申请/专利权人：中车长春轨道客车股份有限公司

申请日：2017-06-26

公开（公告）日：2024-05-07

公开（公告）号：CN107314838B

主分类号：G01L1/22

分类号：G01L1/22;G01M17/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.07#授权;2019.03.01#实质审查的生效;2017.11.03#公开

摘要：一种用于测量轮轴载荷谱的测力轮对，涉及测量电桥连接结构，其特征是轮轨横向力测量电桥由间隔90度的两个应变电桥组成，每个电桥由8个间隔45度的应变片组成；轮轨垂向力测量电桥由间隔45度两个应变电桥组成，每个电桥由内侧间隔90度的4个应变片及外侧间隔90度的4个应变片共同组成；测量车轴弯矩的测量电桥布置于4个车轴的圆弧过渡处，每个贴片位置由间隔90°的两个应变电桥组成，每组电桥的应变片布置方式及组桥方式相同，同一位置左右布置两个应变片与间隔180度的另外2个应变片组成一个全桥；车轴扭矩测量电桥由处于轴中心线±45°和±135°上布置的4个应变片组成测量全桥。能够直接的测得轮轴准确的载荷数据，能够得到连续的载荷数据，数据覆盖面大，实现轮轴载荷谱同步、宽范围综合测试。

主权项：1.一种用于测量轮轴载荷谱的测力轮对，涉及测量电桥连接结构，包括布置于测力轮对辐板内测的轮轨横向力测量电桥；布置于测力轮对辐板内外侧的垂向力测量电桥；布置于车轴上轴端沿车轴方向的车轴弯矩测量电桥；布置于车轮内侧轴上的车轴扭矩测量电桥，其特征在于：所述的轮轨横向力测量电桥由间隔90度的两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同，每个电桥由8个间隔45度的应变片组成，两个轮轨横向力测量电桥输出波形为为正余弦函数，相位差为90度；所述的轮轨垂向力测量电桥由间隔45度两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同，每个电桥由内侧间隔90度的4个应变片及外侧间隔90度的4个应变片共同组成，所述的两个轮轨垂向力测量电桥输出波形为三角波；所述的测量车轴弯矩的测量电桥布置于4个车轴的圆弧过渡处，每个贴片位置由间隔90°的两个应变电桥组成，每组电桥的应变片布置方式及组桥方式相同，同一位置左右布置两个应变片与间隔180度的另外2个应变片组成一个全桥；所述的车轴扭矩测量电桥由处于轴中心线±45°和±135°上布置的4个应变片组成测量全桥。

全文数据：一种用于测量轮轴载荷谱的测力轮对技术领域[0001]本发明涉及轨道车辆动力学领域的一种检测设备，特别是涉及一种轮轴载荷谱检测的新型测力轮对。背景技术[0002]轮轨之间相互作用是影响轨道车辆运行安全性、舒适性的重要因素，而轮轴载荷谱能直接反映出轮轨相互作用关系，轮轴载荷谱测试也是车辆轮轨关系检测领域的一项复杂的综合性测量。[0003]目前，为了研究轨道车辆的载荷谱，通常采用加速度反演来推导得出，然后将载荷谱加载到试验台上，这种方法存在数据量大、换算复杂、误差难以控制的问题。而在动力学试验领域，通常采用普通测力轮对进行垂向轮轨力、横向轮轨力的测试，最后得到车辆脱轨系数、轮重减载等性能指标，这种动力学测力轮对测试的轮轨力比较简单，测试范围较窄，无法实现综合检测。发明内容[0004]针对以上问题，本发明公开了一种用于测量轮轴载荷谱用的测力轮对，通过在车轮辐板及车轴布置相应应变片组成特定电桥来检测车辆运行过程中车轮辐板及车轴受到的应力载荷谱，本测力轮对将应用于轨道车辆动力学综合性能检测，系统评估车辆在运行过程中的安全性、舒适性。[0005]为实现上述发明目的，本发明提供一种用于测量轮轴载荷谱的测力轮对，涉及测量电桥连接结构，包括布置于测力轮对辐板内测的轮轨横向力测量电桥;布置于测力轮对辐板内外侧的垂向力测量电桥;布置于车轴上轴端沿车轴方向的车轴弯矩测量电桥;布置于车轮内侧轴上的车轴扭矩测量电桥，其特征在于:所述的轮轨横向力测量电桥由间隔90度的两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同，每个电桥由8个间隔45度的应变片组成;所述的轮轨垂向力测量电桥由间隔45度两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同，每个电桥由内侧间隔90度的4个应变片及外侧间隔90度的4个应变片共同组成；所述的测量车轴弯矩的测量电桥布置于4个车轴的圆弧过渡处，每个贴片位置由间隔90°的两个应变电桥组成，每组电桥的应变片布置方式及组桥方式相同，同一位置左右布置两个应变片与间隔180度的另外2个应变片组成一个全桥;所述的车轴扭矩测量电桥由处于轴中心线±45°和±135°上布置的4个应变片组成测量全桥。[0006]所述的车轴扭矩测量电桥设置于两侧距离车轮50mm内轴上。[0007]本发明的主要优点：[0008]1、通过在轮对辐板和车轴上布置测量电桥，能够直接的测得轮轴准确的载荷数据。[0009]2、采用连续测量电桥的布置和算法，能够得到连续的载荷数据，数据覆盖面大。[0010]3、对轮轨垂向力、横向力、车轴弯矩、扭矩进行同时测试，实现轮轴载荷谱同步、宽范围综合测试。附图说明[0011]图1是本发明横向力测量电桥布置及组桥方式示意图；[0012]图2是本发明垂向力测量电桥布置及组桥方式示意图；[0013]图3是本发明车轴弯矩测量电桥布置及组桥方式示意图；[00M]图4是本发明车轴扭矩测量电桥布置及组桥方式示意图。具体实施方式[0015]参阅图1，所述的轮轨横向力测量电桥布置于轮对的辐板内侧。由间隔90度两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同。每个电桥由8个间隔45度的应变片组成。轮对表面固定位置的应变是周期为2π的函数，周期函数可通过傅里叶级数展开用正余弦函数的级数来表示。通过仿真及谐波分析，可寻找高次谐波（3次以上远远小于基波的位置，这样桥路的输出近似为正余弦函数。根据电桥原理桥路1的输出为：[0017]AUli[0018]--横向力测量电桥1输出；[0019]K一一电阻应变片的灵敏系数；[0020]Uo——电阻应变片供电电压；[0021]ει,ε2......ε8——横向桥路1应变片的输出；[0022]间隔90度桥路1’的输出为：[0024]ΔUli，——横向力测量1’电桥输出；[0025]K一一电阻应变片的灵敏系数；[0026]Uo——电阻应变片供电电压；[0027]ει·,ε2·......ε8·——横向桥路1’应变片的输出；[0028]而所述的两个桥路横向力测量电桥输出近似为正余弦函数，相位差为90度，通过正余弦函数平方和开根号，两组电桥组合输出U为：[0030]可以消除角度的影响得到连续的轮轨力载荷测试数据。[0031]参阅图2，所述的轮轨垂向力测量电桥布置于轮对内外侧。由间隔45度两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同。每个电桥由内侧间隔90度的4个应变片及外侧间隔90度的4个应变片共同组成。[0032]根据仿真及谐波分析选取高次谐波3次以上远远小于基波的位置进行应变片布置，所述的垂向力测量电桥输出为：[0034]AUvi——垂向力测量1电桥输出；[0035]K一一电阻应变片的灵敏系数；[0036]Uo——电阻应变片供电电压；[0037]ει、ε2......ε8——垂向桥路1应变片的输出；[0038]间隔45度的垂向桥路输出为：[0040]AUvr——垂向力测量1电桥输出；[0041]K一一电阻应变片的灵敏系数；[0042]Uo——电阻应变片供电电压；[0043]ει·,ε2·......ε8·——垂向桥路1’应变片的输出；[0044]两组电桥输出为三角波，通过三角波的特性，可知间隔45度的两个三角波绝对值相加后可消除角度的影响，得到连续的轮轨垂向力载荷测试数据。[0045]参阅图3,所述的布置于车轴的轴端沿车轴方向测量车轴弯矩的测量电桥由4个位于车轴的圆弧过渡处的贴片位置A、B、C、D组成。贴片位置A、B、C、D的选取是因为车轴受弯矩的作用下，在圆弧过渡处产生应力集中。每个贴片截面由间隔90°的两组弯矩测量电桥组成。每组电桥的应变片布置方式及组桥方式相同，见贴片位置A的应变片布置方式。同一位置左右布置两个应变片与间隔180度的另外2个应变片组成一个全桥。根据谐波分析，车轴上应变的组桥输出近似为正余弦函数，其原理同横向力测量电桥，间隔90度布置可通过两组桥的输出消除角度的影响，得到车轴弯矩载荷数据的连续的测试量值。[0046]参阅图4,所述的车轴扭矩测量电桥布置于在两侧车轮内侧距离车轮50mm内轴上，由处于轴中心线±45°和±135°上布置的4个应变片组成测量全桥。桥路输出为：[0048]AUxi——车轴扭矩测量电桥输出；[0049]K一一电阻应变片的灵敏系数；[0050]Uo——电阻应变片供电电压；[0051]ει,ε2......ε4——车轴扭矩测量应变片的输出。[0052]各个桥路输出系数及不同桥路之间的串扰系数，需在标定试验台上通过标定获得。垂向力及弯矩标定过程为:垂向力标定的最大加载值应达到静轮重的200%，特殊情况下最大加载值不应小于静轮重的120%;采用逐级加载方式进行标定，标定载荷分级均匀分布，按25%，50%，75%及100%施加标定力；加载轮轨接触点应位于滚动圆上，在每个标定角度位置上应重复标定至少3次;垂向力测量电桥的标定参数为:主输出系数、串扰系数;在标定垂向力的同时标定弯矩测量电桥。弯矩测量电桥的标定参数为:输出系数、串扰系数。[0053]横向力标定过程为：横向力标定的最大加载值应达到静轮重的100%，特殊情况下，由于试验台加载能力以及防止对车轮等部位损伤，最大加载值不不小于静轮重的80%;横向力标定时应使轮对架空，两侧车轮均不受任何外力作用，，标定力的作用点位于滚动圆半径位置，在每个标定角度位置上应重复加载标定至少3次;采用逐级加载方式进行标定，标定载荷分级应均匀分布，按25%，50%，75%及100%施加，在每一载荷级稍作保持，再读出输出值。测量电桥的标定参数为:主输出系数、串扰系数。[0054]在施加扭矩测量电桥标定时，应首先对测力轮对施加静轮重的垂向载荷，在轮对的一侧施加纵向力。纵向力的最大加载值通常应达到静轮重的30%，但在轮轨粘着状态不佳或出于保护车轮踏面免受损伤的考虑，最大加载值不应小于名义静轮重的10%;采用逐级加载方式进行标定，标定载荷分级应均勾分布，按25%，50%，75%及100%施加纵向力，在每一载荷级稍作保持，再读出输出值;扭矩测量电桥的标定参数为:输出系数、串扰系数。

权利要求：1.一种用于测量轮轴载荷谱的测力轮对，涉及测量电桥连接结构，包括布置于测力轮对辐板内测的轮轨横向力测量电桥;布置于测力轮对辐板内外侧的垂向力测量电桥;布置于车轴上轴端沿车轴方向的车轴弯矩测量电桥;布置于车轮内侧轴上的车轴扭矩测量电桥，其特征在于:所述的轮轨横向力测量电桥由间隔90度的两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同，每个电桥由8个间隔45度的应变片组成;所述的轮轨垂向力测量电桥由间隔45度两个应变电桥组成，两个桥路的布置及组桥方式相同，每个电桥由内侧间隔90度的4个应变片及外侧间隔90度的4个应变片共同组成;所述的测量车轴弯矩的测量电桥布置于4个车轴的圆弧过渡处，每个贴片位置由间隔90°的两个应变电桥组成，每组电桥的应变片布置方式及组桥方式相同，同一位置左右布置两个应变片与间隔180度的另外2个应变片组成一个全桥;所述的车轴扭矩测量电桥由处于轴中心线±45°和±135°上布置的4个应变片组成测量全桥。2.根据权利要求1所述的一种用于测量轮轴载荷谱的测力轮对，其特征在于:所述的车轴扭矩测量电桥设置于两侧距离车轮50mm内轴上。

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