测力轮对标定用钢轨组件及测力轮对标定试验台的制作方法

1.本发明涉及测力轮对标定技术领域，尤其是涉及一种测力轮对标定用钢轨组件及测力轮对标定试验台。


背景技术：

2.测力轮对是轨道车辆动力学试验研究中的核心传感器件，其性能的优劣，直接影响着被试对象的评估结果。测力轮对标定试验台是标定测力轮对输出特性、检验测力轮对各项性能指标的专用设备，测力轮对标定是测力轮对研究及运用中的重要环节。
3.如图1和图2所示，一种常用的测力轮对标定试验台1，主要包括两个门架1-1、横向加载机构1-2、垂向加载机构1-3和车轮旋转驱动机构1-4，横向加载机构1-2包括横向加载油缸1-2-1、横向力传感器1-2-2、横向油缸支撑架和横向加载顶头，垂向加载机构1-3包括垂向加载油缸1-3-1、垂向力传感器、加载横梁、上下v型卡箍、承载钢轨，底板机构。每个垂向加载机构1-3均安装在一个对应的门架1-1中部，其水平高度可通过调节门架1-1上的垂向加载油缸1-3-1调节。如图3所示，测力轮对2通常包括轮轴2-1、两片车轮2-2和两个轴承套2-3。
4.对测力轮对进行标定时，向其中一个待测试的测力轮对2的辐板内侧和外侧端面上均分别布置多组测试电桥应变片。此后，将前述待测试的一个测力轮对2放置于承载钢轨上，并通过两套上下v型卡箍分别将一个对应的轴承套2-3锁紧，从而将测力轮对2水平固定，使其仅具有自轴旋转自由度，并使车轮2-2的外径与车轮钢轨相切，使车轴2-1的端部与车轮旋转驱动机构1-4连接。此后，由控制系统控制车轮旋转驱动机构1-4分别按给定的速度和方向旋转，从而驱动测力轮对2按给定的角速度旋转；由控制系统控制垂向加载油缸1-3-1按给定的力值对两个轴承套2-3进行垂向加载，同时垂向力传感器参与控制并反馈最终实际加载垂向力值，即可通过布置在车轮上的应变片获取测力轮对2在轮轨间垂向力作用下应变曲线；由控制系统控制垂向加载油缸1-3-1提升测力轮对2使其脱离承载钢轨，并控制横向加载油缸1-2-2按给定的力值对两个车轮2-2进行横向力加载，同时横向力传感器1-2-2参与控制并反馈最终实际加载横向力值，即可通过布置在车轮上的应变片获取测力轮对2在轮轨间横向力作用下应变曲线。结合以上测试数据在后续的轨道车辆动力学安全性测试中通过测试应变电桥应变情况计算实际轮对间作用力，以评估车辆运行安全性是否合格以及对轮轨匹配参数的进一步优化提供依据。
5.测力轮对标定时，需要模拟施加轮轨间垂向力，当加载垂向力时，垂向力传感器所直接反馈力值为测力轮对轴承套2-3受力情况，与轮轨间垂向力不在一条直线上，所以必须在轮对的两端同时加载，才能保证轮对的平衡，加载的力值只能保证在轴端位置的准确性，无法保证轮轨间垂向力与所加载力值的一致性。
6.因此，相关技术中的测力轮对标定试验台的垂向力的测量精度低。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种测力轮对标定用钢轨组件及测力轮对标定试验台，以在一定程度上解决现有技术中存在的垂向力的测量精度低的技术问题。
8.本发明提供了一种测力轮对标定用钢轨组件，包括：钢轨和垂向桥应变片；所述钢轨包括测量区，所述测量区内设有开孔，在所述钢轨的横向上，所述开孔贯穿所述钢轨，所述开孔包括与所述钢轨的横向平行的安装侧壁，所述垂向桥应变片固定在所述安装侧壁上。
9.本发明提供的测力轮对标定用钢轨组件，钢轨上设置垂向桥应变片，从而钢轨自身形成测力传感器；将测力轮对安装至钢轨的测量区，对测力轮对施加垂向加载，垂向桥应变片受压输出信号给测力轮对标定试验台的控制系统，控制系统可以得到钢轨在轮轨间的垂向力作用下的应变曲线。在此过程中，钢轨的测量区承受的垂向力的方向与实际加载的垂向力的方向相同，垂向桥应变片是对轮轨间垂向力的直接测量，相较于间接测量，可以提高测量的精确度；另外，垂向桥应变片安装在与钢轨的横向平行的安装侧壁上，那么垂向桥应变片与钢轨的横向平行，从而与横向作用力平行，很大程度上减少横向作用力对垂向桥应变片的串扰影响，从而进一步提高轮轨间的垂向力的测量精度。
10.进一步地，在所述钢轨的横向上的侧壁上还设有横向桥应变片。
11.进一步地，所述钢轨的轨头廓形为圆形。
12.进一步地，在所述钢轨的顶部设有断口，所述断口的长度方向与所述钢轨的垂向相同；所述断口将所述钢轨分隔成非测量段和测量段，所述测量区位于所述测量段，且在所述钢轨的纵向上，所述测量区位于所述断口的投影区域内，所述横向桥应变片设置在所述测量段。
13.进一步地，所述断口的数量至少为两个，两个所述断口将所述钢轨分隔成至少是三个钢轨段，其中，两个所述钢轨段为所述非测量段，第三个所述钢轨段为测量段，所述测量段位于两个非测量段之间；两个所述非测量段中，一个所述非测量段用于施加纵向加载，另一个所述非测量段上固定有补偿应变片。
14.进一步地，在所述钢轨的纵向上，所述断口和所述开孔之间具有间隔，所述横向桥应变片位于所述间隔的中间；在所述钢轨的垂向上，所述横向桥应变片的中心与所述断口的底部的高度相同。
15.进一步地，所述断口的数量为两个，在所述钢轨的横向上，所述钢轨的一侧形成有两个所述间隔，所述钢轨的另一侧形成有两个所述间隔，每个所述间隔均设有所述横向桥应变片。
16.进一步地，垂向桥应变片的数量为两个，所述安装侧壁的数量为两个，两个所述安装侧壁相对设置，一个所述垂向桥应变片固定在一个所述安装侧壁上。
17.进一步地，所述垂向桥应变片设置在所述安装侧壁的中心。
18.进一步地，补偿应变片的数量为两个，两个所述补偿应变片沿所述钢轨的纵向间隔设置。
19.本发明提供一种测力轮对标定试验台，包括上述测力轮对标定用钢轨组件。
20.应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出本公开的主题。同时，说
明书和附图用来解释本公开的原理。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为相关技术中的测力轮对标定试验台的主视结构示意图；
23.图2图1所示的测力轮对标定试验台的侧视结构示意图；
24.图3为相关技术中的测力轮对的结构示意图；
25.图4为本发明实施例中测力轮对标定用钢轨组件中钢轨的结构示意图；
26.图5为图4所示的测力轮对标定用钢轨组件的主视图；
27.图6为图4所示的测力轮对标定用钢轨组件的俯视图。
28.图标：10-钢轨；20-垂向桥应变片；30-开孔；40-断口；50-补偿应变片；60-横向桥应变片；11-第一非测量段；12-第二非测量段；13-测量段；31-安装侧壁。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
31.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.需要说明的是，钢轨10的垂向可以理解为钢轨10的高度方向，钢轨10的横向可以理解为钢轨10的厚度方向，钢轨10的纵向可以理解为钢轨10的长度方向。
35.如图4至图6所示，本发明提供一种测力轮对标定用钢轨组件，包括：钢轨10和垂向桥应变片20；钢轨10和垂向桥应变片20；钢轨10包括测量区，测量区内设有开孔30，在钢轨10的横向上，开孔30贯穿钢轨10，开孔30包括与钢轨10的横向平行的安装侧壁31(也可以理解为，安装侧壁31的板面所在平面与钢轨10的纵向垂直)，垂向桥应变片20固定在安装侧壁
31上。
36.本实施例提供的测力轮对标定用钢轨组件，钢轨10上设置垂向桥应变片20，从而钢轨10自身形成测力传感器；将测力轮对安装至钢轨10的测量区，对测力轮对施加垂向加载，垂向桥应变片20受压输出信号给测力轮对标定试验台的控制系统，控制系统可以得到钢轨10在轮轨间的垂向力作用下的应变曲线。在此过程中，钢轨10的测量区承受的垂向力的方向与实际加载的垂向力的方向相同，垂向桥应变片20是对轮轨间垂向力的直接测量，相较于间接测量，可以提高测量的精确度；另外，垂向桥应变片20安装在与钢轨10的与横向平行的安装侧壁31上，那么垂向桥应变片20与钢轨10的横向平行，从而与横向作用力平行，很大程度上减少横向作用力对垂向桥应变片20的串扰影响，从而进一步提高轮轨间的垂向力的测量精度。
37.其中，开孔30的结构形式可以为多种，例如开孔30呈四边形、六边形或者八边形等；可选的，开孔30呈腰形设置，在钢轨10的纵向上，开孔30的侧壁为直线型(该侧壁可以作为安装侧壁31)，在钢轨10的垂向上，开孔30的侧壁呈弧形，卡孔的直线型侧壁与弧形侧壁与平缓过渡，可以避免应力集中。
38.如图4至图6所示，在上述实施例之上，进一步地，在钢轨10的横向上的侧壁(该侧壁的板面所在的平面与钢轨10的垂向平行，与钢轨10的横向垂直)上还设有横向桥应变片60。
39.本实施例中，当向测力轮对施加垂向加载时，即使产生了横向分力，横向桥应变片60受压能够输出横向分力信号给控制系统，控制系统根据该信号能够得到横向应变曲线，从而实现对轮轨间横向分力的测量，进而控制系统可以整合得到实际轮轨间的垂向力，进一步提高轮轨间的垂向力的测量精度；横向桥应变片60与钢轨10的垂向平行，则很大程度上减低了垂向力对横向桥应变片60的影响；本实施例提供的测力轮对标定用钢轨组件在测量过程中，可以实现垂向力对横向桥应变片60影响小或者基本无影响，横向力对垂向桥应变片20影响小或者基本无影响。
40.在上述实施例基础之上，进一步地，所述钢轨的轨头廓形为圆弧形，也可以理解为钢轨的顶部的横截面的形状为圆弧形，这样能够使得，钢轨与测力轮对接触时，两者之间为点接触，一方面，能够在加载垂向力时，减少由此产生的横向分力量，从而使垂向力的测量更加精确，另一方面，调整轮轨间接触点位置时，调整量更为精确，从而能够进一步提高测量精度。
41.如图4至6所示，在上述实施例基础之上，进一步地，在钢轨10的顶部设有断口40，断口40的长度方向与钢轨10的垂向相同；断口40将钢轨10分隔成非测量段和测量段13，测量区位于测量段13，且在钢轨10的纵向上，测量区位于断口40的投影区域内，所述横向桥应变片设置在所述测量段。
42.本实施例中，断口40在钢轨10的纵向上的投影区域内，测量段13和非测量段相互隔离开来，测量区位于断口40的投影范围内，开孔30设置在测量区内，垂向桥应变片20设置在开孔30的安装侧壁31上，横向桥应变片设置在所述测量段，因此，当对钢轨10的非测量段施加纵向加载时，纵向力不会由非测量段传递至测量区，从而不会传递至垂向桥应变片20和横向桥应变片处，进而，避免了纵向力对垂向桥应变片20和横向桥应变片的串扰影响，从而能够提高轮轨间的垂向力的测量精度。
43.在上述实施例基础之上，断口40的数量至少为两个，两个断口40将钢轨10分隔成至少是三个钢轨段，其中，两个钢轨段为非测量段，第三个钢轨段为测量段13，测量段13位于两个非测量段之间；两个非测量段中，一个非测量段用于施加纵向加载，另一个非测量段上固定有补偿应变片50。
44.本实施例中，相邻两个断口40使钢轨10形成相邻的三个钢轨段，中间的钢轨段为测量段13，两侧分别为非测量段，第一非测量段11可以用于施加纵向加载，第二非测量段12设置从补偿应变片50，第二非测量段12不受纵向力、垂向力和横向力，因此，补偿应变片50输出的信号，为温度偏移等产生的信号，补偿应变片50能够将信号输送给控制系统，控制系统可以将垂向应变片输送的信号与补偿应变片50输送的芯片进行整合，从而得到实际由垂向力产生的应变曲线，进一步提高对轮轨间的垂向力测量精度。
45.可选的，在钢轨10的纵向上，断口40和开孔30之间具有间隔，横向桥应变片60位于间隔的中间；在钢轨10的垂向上，横向桥应变片60的中心与断口40的底部的高度相同，横向桥应变片60设置在上述位置，更能够避免纵向力对横向桥应变片60的影响，进一步提高轮轨间的横向力的测量精度。
46.在上述实施例基础之上，进一步地，横向桥应变片60的数量可以根据需要设置。具体地，断口40的数量为两个，在钢轨10的横向上，钢轨10的一侧形成有两个间隔，钢轨10的另一侧形成有两个间隔，每个间隔均设有横向桥应变片60，也即，一个断口40与开孔30之间形成一个间隔，在钢轨10的横向上，钢轨10的一侧形成有两个间隔，钢轨10的另一侧形成由两个间隔，间隔数量为四个，每个间隔处均设有横向桥应变片60，则横向桥应变片60的数量为四个，四个横向桥应变片60能够实现惠斯通全桥，输出信号精度高，从而使测量精度高。
47.在上述实施例基础之上，垂向桥应变片20的数量可以根据需要来设置。具体地，垂向桥应变片20的数量为来两个，安装侧壁31的数量为两个，两个安装侧壁31相对设置，一个垂向桥应变片20固定在一个安装侧壁31上，使得测量精度高。
48.可选的，补偿应变片50的数量为两个，两个垂向桥应变片和两个补偿应变片可以形成惠斯通全桥，更方便控制系统获取实际的垂向作用力下的应变曲线。
49.可选的，垂向桥应变片20设置在安装侧壁31的中心，垂向桥应变片20设置在此位置，更能够避免受到纵向力的串扰影响，从而进一步提高测量精度。
50.本发明的实施例还提供了一种测力轮对标定试验台，包括上述任一技术方案的测力轮对标定用钢轨组件，因而，具有该测力轮对标定用钢轨组件的全部有益技术效果，在此，不再赘述。
51.此外，测力轮对标定试验台还可以包括控制系统、横向加载机构和垂向加载机构等，钢轨组件中的应变片、横向加载机构和垂向加载机构均与控制系统通讯连接，控制系统控制横向加载机构和垂向加载机构工作，控制系统接收应变片输送的信号，并对信号进行处理以得到相应的应变曲线，从而获得轮轨间的作用力。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实
施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。