本發(fā)明屬于列車防脫軌，具體為一種列車輪軌力快速測量裝置及快速測量方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今在高鐵的眾多技術(shù)領(lǐng)域有了很多技術(shù)進步，而在技術(shù)進步的同時，對于高鐵列車安全行駛的需求也愈發(fā)重視。高鐵列車的主動防止脫軌問題是關(guān)系到乘員生命及列車安全的重大問題，而解決問題的根源在于能否隨時且快速地獲取輪軌力并通過輪軌力進行分析，做到提供脫軌風(fēng)險預(yù)警，及時采取措施，防范于未然。

2、如申請?zhí)枮閏n202210670129.8的專利，該發(fā)明涉及一種面向多維輪軌力同步監(jiān)測的柔性多模態(tài)傳感裝置，包括垂向力應(yīng)變模塊、垂向力壓電傳感器模塊、橫向力壓電傳感器模塊以及多模態(tài)感知模塊，多模態(tài)感知模塊由柔性襯底層、電極層，以及軌道結(jié)構(gòu)缺陷的主動探測，提出深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多維輪軌力融合算法，提高軌道智能化監(jiān)測水平。

3、對于上述技術(shù)，該裝置需要安裝的傳感及電路模塊較多，且僅僅能夠在某個線路區(qū)間甚至是某幾個鋼軌之間進行輪軌力測量，無法實時提供列車輪軌力數(shù)據(jù)。

4、如申請?zhí)枮閏n202310371460.4的專利，該發(fā)明公開了一種輪軌力測量裝置及測量方法。測量裝置包括感測組件、標(biāo)定組件以及控制組件；感測組件設(shè)置于輪軌上，感測組件具有橫向感測單元與垂向感測單元；標(biāo)定組件包括橫向標(biāo)定單元與垂向標(biāo)定單元，橫向標(biāo)定單元用于使橫向感測單元產(chǎn)生第一感測電信號，垂向標(biāo)定單元用于使垂向感測單元產(chǎn)生第二感測電信號；控制組件分別與橫向感測單元、垂向感測單元電連接；其中，在標(biāo)定狀態(tài)下，控制組件接收第一感測電信號與第二感測電信號，并根據(jù)第一感測電信號與第二感測電信號監(jiān)測列車駛過輪軌時的安全狀態(tài)。

5、對于上述技術(shù)，該裝置能夠準(zhǔn)確測量輪軌力，但依舊只能在特定線路段進行測量，無法做到實時監(jiān)測，不能滿足提供脫軌預(yù)警的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種可實時監(jiān)測輪軌力同時可進行脫軌風(fēng)險預(yù)警的列車輪軌力快速測量裝置及快速測量方法。

2、本發(fā)明提供的這種列車輪軌力快速測量裝置，包括固定于軌道列車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁底板上的測力組件；測力組件包括殼體和帶有滾珠的基座，基座被殼體限位，只能垂直殼體位移，基座和殼體間設(shè)置有垂直的彈簧；彈簧上設(shè)有位移傳感器和彈簧變形傳感器；測力組件平行于鋼軌底面，滾珠與鋼軌底面可轉(zhuǎn)動接觸。

3、上述裝置的一種實施方式中，所述殼體為正面開放、頂面半開放的中空高強長方體盒，殼體內(nèi)腔的兩側(cè)均設(shè)有限位槽，限位槽為一對l形板，可將t形頭水平限位。

4、上述裝置的一種實施方式中，所述基座為上下面開放的中空長方體，其兩側(cè)均有一t形頭，插接于對應(yīng)的限位槽中，t形頭兩側(cè)與所述限位槽間通過滾輪滑動連接。

5、上述裝置的一種實施方式中，所述基座內(nèi)部設(shè)有三根水平的轉(zhuǎn)軸，滾珠設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上。

6、上述裝置的一種實施方式中，所述滾珠套有球形橡膠外套，其旋轉(zhuǎn)方向為列車前行反方向。

7、上述裝置的一種實施方式中，所述基座下方設(shè)置伸縮軸，伸縮軸上套置有所述彈簧；彈簧垂直于基座底面。

8、上述裝置的一種實施方式中，所述彈簧的底端設(shè)有橡膠減振墊板。

9、上述裝置的一種實施方式中，所述測力組件通過上部安裝座、擺臂桿件和連接柱固定于軌道列車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁底板上。

10、上述裝置的一種實施方式中，所述測力組件的頂面以固定間隔設(shè)置有三根連接柱，各連接柱分別被擺臂桿件夾持鉸接；擺臂桿件為兩根擺臂桿，其上部將上部安裝座鉸接夾持；上部安裝座為鉸接耳座，三個上部安裝座通過高強螺栓可拆卸固定于軌道列車轉(zhuǎn)向架兩側(cè)梁的底板上，擺臂桿件與伸縮裝置連接。

11、一種利用上述之一的裝置進行列車輪軌力快速測量的方法，其步驟如下：

12、1、將本裝置安裝于列車轉(zhuǎn)向架底部，每個鋼軌的兩側(cè)均設(shè)置有一個本裝置；通過伸縮裝置驅(qū)動擺臂桿件位移，帶動測力組件移動位置，使測力組件的基座與鋼軌底面平行，滾珠與鋼軌接觸；

13、2、通過裝置的傳感器和裝置的初始狀態(tài)獲取需要的數(shù)據(jù)；

14、通過裝置的傳感器可得所有裝置的彈簧變形量均值，通過對裝置的初始狀態(tài)進行測量可得彈簧的彈性系數(shù)，滾珠與鋼軌接觸點力的方向與豎向的夾角θ，滾珠與鋼軌接觸點離車軸的垂直距離l1，鋼軌兩側(cè)滾珠與鋼軌接觸點的水平距離l2，列車重心離任一側(cè)輪軌力作用點的水平距離l3，右側(cè)輪軌的左側(cè)裝置作用點離左側(cè)輪軌的水平距離l4；

15、3、通過裝置的傳感器獲取的數(shù)據(jù)和裝置的初始狀態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)筑等式；

16、以左側(cè)輪軌力作用點為例，取矩有：

17、f＝-f4*sinθ*l1+f4*cosθ*l2+f3*sinθ*l1-g*l3+f5*2l3-

18、f2*sinθ*l1-f2*cosθ*l4-f1*cosθ*(l4+l2)+f1*sinθ*l1＝0

19、式中：

20、f——圖中左側(cè)輪軌受力之和

21、f1——圖中右側(cè)輪軌的右側(cè)裝置所測壓力f2——圖中右側(cè)輪軌的左側(cè)裝置所測壓力f3——圖中左側(cè)輪軌的右側(cè)裝置所測壓力f4——圖中左側(cè)輪軌的左側(cè)裝置所測壓力g——列車總質(zhì)量(附帶裝置)

22、f5——圖中右側(cè)輪軌力

23、f6——圖中左側(cè)輪軌力

24、θ——滾珠與鋼軌接觸點力的方向與豎向的夾角l1——滾珠與鋼軌接觸點離車軸的垂直距離l2——鋼軌兩側(cè)滾珠與鋼軌接觸點的水平距離l3——列車重心離任一側(cè)輪軌力作用點的水平距離l4——f2作用點離左側(cè)輪軌力f6的水平距離

25、4、將步驟3所得等式進行化簡，獲得輪軸力的計算公式；化簡后得：

26、

27、式中：

28、k——彈簧彈性系數(shù)

29、x1——左側(cè)裝置中彈簧的變形量均值

30、x2——右側(cè)裝置中彈簧的變形量均值

31、g——列車總質(zhì)量(附帶裝置)

32、f5——圖中右側(cè)輪軌力

33、f6——圖中左側(cè)輪軌力

34、θ——滾珠與鋼軌接觸點力的方向與豎向的夾角

35、l1——滾珠與鋼軌接觸點離車軸的垂直距離

36、l2——鋼軌兩側(cè)滾珠與鋼軌接觸點的水平距離

37、l3——列車重心離任一側(cè)輪軌力作用點的水平距離

38、l4——f2作用點離左側(cè)輪軌力f6的水平距離

39、5、將步驟2中得到的數(shù)據(jù)帶入步驟4中進行計算，得到左側(cè)輪軸力f5，實現(xiàn)輪軌力的快速測量。

40、本發(fā)明的有益效果為：

41、1、能夠快速完成輪軌力的測量，且能夠滿足在列車行進過程中時刻監(jiān)測輪軌力的要求，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某處輪軌力異常時可發(fā)出警告，做到保證列車行駛安全的重要作用；

42、2、可以獲得列車運行全程的輪軌力數(shù)據(jù)，后期可通過輪軌力數(shù)據(jù)進行分析列車在不同區(qū)段運行的狀態(tài)，亦可作用于軌道病害的監(jiān)檢測技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：它包括固定于軌道列車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁底板上的測力組件；測力組件包括殼體和帶有滾珠的基座，基座被殼體限位，只能垂直殼體位移，基座和殼體間設(shè)置有垂直的彈簧；彈簧上設(shè)有位移傳感器和彈簧變形傳感器；測力組件平行于鋼軌底面，滾珠與鋼軌底面可轉(zhuǎn)動接觸。

2.如權(quán)利要求1所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述殼體為正面開放、頂面半開放的中空高強長方體盒，殼體內(nèi)腔的兩側(cè)均設(shè)有限位槽，限位槽為一對l形板，可將t形頭水平限位。

3.如權(quán)利要求2所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述基座為上下面開放的中空長方體，其兩側(cè)均有一t形頭，插接于對應(yīng)的限位槽中，t形頭兩側(cè)與所述限位槽間通過滾輪滑動連接。

4.如權(quán)利要求1所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述基座內(nèi)部設(shè)有三根水平的轉(zhuǎn)軸，滾珠設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上。

5.如權(quán)利要求1所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述滾珠套有球形橡膠外套，其旋轉(zhuǎn)方向為列車前行反方向。

6.如權(quán)利要求1所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述基座下方設(shè)置伸縮軸，伸縮軸上套置有所述彈簧；彈簧垂直于基座底面。

7.如權(quán)利要求1所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述彈簧的底端設(shè)有橡膠減振墊板。

8.如權(quán)利要求1所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述測力組件通過上部安裝座、擺臂桿件和連接柱固定于軌道列車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁底板上。

9.如權(quán)利要求8所述的列車輪軌力快速測量裝置，其特征在于：所述測力組件的頂面以固定間隔設(shè)置有三根連接柱，各連接柱分別被擺臂桿件夾持鉸接；擺臂桿件為兩根擺臂桿，其上部將上部安裝座鉸接夾持；上部安裝座為鉸接耳座，三個上部安裝座通過高強螺栓可拆卸固定于軌道列車轉(zhuǎn)向架兩側(cè)梁的底板上，擺臂桿件與伸縮裝置連接。

10.一種利用上述1-9之一的裝置進行列車輪軌力快速測量的方法，其步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種列車輪軌力快速測量裝置，包括固定于軌道列車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁底板上的測力組件；測力組件包括殼體和帶有滾珠的基座，基座被殼體限位，只能垂直殼體位移，基座和殼體間設(shè)置有垂直的彈簧；彈簧上設(shè)有位移傳感器和彈簧變形傳感器；測力組件平行于鋼軌底面，滾珠與鋼軌底面可轉(zhuǎn)動接觸。本發(fā)明能夠快速完成輪軌力的測量，且能夠滿足在列車行進過程中時刻監(jiān)測輪軌力的要求，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某處輪軌力異常時可發(fā)出警告，做到保證列車行駛安全的重要作用；可以獲得列車運行全程的輪軌力數(shù)據(jù)，后期可通過輪軌力數(shù)據(jù)進行分析列車在不同區(qū)段運行的狀態(tài)，亦可作用于軌道病害的監(jiān)檢測技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：江力強,吳樅濱,蔣麗忠,白楊,胡壹,秦佳偉
受保護的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6