輪軌接觸狀態(tài)在線檢測關鍵技術研究.pdf

1、輪軌接觸狀態(tài)的測量是車輛動力學理論與實踐的重要環(huán)節(jié)，對于車輛動力性能研究、脫軌機理研究、輪軌接觸狀態(tài)研究及列車運行安全監(jiān)測都具有重要的意義。隨著中國鐵路運輸向高速、重載方向發(fā)展，輪軌作用力的測量在精度和速度上都有了更高的要求。測力輪對方法是以輪對作為檢測輪軌力的傳感器，通過測量輪對特定位置的應變實現(xiàn)輪軌力的連續(xù)檢測，是目前最準確、最直接的輪軌力測量技術。由于車輛在運行過程中，輪對受到軌道時變、非平穩(wěn)的作用力影響產(chǎn)生應變，這種應變又被輪對

2、轉(zhuǎn)動所調(diào)制，因此測力輪對的測量精度會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）、輪軌力作用點位置變化及其它一些干擾因素，所以需要對車輪輻板應變測力輪對技術的測量理論和數(shù)據(jù)處理方法做更深入的研究。
　　 論文綜述了測力輪對的發(fā)展歷程和目前國際國內(nèi)測力輪對的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了輪軌載荷作用下輪對輻板和車軸的應力分布，提出了適用性較強的測力輪對測量模型及其對應的計算方法，并研制了基于精密時間測量技術的無線測力輪對檢

3、測系統(tǒng)。其主要內(nèi)容與成果如下:
　　 1、提出以輪對整體為檢測對象的輪軌力測量模型
　　 在車輛動力學試驗中廣泛使用的測力輪對技術，雖然經(jīng)過了幾十年的發(fā)展但在輪軌力連續(xù)測量中仍存在欠缺之處。目前的國標方案基于兩個前提:1、輪對輻板上能找到只含一次諧波輸出的組橋半徑;2、輪對輻板上能找到橫向力和垂向力輸出沒有交叉干擾的組橋半徑。這些對于現(xiàn)在大部分輪對（特別是動車組直輻板輪對）很難完全做到，并且，國標方案認為輪對沿名義滾動圓

4、滾動，沒有考慮作用點位置變化對輸出信號的影響，測量存在較大誤差。
　　 論文在對目前列車輪對進行仿真分析的基礎上，分析了輪對輻板和車軸在橫向力、垂向力和作用點位置變化作用下產(chǎn)生應變的分布規(guī)律，采用在同一半徑（輻板）和同一截面位置（車軸）布置多個應變片組合來消除對應的干擾諧波。以車輪為測量對象的方案在組橋方式上易于實現(xiàn)，但是針對目前常用的高速動車組的直輻板輪對，不易在直輻板上找到適合的半徑適合其假設條件。以輪對為測量對象的檢測方法

5、理論上適用所有型號的測力輪對，但其具體應用還要考慮具體型號輪對的安裝方式的客觀條件。
　　 2、提出基于現(xiàn)代信號理論的測力輪對輪軌接觸作用力估計方法
　　 根據(jù)經(jīng)驗可知，在車輛正常平穩(wěn)行駛階段的任意較短時間內(nèi)，導致輪對應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、作用點位置和輪對旋轉(zhuǎn)角度）在時間上存在一定的延續(xù)性。也就是說，在正常行駛狀態(tài)下，只要保證采樣時間足夠短，則可以認為當前狀態(tài)是在前一時刻狀態(tài)基礎上作出微

6、小改變，這就導出了作用狀態(tài)變量橫向力、垂向力、作用點位置和輪對旋轉(zhuǎn)角度在時間上的變化規(guī)律和遞推關系。
　　 論文通過研究的輪軌接觸狀態(tài)的變化特點，建立了測力輪對檢測系統(tǒng)關于時間的遞推模型，并討論了各種條件下各種粒子濾波類算法對測力輪對模型的適用性。
　　 3、研制了基于精密時間測量技術的無線測力輪對檢測系統(tǒng)
　　 基于精密時間測量的應變檢測技術不同于常規(guī)的惠斯通電橋測量方法，通過測量應變片對精密電容的充放電時間計