[发明专利]轮轨力轨旁监测方法及系统

说明书

本发明涉及轨道交通技术领域，公开了一种轮轨力轨旁监测方法及系统，以识别轮轨力与作用位置之间的对应关系。本发明方法包括：建立不同偏移位置下纯横向载荷、纯垂向载荷的钢轨轨腰两侧应变矢量运算响应；构建基于三点轨腰断面、四组应变矢量解算的轮轨载荷作用力大小与空间作用位置关系的方程组；在轨旁两侧确定三点轨腰断面并分别部署相应的四组应变片组，将四组应变片组已知的位置参数、所施加的轮轨载荷作用力参数、以及根据相对应测量值所得出的各组应变片组所得出的应变矢量和差代入上述方程组中求解轮轨力与作用位置之间的对应关系；其中，至少一组应变片组采用全桥惠斯通电路求解应变矢量和或应变矢量差。

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轮轨力轨旁监测方法及系统。

背景技术

对铁道车辆的脱轨安全性进行有效的监测和评价是确保车辆安全运行的关键所在，轮轨力作为计算脱轨安全性指标的参数，准确、便捷的测量显得尤为重要。随着测试方法、手段的不断进步，轮轨力的测量经历了由间接至直接、由相对至绝对的变化。轮轨力测量已在货运列车驼峰作业中的动力学试验、风区旅客列车脱轨系数试验等工程领域得到应用。

通过文献调研，表明目前的研究只涉及轮轨间横向力和垂向力的大小。然而，作用在铁轨不同位置上的接触力对铁轨的疲劳行为有很大的影响和不同的贡献。测力轮对方法无法识别轨道多应变时的轮轨接触力，无法更准确、便捷的检测与预判车辆的故障情况。

发明内容

本发明目的在于公开一种轮轨力轨旁监测方法及系统，以识别轮轨力与作用位置之间的对应关系。

为实现上述目的，本发明公开了一种轮轨力轨旁监测方法，包括：

步骤S1、建立不同偏移位置下纯横向载荷、纯垂向载荷的钢轨轨腰两侧应变矢量运算响应；具体包括：

S11、相同的垂向载荷作用在轨顶不同位置时，轨腰两侧应变矢量和相同，轨腰两侧应变矢量差则与垂向载荷作用在轨顶的位置有关且呈线性关系；

S12、在轨顶作用横向载荷时，轨腰两侧应变矢量和始终为0，轨腰两侧应变矢量差与横向载荷呈线性关系；

步骤S2、基于实际轨道产生应变由横向和垂向载荷共同叠加引起，构建基于三点轨腰断面、四组应变矢量解算的轮轨载荷作用力大小与空间作用位置关系的方程组；

步骤S3、在轨旁两侧确定三点轨腰断面并分别部署相应的四组应变片组，将四组应变片组已知的位置参数、所施加的轮轨载荷作用力参数、以及根据相对应测量值所得出的各组应变片组所得出的应变矢量和差代入上述步骤S2的方程组中求解轮轨力与作用位置之间的对应关系；其中，至少一组应变片组采用全桥惠斯通电路求解应变矢量和或应变矢量差。

与上述方法相对应的，本发明还公开一种轮轨力轨旁监测系统，包括：

数值仿真子系统，用于建立不同偏移位置下纯横向载荷、纯垂向载荷的钢轨轨腰两侧应变矢量运算响应；具体包括：相同的垂向载荷作用在轨顶不同位置时，轨腰两侧应变矢量和相同，轨腰两侧应变矢量差则与垂向载荷作用在轨顶的位置有关且呈线性关系；在轨顶作用横向载荷时，轨腰两侧应变矢量和始终为0，轨腰两侧应变矢量差与横向载荷呈线性关系；

测量子系统，用于在轨旁两侧确定三点轨腰断面并分别部署相应的四组应变片组以通过仿真模拟加载不同偏移下不同大小的纯横向载荷、纯垂向载荷，观察四组应变仪矢量读数，计算出四组应变矢量和差对应关系，其中，至少一组应变片组采用全桥惠斯通电路求解应变矢量和或应变矢量差；

计算子系统，用于基于实际轨道产生应变由横向和垂向载荷共同叠加引起，构建基于三点轨腰断面、四组应变矢量解算的轮轨载荷作用力大小与空间作用位置关系的方程组，将四组应变片组已知的位置参数、所施加的轮轨载荷作用力参数、以及根据相对应测量值所得出的各组应变片组所得出的应变矢量和差代入该方程组中求解轮轨力与作用位置之间的对应关系。