TPDS系统的轮轨力检测原理是什么？

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TPDS即货车运行状态地面安全监测系统，现行资料中也称车辆运行品质轨边动态监测系统，是铁路“地对车”安全防范预警5T系统之一，由中国铁道科学研究院研制，主要用于防范货车空车直线脱轨、车轮踏面损伤和货物超偏载等安全隐患，在正线直线段轨旁对通过车辆的轮轨力进行连续动态检测。

TPDS的检测依托高平顺整体框架式轨道测试平台。测试平台长约16米、由22根混凝土轨枕构成，核心检测部件为12只二维板式传感器和8对不打孔式剪力传感器，两者组合形成约4.8米长的轮轨垂向力、横向力连续综合测区。二维板式传感器安装于钢轨与轨枕之间（替代铁垫板），可同时测量垂向力和横向力；不打孔式剪力传感器通过专用支架固定于钢轨轨腰，采用薄膜传感技术测量钢轨所受剪力，不伤损钢轨。两种传感器均为电阻应变式，采用惠斯登全桥自补偿测试电路，信号经数据采集仪调理、放大、滤波和A/D转换后送工控机处理。

垂向力检测采用“移动垂直力综合检测法”。车轮垂向荷载经钢轨传递给轨下多个支承点，系统在两剪力传感器之间布置若干轨下垂直压力传感器组成综合检测区，由计算机将剪力传感器与压力传感器的数据合成处理，得出检测区内车轮垂直力之和。由于连续检测区较长，测得的是车轮垂直力增减变化过程的平均值而非某一瞬时值，从而提高了测量精度并扩大了适用速度范围（踏面擦伤检测速度一般为30～120km/h）。

横向力检测将钢轨视为传递轮轨横向荷载的载体，在钢轨支承点处测量钢轨受车辆作用施加在框架结构轨枕上的横向作用力。依据轮轨横向荷载在钢轨上的受力影响线，通过标定获得各支承点实际承受横向荷载的比例，再按车轮在测试区内的位置，由各支承点横向力的组合得到车轮在整个测试区的连续横向荷载及其变化。

系统据此计算轮重减载系数、轴横向力与垂向力比值、轴横向力大小及变化特征，用于识别蛇行失稳等运行品质不良车辆；依据踏面损伤车轮对钢轨产生的冲击荷载，结合速度与静轮重计算踏面损伤当量，实现踏面擦伤、剥离等损伤报警；依据各轮轮载、轴载及转向架荷载的大小与分布实现超偏载检测。

参考资料：

1. 《国家铁路局网站：不打孔式剪力传感器（2017年中国专利奖优秀奖项目介绍），明确其作为“剪力+压力法”轮轨力连续测试技术核心部件并支撑TPDS推广应用》
2. 《曾京等．铁道车辆车轮扁疤故障检测技术综述［J］．交通运输工程学报，2022，22(2)：1-18，介绍了TPDS轨下双向板式传感器轮轨力检测原理》
3. 《铁道车辆动态检测技术——货车运行状态地面安全监测系统（TPDS）培训课件，详述测试平台、二维板式传感器与剪力传感器配置及垂向力、横向力测试原理》

知识来源：铁道职培APP已审核知识库（EXT-F37D3CDC0794）。
说明：本文仅供学习参考；涉及规章、技术参数和现场作业要求时，以现行有效文件为准。