一種測力輪對的連續測量方法及裝置

《一種測力輪對的連續測量方法及裝置》是中國鐵道科學研究院機車車輛研究所於2009年12月31日申請的發明專利，該專利的申請號為2009102446266，公布號為CN102116691A，公布日為2011年7月6日，發明人是李谷、祖宏林、儲高峰等，該專利涉及鐵道機車車輛輪軌力測量領域。

《一種測力輪對的連續測量方法及裝置》其中方法包括採用在同周期內一個測量電橋的靈敏度為正弦形，另一個測量電橋的靈敏度為餘弦形的第一組雙橋路對輪軌垂向力進行測量；採用在同周期內一個測量電橋的靈敏度為正弦形，另一個測量電橋的靈敏度為餘弦形的第二組雙橋路對輪軌橫向力進行測量。該發明實施例的有益效果在於，由於對垂向力、橫向力使用了同樣周期的雙橋路的測量手段，並經過迭加合成處理，就可以使得在車輪旋轉的整個輪周範圍內測量靈敏度保持恆定，並且與測力輪對的轉動角度無關，測量更加準確。

2014年11月6日，《一種測力輪對的連續測量方法及裝置》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種測力輪對的連續測量方法及裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種測力輪對的連續測量方法及裝置
• 公布號：CN102116691A
• 公布日：2011年7月6日
• 申請號：2009102446266
• 申請日：2009年12月31日
• 申請人：中國鐵道科學研究院機車車輛研究所
• 地址：北京市海淀區大柳樹路2號
• 發明人：李谷、祖宏林、儲高峰、胡愛全、焦文、孫浩清、俞展猷、王希玲、趙永智、章潤鴻
• 分類號：G01L1/22（2006.01）I
• 代理機構：北京三友智慧財產權代理有限公司
• 類別：發明專利
• 代理人：任默聞

專利背景

輪軌力測量是鐵路行業一項基礎性工作，關係到機車車輛能否在軌道線路上安全運行，歷來為世界各國所重視。

以往測力輪對大多採用間斷測量法，特點是在車輪旋轉一周範圍內可以獲得兩個或多個有效檢測信號，但各個有效信號之間是無效信號。間斷測量法的不足之處在於，有效信息量少，誤差環節多，數據無法進行時域或頻域分析等。

隨著科技進步，特別是電子計算機的普及使用，使得測試信號的採集等夠得以實時快速完成，為發展連續測量技術奠定了基礎，2009年12月前已有技術中通常採用多個測量電橋共同參與測量的方法，通過各測量電橋輸出靈敏度之間形成的特定關係，經過合成計算後將原本隨車輪轉角不斷變化波動的測量電橋輸出靈敏度變成為在任何角度位置都保持恆定的測量靈敏度。

上述連續測量的2009年12月前已有技術中的不足之處在於，連續測量法使用的測量電橋太多，例如有的技術中垂向力需要4個測量電橋，橫向力需要2個測量電橋。另外，在車輪轉動過程中由於輪軌接觸點產生了橫向的移動，造成了垂向力測量靈敏度的變化，因此還必須配合有4個專門用於位置測量的電橋。或者，為了根據不同的轉角位置採取不同的測量靈敏係數，所以必須要有同步精確測量測力輪對旋轉的角度，因此造成了在有效輸出和干擾輸出的解耦計算中過程非常繁雜，同時也降低了測量精確度。

發明內容

技術方案

《一種測力輪對的連續測量方法及裝置》實施例提供一種測力輪對的連續測量方法，包括，採用在同周期內一個測量電橋的靈敏度為正弦形，另一個測量電橋的靈敏度為餘弦形的第一組雙橋路對測力輪對的垂向力進行測量；採用在同周期內一個測量電橋的靈敏度為正弦形，另一個測量電橋的靈敏度為餘弦形的第二組雙橋路對測力輪對的橫向力進行測量。

根據該發明實施例所述的方法的一個進一步的方面，還包括一組位置雙橋路，用於測量踏面接觸點的橫向位移，其中所述位置雙橋路在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形。

根據該發明實施例所述的方法的另一個進一步的方面，所述第一組雙橋路、第二組雙橋路分別在所述測力輪對轉動一周時完成測量輸出一個完整的正弦波形和餘弦波形。

根據該發明實施例所述的方法的另一個進一步的方面，所述第一雙橋路、第二雙橋路分別在所述測力輪對轉動一周時完成測量輸出多個完整的正弦波形和餘弦波形。

該發明實施例還提供了一種測力輪對的測量裝置，包括，第一組雙橋路，與測力輪對相連線，用於對所述測力輪對的垂向力進行測量；第二組雙橋路，與所述測力輪對相連線，用於對所述測力輪對的橫向力進行測量；其中，所述第一組雙橋路、第二組雙橋路在同周期內一個測量電橋靈敏度為正弦形，另一個測量電橋靈敏度為餘弦形。

根據該發明實施例所述裝置的一個進一步的方面，還包括第三雙橋路，用於測量踏面接觸點的橫向位移，其中所述第三雙橋路在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形。

根據該發明實施例所述裝置的再一個進一步的方面，還包括第三位置雙橋路，用於測量踏面接觸點的橫向位移。

根據該發明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，所述第一組雙橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上。其中a相橋路包括，應變片1和應變片3位於同一電橋臂，應變片2和應變片4位於同一電橋臂，應變片6和應變片8位於同一電橋臂，應變片5和應變片7位於同一電橋臂。應變片1和應變片3之間的夾角為26度，應變片5和應變片7之間的夾角為26度，所述應變片3和應變片5之間的夾角為30度，所述應變片1、3、5、7按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2和應變片4之間的夾角為26度，應變片6和應變片8之間的夾角為26度，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2、4、6、8按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2和應變片7之間夾角為98度；其中b相橋路包括，應變片a和應變片c位於同一電橋臂，應變片b和應變片d位於同一電橋臂，應變片f和應變片h位於同一電橋臂，應變片e和應變片g位於同一電橋臂，應變片a和應變片c之間的夾角為26度，應變片e和應變片g之間的夾角為26度，所述應變片c和應變片e之間的夾角為30度，所述應變片a、c、e、g按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b和應變片d之間的夾角為26度，應變片f和應變片h之間的夾角為26度，所述應變片d和應變片f之間的夾角為30度，所述應變片b、d、f、h按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b和應變片g之間夾角為98度；所述應變片7和應變片a之間的夾角為8度；所述第二組橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上。其中a相橋路包括，應變片1’位於一電橋臂，應變片2’位於一電橋臂，應變片3’位於一電橋臂，應變片4’位於一電橋臂。應變片1’和應變片3’之間的夾角為60度，應變片2’和應變片4’之間的夾角為60度，所述應變片1’和應變片3’按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2’和應變片4’之間的夾角為60度，所述應變片2’和應變片4’按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片2’和應變片3’之間夾角為120度；所述b相橋路包括，應變片a’、應變片b’、應變片c’和應變片d’分別位於b相橋路的一電橋臂，應變片a’和應變片c’之間的夾角為60度，所述應變片a’和應變片c’按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b’和應變片d’之間的夾角為60度，所述應變片b’和應變片d’按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b’和應變片c’之間夾角為120度；所述應變片1’和應變片d’之間的夾角為30度。

根據該發明實施例所述裝置的另一個進一步的方面，所述第三組雙橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上。其中a相橋路包括，應變片1和應變片3位於同一電橋臂，應變片2和應變片4位於同一電橋臂，應變片6和應變片8位於同一電橋臂，應變片5和應變片7位於同一電橋臂。應變片1和應變片3之間的夾角為26度，應變片5和應變片7之間的夾角為26度，所述應變片3和應變片5之間的夾角為30度，所述應變片1、3、5、7按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2和應變片4之間的夾角為26度，應變片6和應變片8之間的夾角為26度，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2、4、6、8按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2和應變片7之間夾角為98度；其中b相橋路包括，應變片a和應變片c位於同一電橋臂，應變片b和應變片d位於同一電橋臂，應變片f和應變片h位於同一電橋臂，應變片e和應變片g位於同一電橋臂，所述應變片a至應變片h均設定在車輪的特定位置的圓周上，應變片a和應變片c之間的夾角為26度，應變片e和應變片g之間的夾角為26度，所述應變片c和應變片e之間的夾角為30度，所述應變片a、c、e、g按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b和應變片d之間的夾角為26度，應變片f和應變片h之間的夾角為26度，所述應變片d和應變片f之間的夾角為30度，所述應變片b、d、f、h按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b和應變片g之間夾角為98度；所述應變片7和應變片a之間的夾角為8度。

改善效果

通過《一種測力輪對的連續測量方法及裝置》實施例，由於對垂向力、橫向力和輪軌接觸點橫移位置均使用了同周期正弦和餘弦雙橋路的測量手段，使得互為正弦和餘弦關係的兩個橋路的靈敏度可以經過平方之和再開方的處理後實現在整個輪周範圍內測量靈敏度保持恆定，與測力輪對的旋轉角度無關。並且實現了橋路的數量最少化。由於各個測量電橋在同瞬時的靈敏度保持恆定的比例關係，使得後繼的各種解耦計算過程簡單化，整個測量成本低，並且與測力輪對的轉動角度無關，更加準確。

附圖說明

圖1所示為該發明實施例一種測力輪對的連續測量方法流程圖；

圖2所示為該發明實施例測量裝置的結構示意圖；

圖3a至3d所示為該發明實施例測量測力輪對垂向力的雙橋路示意圖；

圖4a至4d所示為該發明實施例測量測力輪對橫向力的雙橋路示意圖；

圖5a至5d所示為該發明實施例測量測力輪對輪軌接觸點橫向位移的雙橋路示意圖；

圖6所示為該發明實施例垂向力橋路測量數據構成的曲線圖；

圖7所示為該發明實施例橫向力橋路測量數據構成的曲線圖。

權利要求

1.一種測力輪對的連續測量方法，其特徵在於包括，採用在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形的第一組雙橋路對測力輪對的垂向力進行測量；採用在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形的第二組雙橋路對測力輪對的橫向力進行測量；所述第一組雙橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上，其中a相橋路包括，應變片1和應變片3位於同一電橋臂，應變片2和應變片4位於同一電橋臂，應變片6和應變片8位於同一電橋臂，應變片5和應變片7位於同一電橋臂，應變片1和應變片3之間的夾角為26度，應變片5和應變片7之間的夾角為26度，所述應變片3和應變片5之間的夾角為30度，所述應變片1、3、5、7按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2和應變片4之間的夾角為26度，應變片6和應變片8之間的夾角為26度，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2、4、6、8按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2和應變片7之間夾角為98度；其中b相橋路包括，應變片a和應變片c位於同一電橋臂，應變片b和應變片d位於同一電橋臂，應變片f和應變片h位於同一電橋臂，應變片e和應變片g位於同一電橋臂，應變片a和應變片c之間的夾角為26度，應變片e和應變片g之間的夾角為26度，所述應變片c和應變片e之間的夾角為30度，所述應變片a、c、e、g按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b和應變片d之間的夾角為26度，應變片f和應變片h之間的夾角為26度，所述應變片d和應變片f之間的夾角為30度，所述應變片b、d、f、h按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b和應變片g之間夾角為98度；所述應變片7和應變片a之間的夾角為8度；所述第二組雙橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上，其中a相橋路包括，應變片1’位於一電橋臂，應變片2’位於一電橋臂，應變片3’位於一電橋臂，應變片4’位於一電橋臂，應變片1’和應變片3’之間的夾角為60度，應變片2’和應變片4’之間的夾角為60度，所述應變片1’和應變片3’按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2’和應變片4’之間的夾角為60度，所述應變片2’和應變片4’按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片2’和應變片3’之間夾角為120度；所述b相橋路包括，應變片a’、應變片b’、應變片c’和應變片d’分別位於b相橋路的一電橋臂，應變片a’和應變片c’之間的夾角為60度，所述應變片a’和應變片c’按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b’和應變片d’之間的夾角為60度，所述應變片b’和應變片d’按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b’和應變片c’之間夾角為120度；所述應變片1’和應變片d’之間的夾角為30度。

2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括一組位置雙橋路，用於測量踏面接觸點的橫向位移，其中所述位置雙橋路在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形。

3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一組雙橋路和第二組雙橋路分別在所述測力輪對轉動一周時完成測量輸出一個完整的正弦波形和餘弦波形。

4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一組雙橋路和第二組雙橋路分別在所述測力輪對轉動一周時完成測量輸出多個完整的正弦波形和餘弦波形。

5.一種測力輪對的測量裝置，其特徵在於包括，第一組雙橋路，與測力輪對相連線，用於對所述測力輪對的垂向力進行測量；第二組雙橋路，與所述測力輪對相連線，用於對所述測力輪對的橫向力進行測量；其中，所述第一組雙橋路和第二組雙橋路在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形；所述第一組雙橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上，其中a相橋路包括，應變片1和應變片3位於同一電橋臂，應變片2和應變片4位於同一電橋臂，應變片6和應變片8位於同一電橋臂，應變片5和應變片7位於同一電橋臂，應變片1和應變片3之間的夾角為26度，應變片5和應變片7之間的夾角為26度，所述應變片3和應變片5之間的夾角為30度，所述應變片1、3、5、7按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2和應變片4之間的夾角為26度，應變片6和應變片8之間的夾角為26度，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2、4、6、8按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2和應變片7之間夾角為98度；其中b相橋路包括，應變片a和應變片c位於同一電橋臂，應變片b和應變片d位於同一電橋臂，應變片f和應變片h位於同一電橋臂，應變片e和應變片g位於同一電橋臂，應變片a和應變片c之間的夾角為26度，應變片e和應變片g之間的夾角為26度，所述應變片c和應變片e之間的夾角為30度，所述應變片a、c、e、g按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b和應變片d之間的夾角為26度，應變片f和應變片h之間的夾角為26度，所述應變片d和應變片f之間的夾角為30度，所述應變片b、d、f、h按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b和應變片g之間夾角為98度；所述應變片7和應變片a之間的夾角為8度；所述第二組雙橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上，其中a相橋路包括，應變片1’位於一電橋臂，應變片2’位於一電橋臂，應變片3’位於一電橋臂，應變片4’位於一電橋臂，應變片1’和應變片3’之間的夾角為60度，應變片2’和應變片4’之間的夾角為60度，所述應變片1’和應變片3’按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2’和應變片4’之間的夾角為60度，所述應變片2’和應變片4’按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片2’和應變片3’之間夾角為120度；所述b相橋路包括，應變片a’、應變片b’、應變片c’和應變片d’分別位於b相橋路的一電橋臂，應變片a’和應變片c’之間的夾角為60度，所述應變片a’和應變片c’按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b’和應變片d’之間的夾角為60度，所述應變片b’和應變片d’按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b’和應變片c’之間夾角為120度；所述應變片1’和應變片d’之間的夾角為30度

6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，還包括第三組雙橋路，用於測量踏面接觸點的橫向位移，其中所述第三組雙橋路在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形。

7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述第三組雙橋路包括a相橋路和b相橋路，該組內所有應變片均布置在車輪相同側面同一半徑的圓周上，其中a相橋路包括，應變片1和應變片3位於同一電橋臂，應變片2和應變片4位於同一電橋臂，應變片6和應變片8位於同一電橋臂，應變片5和應變片7位於同一電橋臂，應變片1和應變片3之間的夾角為26度，應變片5和應變片7之間的夾角為26度，所述應變片3和應變片5之間的夾角為30度，所述應變片1、3、5、7按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片2和應變片4之間的夾角為26度，應變片6和應變片8之間的夾角為26度，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2、4、6、8按照順序順時針的設定於同半個圓周上，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，所述應變片2和應變片7之間夾角為98度；其中b相橋路包括，應變片a和應變片c位於同一電橋臂，應變片b和應變片d位手同一電橋臂，應變片f和應變片h位於同一電橋臂，應變片e和應變片g位於同一電橋臂，應變片a和應變片c之間的夾角為26度，應變片e和應變片g之間的夾角為26度，所述應變片c和應變片e之間的夾角為30度，所述應變片a、c、e、g按照順序順時針的設定於同半個圓周上；應變片b和應變片d之間的夾角為26度，應變片f和應變片h之間的夾角為26度，所述應變片d和應變片f之間的夾角為30度，所述應變片b、d、f、h按照順序順時針的設定於同半個圓周上，並且所述應變片b和應變片g之間夾角為98度；所述應變片7和應變片a之間的夾角為8度。

實施方式

如圖1所示為該發明實施例一種測力輪對的連續測量方法流程圖。

包括步驟101，採用在同周期內一個測量電橋的靈敏度為正弦形，另一個測量電橋的靈敏度為餘弦形的第一組雙橋路對測力輪對的垂向力進行測量；

步驟102，採用在同周期內一個測量電橋的靈敏度為正弦形，另一個測量電橋的靈敏度為餘弦形的第二組雙橋路對測力輪對的橫向力進行測量。

由於採用了符合正弦和餘弦特性的測量電橋，所述測量垂向力的測量電橋的輸出靈敏度符合如下計算方式，[（ASinX）+（ACosX）]＝A，其中A為所述垂向力雙橋路的輸出靈敏度之峰值，X為測力輪對轉動的角度，ASinX和ACosX分別為所述垂向力雙橋路兩個測量電橋輸出的靈敏度，其中SinX和CosX前面的係數A應當相近或相同。對於橫向力的測量電橋也類似於上述垂向力電橋的要求，所以採用上述的測量方法，雙橋路中一個測量電橋靈敏度為正弦形，另一個測量電橋為餘弦形，經過合成公式計算後使得整個測量的靈敏度不隨測力輪對的轉動而變化。其中所述靈敏度的定義為單位力的作用下測量電橋的輸出（電壓）。

作為該發明的一個實施例，在所述步驟102之後還包括一組第三雙橋路，用於測量踏面接觸點的橫向位移，所述踏面接觸點是指當運動的測力輪對與軌道接觸時會有相對於軌道橫向的位移，這種位移對行車安全也有一定影響，通過測量該橫向位移的第三橋路來獲取該測量值，所述第三橋路的兩個電橋同樣滿足上述靈敏度的要求，即一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形。

由於測力輪對結構多種多樣，對測量精確度的要求也不相同，所以所述雙橋路的應變片在所述測力輪對上的布置都有所不同，雙橋路中的具體貼片位置根據測力輪對的不同型號，通過計算機模擬方式獲得應變片在所述測力輪對的半徑以及角度位置，以達到靈敏度和波形方面的要求，在該發明實施例中，由於採用了車輪旋轉一周，測量電橋靈敏度變化也是一周的所謂單周期方式，因此將一組雙橋路中兩個匹配電橋間的相位差設定為90度，構成靈敏度正弦和餘弦關係。在採用其它周期數的方式中，這一相位差應相應地調整為90/n，n為車輪旋轉一周範圍內測量電橋靈敏度變化的周期數，如果在車輪旋轉一周靈敏度變化兩個周期，則上述為90/2，相位相差45度。

作為該發明的一個實施例，所述第一、第二和第三組雙橋路在所述測力輪對轉動一周時完成測量輸出一個完整的正弦波形和餘弦波形。

作為該發明的一個實施例，所述第一、第二和第三組雙橋路在所述測力輪對轉動一周時完成測量輸出多個完整的正弦波形和餘弦波形。

通過上述實施例，利用輸出互為正弦和餘弦關係的雙橋路測量測力輪對，能夠達到使用的測量橋路數量最少化，計算簡單並且輸出的測量結果精確度高等優點。

如圖2所示為該發明實施例測量裝置的結構示意圖。

包括第一組雙橋路201，與測力輪對相連線，用於對所述測力輪對的垂向力進行測量；

第二組雙橋路202，與所述測力輪對相連線，用於對所述測力輪對的橫向力進行測量；其中，所述第一組雙橋路、第二組雙橋路在同周期內一個測量電橋的靈敏度為正弦形，另一個測量電橋的靈敏度為餘弦形。

作為該發明的一個實施例，還包括第三雙橋路203，用於測量踏面接觸點的橫向位移，其中所述第三雙橋路在同周期內一個電橋靈敏度為正弦形，另一個電橋靈敏度為餘弦形。

作為該發明的一個實施例，所述第一或者第二或者第三組雙橋路中的一個電橋與另一個電橋之間的相位差為90度。

通過上述實施例，利用輸出互為正弦和餘弦關係的雙橋路測量測力輪對，能夠達到使用的測量橋路最少，計算簡單並且輸出的測量結果精確度高等優點。

以下以中國鐵路HXN5型內燃機車的測力輪對為例進行說明，該車輪的型號為84A216014AB，該發明實施例由於測力輪對的不同（直徑、形狀、結構）所述貼片的布置位置也不相同，該發明實施例不能窮盡所有類型的測力輪對所以只舉一個例子說明如何布置應變片，對於其它的實施例只要滿足垂向力、橫向力（包括必要時增設的輪軌接觸點位置）均採用靈敏度互為正弦和餘弦關係的雙橋路進行測量就在該發明實施例所述的雙橋路方案之內。

如圖3a至3d所示為該發明實施例測力輪對上用於測量垂向力的雙橋路示意圖。

所述雙橋路的測量貼片布置在車輪外側面，距車輪中心為255毫米的圓周上布置如圖3a所示，該雙橋路用於測量所述測力輪對的垂向力。

該測量垂向力的a相測量橋路如圖3b所示，按照右側的原理圖在左側的測力輪對上設定所述貼片，其中，應變片1和應變片3位於同一電橋臂，應變片2和應變片4位於同一電橋臂，應變片6和應變片8位於同一電橋臂，應變片5和應變片7位於同一電橋臂，應變片1和應變片3之間的夾角為26度，應變片5和應變片7之間的夾角為26度，所述應變片1、3、5、7按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為y軸正半軸圓周上，所述應變片3和應變片5之間的夾角為30度；應變片2和應變片4之間的夾角為26度，應變片6和應變片8之間的夾角為26度，所述應變片2、4、6、8按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為y軸負半軸圓周上，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，並且所述應變片2和應變片7之間夾角為98度；該a相橋路在測力輪對轉動一周時，輸出的波形為一個完整的餘弦曲線，如圖3d中實線所示。

該測量垂向力的b相測量橋路如圖3c所示，按照右側的原理圖在左側的測力輪對上布置所述應變片，其中，應變片a和應變片c位於同一電橋臂，應變片b和應變片d位於同一電橋臂，應變片f和應變片h位於同一電橋臂，應變片e和應變片g位於同一電橋臂，應變片a和應變片c之間的夾角為26度，應變片e和應變片g之間的夾角為26度，所述應變片a、c、e、g按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為x軸正半軸圓周上，所述應變片c和應變片e之間的夾角為30度；應變片b和應變片d之間的夾角為26度，應變片f和應變片h之間的夾角為26度，所述應變片b、d、f、h按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為x軸負半軸圓周上，所述應變片d和應變片f之間的夾角為30度，並且所述應變片b和應變片g之間夾角為98度，所述應變片7和應變片a之間的夾角為8度；該b相橋路在測力輪對轉動一周時，輸出的波形為一個完整的正弦曲線，如圖3d中虛線所示。

如圖4a至4d所示為該發明實施例測力輪對測量橫向力的雙橋路示意圖。

所述雙橋路的測量應變片布置在車輪的外側面，距車輪中心為230毫米的圓周上，如圖4a所示，該雙橋路用於測量所述測力輪對的橫向力。

該測量橫向力的a相橋路如圖4b所示，按照右側的原理圖在左側的測力輪對上布置所述應變片，其中，應變片1位於一電橋臂，應變片2位於一電橋臂，應變片3位於一電橋臂，應變片4位於一電橋臂，應變片1和應變片3之間的夾角為60度，應變片2和應變片4之間的夾角為60度，所述應變片1、3按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為y軸正半軸圓周上，所述應變片3與x軸的正半軸夾角為60度；應變片2和應變片4之間的夾角為60度，所述應變片2、4按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為y軸負半軸圓周上，所述應變片2和應變片3之間夾角為120度；該a相橋路在測力輪對轉動一周時，輸出的波形為一個完整的餘弦曲線，如圖4d中實線所示。

該測量橫向力的b相橋路如圖4c所示，按照右側的原理圖在左側的測力輪對上設定所述貼片，其中，應變片a位於一電橋臂，應變片b位於一電橋臂，應變片c位於一電橋臂，應變片d位於一電橋臂，應變片a和應變片c之間的夾角為60度，所述應變片a、c按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為x軸正半軸圓周上，所述應變片a與x軸正半軸之間的夾角為30度；應變片b和應變片d之間的夾角為60度，所述應變片b、d按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為x軸負半軸圓周上，所述應變片d和x軸負半軸之間的夾角為30度，並且所述應變片b和應變片c之間夾角為120度；該b相橋路在測力輪對轉動一周時，輸出的波形為一個完整的正弦曲線，如圖4d中虛線所示。

如圖5a至5d所示為該發明實施例測力輪對上用於測量輪軌接觸點橫向位移的雙橋路（稱為位置電橋）示意圖。

所述雙橋路的測量貼片可以布置在車輪內側面，距車輪中心為396毫米的圓周上，如圖5a所示，測力輪對在運轉過程中，由於車輪踏面的寬度大於鋼軌頂面的寬度，輪軌接觸點允許在一定範圍內橫向移動，直至輪緣與鋼軌側面相接觸，當輪軌接觸點發生了這種橫向移動時，對垂向力和橫向力測量電橋的靈敏度會產生一定影響，當這種影響達到一定程度時，就有必要引入該雙橋路用於測量所述測力輪對輪軌接觸點的橫向位移，用以消除不利的影響。

該位置電橋的a相橋路如圖5b所示，按照右側的原理圖在左側的測力輪對上布置所述應變片，在該實施例中雖然應變片的標號與圖3a至圖3d所示附圖中的應變片標號相同，但是由於布置應變片的半徑不同，測量電橋的靈敏度特性有別於用於測量垂向力的電橋。其中，應變片1和應變片3位於同一電橋臂，應變片2和應變片4位於同一電橋臂，應變片6和應變片8位於同一電橋臂，應變片5和應變片7位於同一電橋臂，應變片1和應變片3之間的夾角為26度，應變片5和應變片7之間的夾角為26度，所述應變片1、3、5、7按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為y軸正半軸圓周上，所述應變片3和應變片5之間的夾角為30度；應變片2和應變片4之間的夾角為26度，應變片6和應變片8之間的夾角為26度，所述應變片2、4、6、8按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為y軸負半軸圓周上，所述應變片4和應變片6之間的夾角為30度，並且所述應變片2和應變片7之間夾角為98度；該a相橋路在測力輪對轉動一周時，輸出的波形為一個完整的餘弦曲線，如圖5d中實線所示。

該位置電橋的b相橋路如圖3c所示，按照右側的原理圖在左側的測力輪對上布置所述應變片，其中，應變片a和應變片c位於同一電橋臂，應變片b和應變片d位於同一電橋臂，應變片f和應變片h位於同一電橋臂，應變片e和應變片g位於同一電橋臂，應變片a和應變片c之間的夾角為26度，應變片e和應變片g之間的夾角為26度，所述應變片a、c、e、g按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為x軸正半軸圓周上，所述應變片c和應變片e之間的夾角為30度；應變片b和應變片d之間的夾角為26度，應變片f和應變片h之間的夾角為26度，所述應變片b、d、f、h按照順序順時針的設定於同半個圓周上，在該例中為x軸負半軸圓周上，所述應變片d和應變片f之間的夾角為30度，並且所述應變片b和應變片g之間夾角為98度；該b相橋路在測力輪對轉動一周時，輸出的波形為一個完整的正弦曲線，如圖5d中虛線所示。

通過上述實施例的雙橋路測量出來的靈敏度利用[（ASinX）+（ACosX）]＝A進行計算，其中A為所述雙橋路靈敏度的峰值，ASinX為所述雙橋路中一電橋輸出的正弦形靈敏度，ACosX為所述雙橋路另一電橋輸出的餘弦形靈敏度。例如將如圖3d所示的測量垂向力的雙橋路輸出的靈敏度利用上述公式計算，得出如圖3d中水平橫線所示的合成靈敏度，該合成靈敏度在整個輪周範圍內保持恆定，並且與車輪轉動角度無關，從而實現了測力輪對與鋼軌接觸的任何一個車輪轉角位置上都能獲得有效測量信號；同樣還可以如圖4d所示的測量橫向力的雙橋路輸出的靈敏度利用上述公式計算，得出如圖4d中水平橫線所示的合成靈敏度；或者還可以如圖5d所示的測量輪軌接觸點橫移的雙橋路輸出的靈敏度利用上述公式計算，得出如圖5d中橫線所示的合成靈敏度。

由於測量垂向力的雙橋路除了感受垂向力造成的測量輸出之外，還會帶有一部分橫向力影響的輸出量，同樣，在測量橫向力的雙橋路中也會帶有一部分垂向力影響的輸出量。這樣的數據將作為干擾給予消除，所以在設計垂向力、橫向力和位置測量雙橋路時，需要儘可能選擇靈敏度大而且干擾成分小的位置來布置應變片，並且使兩組（必要時為三組）雙橋路的靈敏度波形保持一致，使得各項靈敏度係數在任何時刻都保持恆定的比例關係，這樣才能夠確定測量橋路的輸出中需要去除干擾成分的多少。因此應變片的布置半徑和分布角度需要根據每個測力輪對車輪形狀的不同而進行具體的設計，調整到最佳特性。

如圖6所示為該發明實施例垂向力橋路測量數據構成的曲線圖。

其中Pa為垂向力a相橋路輸出的靈敏度，Pb為垂向力b相橋路輸出的靈敏度，Qa為橫向力a相橋路輸出的靈敏度，Qb為橫向力b相橋路輸出的靈敏度，經過對垂向力和橫向力a、b兩相橋路輸出的靈敏度分別進行平方之和再開方（[（ASinX）+（ACosX）]＝A）計算，所獲得的P和Q分別為垂向力和橫向力測量橋路的合成靈敏度。其中在圖6所示垂向力標定曲線中，P是最為重要的輸出靈敏度，它在車輪旋轉360°範圍內保持平直，表明了在整個輪周範圍內對垂向力的測量靈敏度能夠基本保持恆定不變。

如圖7所示為該發明實施例橫向力橋路測量數據構成的曲線圖。

其中Pa為垂向力a相橋路輸出的靈敏度，Pb為垂向力b相橋路輸出的靈敏度，Qa為橫向力a相橋路輸出的靈敏度，Qb為橫向力b相橋路輸出的靈敏度。由於在該實施例中，垂向力的a相和b相的靈敏度和計算出的合成靈敏度P比較小，都在橋路輸出靈敏度的0值左右，表示橫向力在測量垂向力的電橋中所造成的影響很小，因此在附圖中顯示不清。

經過對垂向力和橫向力a、b兩相橋路輸出的靈敏度分別進行[（ASinX）+（ACosX）]＝A合成計算，所獲得的P和Q分別為垂向力和橫向力測量橋路的合成靈敏度。其中在圖7所示橫向力標定曲線中，Q是最為重要的合成靈敏度，它在車輪旋轉360°範圍內保持平直，表明了在整個輪周範圍內對橫向力的測量靈敏度能夠基本保持恆定不變。

在所述實施例中，由於設計中已經將輪軌接觸點橫移的影響降低到足以忽略不計的程度，因此在所述實施例中，雖有第三組（位置電橋）雙橋路的設計方案，但也可以不採用該第三組雙橋路的設計方案。

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種測力輪對的連續測量方法及裝置》獲得第十六屆中國專利優秀獎。