本發(fā)明涉及軌道車輛動力學(xué)領(lǐng)域的一種檢測設(shè)備，特別是涉及一種輪軸載荷譜檢測的新型測力輪對。

背景技術(shù)：

輪軌之間相互作用是影響軌道車輛運行安全性、舒適性的重要因素，而輪軸載荷譜能直接反映出輪軌相互作用關(guān)系，輪軸載荷譜測試也是車輛輪軌關(guān)系檢測領(lǐng)域的一項復(fù)雜的綜合性測量。

目前，為了研究軌道車輛的載荷譜，通常采用加速度反演來推導(dǎo)得出，然后將載荷譜加載到試驗臺上，這種方法存在數(shù)據(jù)量大、換算復(fù)雜、誤差難以控制的問題。而在動力學(xué)試驗領(lǐng)域，通常采用普通測力輪對進行垂向輪軌力、橫向輪軌力的測試，最后得到車輛脫軌系數(shù)、輪重減載等性能指標(biāo)，這種動力學(xué)測力輪對測試的輪軌力比較簡單，測試范圍較窄，無法實現(xiàn)綜合檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明公開了一種用于測量輪軸載荷譜用的測力輪對，通過在車輪輻板及車軸布置相應(yīng)應(yīng)變片組成特定電橋來檢測車輛運行過程中車輪輻板及車軸受到的應(yīng)力載荷譜，本測力輪對將應(yīng)用于軌道車輛動力學(xué)綜合性能檢測，系統(tǒng)評估車輛在運行過程中的安全性、舒適性。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種用于測量輪軸載荷譜的測力輪對，涉及測量電橋連接結(jié)構(gòu)，包括布置于測力輪對輻板內(nèi)測的輪軌橫向力測量電橋；布置于測力輪對輻板內(nèi)外側(cè)的垂向力測量電橋；布置于車軸上軸端沿車軸方向的車軸彎矩測量電橋；布置于車輪內(nèi)側(cè)軸上的車軸扭矩測量電橋，其特征在于：所述的輪軌橫向力測量電橋由間隔90度的兩個應(yīng)變電橋組成，兩個橋路的布置及組橋方式相同，每個電橋由8個間隔45度的應(yīng)變片組成；所述的輪軌垂向力測量電橋由間隔45度兩個應(yīng)變電橋組成，兩個橋路的布置及組橋方式相同，每個電橋由內(nèi)側(cè)間隔90度的4個應(yīng)變片及外側(cè)間隔90度的4個應(yīng)變片共同組成；所述的測量車軸彎矩的測量電橋布置于4個車軸的圓弧過渡處，每個貼片位置由間隔90°的兩個應(yīng)變電橋組成，每組電橋的應(yīng)變片布置方式及組橋方式相同，同一位置左右布置兩個應(yīng)變片與間隔180度的另外2個應(yīng)變片組成一個全橋；所述的車軸扭矩測量電橋由處于軸中心線±45°和±135°上布置的4個應(yīng)變片組成測量全橋。

所述的車軸扭矩測量電橋設(shè)置于兩側(cè)距離車輪50mm內(nèi)軸上。

本發(fā)明的主要優(yōu)點：

1、通過在輪對輻板和車軸上布置測量電橋，能夠直接的測得輪軸準(zhǔn)確的載荷數(shù)據(jù)。

2、采用連續(xù)測量電橋的布置和算法，能夠得到連續(xù)的載荷數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)覆蓋面大。

3、對輪軌垂向力、橫向力、車軸彎矩、扭矩進行同時測試，實現(xiàn)輪軸載荷譜同步、寬范圍綜合測試。

附圖說明

圖1是本發(fā)明橫向力測量電橋布置及組橋方式示意圖；

圖2是本發(fā)明垂向力測量電橋布置及組橋方式示意圖；

圖3是本發(fā)明車軸彎矩測量電橋布置及組橋方式示意圖；

圖4是本發(fā)明車軸扭矩測量電橋布置及組橋方式示意圖。

具體實施方式

參閱圖1，所述的輪軌橫向力測量電橋布置于輪對的輻板內(nèi)側(cè)。由間隔90度兩個應(yīng)變電橋組成，兩個橋路的布置及組橋方式相同。每個電橋由8個間隔45度的應(yīng)變片組成。輪對表面固定位置的應(yīng)變是周期為2π的函數(shù)，周期函數(shù)可通過傅里葉級數(shù)展開用正余弦函數(shù)的級數(shù)來表示。通過仿真及諧波分析，可尋找高次諧波(3次以上)遠遠小于基波的位置，這樣橋路的輸出近似為正余弦函數(shù)。根據(jù)電橋原理橋路1的輸出為：

δul1

——橫向力測量電橋1輸出；

k——電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；

u0——電阻應(yīng)變片供電電壓；

ε1、ε2......ε8——橫向橋路1應(yīng)變片的輸出；

間隔90度橋路1’的輸出為：

δul1’——橫向力測量1’電橋輸出；

k——電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；

u0——電阻應(yīng)變片供電電壓；

ε1'、ε2'......ε8'——橫向橋路1’應(yīng)變片的輸出；

而所述的兩個橋路橫向力測量電橋輸出近似為正余弦函數(shù)，相位差為90度，通過正余弦函數(shù)平方和開根號,兩組電橋組合輸出u為：

可以消除角度的影響得到連續(xù)的輪軌力載荷測試數(shù)據(jù)。

參閱圖2，所述的輪軌垂向力測量電橋布置于輪對內(nèi)外側(cè)。由間隔45度兩個應(yīng)變電橋組成，兩個橋路的布置及組橋方式相同。每個電橋由內(nèi)側(cè)間隔90度的4個應(yīng)變片及外側(cè)間隔90度的4個應(yīng)變片共同組成。

根據(jù)仿真及諧波分析選取高次諧波(3次以上)遠遠小于基波的位置進行應(yīng)變片布置，所述的垂向力測量電橋輸出為：

δuv1——垂向力測量1電橋輸出；

k——電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；

u0——電阻應(yīng)變片供電電壓；

ε1、ε2......ε8——垂向橋路1應(yīng)變片的輸出；

間隔45度的垂向橋路輸出為：

δuv1’——垂向力測量1電橋輸出；

k——電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；

u0——電阻應(yīng)變片供電電壓；

ε1'、ε2'......ε8'——垂向橋路1’應(yīng)變片的輸出；

兩組電橋輸出為三角波，通過三角波的特性，可知間隔45度的兩個三角波絕對值相加后可消除角度的影響，得到連續(xù)的輪軌垂向力載荷測試數(shù)據(jù)。

參閱圖3，所述的布置于車軸的軸端沿車軸方向測量車軸彎矩的測量電橋由4個位于車軸的圓弧過渡處的貼片位置(a、b、c、d)組成。貼片位置(a、b、c、d的選取是因為車軸受彎矩的作用下，在圓弧過渡處產(chǎn)生應(yīng)力集中。每個貼片截面由間隔90°的兩組彎矩測量電橋組成。每組電橋的應(yīng)變片布置方式及組橋方式相同，見貼片位置a的應(yīng)變片布置方式。同一位置左右布置兩個應(yīng)變片與間隔180度的另外2個應(yīng)變片組成一個全橋。根據(jù)諧波分析，車軸上應(yīng)變的組橋輸出近似為正余弦函數(shù)，其原理同橫向力測量電橋，間隔90度布置可通過兩組橋的輸出消除角度的影響，得到車軸彎矩載荷數(shù)據(jù)的連續(xù)的測試量值。

參閱圖4，所述的車軸扭矩測量電橋布置于在兩側(cè)車輪內(nèi)側(cè)距離車輪50mm內(nèi)軸上，由處于軸中心線±45°和±135°上布置的4個應(yīng)變片組成測量全橋。橋路輸出為：

δut1——車軸扭矩測量電橋輸出；

k——電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；

u0——電阻應(yīng)變片供電電壓；

ε1、ε2......ε4——車軸扭矩測量應(yīng)變片的輸出。

各個橋路輸出系數(shù)及不同橋路之間的串?dāng)_系數(shù)，需在標(biāo)定試驗臺上通過標(biāo)定獲得。垂向力及彎矩標(biāo)定過程為：垂向力標(biāo)定的最大加載值應(yīng)達到靜輪重的200％，特殊情況下最大加載值不應(yīng)小于靜輪重的120％；采用逐級加載方式進行標(biāo)定，標(biāo)定載荷分級均勻分布，按25％，50％，75％及100％施加標(biāo)定力；加載輪軌接觸點應(yīng)位于滾動圓上，在每個標(biāo)定角度位置上應(yīng)重復(fù)標(biāo)定至少3次；垂向力測量電橋的標(biāo)定參數(shù)為：主輸出系數(shù)、串?dāng)_系數(shù)；在標(biāo)定垂向力的同時標(biāo)定彎矩測量電橋。彎矩測量電橋的標(biāo)定參數(shù)為：輸出系數(shù)、串?dāng)_系數(shù)。

橫向力標(biāo)定過程為：橫向力標(biāo)定的最大加載值應(yīng)達到靜輪重的100％，特殊情況下，由于試驗臺加載能力以及防止對車輪等部位損傷，最大加載值不不小于靜輪重的80％；橫向力標(biāo)定時應(yīng)使輪對架空，兩側(cè)車輪均不受任何外力作用，，標(biāo)定力的作用點位于滾動圓半徑位置，在每個標(biāo)定角度位置上應(yīng)重復(fù)加載標(biāo)定至少3次；采用逐級加載方式進行標(biāo)定，標(biāo)定載荷分級應(yīng)均勻分布，按25％，50％，75％及100％施加，在每一載荷級稍作保持，再讀出輸出值。測量電橋的標(biāo)定參數(shù)為：主輸出系數(shù)、串?dāng)_系數(shù)。

在施加扭矩測量電橋標(biāo)定時，應(yīng)首先對測力輪對施加靜輪重的垂向載荷，在輪對的一側(cè)施加縱向力?？v向力的最大加載值通常應(yīng)達到靜輪重的30％，但在輪軌粘著狀態(tài)不佳或出于保護車輪踏面免受損傷的考慮，最大加載值不應(yīng)小于名義靜輪重的10％；采用逐級加載方式進行標(biāo)定，標(biāo)定載荷分級應(yīng)均勻分布，按25％，50％，75％及100％施加縱向力，在每一載荷級稍作保持，再讀出輸出值；扭矩測量電橋的標(biāo)定參數(shù)為：輸出系數(shù)、串?dāng)_系數(shù)。