輪軌接觸狀態(tài)在線檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、輪軌接觸狀態(tài)的測(cè)量是車輛動(dòng)力學(xué)理論與實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于車輛動(dòng)力性能研究、脫軌機(jī)理研究、輪軌接觸狀態(tài)研究及列車運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)都具有重要的意義。隨著中國(guó)鐵路運(yùn)輸向高速、重載方向發(fā)展，輪軌作用力的測(cè)量在精度和速度上都有了更高的要求。測(cè)力輪對(duì)方法是以輪對(duì)作為檢測(cè)輪軌力的傳感器，通過(guò)測(cè)量輪對(duì)特定位置的應(yīng)變實(shí)現(xiàn)輪軌力的連續(xù)檢測(cè)，是目前最準(zhǔn)確、最直接的輪軌力測(cè)量技術(shù)。由于車輛在運(yùn)行過(guò)程中，輪對(duì)受到軌道時(shí)變、非平穩(wěn)的作用力影響產(chǎn)生應(yīng)變，這種應(yīng)變又被輪對(duì)

2、轉(zhuǎn)動(dòng)所調(diào)制，因此測(cè)力輪對(duì)的測(cè)量精度會(huì)受到多種因素的影響，如:貼片工藝、車輪均勻性、車輛速度（車輪轉(zhuǎn)速）、輪軌力作用點(diǎn)位置變化及其它一些干擾因素，所以需要對(duì)車輪輻板應(yīng)變測(cè)力輪對(duì)技術(shù)的測(cè)量理論和數(shù)據(jù)處理方法做更深入的研究。
　　 論文綜述了測(cè)力輪對(duì)的發(fā)展歷程和目前國(guó)際國(guó)內(nèi)測(cè)力輪對(duì)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了輪軌載荷作用下輪對(duì)輻板和車軸的應(yīng)力分布，提出了適用性較強(qiáng)的測(cè)力輪對(duì)測(cè)量模型及其對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法，并研制了基于精密時(shí)間測(cè)量技術(shù)的無(wú)線測(cè)力輪對(duì)檢

3、測(cè)系統(tǒng)。其主要內(nèi)容與成果如下:
　　 1、提出以輪對(duì)整體為檢測(cè)對(duì)象的輪軌力測(cè)量模型
　　 在車輛動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)中廣泛使用的測(cè)力輪對(duì)技術(shù)，雖然經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展但在輪軌力連續(xù)測(cè)量中仍存在欠缺之處。目前的國(guó)標(biāo)方案基于兩個(gè)前提:1、輪對(duì)輻板上能找到只含一次諧波輸出的組橋半徑;2、輪對(duì)輻板上能找到橫向力和垂向力輸出沒(méi)有交叉干擾的組橋半徑。這些對(duì)于現(xiàn)在大部分輪對(duì)（特別是動(dòng)車組直輻板輪對(duì)）很難完全做到，并且，國(guó)標(biāo)方案認(rèn)為輪對(duì)沿名義滾動(dòng)圓

4、滾動(dòng)，沒(méi)有考慮作用點(diǎn)位置變化對(duì)輸出信號(hào)的影響，測(cè)量存在較大誤差。
　　 論文在對(duì)目前列車輪對(duì)進(jìn)行仿真分析的基礎(chǔ)上，分析了輪對(duì)輻板和車軸在橫向力、垂向力和作用點(diǎn)位置變化作用下產(chǎn)生應(yīng)變的分布規(guī)律，采用在同一半徑（輻板）和同一截面位置（車軸）布置多個(gè)應(yīng)變片組合來(lái)消除對(duì)應(yīng)的干擾諧波。以車輪為測(cè)量對(duì)象的方案在組橋方式上易于實(shí)現(xiàn)，但是針對(duì)目前常用的高速動(dòng)車組的直輻板輪對(duì)，不易在直輻板上找到適合的半徑適合其假設(shè)條件。以輪對(duì)為測(cè)量對(duì)象的檢測(cè)方法

5、理論上適用所有型號(hào)的測(cè)力輪對(duì)，但其具體應(yīng)用還要考慮具體型號(hào)輪對(duì)的安裝方式的客觀條件。
　　 2、提出基于現(xiàn)代信號(hào)理論的測(cè)力輪對(duì)輪軌接觸作用力估計(jì)方法
　　 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，在車輛正常平穩(wěn)行駛階段的任意較短時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)致輪對(duì)應(yīng)變橋輸出改變的作用因素的狀態(tài)變量（包括橫向力、垂向力、作用點(diǎn)位置和輪對(duì)旋轉(zhuǎn)角度）在時(shí)間上存在一定的延續(xù)性。也就是說(shuō)，在正常行駛狀態(tài)下，只要保證采樣時(shí)間足夠短，則可以認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)是在前一時(shí)刻狀態(tài)基礎(chǔ)上作出微

6、小改變，這就導(dǎo)出了作用狀態(tài)變量橫向力、垂向力、作用點(diǎn)位置和輪對(duì)旋轉(zhuǎn)角度在時(shí)間上的變化規(guī)律和遞推關(guān)系。
　　 論文通過(guò)研究的輪軌接觸狀態(tài)的變化特點(diǎn)，建立了測(cè)力輪對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)于時(shí)間的遞推模型，并討論了各種條件下各種粒子濾波類算法對(duì)測(cè)力輪對(duì)模型的適用性。
　　 3、研制了基于精密時(shí)間測(cè)量技術(shù)的無(wú)線測(cè)力輪對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)
　　 基于精密時(shí)間測(cè)量的應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)不同于常規(guī)的惠斯通電橋測(cè)量方法，通過(guò)測(cè)量應(yīng)變片對(duì)精密電容的充放電時(shí)間計(jì)