[发明专利]非接触测量轮轨横向力式装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种列车脱轨横向力测量装置及其测量方法，特别是非接触测量轮轨横向力式装置及其测量方法。

背景技术

脱轨会引起重大铁路事故，列车脱轨是行车过程一大隐患，这是一个重要的全球性问题。因此，各国根据自身情况及研究成果与应用经验，采用了不尽相同的脱轨评价标准。其中日本提出用轮/轨横向作用力Q与垂向作用力P之比Q/P作为评判脱轨的标准的脱轨系数，以此来判断列车是否会发生脱轨的情况。

脱轨有爬轨脱轨、跳轨脱轨等几种形式，其中车轮的爬轨脱轨是脱轨的一种主要形式。爬轨脱轨主要是发生在曲线轨道，通常由较大的轮轨横向力或较大的轮重减载率所造成。车辆在轨道上运行，尤其是通过曲线轨道时，在如离心力、侧向风力及横向振动惯性力等各种横向力的作用下，前轮对的外侧车轮轮缘贴靠钢轨侧面；在列车导向力的作用下，前轮对连同整个转向架沿着曲线方向运行。在某种特定条件下，如果车轮与钢轨的横向力很大而与钢轨的垂向力很小，车轮在转动前进过程中会逐渐抬升，当轮缘上接触点的位置升高到轮缘圆弧面上的拐点，即轮缘根部与中部圆弧连结处轮缘倾角最大的一点时，就处于爬轨的临界点。如果在到达临界点时横向力减小或垂向力增大，则轮对仍可能下滑而回到原来的稳定位置，如果接触点超过临界点以后横向力和垂向力的变化不大，由于轮缘倾角变小，车轮就会直接爬上钢轨直到轮缘顶部到达钢轨顶面而脱轨。一般发生在车速较低时。

可见横向力是发列车脱轨关键因素之一。因横向力会使车轮辐板在轮对轴向受剪并使其产生较大的弯曲应变。而横向力的作用效果是会产生一个沿轴向的剪力和一个大的弯矩。传统的直接的检测横向力的方法是接触式方法，即采用贴应变片，但这种方法操作复杂，对贴片操作人员要求较高。

发明内容

本发明的第一目的是设计一种非接触测量轮轨横向力式装置，其能够测量易引发列车脱轨的横向力。第二目的是提供非接触测量轮轨横向力式装置的测量方法，使操作人员可以方便的安装使用非接触测量轮轨横向力式装置，并能避免由于安装失误能造成的测量错误。

为实现上述的第一目的，本发明提供一非接触测量轮轨横向力式装置，包括位移传感器和传感器箱体，所述位移传感器固定在传感器箱体中，用于与轮缘相对于轴承的横向位移形变量。位移传感器选用分辨率为2μm以上的。

优选的是，位于传感器箱体中，还包括用于测量轴承的横向加速度的加速度传感器(4)。

优选的是，位于传感器箱体中，还包括传感器箱体中用于测量车轮转速的激光传感器(6)。

优选的是，传感器箱体具有用于将测量装置固定在列车转向架上的箱体搭接板(5)。

优选的是，位移传感器选用高精度非接触电涡流式位移传感器。

为实现上述的第二目的，本发明提供一种非接触测量轮轨横向力式装置的测量方法，

将包括位移传感器的传感器箱体固定于转向架，使得位于所述箱体内的位移传感器的探头与轮缘的横截面垂直相对且不接触轮缘；

利用所述位移传感器测量轮缘与位移传感器探头间的位移。

优选的是，加速度传感器平行固定在位移传感器的上方。

优选的是，激光传感器与轮缘的横截面垂直相对且不接触轮缘。

本非接触测量轮轨横向力式装置是采用高精度非接触电涡流式位移计进行主要测量、加速度传感器和激光传感器进行辅助测量的方法，通过测量由横向作用力引起的车轮弯曲变形量，换算得到轮轨横向作用力。