[發明專利]基于光纖光柵的輪軌試驗臺及其接觸力測量方法

在審

• 申請號: 201810535019.4
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108645635A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 劉曉剛;肖長彬;吳兆雨
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01M17/10
• 分類號: G01M17/10;G01L1/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明涉及一種基于光纖光柵的輪軌試驗臺及其接觸力測量方法，試驗臺包括大輪軸兩端可旋轉的支撐在兩個平行的彈簧鋼片上的大輪、與大輪頂端相切接觸且小輪軸兩端可旋轉的支撐在另外兩個平行的彈簧鋼片上的小輪、對稱設在每個彈簧鋼片左右兩側上下兩面且與彈簧鋼片同向的光纖光柵、與光纖光柵連接的解調儀、用于驅動大輪的電機、分別與解調儀和電機連接的工控機、用于調節小輪沖角的沖角調節機構，光纖光柵中心波長各不相同。本發明消除了溫度帶來的測量影響，突顯了應變測量值，能有效測量接觸力。

技術領域

本發明屬于輪軌試驗領域，具體涉及一種基于光纖光柵的輪軌試驗臺及其接觸力測量方法。

背景技術

機車車輛在鐵路線路上運行時，受線路不平順的影響產生振動，機車車輛的重力和運行中產生的其他載荷通過車輪作用在鋼軌上，又引起鋼軌彈性變形和軌道下沉，從而使線路的不平順加劇。機車車輛車輪和線路鋼軌間的這種相互作用，對于機車車輛的運行平穩性、車輪和鋼軌的磨耗、機車車輛和線路維修費用，以及列車運行安全等有直接的影響。隨著機車車輛重量的增大以及列車運行速度的提高，這種影響越發顯著。研究機車車輛在線路上的運動和運動中輪軌間的相互作用力，以及消除它們的有害影響也就更加重要。因此，人們設計了輪軌試驗臺，用來檢測輪軌間的相互作用力，但是現有的輪軌試驗臺檢測不能檢測接觸力或者檢測的接觸力不精確。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光纖光柵的輪軌試驗臺及其接觸力測量方法，本發明消除了溫度帶來的測量影響，突顯了應變測量值，能有效測量接觸力。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于光纖光柵的輪軌試驗臺，包括大輪軸兩端可旋轉的支撐在兩個平行的彈簧鋼片上的大輪、與大輪頂端相切接觸且小輪軸兩端可旋轉的支撐在另外兩個平行的彈簧鋼片上的小輪、對稱設在每個彈簧鋼片左右兩側上下兩面且與彈簧鋼片同向的光纖光柵、與光纖光柵連接的解調儀、用于驅動大輪的電機、分別與解調儀和電機連接的工控機、用于調節小輪沖角的沖角調節機構，光纖光柵中心波長各不相同；小輪隨大輪旋轉時，大輪與小輪間的接觸力變化帶動彈簧鋼片應變變化使光纖光柵產生應變信號并發送至解調儀，解調儀將應變信號轉變為解調信號后發送至工控機，工控機用于控制電機轉速以及分析解調信號后計算出接觸力。

進一步地，光纖光柵通過跳線直接連接至解調儀。

進一步地，工控機通過變頻器控制電機的轉速。

進一步地，光纖光柵采用密封膠封裝。

進一步地，密封膠為環氧樹脂AB膠。

一種基于光纖光柵的輪軌試驗臺中接觸力測量方法，將接觸力分解為三個方向的分力，分別是指向大輪圓心的法向力、垂直于大輪的橫向力、與小輪半徑垂直的縱向力，包括步驟：

S1、進行應變靈敏系數標定實驗，測量光纖光柵的應變靈敏系數；

S2、使小輪對大輪施加預緊力，即法向力，與小輪配合的彈簧鋼片在法向力的作用下受力彎曲，使一面的光纖光柵產生拉應變、另一面的光纖光柵產生壓應變，與大輪配合的彈簧鋼片在法向力的反作用力下受力彎曲，使一面的光纖光柵產生拉應變、另一面的光纖光柵產生壓應變，測量相應的應變即可得到相應的法向力；

S3、使大輪與小輪之間形成一定的沖角，大輪與小輪間的橫向蠕變產生橫向蠕變力，即橫向力，與小輪配合的彈簧鋼片在橫向力的作用下受力彎曲，使左右兩側產生不同程度的橫向形變，與大輪配合的彈簧鋼片在橫向力的反作用下受力彎曲，使左右兩側產生不同程度的橫向形變，通過對小輪和大輪左右兩側的光纖光柵波長對比得到相應的橫向力；

S4、電機驅動大輪帶動小輪旋轉，大輪與小輪摩擦產生摩擦力，小輪受到相應的反作用力，即縱向力，彈簧鋼板在縱向力的作用下前后兩端產生不同程度的形變，通過對前后兩端的光纖光柵波長對比得到相應的縱向力。

本發明的有益效果是：