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，包括步骤：

S1：检测到轨道车辆的第一轮对2和第二轮对3处于运行状态。

S2：控制制动第一轮对2，至其轴速度降至0rps后停止制动。

S3：记录第一轮对2轴速度从0rps恢复至与第二轮对3轴速度一致时所需的时间ΔT及轴速度变量Δω，根据时间ΔT与轴速度变量Δω计算得到粘着系数μ。

在步骤S1中，检测到轨道车辆的第一轮对2和第二轮对3保持以预设速度运行预设时间或运行预设距离后，再进行后续的粘着系数测量步骤，将轨道车辆保持在一稳定速度以模拟实际工况并可保证数据可靠性，轨道车辆速度可根据不同需要而进行调整。

第一轮对2和第二轮对3采用常规轮对结构，其包括轮对轴21、31和安装于轮对轴两侧的车轮22、32。

在步骤S2中，在制动第一轮对2期间，控制第二轮对3不受制动力。

具体的，对第一轮对2施加以曲线迅速上升的制动力，直至检测到第一轮对2轴速度降为0rps，可调整制动力的施加速度及大小等参数，以模拟不同工况模式下列车的制动方式。

检测到第一轮对2轴速度为0rps后，停止对第一轮对2施加制动力。

优选的，在检测到第一轮对2轴速度降至0rps后，立即停止对第一轮对2施加制动力，以提高测试的准确性。

在步骤S3中，在轮轨间粘着作用下，第一轮对2轴速度从0rps开始恢复，对比第一轮对2的轴速度和第二轮对3的轴速度，当检测到两者一致时，记录其从轴速度为0rps恢复到当前轴速度所需的时间ΔT及轴速度变量Δω。

在第一轮对2经历制动减速和通过粘着作用恢复轴速度的过程中，第二轮对3始终保持自由运动状态。当第一轮对2停止被施加制动力后，其受到轮轨间的粘着作用而逐渐开始恢复转动，此时轮轨间的粘着作用提供的力为唯一使第一轮对2恢复轴速度的力，从而可以通过测量这一时间段内第一轮对2速度变化的数据，而对轮轨间的粘着系数μ进行分析计算。

具体的，在得到时间ΔT与轴速度变量Δω后，可根据如下动力学方程对粘着系数μ进行推算：

F_u＝m_s×g×μ

T＝F_u×R＝m_s×g×μ×R

式中，F_u表示轮轨间作用力，m_s表示轴重，即每根轮对轴21所分摊的最大整车重量，T表示转矩，R表示轮对中车轮半径。得到转矩T与粘着系数μ之间的关系后，进一步的，转矩T也可通过转动惯量I表示得到：

T＝I×(Δω/Δt)

I＝m_r×R²

式中，I表示转动惯量，m_r表示轴旋转质量，即每根轮对轴21所分摊的整车中能转动部件的总重量。根据转矩T的两种表达式，以及转动惯量I的表达式可以得到：

m_s×g×μ＝m_r×R²×(Δω/Δt)

进一步，根据轴速度与线速度的关系：

ΔV＝Δω×R

可将轴速度变量Δω表示为线速度变化量ΔV，并将m_r/m_sg表示为常数C，即可得到粘着系数μ的表达式：

μ＝C×(ΔV/Δt)

式中，线速度变化量ΔV通过轴速度变化量Δω转换得到，常数C中的轴旋转质量m_r和轴重m_s为轨道车辆本身的数据，从而，通过测量出轴速度变化量Δω和时间Δt即可得到粘着系数μ。

如图2所示，本发明还提供一种轨道车辆轮轨粘着系数测量装置，其可通过实测的方法测量计算轨道车辆轮轨间的粘着系数。

测量装置基于轨道车辆设计，具体的，在本实施方式中，用于测试的轨道车辆为两编组列车，以模拟实际运行情况。在其他实施方式中，轨道车辆也可根据需要设计为其他多编组列车。

测量装置包括测量控制模块6，其包括存储器和处理器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述的轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法的步骤。

测量装置还包括制动模块1和牵引模块。

牵引模块采用现有技术中的常规牵引技术，对轨道车辆进行牵引，在此不再赘述。

制动模块1受处理器控制，用于制动第一轮对2。制动模块1采用现有技术中常规的粘着制动模块，如踏面制动、盘形制动、液力制动、电阻制动等。

具体的，在本实施方式中，以踏面制动为例，其包括总风管11、制动风缸12、制动控制系统、基础制动元件14、截断塞门和软管等结构，制动风缸12连接总风管11并通过制动控制单元13控制基础制动元件14对轨道车辆轮轨施加制动力。制动模块1工作原理及具体结构与现有技术类似，在此不再赘述。

轨道车辆包括至少一对受制动模块1控制的第一轮对2，和至少一对不受制动模块1控制的第二轮对3。

具体的，在本实施方式中，两编组列车包括第一轨道车辆和第二轨道车辆，在两辆轨道车辆中设有一测试转向架，于测试转向架内设有一对第一轮对2和一对第二轮对3，于其他实施方式中，也可根据需要调整第一轮对2和第二轮对3的数量，只要保证至少设有一对第二轮对3即可。

第一轮对2处设置有基础制动元件14，对其进行常规制动控制，第二轮对3处采用不设置基础制动元件14、或关断制动控制单元13对第二轮对3处基础制动元件14的控制、或将制动模块1设置为可选择的对第一轮对2和第二轮对3进行制动等方法，以保证第二轮对3在第一轮对2受制动时，其能够始终保持自由运动状态。

测量系统还包括第一速度传感器4，其通讯连接于处理器，用于检测第一轮对2轴速度并将速度信号传输至处理器，以及第二速度传感器5，其通讯连接于处理器，用于检测第二轮对3轴速度并将速度信号传输至处理器。

具体的，第一速度传感器4和第二速度传感器5分别设于第一轮对2和第二轮对3的轴端，用以检测第一轮对2和第二轮对3的轴速度，从而可以准确地检测车轮旋转的角速度。

进一步的，处理器还通讯连接于制动模块1，其至少被配置为根据第一速度传感器4和第二速度传感器5输出的速度信号而启动和关停制动模块1，从而通过测量控制模块6根据第一轮对2和第二轮对3的速度信息控制制动模块1进入不同的测量阶段。

下面对一个完整测量流程中测量系统的运作方式进行具体说明：

牵引模块牵引用于测试的轨道车辆开始运动，第一速度传感器和第二速度传感器分别检测第一轮对2和第二轮对3的实时轴速度，并将速度信号传输至测量控制模块6，通过处理器检测分析。

当测量控制模块6在检测到第一轮对2和第二轮对3保持以预设速度运行预设时间或运行预设距离后，即判断轨道车辆运行稳定后，测量控制模块6自动控制或测试人员手动控制制动模块1开始对第一轮对2施加以曲线上升的制动力，第一轮对受到制动力后开始减速，期间，第二轮对3不受制动力而始终保持自由运动状态。

当测量控制模块6检测到第一轮对2轴速度降至0rps后，立即控制制动模块1停止对第一轮对施加制动力，并记录此时的时间点A。

在轮轨间粘着的作用下，第一轮对开始恢复运动，测量控制模块6检测第一轮对2和第二轮对3的实时轴速度，当检测到第一轮对2的轴速度恢复至与第二轮对3的轴速度一致时，记录此时第一轮对的轴速度，即轴速度变化量Δω，并记录此时的时间点B，减去时间点A，得到时间ΔT。

根据时间ΔT与轴速度变量Δω，结合轨道车辆的轴重、轴旋转质量和车轮半径，通过上述动力学公式，推算得到粘着系数μ。

本发明还提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，并且计算机程序运行时导致计算机存储介质的所在设备执行根据上述的轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法的步骤。

综上所述，本发明通过仅对第一轮对进行制动，并利用速度传感器检测第一轮对和第二轮对的轴速度，测量得到第一轮对在受制动力轴速度降至0rps后，于轮轨间粘着作用下，轴速度恢复至与第二轮对一致时的轴速度变量与时间，从而得到轮轨间粘着系数。本测量方法与装置简单易实现，粘着系数通过测量实际数据计算得到，数据准确性高，避免了经验公式推算的误差。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，其特征在于，包括步骤：

检测到轨道车辆的第一轮对和第二轮对处于运行状态；

控制制动所述第一轮对，至其轴速度降至0rps后停止制动；

记录所述第一轮对轴速度从0rps恢复至与所述第二轮对轴速度一致时所需的时间ΔT及轴速度变量Δω，根据时间ΔT与轴速度变量Δω计算得到粘着系数μ。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，其特征在于，制动所述第一轮对期间，控制所述第二轮对不受制动力。

3.根据权利要求1所述的一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，其特征在于，“检测到轨道车辆的第一轮对和第二轮对处于运行状态”具体包括：

检测到轨道车辆的所述第一轮对和所述第二轮对保持以预设速度运行预设时间或运行预设距离。

4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，其特征在于，“控制制动所述第一轮对，至其轴速度降至0rps后停止制动”具体包括：

控制对所述第一轮对施加以曲线上升的制动力；

检测到所述第一轮对轴速度为0rps之后，立即停止对所述第一轮对施加制动力。

5.根据权利要求3所述的一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，其特征在于，“记录所述第一轮对轴速度从0rps恢复至与所述第二轮对轴速度一致时所需的时间ΔT及轴速度变量Δω”具体包括：

在轮轨间粘着作用下，所述第一轮对轴速度从0rps开始恢复，对比所述第一轮对的轴速度和所述第二轮对的轴速度，当检测到两者一致时，记录其从轴速度为0rps到当前轴速度所需的时间ΔT及轴速度变量Δω。

6.根据权利要求4所述的一种轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法，其特征在于，“根据时间ΔT与轴速度变量Δω计算得到粘着系数μ”具体包括：

μ＝C×(ΔV/Δt)

ΔV＝Δω×R

C＝m_r/m_sg

式中，ΔV表示轮对线速度变化量，R表示轮对中车轮的半径，m_r表示轴旋转质量，m_s表示轴重。

7.一种轨道车辆轮轨粘着系数测量装置，其特征在于，所述测量装置包括测量控制模块，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6中任意一项所述的轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法的步骤。

8.根据根据权利要求7所述的轨道车辆轮轨粘着系数测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括制动模块和牵引模块，所述制动模块受所述处理器控制，用于制动所述第一轮对。

9.根据根据权利要求7所述的轨道车辆轮轨粘着系数测量装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一速度传感器，其通讯连接于所述处理器，用于检测所述第一轮对轴速度并将速度信号传输至所述处理器；

第二速度传感器，其通讯连接于所述处理器，用于检测所述第二轮对轴速度并将速度信号传输至所述处理器。

10.一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，并且所述计算机程序运行时导致所述计算机存储介质的所在设备执行根据权利要求1-6中任意一项所述轨道车辆轮轨粘着系数的测量方法的步骤。

Images