[发明专利]轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法

权利要求书

1.一种轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将两个列车车轮通过胀紧套装在列车轮轴上；

将两个全空心轴增量式编码器安装固定在列车轮轴两端，并且把编码器连接到DSP采集板上；

启动开关，轮轴转动，通过DSP采集板采集两个编码器输出的脉冲信号；

DSP采集板从两个编码器测得的脉冲信号中取Δn个信号变化次数的脉冲信号，并统计两个编码器的脉冲信号经过Δn次变化所经历的时间，计算两个车轮的转速；

DSP采集板根据两个编码器各自脉冲信号的总个数以及相应编码器的角度测量精度计算两个编码器的角位移；

DSP采集板根据两个角位移计算得到轮轴的扭转角，根据扭转角计算轮轴两端的扭转角速度和扭矩；

在一定时间内，根据轮轴两端的转速数据绘制转速-时间的时域图；根据轮轴两端的扭转角数据绘制扭转角-时间的时域图，再通过傅里叶变换绘制出对应的频谱图，得到轮轴两端扭振的信息；根据轮轴两端扭矩绘制出扭矩-时间的时域图，得到轮轴两端扭矩的信息。

2.根据权利要求1所述的轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，其特征在于，调节两车轮之间距离L，多次测量，完成轮轴在不同扭转刚度下的转速、扭振和扭矩测量。

3.根据权利要求1所述的轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，其特征在于，若两个编码器所测轮轴的转速为v₁、v₂，则有：

式中，Δn为确定的编码器信号变化次数；Δt₁和Δt₂分别为两个编码器的信号Δn次变化所经历的时间。

4.根据权利要求1所述的轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，其特征在于，已知两个编码器的线数分别为P₁、P₂，则两个编码器的角度测量精度δ_θ1、δ_θ2分别为，

结合两个编码器当前各自输出的脉冲信号的总个数n₁、n₂，则编码器所测的角位移θ₁(t)，θ₂(t)：

5.根据权利要求4所述的轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，其特征在于，根据角位移θ₁(t)，θ₂(t)计算得轮轴的扭转角

对轮轴的扭转角进行数值微分得到轮轴两端的扭转角速度

公式中，T_i和T_i+1分别为编码器采集两个相邻脉冲信号触发的时间。

6.根据权利要求5所述的轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，其特征在于，由轮轴的扭转角计算得到轮轴两端的扭矩：

公式中，切变模量轮轴横截面的极惯性矩d为轮轴的直径；L为两车轮间轮轴的轴长；由轮对材料得轮对弹性模量E＝206GPa；泊松比ν＝0.3。

7.根据权利要求1-6所述的轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，其特征在于，通过与DSP连接的上位机同步显示采集的数据以及转速-时间的时域图、扭转角-时间的时域图、扭矩-时间的时域图。

8.一种轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量装置，其特征在于，包括：

车轮机构，包括轮轴，该轮轴上固定有两个车轮；轮轴两端各固定一个全空心轴增量式编码器；

DSP采集板，与两个编码器连接，用于采集两个编码器输出的脉冲信号；并从两个编码器测得的脉冲信号中取Δn个信号变化次数的脉冲信号，并统计两个编码器的脉冲信号经过Δn次变化所经历的时间，计算两个车轮的转速；根据两个编码器各自脉冲信号的总个数以及相应编码器的角度测量精度计算两个编码器的角位移；并根据两个角位移计算得到轮轴的扭转角，根据扭转角计算轮轴两端的扭转角速度和扭矩。