[发明专利]一种列车横向轮轨力测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种列车横向轮轨力测量装置，应用于包括空心车轴的列车，其特征在于，包括：供电模块、测量模块和处理单元，所述供电模块与所述测量模块连接以对所述测量模块供电，所述测量模块和所述处理单元连接；

其中，所述测量模块包括全桥应变电路、角位移传感器、模数转换器、以及控制器，所述全桥应变电路设置于待测列车的空心车轴内，所述全桥应变电路用于获取所述待测列车的应变值，所述角位移传感器的一端设置于所述空心车轴内，所述角位移传感器的另一端设置于所述空心车轴的轴箱盖上，所述角位移传感器用于获取所述待测列车的车轴相位，所述全桥应变电路的输出端和所述角位移传感器的输出端均与模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述控制器连接，所述控制器用于将所述应变值和所述车轴相位发送至所述处理单元，所述处理单元用于根据所述应变值和所述车轴相位确定所述待测列车的轨力值；

所述待测列车的轨力值的计算公式为：

式中，ε₀为应变幅值、k_a为求解拟合函数系数a_ε时的斜率值、k_d为求解拟合函数系数d_ε时的斜率值、b_a为求解拟合函数系数a_ε时的截距值、b_d为求解拟合函数系数d_ε时的截距值、b₀和c₀均为常数，K₀为应变值与输出电压的关系式系数，U₀为全桥应变电路的输出电压，θ为车轴相位；

其中，拟合函数满足下式形式：

ε＝[a_ε·cos(b_ε·θ+c_ε)+d_ε]·ε₀

公式中ε为全桥应变电路中其中一个应变片输出得到的应变，a_ε、b_ε、c_ε、d_ε均为拟合函数系数，ε₀为应变幅值，θ为车轴相位；

其中，参数a_ε、b_ε、c_ε、d_ε随着横向力的变化满足以下关系：

式中，F为轮轨横向力；

则有：

ε＝[(k_a*F+b_a)·cos(b₀·θ+c₀)+(k_d*F+b_d)]·ε₀；

由于，测量输出电压即得到某应变片处的应变值，公式如下：

ε＝K₀U₀；

据此得到待测列车的轨力值的上述计算公式。

2.根据权利要求1所述的列车横向轮轨力测量装置，其特征在于，所述全桥应变电路和所述模数转换器之间还设有信号放大器，所述信号放大器的输入端分别与所述全桥应变电路的输出端和所述角位移传感器的输出端连接，所述信号放大器的输出端与模数转换器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的列车横向轮轨力测量装置，其特征在于，所述供电模块包括发电机、稳压器以及全桥整流器，所述发电机的输出端与所述稳压器的输入端连接，所述稳压器的输出端与所述全桥整流器的输入端连接，所述全桥整流器的输出端与所述供电模块连接。

4.根据权利要求3所述的列车横向轮轨力测量装置，其特征在于，所述供电模块还包括蓄电池，所述蓄电池的输入端与所述全桥整流器的输出端连接，所述蓄电池的输出端与所述测量模块连接。

5.根据权利要求3所述的列车横向轮轨力测量装置，其特征在于，还包括蓝牙通讯器和接收天线，所述蓝牙通讯器与所述控制器连接，所述接收天线与所述处理单元连接，所述蓝牙通讯器和所述接收天线无线连接。