轮轨横向力确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轮轨横向力确定方法及装置，该方法包括：获取轮对与钢轨之间相互作用的动态响应数据；所述动态响应数据包括轴箱加速度数据、构架加速度数据、轮轨接触半径差数据；根据轮对受力情况建立轮轨垂向力辨识模型、轮轨横向力辨识模型及动力学仿真模型；根据轴箱加速度数据、构架加速度数据及轮轨垂向力辨识模型，确定轮轨垂向力；根据轮轨接触半径差数据及动力学仿真模型，确定轮轨接触角；根据轮轨垂向力、轮轨接触角及轮轨横向力辨识模型确定轮轨横向力。本发明专利技术能够实现对轮轨横向力的评估、对轮轨相互作用状态的精确评估及对线路状态的辅助评判。对线路状态的辅助评判。对线路状态的辅助评判。

【技术实现步骤摘要】
轮轨横向力确定方法及装置


[0001]本专利技术涉及高速铁路工务工程
，尤其涉及一种轮轨横向力确定方法及装置。

技术介绍

[0002]本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
[0003]轮轨之间的相互作用是轨道交通的重要特征，轮轨之间的作用力是衡量铁路运行安全的基本参数。因此，如何对高铁运行中轮轨力进行监测并基于监测数据对轨道
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车辆系统进行状态评判是高铁基础理论和方法研究的关键技术之一。轮轨作用力同振动加速度一样，受行车速度、车辆和轨道状态等影响。同时测力轮对的制作过程、周期、运用比较复杂，当采用测力轮对测量时，还需要专门的标定装置，安装维护也比较复杂。因此现有技术只有少数轨检车安装测力轮对设备，仅在情况比较复杂，用于对轨道不平顺影响确认。如果我们能够找到一种更容易的方式获得轮轨力，那么就可以大大提高高速铁路的检测能力，直接的从轮轨力方面进行安全评判。
[0004]现有技术中对于轮轨力的评估辨识方法很多，例如基于车辆轮轨力的辨识方法，但该方法并不是基于车辆响应，不适用于实时系统；或是基于轴箱加速度的轮轨接触力辨识方法，该方法受系统的强非线性影响，建立的动态模型使用的线性冲击响应，对于横向力的计算结果相关系数略低；或是建立轮对
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轨道耦合模型，寻找轴箱加速度与轨道不平顺的关系，然后基于系统辨识模型，辨识出轮轨力，此方法建立的评估模型计算大规模系统时，不能得到精确解。
[0005]对于垂向力的评估显而易见比较好实现，但是横向力就没有这么容易了。现有技术中利用反向模型计算轮轨横向力(LWRF)，通过响应计算输入量，由于在计算过程中会存在误差的累积，导致计算精度降低。还通过分析施加在悬挂在轮对上的力来建立力和力矩的平衡方程，测量轴箱加速度和悬挂系统的相对位移，从轮对的惯性力和悬挂力中得出未知的轮轴横向力和轮轨垂向力。但与纵向和垂向力相比，测得的横向力精度较低，因为其来自其他两个方向的干扰误差较大。
[0006]综合以上研究可以看出，基于加速度进行轮轨力的载荷辨识已经有了不少相关的研究，特别是基于仿真模型的轮轨力辨识，研究众多。然而无论是在仿真环境下还是在实际计算评估过程中，对于轮轨横向力的辨识，研究都比较有限。为了实现对于轮轨相互作用状态的评估以及对线路状态的辅助评判，有必要研究一种新的方法利用车辆响应数据实现对横向力的评估辨识。现有技术虽然在利用系统载荷辨识方面开展了不少研究工作，但是如何利用动态响应信号实现垂向轮轨接触力的评估方面还未见相关文献报道和专利说明。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供一种轮轨横向力确定方法，能够实现对轮轨横向力的精确评
估，有利于对轮轨相互作用状态的评估及对线路状态的辅助评判，该方法包括：
[0008]获取轮对与钢轨之间相互作用的动态响应数据；所述动态响应数据包括轴箱加速度数据、构架加速度数据、轮轨接触半径差数据；
[0009]根据轮对受力情况建立轮轨垂向力辨识模型、轮轨横向力辨识模型及动力学仿真模型；
[0010]根据轴箱加速度数据、构架加速度数据及轮轨垂向力辨识模型，确定轮轨垂向力；
[0011]根据轮轨接触半径差数据及动力学仿真模型，确定轮轨接触角；
[0012]根据轮轨垂向力、轮轨接触角及轮轨横向力辨识模型确定轮轨横向力。
[0013]本专利技术实施例提供一种轮轨横向力评估装置，能够实现对轮轨横向力的精确评估，有利于对轮轨相互作用状态的评估及对线路状态的辅助评判，该装置包括：
[0014]获取模块，用于获取轮对与钢轨之间相互作用的动态响应数据；所述动态响应数据包括轴箱加速度数据、构架加速度数据、轮轨接触半径差数据；
[0015]模型建立模块，用于根据轮对受力情况建立轮轨垂向力辨识模型、轮轨横向力辨识模型及动力学仿真模型；
[0016]轮轨垂向力确定模块，用于根据轴箱加速度数据、构架加速度数据及轮轨垂向力辨识模型，确定轮轨垂向力；
[0017]轮轨接触角确定模块，用于根据轮轨接触半径差数据及动力学仿真模型，确定轮轨接触角；
[0018]轮轨横向力确定模块，用于根据轮轨垂向力、轮轨接触角及轮轨横向力辨识模型确定轮轨横向力。
[0019]本专利技术实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述轮轨横向力确定方法。
[0020]本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述轮轨横向力确定方法。
[0021]本专利技术实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述轮轨横向力确定方法。
[0022]本专利技术实施例中，获取轮对与钢轨之间相互作用的动态响应数据；所述动态响应数据包括轴箱加速度数据、构架加速度数据、轮轨接触半径差数据；根据轮对受力情况建立轮轨垂向力辨识模型、轮轨横向力辨识模型及动力学仿真模型；根据轴箱加速度数据、构架加速度数据及轮轨垂向力辨识模型，确定轮轨垂向力；根据轮轨接触半径差数据及动力学仿真模型，确定轮轨接触角；根据轮轨垂向力、轮轨接触角及轮轨横向力辨识模型确定轮轨横向力。与现有技术中利用反向模型计算轮轨横向力的方案相比，本专利技术能够实现对轮轨横向力的精确评估，有利于对轮轨相互作用状态的评估及对线路状态的辅助评判。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。在附图中：
[0024]图1为本专利技术实施例中轮轨横向力确定方法的流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例中轮轨横向力确定方法的具体实例的流程图；
[0026]图3为本专利技术实施例中动态响应中轮对受力示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例中轮轨横向力确定方法的具体实例的流程图；
[0028]图5为本专利技术实施例中多断面车辆动态检测系统的示意图；
[0029]图6为本专利技术实施例中轴箱、构架加速度传感器安装位置仿真示意图；
[0030]图7为本专利技术实施例中轮对坐标系示意图；
[0031]图8为本专利技术实施例中轮对接触面坐标系示意图；
[0032]图9为本专利技术实施例中确定轮轨接触点方法的示意图；
[0033]图10为本专利技术实施例中轮对相对于轨道的横移量与左右轮接触半径差的变换关系图；
[0034]图11为本专利技术实施例中轮对相对于轨道的横移量与轮轨接触角的变换关系图；
[0035]图12为本专利技术实施例中发生轮对相对钢轨横移时的轮轨接触示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮轨横向力确定方法，其特征在于，包括：获取轮对与钢轨之间相互作用的动态响应数据；所述动态响应数据包括轴箱加速度数据、构架加速度数据、轮轨接触半径差数据；根据轮对受力情况建立轮轨垂向力辨识模型、轮轨横向力辨识模型及动力学仿真模型；根据轴箱加速度数据、构架加速度数据及轮轨垂向力辨识模型，确定轮轨垂向力；根据轮轨接触半径差数据及动力学仿真模型，确定轮轨接触角；根据轮轨垂向力、轮轨接触角及轮轨横向力辨识模型确定轮轨横向力。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据轮轨接触半径差数据及动力学仿真模型，确定轮轨接触角，包括：根据动力学仿真模型确定轮轨接触半径差与轮对相对于钢轨的横向位移LDWR之间的变化关系；根据轮轨接触半径差数据、及轮轨接触半径差与LDWR之间的变化关系，确定LDWR数据；根据动力学仿真模型确定轮轨接触角与LDWR之间的变化关系；根据LDWR数据、及轮轨接触角与LDWR之间的变化关系，确定轮轨接触角。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据动态响应数据确定轮对静平衡力数据及轮轨横向蠕滑力数据；根据轮轨垂向力、轮轨接触角及轮轨横向力辨识模型确定轮轨横向力之后，还包括：根据轮对静平衡力数据及轮轨横向蠕滑力数据对轮轨横向力进行修正。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据动态响应数据确定轮轨横向蠕滑力数据，包括：根据动态响应数据确定横向蠕滑率及自旋蠕滑率；根据横向蠕滑率及自旋蠕滑率确定轮轨横向蠕滑力数据。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据轮对受力情况建立轮轨垂向力辨识模型、轮轨横向力辨识模型及动力学仿真模型，包括：利用编程软件根据轮对受力情况建立轮轨垂向力辨识模型、轮轨横向力辨识模型及动力学仿真模型。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮轨垂向力、轮轨接触角及轮轨横向力利用编程软件确定。7.一种轮轨横向力确定装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取轮对与钢轨之间相互作用的动态响应数据；所述动态响应数据包括轴箱加速度数据、构架加速度数据、轮轨接触半径差数据；模型建立模块，用于根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓迪，孙善超，杨飞，牛留斌，田新宇，李红艳，马良德，梁志明，支洋，杨静静，刘丰收，祖宏林，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京铁科英迈技术有限公司，
类型：发明
国别省市：