[发明专利]一种基于钢轨轨底位移检测轮轨力的方法

说明书

本发明公开了一种基于钢轨轨底位移检测轮轨力的方法，该方法将若干激光位移传感器布置在相邻轨枕间距中心处，用于采集在列车运行通过测点处产生的轨底位移信号，再根据测试信号获取列车速度、轮距等信息，利用轨道计算模型求解轨道动力传递方程进行计算得到轮轨力，从而检测在列车通过测区时的轮轨病害。本发明的优点是：（1）该方法为无损轮轨力检测方法，监测的过程中不会破坏轨道结构，该方法可用于轮轨力长期监测，在实际应用中可设定一个轨底位移值作为触发仪器开始采集测点位移的触发值，避免监测过程中的人工操作；（2）仪器在采集到轨底数据后，可自动通过后台计算程序进行轮轨力的评估，实现轮轨力的监测的连续化、自动化。

技术领域

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种基于钢轨轨底位移检测轮轨力的方法。

背景技术

随着我国高速铁路运营里程的增加，列车运行速度的提升以及车辆、轨道维护周期的延长，我国高铁列车车轮出现多边形磨耗现象越来越普遍。车轮的失圆会引发轮轨间的作用力的增加，造成铁路轨道和车辆的性能退化。失圆车轮在列车高速运行时产生的轮轨力可以达到常规轮载的1~3倍，对车辆和轨道结构产生冲击，其主要危害包括：

（1）造成车辆的损伤。冲击荷载产生的轮轨接触应力远大于正常轮载，在较高的压应力和剪应力的作用下，车轮踏面会产生塑性流动、疲劳破坏和开裂等伤损。当周期性振动与车辆构件固有频率接近时，会引起局部共振，造成破坏。

（2）加快轨道结构性能退化，引起轨道结构的破坏。对于有砟轨道，强冲击轮轨力会造成轨枕开裂、扣件失效，加速道砟的磨损；高阶多边形磨耗会产生高频的轮轨力，当轮轨力频率与扣件自振频率接近时，还会引发扣件的大面积断裂，严重影响行车安全。

（3）能量的损失。列车运行过程中，强冲击轮轨力对轨道产生冲击，将能量通过振动的方式传递到轨道上，消耗了机车牵引力。

（4）产生噪声和振动，影响车辆行驶的舒适度。失圆车轮在行驶过程中会辐射出高频的噪声和振动，影响了乘客乘坐的舒适度。为了保证舒适度而进行的周期性打磨也增加了运营的成本。

因此轮轨力的检测对于识别列车车轮失圆，延长轨道的维护周期，减少车轮更换频率，确保列车安全运行具有重大意义。当前轮轨力的检测方法按照传感设备安装位置可以分为两类：车载监测和道旁监测。车载监测方法是通过在车轮上安装传感器测量车轮的应变或位移来得到轮轨力，从而探知车轮的运行状态，这类方法的优势是可以连续测试轮轨力，甚至高频的轮轨冲击荷载。但由于传感器是安装在固定的轮对上，因此仅能 ‘一对一’地对安装了传感器的轮对的状态进行评估。道旁监测是在轨道结构上安装传感器来测量车轮通过该处时轨道结构的响应来得到轮轨之间的作用力，从而评估车轮及车辆其他部件的状态，能及时感知失圆车轮的出现，避免了其对轨道的进一步破坏，从而保护了轨道结构。

由于车载监测系统仅能实现对安装了传感器的轮对进行测量，且需对车辆进行改造，过程繁琐成本较高，故轮轨相互作用的监测和研究中大量使用道旁监测系统。目前主要的道旁监测系统是基于轨道静力学模型提出和验证的，忽略了车辆-轨道系统动态响应对测试结果的影响，是一种“准静态”方法。既有测试方法轮轨力与被测物理量（钢轨应变等）之间的传递关系是通过静力标定实现的，即在钢轨轨头特定位置施加已知大小的静载荷，同时读取施加荷载位置的竖向位移值，从而得到测点的“灵敏度系数”。因此，既有方法是基于静荷载下标定竖向位移与荷载值之间的关系，未能考虑列车高速运行下，轮轨之间的动态响应，显然对高频轮轨力的测量并不适用。

而激光位移传感器具有高精度、抗电磁干扰、质量轻、易安装的特点，能在不对轨道结构进行破坏的前提下对钢轨上测点的位移进行采集，是一种无损检测方法，能在对在安全性要求较高的高速铁路进行推广。

发明内容