[发明专利]用于监测轮轨接触力的系统和方法

说明书

公开了一种用于监测轮轨接触力的系统，所述系统包括用于测量连接到转向架的车轮的竖直加速度的测量单元，其中，所述车轮被构造为在轨道上行驶，其中，所述系统包括计算单元，所述计算单元用于使用所测量的竖直加速度来模拟轮轨相互作用，并且用于基于模拟的轮轨相互作用来计算轮轨接触力。

技术领域

本发明涉及一种根据方案1所述的用于监测轮轨接触力的系统。本发明还涉及一种根据方案7所述的用于监测轮轨接触力的方法。

背景技术

在轨道车辆的领域中，获知轨道车辆(比如火车)的转向架的车轮与轨道之间的接触力是有益的，以了解车辆及其组件的性能。车辆维护者和设计者可以使用这样的信息来改善轨道和/或车辆。此外，对于车轴箱轴承的制造商而言，重要的是知道计算的载荷值是否与实际值相对应。

在已知的系统中，通过使用仅临时而非永久地安装的专用的装备有仪表的轮组(/轮对)(wheelset)来监测轨道与车轮之间的相互作用。为了监测轨道与轮组之间的相互作用，需要卸下轮组、安装所有仪表、在一段时间内进行测量、然后卸下所有物件。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于监测轮轨接触处的力的简化方法。

该目的通过根据方案1所述的用于监测轮轨接触力的系统和根据方案7所述的用于监测轮轨接触力的方法来解决。

用于监测轮轨接触力的系统包括用于测量连接到转向架(bogie)的车轮的竖直加速度的测量单元。转向架是在轨道上行驶的轨道车辆的部件。转向架可以包括例如四个车轮，其中，转向架上的车轴箱(/轮轴箱)支撑转向架的一个车轮。

该系统还包括计算单元，计算单元用于使用所测量的竖直加速度来模拟轮轨相互作用。此外，计算单元被配置为基于模拟的轮轨相互作用来计算轮轨接触力。在该模拟的基础上，因为轮轨接触力的计算仅基于使用测量的竖直加速度的模拟，因此无需测量转向架的速率(speed)或速度(velocity)。因为可以将所需的测量元件永久地安装在转向架的车轮处，因此使用这种测量值，无需安装临时的装备有仪表的轮组。

根据一实施方式，测量单元适于(/被适于/被适配成)(adapted to)通过测量连接到车轮的车轴箱(/轮轴箱)(axle box)的加速度来测量车轮的加速度。例如，测量单元可以适于例如使用每个车轴箱一个加速度传感器来测量每个车轴箱一个加速度信号。因此，在转向架上的车轴箱处测量竖直加速度，车轴箱支撑在轨道上行驶的车轮并因此受到轨道表面中的起伏(undulations)或波纹(/皱纹)(corrugations)的影响。

计算单元还可以适于(adapted to)将车轮的竖直加速度转换成车轮的竖直速度(vertical velocity)。虽然与已知系统相反，因此不需要测量速率或速度(speed orvelocity)，但是竖直加速度可以直接用于进一步处理和确定接触力。应当注意，在整个说明书中，术语“速度”和“速率”是同义词。

可以使用合适的转向架的模型(例如，四分之一转向架模型)来模拟转向架的动态行为。特别地，计算单元可以适于模拟四分之一转向架的两质量模型。然后，可以使用已知的质量参数、系统的刚度参数和阻尼参数以及测量的加速度信号来求解转向架轨道系统的运动的相应等式。

因此，竖直加速度信号(acc1)直接用于求解与模型关联的运动等式。此外，该信号仅经历一次积分处理以获得竖直速度信号(vel1)，竖直速度信号也用作求解等式的输入。这可以提供以下益处：所计算的竖直轮廓信号z因此包含最小的噪声并且具有高的精确度。

两质量模型(2-mass model)可以基于转向架的簧载质量(sprung mass)、主悬架参数、车轮的非簧载质量和轮轨接触刚度。这里，假定形成转向架的非簧载质量的一部分的车轴箱通过主悬架连接到第二质量，第二质量为簧载质量。