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一种测力轮对的连续测量方法及装置

 
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  本项发明专利涉及铁路和轨道交通领域,主要应用于轮轨间相互作用的动力学关系检测和研究。本项发明的意义在于成功地解决了长期困扰铁路业界的轮轨关系研究技术难题,获得了具有完全自主知识产权的连续测量测力轮对技术,系统解决了轮轨力连续测量、灵敏度提高、串扰消除、接触点影响、横向力方向识别等一系列关键问题。

  本项专利的主要创新点体现在以下几个方面:

  1.采用“单周期双桥路正弦余弦合成法”连续测量测力轮对技术为国内外首创,属国际上的独有技术。主要特点是:垂向力和横向力测量电桥都各由两个测量电桥构成,随着车轮旋转一周,每个测量电桥的灵敏度也相应完成一个正弦周期,因相位相差90°而成为正弦和余弦关系。利用“平方之和再开方”的简单三角函数运算公式使得合成后的测量灵敏度在任意车轮转角位置上都始终保持恒定。

  2.采用谐波设计理论进行测力轮对测量电桥的设计和分析,能够预先评估测量电桥的输出特性,充分利用测量电桥的四个桥臂中各应变片之间的组合迭加关系,消除其中的某些谐波分量,同时增强所需要的谐波分量,获得比较理想的波形。

  3.在本项发明专利中系统性地考虑了连续测量中各主要影响因素及其解决方案,提高了测量精度。

  a.采用单周期波形,使得灵敏度得以大大提高。

  b.利用了正弦、余弦函数的运算关系式来进行迭加合成,实现了不依赖于转角的恒定灵敏度。

  c.主输出信号灵敏度和串扰输出灵敏度之间能够始终保持恒定的比例关系,解耦过程简单而有效。

  d.对轮轨接触点横移位置的变化主要采取了抑制法,将接触点的影响控制在可以忽略不计的范围内,简化测量桥路的构成。

  与国内外以往技术相比较,本项发明不存在理论上的固有设计缺陷,提高了测试精度,并且具有桥路数量最少,桥路输出灵敏度波形特征最简洁,灵敏度高、串扰消除效果好,轮轨接触点横向移动影响小,频响特性好,数据处理流程简捷,响应速度快,系统组件少可靠性高等显著特点。因此从总体技术上比较,本项发明专利的技术达到了国际先进水平。

  本项发明专利先后运用于多项铁路科研试验项目及安全保障检测设备中。主要有以下若干方面的应用实例。

  1.在试验室内滚动试验台上进行了1:1实物轮对脱轨模拟试验。完成了车轮脱轨机理等轮轨关系的基础性理论研究

  2.干线铁路货车脱轨试验研究,查找到了货车结构性缺陷导致脱轨事故发生,为保障铁路运输安全作出了重大贡献。

  3.货物列车对轨道线路的动荷作用研究。为准确分析轨道设计参数提供了科学依据。

  4.轮轴强度设计参数的研究,查找出了车轴强度的薄弱环节,为改进车轴强度设计标准提供了科学依据。

  5.铁路提速和准高速安全评估。在广深线准高速和原铁道部组织的历次全路既有线大提速试验中,以轮轨力连续测量技术为核心的安全监测设备在试验期间安全保障中发挥了关键性作用。

  6.在CRH380A-001和CRH380B-002高速综合检测列车和轨道检查车上的应用保障了高速铁路的运营安全。

  7.建立起符合国际标准要求的检验试验能力。使我国自行研发的轮轨力连续测量技术适用于国际公认的标准,大大提升了对国外委托方提供检测服务的能力。

  围绕着本项发明技术,先后共扩展申请了4项发明专利和5项实用新型专利,均已获得授权。

  以本项发明技术为核心的“安全综合检测车轮轨力检测系统研制和应用”项目,先后获得中国铁道学会2011年度科学技术奖二等奖和2013年度北京市科学技术奖二等奖。

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