[发明专利]轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法

说明书

本发明公开了一种轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，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、角位移、扭转角速度和扭矩。本发明可以同时测量列车轮轴两端的转速、扭振和扭矩数据。

技术领域

本发明涉及轮轴检测领域，尤其涉及一种轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法。

背景技术

现阶段，我国及世界的轨道交通发展迅速，就铁路轨道交通而言，自2008年以来，政府加大了对铁路建设的投资，促进了铁路制造业的蓬勃发展。然而，列车在以一定的转速运行时轮轴会产生一定的扭矩和扭转振动。扭转振动是列车轮轴常见的振动形式之一。当作用在轮轴上的扭矩发生变化时，将使轮轴发生扭振，产生一定的角位移。扭振发生时，轮轴的应力状态周期性地变化，这将引起轮轴本身及轮轴上零件的疲劳，严重时将发生轮轴的断裂，造成重大的、甚至是灾难性的事故。此外，轮轴的扭振和扭矩还使列车的运行平稳性受到破坏，甚至会造成车轮磨损、钢轨波磨等一系列负面问题。

由于列车在以一定的转速运行时，轮轴中普遍存在扭振和扭矩问题，而对扭振和扭矩同步测试和分析又有很大难度，可见准确地测量列车轮轴的转速、扭振和扭矩数据，以便减小这些负面影响显得尤为重要。

发明内容

本发明主要目的在于同时测量列车轮轴两端的转速、扭振和扭矩数据，以便处理和分析轮轴转速、扭振和扭矩对列车轮对的影响。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种轮轴两端的转速、扭振和扭矩信号同步测量方法，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。

接上述技术方案，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。

接上述技术方案，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。

接上述技术方案，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，