本發(fā)明涉及鐵道工程的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輪軌力在線監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)測方法及靜態(tài)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

輪軌力的確定是研究輪軌關(guān)系的基礎(chǔ)，車輪與軌道間的相互作用直接影響著鐵路行車安全、輪軌的磨損以及維修。

目前,國內(nèi)對于輪軌力的地面測試也有了一定的研究，但仍然存在著不足之處：現(xiàn)有的輪軌力測試方法大多通過現(xiàn)場焊接應(yīng)變片并進(jìn)行組橋的方式，所選用的應(yīng)變片耐熱性以及防水性較差，采集結(jié)果受到自然條件影響較大；同時，若膠水與應(yīng)變片不夠匹配，貼片過程中還會出現(xiàn)粘貼不牢的“假粘”現(xiàn)象，這樣會使橋路的輸出靈敏度降低，達(dá)不到預(yù)期的效果。

而且，通常輪軌力標(biāo)定采用液壓千斤頂，計算壓力的方式是用液壓表的兆帕讀數(shù)乘以液壓千斤頂?shù)捻旑^的面積，這樣收到油壓表誤差和頂頭的尺寸誤差，計算出的壓力差值大，并且需要人工讀取液壓泵表盤讀數(shù)，導(dǎo)致標(biāo)定過程繁瑣且標(biāo)定精度不高；另外，現(xiàn)有的測試與采集裝置多為已集成好系統(tǒng)，不能根據(jù)實際情況對采集系統(tǒng)進(jìn)行編譯與調(diào)整，采集的數(shù)據(jù)受到了較大局限；傳統(tǒng)輪軌力分析時只能進(jìn)行現(xiàn)場實測，不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的，從而不能滿足相關(guān)監(jiān)測需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種輪軌力在線監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)測方法及靜態(tài)標(biāo)定方法，解決了現(xiàn)有輪軌力分析時只能進(jìn)行現(xiàn)場實測，不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測及現(xiàn)有靜態(tài)標(biāo)定等問題。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種輪軌力在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置在鋼軌的多個不同監(jiān)測位置上的雙軸應(yīng)變片，每個監(jiān)測位置設(shè)置有多個雙軸應(yīng)變片，多個所述雙軸應(yīng)變片通過排線進(jìn)行組橋，橋路的輸出端與ni數(shù)據(jù)采集板卡模塊配套的橋盒相連，每個橋盒的輸出端通過rj-50的插口分別連接至所述ni數(shù)據(jù)采集板卡模塊的四個通道，其特征在于：所述ni數(shù)據(jù)采集板卡的輸出端和工控機(jī)相連，所述工控機(jī)通過dtu無線透傳模塊和服務(wù)器相連，實時對脫軌系數(shù)和輪重減載率計算判斷，實現(xiàn)對鋼軌的輪軌力的在線監(jiān)測和預(yù)警。

進(jìn)一步，所述ni數(shù)據(jù)采集板卡的輸出端通過usb接口和工控機(jī)相連。

進(jìn)一步，還包括反力架，所述反力架用于對每個監(jiān)測位置的多個雙軸應(yīng)變片進(jìn)行水平力和垂直力的靜態(tài)標(biāo)定。

進(jìn)一步，所述反力架包括工字鋼體、垂直設(shè)置在所述工字鋼體的一翼緣的同一側(cè)的兩個拉桿和一個限位環(huán)，所述限位環(huán)設(shè)置在翼緣的中心，用于固定靜態(tài)標(biāo)定的千斤頂；所述拉桿設(shè)置在翼緣的端部，用于連接鋼軌。

進(jìn)一步，所述拉桿呈鉤型，包括鉤型部和桿狀部，所述鉤型部用于連接鋼軌，所述桿狀部采用焊接方式設(shè)置在所述工字鋼體的翼緣上。

進(jìn)一步，所述限位環(huán)采用焊接方式設(shè)置在所述工字鋼體的翼緣上，且內(nèi)徑和千斤頂?shù)牡撞客鈴讲捎眠^盈配合。

一種基于上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、通過各個監(jiān)測位置設(shè)置的多個雙軸應(yīng)變片對鋼軌進(jìn)行水平力和垂直力的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)實時傳送到服務(wù)器，并存儲下來；

步驟二、根據(jù)各個監(jiān)測位置的鋼軌的水平力和垂直力，實時計算對應(yīng)的脫軌系數(shù)和輪重減載率；

步驟三、判斷所述脫軌系數(shù)是否超過系數(shù)閾值，若是，則發(fā)出預(yù)警信號，否則，返回步驟一；判斷所述輪重減載率是否超過率閾值，若是，則發(fā)出預(yù)警信號，否則，返回步驟一。

一種基于上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、將設(shè)置雙軸應(yīng)變片的鋼軌處依次進(jìn)行粗打磨、多次精打磨，然后在打磨處擦拭工業(yè)酒精并使其快速揮發(fā)，最后在打磨處黏貼雙軸應(yīng)變片，完成鋼軌的一個監(jiān)測位置的多個雙軸應(yīng)變片的黏貼；

步驟二、將壓力傳感器設(shè)置在多個雙軸應(yīng)變片的中心，檢測端垂直設(shè)置在鋼軌的側(cè)面，所述壓力傳感器的底部與千斤頂?shù)捻敳拷佑|，所述千斤頂?shù)牡撞吭O(shè)置在反力架的限位環(huán)內(nèi)，通過反力架的兩個拉桿，將壓力傳感器、千斤頂固定在鋼軌上；

步驟三、將多個雙軸應(yīng)變片和壓力傳感器連接到ni數(shù)據(jù)采集卡，ni數(shù)據(jù)采集卡模塊連接到工控機(jī)上，進(jìn)行鋼軌的所述監(jiān)測位置的水平力的靜態(tài)標(biāo)定；

步驟四、重復(fù)步驟一至三，將壓力傳感器垂直設(shè)置在鋼軌的頂部，進(jìn)行完成鋼軌的所述監(jiān)測位置的垂直力的靜態(tài)標(biāo)定；

步驟五、重復(fù)步驟一至四，完成鋼軌各個監(jiān)測位置的水平力和垂直力的靜態(tài)標(biāo)定。

本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：

1、通過對鋼軌打磨，提高了雙軸應(yīng)變片和鋼軌的粘合度，保證輪軌力測量值的精確性。

2、通過反力架固定壓力傳感器和千斤頂進(jìn)行輪軌力標(biāo)定，避免了人工計算過程中油壓表誤差和頂頭的尺寸誤差，有效提高了標(biāo)定的效率和精度。

3、采用數(shù)據(jù)采集設(shè)備ni以太網(wǎng)箱與ni數(shù)據(jù)采集板卡，基于labview程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與分析，具有較好的靈活性；使用工控機(jī)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性；采用dtu無線透傳模塊增加無線傳輸功能，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測輪軌力，并對輪軌力超限值進(jìn)行預(yù)警，較以往定期去現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方式而言，節(jié)省大量的人力、物力。

總之，采用本發(fā)明對輪軌力進(jìn)行在線監(jiān)測，可實現(xiàn)精確度高、抗干擾能力強(qiáng)、工業(yè)適用性好、高效率、維護(hù)成本低的效果，具有明顯的科研應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的測試水平力的雙軸應(yīng)變片的粘貼位置示意圖；

圖3為本發(fā)明的測試水平力的雙軸應(yīng)變片的組橋方式示意圖；

圖4為本發(fā)明的測試垂直力的雙軸應(yīng)變片的粘貼位置示意圖；

圖5為本發(fā)明的測試垂直力的雙軸應(yīng)變片的組橋方式示意圖；

圖6為本發(fā)明的反力架的左視圖；

圖7為本發(fā)明的反力架的主視圖；

圖8為本發(fā)明的反力架的圖7中a部分的仰視放大圖；

圖9為本發(fā)明的利用反力架進(jìn)行輪軌力靜態(tài)標(biāo)定的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-鋼軌，2-雙軸應(yīng)變片，3-ni數(shù)據(jù)采集板卡模塊，4-控制電路，5-dtu無線透傳模塊，6-遠(yuǎn)程服務(wù)器，7-反力架，71-工字鋼體，72-拉桿，73-限位環(huán)，8-千斤頂，9-壓力傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種輪軌力在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置在鋼軌1的多個不同監(jiān)測位置上的雙軸應(yīng)變片2，每個監(jiān)測位置設(shè)置有多個雙軸應(yīng)變片2，多個雙軸應(yīng)變片2通過排線進(jìn)行組橋，橋路的輸出端與ni數(shù)據(jù)采集板卡模塊3配套的橋盒相連，每個橋盒的輸出端通過rj-50的插口分別連接至ni數(shù)據(jù)采集板卡模塊3的四個通道，該ni數(shù)據(jù)采集板卡的輸出端通過usb接口和工控機(jī)4相連，工控機(jī)4通過dtu無線透傳模塊5和遠(yuǎn)程服務(wù)器6相連，經(jīng)過gprs網(wǎng)絡(luò)實時傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器6中，實現(xiàn)對鋼軌1的輪軌力的在線監(jiān)測和預(yù)警。

該雙軸應(yīng)變片2具有自補(bǔ)償功能，不需要補(bǔ)償片，自身就能抑制應(yīng)變溫度漂移同時，粘貼位置自帶防水片，可滿足防水的要求。

粘貼前，先用手持打磨機(jī)對鋼軌1進(jìn)行粗打磨，然后用不同規(guī)格砂紙對鋼軌1進(jìn)行多次精細(xì)打磨，最后在打磨處擦拭工業(yè)酒精并用吹風(fēng)筒使其快速揮發(fā)，以便為雙軸應(yīng)變片2粘貼提供光滑、清潔的平面。再然后采用專用工業(yè)膠水對其進(jìn)行固定，該膠水可縮短硬化時間，并確保良好地粘結(jié)作業(yè)性，通常涂抹膠水40分鐘后，便可進(jìn)行測量。

測試水平力的雙軸應(yīng)變片2的粘貼位置與組橋方式如圖2、3所示，分別貼在離軌枕中心線110mm的兩個斷面離軌底邊緣20mm處軌底上表面，雙軸應(yīng)變片2的方向與鋼軌縱向成45°角；測試垂直力的雙軸應(yīng)變片2的粘貼位置與組橋方式如圖4、5所示，分別貼在離軌枕中心線110mm的兩個斷面上，雙軸應(yīng)變片2的位置是在軌腰兩側(cè)的中和軸上，方向與鋼軌縱向成45°角。

該系統(tǒng)采用直流穩(wěn)壓電源對其進(jìn)行保護(hù)，其中ni數(shù)據(jù)采集卡模塊3的工作溫度范圍較高，抗沖擊與振動性能良好。ni數(shù)據(jù)采集板卡是一種基于電橋采集應(yīng)變的模塊，該模塊能夠通過電橋采集到應(yīng)變片的電阻變化，從而采集到鋼軌的應(yīng)變，同時該模塊采以通過負(fù)載端電壓采樣或分流校準(zhǔn)消除導(dǎo)線電阻可引起橋電路誤差。

現(xiàn)場測試使用工控機(jī)4進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，工控機(jī)4采用標(biāo)準(zhǔn)的全鋼化工業(yè)機(jī)箱，并配備優(yōu)越的熱設(shè)計以保證系統(tǒng)的高可靠性抗，抗振動與沖擊性能良好，更適合工業(yè)現(xiàn)場需求。

本發(fā)明提供了一種基于上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一、通過各個監(jiān)測位置設(shè)置的多個雙軸應(yīng)變片2對鋼軌1的進(jìn)行水平力和垂直力的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)實時傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器6，并存儲下來；

步驟二、根據(jù)各個監(jiān)測位置的鋼軌1的水平力和垂直力，實時計算對應(yīng)的脫軌系數(shù)和輪重減載率；

步驟三、判斷脫軌系數(shù)是否超過系數(shù)閾值，該系數(shù)閾值為0.8，若是，則發(fā)出預(yù)警信號，否則，返回步驟一；判斷輪重減載率是否超過率閾值，該率閾值為0.65，若是，則發(fā)出預(yù)警信號，否則，返回步驟一。

該系統(tǒng)還包括反力架7，如圖6、7和8所示，用于對每個監(jiān)測位置的多個雙軸應(yīng)變片2進(jìn)行水平力和垂直力的靜態(tài)標(biāo)定。該反力架7包括工字鋼體71、垂直設(shè)置在工字鋼體的一翼緣的同一側(cè)的兩個拉桿72和一個限位環(huán)73，該限位環(huán)73設(shè)置在翼緣的中心，用于固定靜態(tài)標(biāo)定的千斤頂8，采用焊接方式設(shè)置在工字鋼體71的翼緣上，且其內(nèi)徑和千斤頂8的底部外徑采用過盈配合；該拉桿72設(shè)置在翼緣的端部，呈鉤型，包括鉤型部和桿狀部，鉤型部用于連接鋼軌1，桿狀部采用焊接方式設(shè)置在工字鋼體71的翼緣上。利用該反力架7對鋼軌1的輪軌力進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定時，如圖9所示，限位環(huán)73能將鋼軌1、壓力傳感器9與千斤頂8固定牢靠，能同時采集壓力荷載值與應(yīng)變值，進(jìn)而擬合出輪軌力標(biāo)定系數(shù)，能有效提高輪軌力標(biāo)定的精度與效率。

本發(fā)明提了一種基于上述在線監(jiān)測系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定方法，包括以下步驟：

步驟一、將設(shè)置雙軸應(yīng)變片2的鋼軌1處依次進(jìn)行粗打磨、多次精打磨，然后在打磨處擦拭工業(yè)酒精并使其快速揮發(fā)，最后在打磨處粘貼雙軸應(yīng)變片，完成鋼軌1的一個監(jiān)測位置的多個雙軸應(yīng)變片2的粘貼；

步驟二、將壓力傳感器9設(shè)置在多個雙軸應(yīng)變片2的中心，檢測端垂直設(shè)置在鋼軌1的側(cè)面，壓力傳感器9的底部與千斤頂8的頂部接觸，千斤頂8的底部設(shè)置在反力架7的限位環(huán)73內(nèi)，通過反力架7的兩個拉桿72，將壓力傳感器9、千斤頂8固定在鋼軌1上；

步驟三、將多個雙軸應(yīng)變片2和壓力傳感器9連接到ni數(shù)據(jù)采集卡模塊3，ni數(shù)據(jù)采集卡模塊3連接到工控機(jī)4上，進(jìn)行鋼軌1的上述監(jiān)測位置的水平力的靜態(tài)標(biāo)定；

步驟四、重復(fù)步驟一至三，將壓力傳感器9垂直設(shè)置在鋼軌1的頂部，進(jìn)行完成鋼軌1的上述監(jiān)測位置的垂直力的靜態(tài)標(biāo)定；

步驟五、重復(fù)步驟一至四，完成鋼軌1各個監(jiān)測位置的水平力和垂直力的靜態(tài)標(biāo)定。

1、通過對鋼軌打磨，提高了雙軸應(yīng)變片和鋼軌的粘合度，保證輪軌力測量值的精確性。

2、通過反力架固定壓力傳感器和千斤頂進(jìn)行輪軌力標(biāo)定，避免了人工計算過程中油壓表誤差和頂頭的尺寸誤差，有效提高了標(biāo)定的效率和精度。

3、采用數(shù)據(jù)采集設(shè)備ni以太網(wǎng)箱與ni數(shù)據(jù)采集板卡，基于labview程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與分析，具有較好的靈活性；使用工控機(jī)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性；采用dtu無線透傳模塊增加無線傳輸功能，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測輪軌力，并對輪軌力超限值進(jìn)行預(yù)警，較以往定期去現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方式而言，節(jié)省大量的人力、物力。

總之，采用本發(fā)明對輪軌力進(jìn)行在線監(jiān)測，可實現(xiàn)精確度高、抗干擾能力強(qiáng)、工業(yè)適用性好、高效率、維護(hù)成本低的效果，具有明顯的科研應(yīng)用價值。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。