基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台制造技术

本发明专利技术公开一种基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台，包括比例转向架、比例车体、比例轨道、动力加载与控制系统、数据采集系统、信号处理与分析系统；比例车体通过比例转向架连接轮对，比例转向架包括轴箱、构架、一系弹簧、变速器和电机，电机带动与车轴相连的变速器为轮对运动提供牵引力，车轴连接轮对，车轴为空心车轴；动力加载与控制系统包括垂向激振器，垂向激振器作用于比例轨道下方；数据采集系统包括传感器，传感器包括应力应变片、位移传感器、加速度传感器。本发明专利技术能同时进行振动响应应力应变测试、轮轨力载荷识别、车辆牵引控制、车轮降噪性能优化等试验研究，能够精确检测出轮对特别是车轴的磨耗擦伤等导致的损伤。

Wheel damage identification test-bed of high-speed train based on acceleration response of wheel vibration

【技术实现步骤摘要】
基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台
本专利技术涉及交通设备领域，尤其涉及一种基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台。
技术介绍
高速列车是我国高科技新技术发展的一个重要方向，如何提高列车行驶速度及安全性是我们车辆人的不懈追求。然而，车轴处于高周期、高强度的条件下运行,在扭转、拉伸和压缩的作用下,材质易发生疲劳裂纹并且裂纹位置隐蔽,当裂纹的尺寸发展到一定长度时,如果不及时对车轴进行检测,有可能发生切轴断裂的事故,给乘客的人身和财产安全带来极大的威胁,给国家造成极大的经济损失和带来不良的社会影响。因此有必要对列车车轴进行无损检测及时发现缺陷以防患于未然。目前国内外通常采用在车轴表面贴应变片测量应变的方法对列车车轴(轮对)进行损伤识别，这样不仅工作量较繁重并且误差也较大。鲜有利用新技术设备的车轴(轮对)振动响应试验台对相关实验进行简化。我国GB/T5599中规定的运行安全性指标主要有轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率。UIC、EN标准规定的评价指标主要包括轮轴横向力、脱轨系数、轮轨垂向力、扭曲线路通过、转向架转动系数等。该标准还规定了车辆脱轨系数。脱轨系数是根据车轮爬轨脱轨条件制定的，考虑轮轨之间爬轨脱轨临界条件并考虑一定的安全裕量制定评价限值，以轮轨横向力和轮轨垂向力之比作为指标值。该标准计算时按照下式计算：其中Q-轮轨横向力，P-轮轨垂向力实际计算脱轨系数时，只需要知道轮轨横向力和轮轨垂向力，对两者的比值进行后处理并取最大值即可，然后再与限制值比较是否满足标准要求。详细处理方法见GB/T5599。其中，轮轴横向力也是常用的车辆运行安全性指标。轮轴横向力H为同一轮对左右车轮轮轨横向力的代数和，用于评定车辆在运行过程中，是否会因为过大的横向力而导致规矩扩宽或线路产生严重变形。各种动力学标准对轮轴横向力的评定指标各有不同。我国GB/T5599对轮轴横向力评定值计算方式如下：H≤15+P0/3其中，P0-静轴重。力的单位为千牛。UIC518对轮轴横向力采用2m滑动平均处理，评定值按下式计算：(∑Y2m)lim＝α(10+P0/3)其中，各力的单位均为千牛。系数α与车辆类型有关，机车、客车、轨道车取1，货车、特种车取0.85。我国TB/T2395-1993对动力车(有驱动电机)车轴设计和校核进行了相关规定，如图8所示：对于每个截面.通过合力矩品债来计算最大应力(见下面的注解〉.其公式为：对于空心车轴外表面：孔内：其中，σn1-外表面应力，σn2-内表面应力,K-应力集中系数,d-车轴截面半径，d'-空心车轴截面半径。TB/T2541-2010标准和TB/T1335-1996标准均给出了静载荷实验标准。其中，TB/T1335-1996标准中规定鉴定强度时须进行应力换算，垂向静载荷下的应力要考虑动载荷的影响，具体换算公式如下：σd＝σc(1+Kd)其中，σd—动应力,σc-静应力,Kd-动载荷系数上述几种规范中，对车辆运行安全性相关指标和车轴强度进行了详细介绍，并且都是通过静载荷实验结果评估车辆轮对车轴强度。虽然用静载荷试验方法评价疲劳强度简单实用，但是传统静应力应变试验可能对车轴状态识别可行度和精确度不高，不能完成损伤识别和载荷识别要求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于车轮振动加速度响应高速列车轮对(车轴)损伤识别试验台，能同时进行振动响应应力应变测试、轮轨力载荷识别、车辆牵引控制、车轮降噪性能优化等试验研究，能够精确检测出轮对特别是车轴的磨耗擦伤等导致的损伤。通过垂向激振器激振作用模拟高速列车运行时受到的轮轨垂向作用力，并能在不同工况下进行接触位置调整；通过模拟列车各个工况下运动情况并进行数据测试，得到各工况下列车轮对试验数据，通过车轴内壁传感器得到应力应变等参数和布置在轴箱上的加速度传感器测得的加速度信息，声发射仪及热成像仪对试验数据进行收集，再将数据传输至计算机进行应力应变和损伤识别分析。为达到上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：本专利技术公开的基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台，包括比例转向架、比例车体、比例轨道、动力加载与控制系统、数据采集系统、信号处理与分析系统；所述比例车体通过比例转向架连接轮对，所述比例转向架包括轴箱、构架、一系弹簧、变速器和电机，电机带动与车轴相连的变速器为轮对运动提供牵引力，所述车轴连接轮对，车轴为空心车轴；所述动力加载与控制系统包括垂向激振器，所述垂向激振器作用于比例轨道下方；所述数据采集系统包括传感器，所述传感器包括应力应变片、位移传感器、加速度传感器，所述应力应变片包括布置在轨道上的应力应变片A和贴装在空心车轴内壁的应力应变片B，所述位移传感器布置于一系弹簧与轴箱连接板处，所述加速度传感器用于对车辆行驶加速度和轴箱横向加速度以及垂向加速度进行测量，所述数据采集系统连接信号处理与分析系统。进一步的，所述比例转向架还包括空气弹簧、支撑弹簧，所述构架为弓形，构架顶部依次通过空气弹簧、连接板连接比例车体，所述支撑弹簧横向支撑在轴箱与车轮的内沿之间，所述一系弹簧支撑在轴箱与构架之间，一系弹簧为可变阻尼弹簧。进一步的，所述数据采集系统还包括声发射仪、热成像仪，所述比例轨道安装在支撑架上，所述声发射仪、热成像仪安装在支撑架上，声发射仪、热成像仪连接信号分析与处理系统。优选的，所述轴箱为空心轴筒式轴箱，所述应力应变片B通过穿过空心车轴的金属探棒传输数据，所述金属探棒两端支撑在支撑架上。优选的，所述比例车体、轮对、比例转向架均为高速列车实际尺寸的1:8比例模型。优选的，所述变速器为齿轮箱，所述齿轮箱采用抱轴式安装于车轴上，齿轮箱通过螺杆与电机相连，电机通过螺栓固定于比例转向架横梁上。优选的，所述垂向激振器为液压作动器，所述液压作动器包括伺服控制器。优选的，所述垂向激振器共7组，每组两个对称分布在比例轨道两侧，7组垂向激振器等间隔布置，垂向激振器安装在固定基座上。优选的，所述比例车体为铝制。优选的，所述信号处理与分析系统包括计算机。本专利技术省略了与测试无关部件。为了模拟车辆实际运动姿态，由悬挂在横梁上的电机带动与车轴相连的变速器为轮对运动提供牵引力。其中，转速和方向由动力控制系统控制。为了模拟轮轨间激振转态，轮轨间垂向激振力由布置在轨道架下的激振器实现。在实验测试中，轨道振动情况由布置在轨道上的应力应变片采集数据，车轴和车轮的振动数据由布置在轴箱上的加速度传感器获取，然后输出至信号采集仪。加速度传感器用于对车辆行驶加速度和轴箱横向及垂向加速度进行测量，得到一系弹簧阻尼变化时对车辆垂向及纵向振动数据、车轴及车轮振动加速度数据，用于计算分析车轮车轴损伤情况和轮轨间垂向力；位移传感器布置于一系弹簧与轴箱连接板处，获得激振情况下弹簧的变形数据，并在车轴连接处布置位移传感器作清零本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台，其特征在于：包括比例转向架、比例车体、比例轨道、动力加载与控制系统、数据采集系统、信号处理与分析系统；/n所述比例车体通过比例转向架连接轮对，所述比例转向架包括轴箱、构架、一系弹簧、变速器和电机，电机带动与车轴相连的变速器为轮对运动提供牵引力，所述车轴连接轮对，车轴为空心车轴；/n所述动力加载与控制系统包括垂向激振器，所述垂向激振器作用于比例轨道下方；/n所述数据采集系统包括传感器，所述传感器包括应力应变片、位移传感器、加速度传感器，所述应力应变片包括布置在轨道上的应力应变片A和贴装在空心车轴内壁的应力应变片B，所述位移传感器布置于一系弹簧与轴箱连接板处，所述加速度传感器用于对车辆行驶加速度和轴箱横向加速度以及垂向加速度进行测量，所述数据采集系统连接信号处理与分析系统。/n

【技术特征摘要】
1.基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台，其特征在于：包括比例转向架、比例车体、比例轨道、动力加载与控制系统、数据采集系统、信号处理与分析系统；
所述比例车体通过比例转向架连接轮对，所述比例转向架包括轴箱、构架、一系弹簧、变速器和电机，电机带动与车轴相连的变速器为轮对运动提供牵引力，所述车轴连接轮对，车轴为空心车轴；
所述动力加载与控制系统包括垂向激振器，所述垂向激振器作用于比例轨道下方；
所述数据采集系统包括传感器，所述传感器包括应力应变片、位移传感器、加速度传感器，所述应力应变片包括布置在轨道上的应力应变片A和贴装在空心车轴内壁的应力应变片B，所述位移传感器布置于一系弹簧与轴箱连接板处，所述加速度传感器用于对车辆行驶加速度和轴箱横向加速度以及垂向加速度进行测量，所述数据采集系统连接信号处理与分析系统。


2.根据权利要求1所述的基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台，其特征在于：所述比例转向架还包括空气弹簧、支撑弹簧，所述构架为弓形，构架顶部依次通过空气弹簧、连接板连接比例车体，所述支撑弹簧横向支撑在轴箱与车轮的内沿之间，所述一系弹簧支撑在轴箱与构架之间，一系弹簧为可变阻尼弹簧。


3.根据权利要求2所述的基于车轮振动加速度响应高速列车轮对损伤识别试验台，其特征在于：所述数据采集系统还包括声发射仪、热成像仪，所述比例轨道安装在支撑架上，所述声发射仪、热成像仪安装在支撑架上，声发射仪、热成像仪连接信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪炳荣，彭齐明，雒耀翔，杨树旺，蒋钏应，陈辉，裘杨喆，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51