垂向轮轨力连续测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铁道工程测试技术领域，尤其涉及一种垂向轮轨力连续测试方法。
【背景技术】
[0002]随着列车速度的提高和轴重的增加，车辆与轨道之间的相互作用更加激烈，列车的安全问题不断出现，大小脱轨事故时有发生，因此，铁路运输的安全形势不容乐观。在铁路车辆运行中，轮轨力的监测对保障列车行车安全具有非常重要的意义，能否准确地检测轮轨力，将直接关系到对列车的蛇行失稳、车轮踏面擦伤、超偏载等危险运营状态的判断。
[0003]现有的轮轨力地面测试方法主要是基于钢轨应变进行测量的，如剪力法、轨腰压缩法等都是通过在钢轨上粘贴应变片，先组一个或者多个惠更斯电桥来获取钢轨的应变组桥输出，然后对特定的点进行标定获得力与钢轨应变之间的关系，从而求出轮轨力。这种方法存在测试盲区，只能测试到有限离散点的轮轨力，无法实现轮轨力的连续测量，倘若车轮含有缺陷，且缺陷落在测试盲区的概率是很大的，如果用这些方法测试轮轨力的基础上去评价车辆运行的安全状态，存在很大的局限性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是提供一种通过数据拼接可实现垂向轮轨力在一跨钢轨上连续输出，从而实现轮轨力连续测试的垂向轮轨力连续测试方法。
[0005]本发明的垂向轮轨力连续测试方法，具体步骤是:
1、选择一跨钢轨，标出2个测点C1、C2位置以及3个分段点F1、F2、F3位置，测点位于距离跨中150mm的轨腰中和轴处，分段点位置位于两侧轨枕正中间对应的轨腰中和轴处以及跨中轨腰中和轴处；
2、对每个测点以及分段点的两侧轨腰进行打磨，之后用酒精擦拭，并粘贴应变片，应变片粘贴完毕后用硅胶封闭；测点应变片粘贴方法是，每个测点轨腰中和轴两侧各设两片相互垂直，并与钢轨纵向成45°角的应变片；分段点应变片粘贴方法是，每个分段点对应的轨腰两侧各粘贴一片应变片，应变片的方向为垂直向；
3、对测点的应变片进行测试桥路组装，对分段点的应变片按轨腰压缩法进行组桥，将各测点及分段点组装好的桥路接入应变采集仪，进行轮轨力应变的采集；
4、应变采集完毕后，从采集到的信号中找出三个分段点Fl、F2、F3处测试电桥最大应变输出的时刻，设其分别为tl、t2、t3，然后分别取出测点Cl处桥t2-t3时段的应变输出以及测点C2处桥tl-t2时段的应变输出，设这两段应变输出的数据点的个数为分别为N1、N2 ；
5、在一跨钢轨均匀设置7个加载点按顺序分别为？1、？2、？3、？4、？5、？6、？7，对？1、？2、P3、P4四个加载点进行分级加载，读取该段桥的应变输出，并分别求出这四个点的标定系数为bl、b2、b3、b4，；对P4、P5、P6、P7四个加载点进行分级加载，读取该段桥的应变输出，并求出这四个点的标定系数为b5、b6、b7、b8 ； 6、按步骤2的贴片方式，标定系数bl、b2、b3、b4关于加载位置P1、P2、P3、P4呈非常近似的线性关系，标定系数为b5、b6、b7、b8关于加载位置P4、P5、P6、P7也呈非常近似的线性关系，拟合出两段的标定曲线LI和标定曲线L2 ;
7、根据标定曲线LI，通过线性插值求出步骤4中NI个应变点对应的标定系数，然后根据每个应变值的大小及其对应的标定系数便可求出NI个轮轨力数值；根据标定曲线L2和步骤4中N2个点的标定系数求出N2个轮轨力的数值；
8、将NI个轮轨力的数值和N2个轮轨力的数值拼接在一起便可得出列车通过这一跨时的垂向轮轨力连续输出；倘若要得出列车通过连续几跨钢轨时的垂向轮轨力连续输出，则可按照上述方式在连续几跨钢轨上布置应变片即可。
[0006]本发明的垂向轮轨力连续测试方法，其优点体现在，一跨钢轨之内能够拟合出两条非常近似于线性的标定曲线，通过这两条标定曲线可求出采集到的轮轨力应变信号所有点的标定系数，从而求出这些点对应的轮轨力，通过数据拼接可实现垂向轮轨力在这跨的连续输出，从而实现轮轨力的连续测试。
【附图说明】
[0007]图1为本发明的测点和分段点位置示意图；
图2为本发明的测点位置应变片粘贴示意图；
图3为本发明的分段点位置应变片粘贴示意图；
图4为本发明的测点位置组桥方案图；
图5为本发明的测点位置组桥方案图；
图6为本发明的分段点位置组桥方案图；
图7为本发明的标定加载点位置示意图；
图8为本发明的仿真结果图；
图9为本发明的实测结果图。
【具体实施方式】
[0008]通过仿真与实测结果进一步对本发明详细说明:
如图8，为用有限元分析软件ANSYS建立钢轨有限元模型后，通过施加移动荷载模拟车轮荷载得出的在测点位置处应变的组桥输出，图中7个点的位置对应于图7中的P1、P2、……、P7荷载点位置，从仿真的结果可以看出，当荷载在P1-P4段移动时，C-D-G-H桥的应变输出随荷载位置的变化近似呈线性关系；当荷载在P4-P7段移动时，A-B-E-F桥的应变输出随荷载位置的变化也呈近似线性关系。
[0009]图9是在40kN垂向荷载作用下标定试验结果，从实测结果也能得出与仿真结果相同的规律，即荷载在P1-P4段移动时，C-D-G-H桥的应变输出随荷载位置的变化近似呈线性关系；当荷载在P4-P7段移动时，A-B-E-F桥的应变输出随荷载位置的变化也呈近似线性关系O
【主权项】
1.一种垂向轮轨力连续测试方法，其特征在于:具体步骤是: (1)、选择一跨钢轨，标出2个测点C1、C2位置以及3个分段点F1、F2、F3位置，测点位于距离跨中150mm的轨腰中和轴处，分段点位置位于两侧轨枕正中间对应的轨腰中和轴处以及跨中轨腰中和轴处； (2)、对每个测点以及分段点的两侧轨腰进行打磨，之后用酒精擦拭，并粘贴应变片，应变片粘贴完毕后用硅胶封闭；测点应变片粘贴方法是，每个测点轨腰中和轴两侧各设两片相互垂直，并与钢轨纵向成45°角的应变片；分段点应变片粘贴方法是，每个分段点对应的轨腰两侧各粘贴一片应变片，应变片的方向为垂直向； (3)、对测点的应变片进行测试桥路组装，对分段点的应变片按轨腰压缩法进行组桥，将各测点及分段点组装好的桥路接入应变采集仪，进行轮轨力应变的采集； (4)、应变采集完毕后，从采集到的信号中找出三个分段点Fl、F2、F3处测试电桥最大应变输出的时刻，设其分别为tl、t2、t3，然后分别取出测点Cl处桥t2-t3时段的应变输出以及测点C2处桥tl-t2时段的应变输出，设这两段应变输出的数据点的个数为分别为N1、N2 ； (5)、在一跨钢轨均匀设置7个加载点按顺序分别为PUP2、P3、P4、P5、P6、P7，对P1、P2、P3、P4四个加载点进行分级加载，读取该段桥的应变输出，并分别求出这四个点的标定系数为bl、b2、b3、b4，；对P4、P5、P6、P7四个加载点进行分级加载，读取该段桥的应变输出，并求出这四个点的标定系数为b5、b6、b7、b8 ； (6)、按步骤(2)的贴片方式，标定系数bl、b2、b3、b4关于加载位置P1、P2、P3、P4呈非常近似的线性关系，标定系数为b5、b6、b7、b8关于加载位置P4、P5、P6、P7也呈非常近似的线性关系，拟合出两段的标定曲线LI和标定曲线L2 ; (7)、根据标定曲线LI，通过线性插值求出步骤(4)中NI个应变点对应的标定系数，然后根据每个应变值的大小及其对应的标定系数便可求出NI个轮轨力数值；根据标定曲线L2和步骤(4)中N2个点的标定系数求出N2个轮轨力的数值； (8)、将NI个轮轨力的数值和N2个轮轨力的数值拼接在一起便可得出列车通过这一跨时的垂向轮轨力连续输出。
【专利摘要】一种垂向轮轨力连续测试方法，其步骤是，一跨钢轨标出2个测点以及3个分段点位置；对测点、分段点的两侧轨腰粘贴应变片；对测点、分段点的应变片进行测试桥路组装，进行轮轨力应变的采集；从采集到的信号中找出三个分段点处测试电桥最大应变输出的时刻，然后分别取出测点处桥该时段的应变输出，拟合出两段标定曲线；然后根据应变值的大小及其对应的标定系数求出轮轨力数值。本发明的垂向轮轨力连续测试方法，一跨钢轨之内能够拟合出两条非常近似于线性的标定曲线，通过这两条标定曲线可求出采集到的轮轨力应变信号所有点的标定系数，从而求出这些点对应的轮轨力，通过数据拼接可实现垂向轮轨力在这跨的连续输出，从而实现轮轨力的连续测试。
【IPC分类】G01L5-16
【公开号】CN104880274
【申请号】CN201510345899
【发明人】刘庆杰, 雷晓燕, 黄辉, 孙茂棠
【申请人】华东交通大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月23日