[发明专利]轮轨垂向力检测方法及装置

说明书

一种轮轨垂向力检测方法及装置，方法包括：获取车辆质量数据，接收设置于转向架与轮对轴箱之间位移传感器采集的相对位移，接收设置于轴箱上的加速度传感器采集的轴箱垂向加速度；根据相对位移确定转向架与轮对轴箱之间的垂向相对运动速度，根据相对位移与相对运动速度，确定一系悬挂垂向刚度力与一系悬挂垂向阻尼力；根据一系悬挂垂向刚度力、一系悬挂垂向阻尼力、车辆质量数据及轴箱垂向加速度，确定轮轨垂向力。本发明通过采集轴箱垂向振动加速度，利用轮对轴箱和转向架之间设置的位移传感器采集相对位移，实现在线实时计算轮轨垂向力，极大地降低检测成本，便于日后维护，可以加大对轨道轮轨力的检测频次，更加有效的识别出轨道病害。

技术领域

本发明涉及轮轨力测量技术领域，尤指一种轮轨垂向力检测方法及装置。

背景技术

随着高速铁路运营速度的不断提高以及重载铁路轴重的增加，车辆与轨道之间的相互作用愈发剧烈，对列车的安全运行带来了巨大的挑战。因此，针对轮轨相互作用开展长期监测，对保障铁路运营安全、提升轨道系统长期服役性能具有非常重要的意义。轮轨相互作用的安全监测，归根结底是对轮轨力的实时获取。

轮轨力测量是铁路行业中一项基础性工作，主要关系到列车的运行安全性，甚至对轨道管理和基础结构服役性能评估都至关重要。

目前国内铁路、地铁及城市轨道交通行业，测量车辆与钢轨之间的相互作用力主要采用测力轮对完成，测力轮对是一种用于测量轮轨间相互作用力的特殊设备，一般由现车运行轮对经过改造而成。包括间断测量法和连续测量法，国外主要采用连续测量法。连续测量所获取的检测数据随着车轮旋转呈现持续不断的状态，高、中、低频各种成分的轮轨力都能反映出来，而间断测量相当于是对连续测量数据的等间隔距离采样，这一间隔距离一般取决于间断测量峰谷值的角度间隔，一般采用1/4轮周长，这就决定了对于像钢轨焊缝和波磨等激起的轮轨作用力中的中高频成分，采用间断测量无法获取真实轮轨力数据。对于连续测量而言，必须确保每一个测量电桥都能够长期稳定工作，否则任意环节出现故障都会对测量结果产生影响。同时无论间断测量还是连续测量，安装维护复杂，造价较高。

轨道上的高低和三角坑等垂向不平顺对轮轨力的影响主要表现出低频垂向力的波动，轮轨垂向力最为敏感的是钢轨接缝、道岔有害空间、轨面低塌和磨耗等，主要表现为瞬时或持续的高频垂向冲击力，同时对于路桥过渡段沉降位置和大跨度桥梁梁端伸缩装置区域，轮轨力也会存在较明显冲击；甚至在列车通过曲线区段时，由于欠超高或者过超高，将出现外股侧增载内股侧减载情况。列车经过道岔区域时，主要对轮轨横向力的影响较大，轮轨垂向力也会出现动态波动。

采用动力学仿真技术可以较好地获取轮轨力，且动力学仿真方法发展相对成熟，根据自编程序或商业软件，建立车辆模型，输入轨道不平顺和轮轨廓形，进行仿真计算，获取轮轨动态力。但计算结果的准确性对轨道结构参数(如轨道刚度、阻尼、材料性能等)的选取有较大依赖。同时由于轮轨接触非线性问题，无法准确抓取轮轨接触点，使得计算结果的准确性也会降低，由于高速铁路列车运行速度较快，多次迭代获取轮轨接触点使得计算效率低下，对于实现车载在线快速轮轨力获取存在一定困难。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的主要目的在于提供一种轮轨垂向力检测方法及装置，实现铁路轨道轮轨力实时检测，以便及时有效地发现轨道病害，优化轨道管理作业，提高作业效率。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种轮轨垂向力检测方法，所述方法包括：

获取车辆质量数据，接收设置于转向架与轮对轴箱之间的位移传感器采集的相对位移，接收设置于轴箱上的加速度传感器采集的轴箱垂向加速度；

根据所述相对位移确定转向架与轮对轴箱之间的相对运动速度，并根据所述相对位移与相对运动速度，确定一系悬挂垂向刚度力与一系悬挂垂向阻尼力；

根据所述一系悬挂垂向刚度力、一系悬挂垂向阻尼力、车辆质量数据及轴箱垂向加速度，确定轮轨垂向力。