[发明专利]一种铁道车辆轮轨之间作用力的间接测量方法

摘要

一种铁道车辆轮轨之间作用力的间接测量方法，包括A、振动信号测试由三向加速度传感器、横向位移传感器、左侧和右侧垂向位移传感器，分别在线测量一系弹簧的横向位移、左侧和右侧垂向位移；内、外侧应变片分别测量轴箱转臂的内、外侧应变；B、振动信号的数字化将速度、位移、应变通过信号调理器放大、滤波，转换为数字；C、轮轴横向力的计算根据横向加速度ay、横向位移dy、外侧应变ε1和内侧应变ε2，计算出轮轴横向力H；D、轮轨垂向力的计算根据垂向加速度az、左侧垂向位移dz1、右侧垂向位移dz2和轮轴横向力H，计算出左、右侧轮轨垂向力P1和P2。该方法能够实现轮轨作用力的间接测量，其结果更真实、可靠，能为铁道车辆安全评判和健康监测提供更可靠的依据。

主权项

一种铁道车辆轮轨之间作用力的间接测量方法，包括以下步骤：A、振动信号测试：由安装在轮对(1)的轴箱(2)上的三向加速度传感器(3)，在线测量轴箱(2)的横向加速度、垂向加速度和纵向加速度；安装在轴箱(2)和车体(4)之间左侧或右侧的横向位移传感器(5)、左侧的左侧垂向位移传感器(6)、右侧的右侧垂向位移传感器(7)，分别在线测量一系弹簧(8)的横向位移、左侧垂向位移、右侧垂向位移；安装在轴箱(2)转臂(9)外侧的外侧应变片(10)、内侧的内侧应变片(11)分别在线测量轴箱转臂(9)的外侧应变和内侧应变；B、振动信号的数字化：将A步测得的轴箱(2)的横向加速度、垂向加速度，一系弹簧(8)的横向位移、左侧垂向位移、右侧垂向位移，轴箱转臂(9)的外侧应变和内侧应变均通过信号调理器放大、滤波后，再由数据采集卡分别转换为数字化的：轴箱的横向加速度ay、垂向加速度az，一系弹簧(8)的横向位移dy、左侧垂向位移dz1、右侧垂向位移dz2，轴箱转臂(9)的外侧应变ε1和内侧应变ε2；C、轮轴横向力的计算：数据处理器根据B步测得的数字化的轴箱(2)的横向加速度ay、一系弹簧(8)的横向位移dy、轴箱转臂(9)的外侧应变ε1和内侧应变ε2，对轮对的横向受力而言，轮对和轴箱连为一体，根据牛顿力学定律可得出轮对的横向力平衡方程：mway+2kydy+kε·(ε1‑ε2)‑H＝0即：H＝mway+2kydy+kε·(ε1‑ε2)其中，H为轮轴横向力，mw为轮对质量，ky为一系弹簧横向刚度，kε为轴箱转臂横向力和轴箱应变关系的标定系数，由试验获得；D、轮轨垂向力的计算：数据处理器根据B步测得的数字化的轴箱垂向加速度az、一系弹簧(8)的左侧垂向位移dz1、右侧垂向位移dz2和C步算出的轮轴横向力H，分别计算出轮对的左侧轮轨垂向力P1和右侧轮轨垂向力P2：P1＝mwaz/2+(kzdz1+czd′z1)·(ls/2+lc/2)/lc‑(kzdz2+czd′z2)·(ls/2‑lc/2)/lc+mwg/2‑H·r0/lcP2＝mwaz/2+(kzdz2+czd′z2)·(ls/2+lc/2)/lc‑(kzdz1+czd′z1)·(ls/2‑lc/2)/lc+mwg/2+H·r0/lc其中：kz为一系弹簧的垂向刚度，cz为一系垂向减振器的阻尼，d′z1、d′z2分别为轮对与车体(4)在左侧、右侧的垂向相对速度，为测得的一系弹簧(8)的左侧垂向位移dz1、右侧垂向位移dz2的一阶微分，ls为轮对左侧一系弹簧与轮对右侧一系弹簧的横向距离，lc为轮对左侧轮轨接触点和右侧轮轨接触点间的横向距离，g为重力加速度，r0为轮对的车轮半径。