(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111671409.2 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 大秦铁路股份有限公司科 学技术研 究所 地址 030000 山西省太原市杏 花岭区建 设 北路328号院内办公楼5层 申请人 中南大学 (72)发明人 白付维　周伟　周康　梁习锋　 王雅昭　张勐轶　刘杨　郭文兰　 王祉歆　 (74)专利代理 机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 专利代理师 包雨函 (51)Int.Cl. G01M 17/08(2006.01)G01L 5/1627(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法 及系统 (57)摘要 本发明公开了考虑纵向加载附加弯矩的车 钩力测量方法及系统， 通过分析考虑纵向加载附 加弯矩的车钩的受力情况， 并根据分析结果构建 车钩的表 面应变与车钩力之间的解算模型； 测量 待测车钩的表 面应变， 将待测车钩的表面应变输 入到所述解算模型中， 得到待测车钩力。 相比现 有技术， 本发 明考虑纵向偏心加载附加弯矩对车 钩力的影响， 并基于此构建解算模型， 使得构建 出的解算模型能更加准确的解算出车钩力， 此 外， 本发明适用范围广， 能为动力学的设计、 评估 与优化提供数据支撑 。 权利要求书4页 说明书12页 附图3页 CN 114486302 A 2022.05.13 CN 114486302 A 1.一种考虑纵向加载附加弯 矩的车钩力测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 分析考虑纵向加载附加 弯矩的车钩的受力情况， 并根据分析结果构建车钩的表面应变 与车钩力之间的解 算模型； 测量待测车钩 的表面应变， 将待测车钩的表面应变输入到所述解算模型中， 得到待测 车钩力。 2.根据权利要求1所述的考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法， 其特征在于， 所述 车钩力包括： 车钩的钩舌纵向力、 钩舌横向力以及钩舌垂向力中一种或任意几种的组合； 当测量车钩力包括钩舌纵向力时， 所述 解算模型包括： 其中， FL为钩舌纵向力； C(FL)为车钩纵向载荷与对心纵向加载应变的关系系数， 通过数 值仿真进行标定； εR为车钩左面测得的纵向应变； εL为车钩右面测得的纵向应变； εB为车钩 底面测得的纵向应 变； εT为车钩顶面测得的纵向应 变； 当测量车钩力包括钩舌横向力时， 所述 解算模型包括： 其中， FH为钩舌横向力； C(FH)为车钩横向载荷与右侧面纵向应变的关系系 数， 通过数值 仿真进行标定； C(ML)为车钩纵向载荷与附加弯矩加载应变的关系系数， 通过数值仿真进行 标定； 当测量车钩力包括钩舌垂向力时， 所述 解算模型包括： 其中， FV为钩舌垂向力； C(FV)为车钩垂向载荷与底面纵向应变的关系系 数， 通过数值仿 真进行标定。 3.根据权利要求1所述的考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法， 其特征在于， 所述 车钩力包括车钩的三向力， 所述三向力包括钩舌 纵向力、 钩 舌横向力以及钩舌垂向力； 分析 考虑纵向加载附加弯矩的车钩的受力情况， 并根据分析结果构建车钩的表面应变与车钩力 之间的解 算模型， 包括以下步骤： 分析车钩纵向偏心加载、 横向加载和垂向加载的应 变—载荷关系； 综合纵向偏心加载、 横向加载和垂向加载的应变—载荷关系， 基于车钩各表面实 际纵 向应变是 由三类载荷组合作用的原则， 构建车钩各面的实际应变公式； 联立车钩各面的实 际应变公式求 解所述车钩的表面应 变与车钩的三向力之间的解 算模型。 4.根据权利要求3所述的考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法， 其特征在于， 分析 车钩纵向偏心加载、 横向加载和垂向加载的应 变—载荷关系， 包括以下步骤： 构建以车钩钩舌中心为坐标原点， 以钩舌垂向方向为y轴， 以钩舌横向方向为x轴， 以钩 舌纵向方向为z轴的坐标系， 设偏心钩舌纵向力为FL， 钩舌横向力为FH， 钩舌垂向力为FV， 由 于纵向力FL与车钩中心 线的横向偏 心Δx， 会产生一个绕y轴的正向附加弯矩ML(y)， 该附加弯 矩与横向力FH作用的摇头弯矩MH(y)耦合在同一平面； 垂向力FV作用下， 绕x轴的作用点头弯 矩记为MV(x)； 定义车钩各表面中： 面法向为x轴的AB CD面为右面R面， EFGH面为左面L面； 定义权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114486302 A 2面法向为y轴的BCGF面为顶面T面， ADHE面为底面B面， 2W为关注车钩截面宽度、 2H为关注车 钩截面高度； 分析钩舌纵向加载时， 车钩的应 变—载荷关系： 钩舌纵向加载时， 纵向力可解耦为对心纵向加载及附加弯 矩加载； 在纵向加载 FL作用下， 各面沿车钩长度z轴方向的应 变满足： εR(FL)＝ εL(FL)＝ εT(FL)＝ εB(FL)＝ ε(FL)      (1) 偏心纵向加载的 附加弯矩ML(y)作用下， R面受拉、 L面受压， 车钩上下面沿x轴的z向应变 应满足在左右面应变区间连续， 且中间存在中性层， 因此各面沿车钩长度z轴方向的应变满 足： εT(ML)＝ εB(ML)＝‑x·εR(ML)/W＝x·εL(ML)/W      (2) 式中， 2W为车钩沿x轴的宽度尺寸， x为车钩上下面沿x轴位置坐标， x∈[ ‑W,W]， 当x＝0 时， 为中性层位置， 此处， 记 εR(ML)＝ ε(ML)； 综上， 纵向力引起的两种应变为ε(FL)和 ε(ML)， 由于偏心纵向载荷的作用位置固定， 即弯 矩的力臂不变， 则等效附加弯 矩的大小与纵向载荷大小成正比， 因此有： 式中， C(FL)和C(ML)分别为车钩纵向载荷与对心纵向加载应变、 附加弯矩加载应变的关系 系数， 可通过 数值仿真进行 标定； 分析钩舌横向加载时， 车钩的应 变—载荷关系： 水平横向力FH等效为绕y轴的摇头弯矩MH(y)作用， L面受拉、 R面受压， 车钩上下面沿x轴 的z向应变应满足在左右 面应变区间连续， 且中间存在中性层， 因此， 各面 沿车钩长度z轴方 向的应变满足： εT(FH)＝ εB(FH)＝‑x·εR(FH)/W＝x·εL(FH)/W       (4) 此处， 记 εR(FH)＝ ε(FH)， 该应变与横向载荷成正比关系， 有： ε(FH)＝C(FH)·FH       (5) 式中， C(FH)为车钩横向载荷与右侧面纵向应 变的关系 系数， 可通过 数值仿真标定获取； 分析钩舌垂向加载时， 车钩的应 变—载荷关系： 垂向载荷FV等效为绕x轴的弯矩MV(x)作用， 若垂向力沿正z轴竖直朝上， 则B面受拉、 T面 受压， 车钩左右 面沿y轴的z向应变应满足在上下面应变区间连续， 且中间存在中性层； 因此 各面沿车钩长度z轴方向的应 变满足： εR(FV)＝ εL(FV)＝‑y·εB(FV)/H＝y·εT(FV)/H    (6) 此处， 记 εB(FV)＝ ε(FV)， 该应变与垂向载荷成正比关系， 有： ε(FV)＝C(FV)·FV     (7) 式中， C(FV)为车钩垂向载荷与底面纵向应 变的关系 系数， 可通过 数值仿真标定获取。 5.根据权利要求4所述的考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法， 其特征在于， 综合 纵向偏心加载、 横向加载和垂向加载的应变—载荷关系， 基于车钩各表面实际纵向应变是 由三类载荷组合作用的原则， 构建车钩各面的实际应变公式； 联立车钩各面的实际应变公 式求解所述车钩的表面应 变与车钩的三向力之间的解 算模型， 包括以下步骤：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114486302 A 3