CN210774735U - 一种轮轨水平力测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种轮轨水平力测量系统。该测量系统包括：剪力测量单元，用于采集剪力测量点的轮对作用力；水平力测量单元，用于采集水平力测量点的轮对作用力；以及中央控制单元，通过有线或无线方式分别与剪力测量单元和水平力测量单元连接，用于获取单元测量区间内每个水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力，再根据每个水平力测量点的轮对作用力以及每个剪力测量点的轮对作用力，计算作用在单元测量区间的轮轨水平力。本实用新型实施例中，通过增加约束条件、划分单元测区并将各单元测区的水平力进行组合得到连续的轮轨水平力，实现了轮轨水平力连续测试，提高了轮轨水平力的测试精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及轨道交通领域，特别地涉及轮轨水平力测量系统。
背景技术
随着运营速度的不断提高，轨道车辆运行安全日益受到重视。在轨道车辆地面安全评估中，最直接、可靠的方法是轨道车辆轮轨力测量，特别是轮轨力连续测量。
由于轨枕支点位置钢轨应变受轨枕扣件约束状态影响，难以稳定测得轨枕支点位置的轮轨水平力。
为实现车辆状态的评估，我国广泛应用的车辆运行品质地面监测系统(TPDS)采用了测力垫板法，通过在轨枕支点位置设置垫板传感器，根据测得的支点水平力大小以及综合受力影响线，综合计算轮对在测试区内连续的水平力。但是该方法由于经济性等方面的考量，测力垫板布置长度有限，因此存在轮对边界水平力测量精度下降、轮对间相互影响等测量问题。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种轮轨水平力测量系统，以实现轮轨水平力地面长距离全连续测量，提高了轮轨水平力的测试精度。
本实用新型实施例提供了一种轮轨水平力测量系统，包括：剪力测量单元，位于设置有剪力测量点的钢轨跨中位置处，用于采集剪力测量点的轮对作用力；
水平力测量单元，位于设置有水平力测量点的轨枕支点位置，轨枕支点位置为轨枕与钢轨的交点位置，用于采集水平力测量点的轮对作用力；以及
中央控制单元，通过有线或无线方式分别与剪力测量单元和水平力测量单元连接，用于获取单元测量区间内每个水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力，再根据每个水平力测量点的轮对作用力以及每个剪力测量点的轮对作用力，计算作用在单元测量区间的轮轨水平力。其中，相邻两个剪力测量单元与其中间水平力测量单元构成单元测量区间，单元测量区间长度小于监测车辆的最小轴距。
本实用新型实施例中，设置水平力测量单元和剪力测量单元分别采集水平力测量点的轮对作用力和剪力测量点的轮对作用力，中央控制单元在获取单元测量区间内每个水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力后，计算作用在单元测量区间的轮轨水平力，通过增加约束条件、划分单元测量区间并将各单元测量区间的轮对作用力进行组合得到连续的轮轨水平力，实现了轮轨水平力连续测试，提高了轮轨水平力的测试精度。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的轮轨水平力连续测量系统结构示意图；
图2为本实用新型实施例二中的轮轨水平力测量方法的流程示意图；
图3为本实用新型实施例二提供的轮轨水平力单元测量区间原理示意图；
图4为本实用新型实施例二提供的单轮对轮轨水平力测量区间原理示意图；
图5为本实用新型实施例三中的又一种轮轨水平力测量方法的流程示意图；
图6为本实用新型实施例三提供的一种轮轨水平力测量方法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例1
图1为本实用新型实施例一提供的轮轨水平力连续测量系统结构示意图，如图1所示，测量系统包括剪力测量单元1，位于设置有剪力测量点的钢轨跨中位置处，用于采集剪力测量点的轮对作用力；
水平力测量单元2，位于设置有水平力测量点的轨枕支点位置，轨枕支点位置为轨枕与钢轨的交点位置，用于采集水平力测量点的轮对作用力；以及
中央控制单元3，通过有线或无线方式分别与剪力测量单元和水平力测量单元连接，用于获取单元测量区间内每个水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力，再根据每个水平力测量点的轮对作用力以及每个剪力测量点的轮对作用力，计算作用在单元测量区间的轮轨水平力。其中，相邻两个剪力测量单元与其中间水平力测量单元构成单元测量区间，单元测量区间长度小于监测车辆的最小轴距。
可选的，剪力测量单元1和水平力测量单元2可选择传感器模块，用于测量轮对通过剪力测量单元1和水平力测量单元2的轮对作用力。
该轮轨水平力测量系统的工作原理：剪力测量单元通过有线或无线方式与中央控制单元连接，用于采集剪力测量点的轮对作用力并传输至中央控制单元，水平力测量点采集水平力测量点的轮对作用力并通过有线或无线方式与中央控制单元连接，中央控制单元通过获取的剪力测量点的轮对作用力和水平力测量点的轮对作用力计算单元测量区间的轮轨水平力。
本实施例的技术方案，中央控制单元通过有线或无线方式分别与剪力测量单元和水平力测量单元连接获取水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力，并计算获得的水平力测量点的轮对作用力和剪力测量点的轮对作用力在单元测量区间的轮轨水平力，可实现轮轨水平力的实时监测并对轨道车辆性能进行评估。
实施例二
图2为本实用新型实施例一提供的轮轨水平力测量方法的流程示意图，如图2所示，轮轨水平力测量方法包括：
S110、采集单元测量区间内每个水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力；
水平力测量点的轮对作用力为轮对通过测量区间上的水平力测量点时获得的轮对作用在水平力测量点的力，剪力测量点的轮对作用力为轮对通过测量区间上的剪力测量点时获得的轮对作用在剪力测量点的力。
S120、根据每个水平力测量点的轮对作用力以及每个剪力测量点的轮对作用力，计算作用在单元测量区间的轮轨水平力。
轮轨水平力可根据力平衡原理，由水平力测量点的轮对作用力和剪力测量点的轮对作用力计算得到。
图3本实用新型实施例提供的轮轨水平力单元测量区间原理示意图，如图3所示，轮轨包括钢轨10和多个轨枕20，在每个轨枕20支点位置处设置有水平力测量点30，在钢轨跨中位置处设置有剪力测量点40，轨枕支点位置为轨枕20与钢轨10的交点位置，钢轨跨中位置位于钢轨上表面的边缘，相邻两个剪力测量点40之间的测量区间为一个单元测量区间50。
当一个或多个轮对在一个单元测量区间50滚动时，轮对作用在钢轨10上的轮轨水平力为Qi,轮对作用在每个轨枕20支点位置处的水平力测量点30的轮对作用力为Hj，作用在一个单元测量区间50钢轨10跨中位置处的两个剪力测量点40的轮对作用力为qa、qb，根据力平衡原理，得
其中，N为作用在一个单元测量区间轮对的数量，M为一个单元测量区间内水平力测量点的个数。
图4本实用新型实施例提供的单轮对轮轨水平力单元测量区间原理示意图，如图4所示，相邻两个剪力测量点40之间的间距d小于监测车辆的最小轴距x。
相邻两个剪力测量点40之间的间距d小于监测车辆的最小轴距x，即约束条件为d＜min(x)
通过设置相邻两个剪力测量点40之间的间距d小于监测车辆的最小轴距x这个约束条件，保证了在单元测量区间50只有一个轮对作用力。当一个轮对在一个单元测量区间50滚动时，轮对作用在钢轨10上的轮轨水平力为Qi，轮对作用在每个轨枕20支点位置处的水平力测量点30的轮对作用力为H1、H2，作用在一个单元测量区间50钢轨10跨中位置处的两个剪力测量点40的轮对作用力为qa、qb，根据力平衡原理，得
Qi＝H1+H2+qa+qb
通过设置相邻两个剪力测量点40之间的间距小于监测车辆的最小轴距这个约束条件，避免了在单元测量区间当前轮对的前1轮对及后1轮对对该当前轮对在当前单元测区上测量产生影响，解决了水平力测量边界不清、相互影响的问题，提高了测试精度。
该轮轨水平力测量方法的工作原理：将轮轨划分为多个连续的单元测量区间，在单元测量区间上设置水平力测量点和剪力测量点，其中，水平力测量点在每个轨枕与钢轨的交点位置，剪力测量点在位于钢轨上表面边缘的钢轨跨中位置处。通过采集单元测量区间的每一个水平力测量点的轮对作用力和每一个剪力测量点的轮对作用力，计算单元测量区间的轮轨水平力。
本实施例的技术方案，通过在每个轨枕支点位置处设置水平力测量点，在钢轨跨中位置处设置剪力测量点，并采集单元测量区间内每个水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力，通过增加约束条件计算轮对作用在单元测量区间的轮对作用力，实现了单元测量区间轮轨水平力测量，提高了轮轨水平力的测试精度。
在上述技术方案的基础上，单元测量区间50内轨枕20数量可以是1个或多个。单元测量区间50为相邻两个剪力测量点40之间，而相邻两个剪力测量点40的间距d需要小于监测车辆的最小轴距x，通过相邻两个剪力测量点40的间距d需要小于监测车辆的最小轴距x这个约束条件，确定的两个剪力测量点40的位置，因此两个剪力测量点40之间的轨枕20数量与划分的单元区间有关。
在上述技术方案的基础上，相邻两个单元测量区间50的端点可以共用剪力测量点40。相邻两个单元测量区间50的端点共用剪力测量点40这样设置的好处在于，在相邻两个单元测量区间50内分别测得不同单元测量区间50的轮轨水平力，将各个单元测量区间50的轮轨水平力组合得到连续测量区间的轮轨水平力，不仅减少了剪力测量点的设置而且能够获取连续测量区间的轮轨水平力。
实施例三
图5为本实用新型实施例二提供的又一种轮轨水平力测量方法的流程示意图，图5所示的方法是在实施例2方法基础上的拓展，用以说明图2的方法也可以应用于轮轨水平力的连续长距离测量，如图5所示，轮轨水平力测量方法包括：
S110、采集单元测量区间内每个水平力测量点的轮对作用力和每个剪力测量点的轮对作用力；
S120、根据每个水平力测量点的轮对作用力以及每个剪力测量点的轮对作用力，计算作用在单元测量区间的轮轨水平力。
S130、连续测量区间包括多个相邻的所述单元测量区间，计算作用在连续测量区间内每个单元测量区间的轮轨水平力，组合以得到连续测量区间的轮轨水平力。
根据计算得到的单元测量区间的轮轨水平力，组合得到连续测量区间的轮轨水平力。
示例性的，如图6所示，为本实用新型实施例二提供的一种轮轨水平力测量方法，图6中，两个连续的单元测量区间S1和S2，轮对作用在单元测量区间S1的轮轨水平力为Q1，轮对作用在单元测量区间S1的每个轨枕20支点位置处的水平力测量点30的轮对作用力分别为H1和H2，作用在单元测量区间S1的钢轨10跨中位置处的两个剪力测量点40的轮对作用力为qa和qb。轮对作用在单元测量区间S2的轮轨水平力为Q2，轮对作用在单元测量区间S2的每个轨枕20支点位置处的水平力测量点30的轮对作用力分别为H3和H4，作用在单元测量区间S2的钢轨10跨中位置处的两个剪力测量点40的轮对作用力为qb和qc，即单元测量区间S1和单元测量区间S2共用剪力测量点b点，单元测量区间S1和单元测量区间S2测量点b点的轮对作用力均为qb。
则单元测量区间S1的轮轨水平力Q1：
Q1＝qa+qb+H1+H2
则单元测量区间S2的轮轨水平力Q2：
Q2＝qb+qc+H3+H4
则可获得两个单元测量区间的构成的连续测量区间的任意时刻轮轨水平力。
本实施例的技术方案，通过组合单元测量区间测量的轮轨水平力得到连续测量区间的轮轨水平力，实现了轮轨水平力长距离全连续测量，为轨道车辆特别是高速旅客列车的动力学性能试验、研究以及安全性的评估、检测提供有效的手段，具有很好的应用前景。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (3)
1.一种轮轨水平力测量系统，其特征在于，包括：
剪力测量单元，位于设置有剪力测量点的钢轨跨中位置处，用于采集所述剪力测量点的轮对作用力；
水平力测量单元，位于设置有水平力测量点的轨枕支点位置，所述轨枕支点位置为轨枕与钢轨的交点位置，用于采集所述水平力测量点的轮对作用力；以及
中央控制单元，通过有线或无线方式分别与所述剪力测量单元和所述水平力测量单元连接，用于获取单元测量区间内每个所述水平力测量点的轮对作用力和每个所述剪力测量点的轮对作用力；其中，相邻两个所述剪力测量单元与其中间水平力测量单元构成所述单元测量区间，所述单元测量区间长度小于监测车辆的最小轴距。
2.根据权利要求1所述的轮轨水平力测量系统，其特征在于，相邻两个所述单元测量区间的端点共用所述剪力测量单元。
3.根据权利要求1所述的轮轨水平力测量系统，其特征在于，所述剪力测量单元均分别位于所述钢轨上表面的边缘的内侧和外侧。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921604609.4U CN210774735U (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 一种轮轨水平力测量系统 |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN210774735U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110530657A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-03 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种轮轨水平力测量方法和测量系统 |
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2019
- 2019-09-25 CN CN201921604609.4U patent/CN210774735U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110530657A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-03 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种轮轨水平力测量方法和测量系统 |
| CN110530657B (zh) * | 2019-09-25 | 2024-04-30 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | 一种轮轨水平力测量方法和测量系统 |
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