一種測力輪對的連續(xù)測量方法及裝置
本項發(fā)明專利涉及鐵路和軌道交通領域，主要應用于輪軌間相互作用的動力學關系檢測和研究。本項發(fā)明的意義在于成功地解決了長期困擾鐵路業(yè)界的輪軌關系研究技術難題，獲得了具有完全自主知識產(chǎn)權的連續(xù)測量測力輪對技術，系統(tǒng)解決了輪軌力連續(xù)測量、靈敏度提高、串擾消除、接觸點影響、橫向力方向識別等一系列關鍵問題。
本項專利的主要創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾個方面：
1.采用“單周期雙橋路正弦余弦合成法”連續(xù)測量測力輪對技術為國內(nèi)外首創(chuàng)，屬國際上的獨有技術。主要特點是：垂向力和橫向力測量電橋都各由兩個測量電橋構成，隨著車輪旋轉一周，每個測量電橋的靈敏度也相應完成一個正弦周期，因相位相差90°而成為正弦和余弦關系。利用“平方之和再開方”的簡單三角函數(shù)運算公式使得合成后的測量靈敏度在任意車輪轉角位置上都始終保持恒定。
2.采用諧波設計理論進行測力輪對測量電橋的設計和分析，能夠預先評估測量電橋的輸出特性，充分利用測量電橋的四個橋臂中各應變片之間的組合迭加關系，消除其中的某些諧波分量，同時增強所需要的諧波分量，獲得比較理想的波形。
3.在本項發(fā)明專利中系統(tǒng)性地考慮了連續(xù)測量中各主要影響因素及其解決方案，提高了測量精度。
a.采用單周期波形，使得靈敏度得以大大提高。
b.利用了正弦、余弦函數(shù)的運算關系式來進行迭加合成，實現(xiàn)了不依賴于轉角的恒定靈敏度。
c.主輸出信號靈敏度和串擾輸出靈敏度之間能夠始終保持恒定的比例關系，解耦過程簡單而有效。
d.對輪軌接觸點橫移位置的變化主要采取了抑制法，將接觸點的影響控制在可以忽略不計的范圍內(nèi)，簡化測量橋路的構成。
與國內(nèi)外以往技術相比較，本項發(fā)明不存在理論上的固有設計缺陷，提高了測試精度，并且具有橋路數(shù)量最少，橋路輸出靈敏度波形特征最簡潔，靈敏度高、串擾消除效果好，輪軌接觸點橫向移動影響小，頻響特性好，數(shù)據(jù)處理流程簡捷，響應速度快，系統(tǒng)組件少可靠性高等顯著特點。因此從總體技術上比較，本項發(fā)明專利的技術達到了國際先進水平。
本項發(fā)明專利先后運用于多項鐵路科研試驗項目及安全保障檢測設備中。主要有以下若干方面的應用實例。
1.在試驗室內(nèi)滾動試驗臺上進行了1:1實物輪對脫軌模擬試驗。完成了車輪脫軌機理等輪軌關系的基礎性理論研究
2.干線鐵路貨車脫軌試驗研究，查找到了貨車結構性缺陷導致脫軌事故發(fā)生，為保障鐵路運輸安全作出了重大貢獻。
3.貨物列車對軌道線路的動荷作用研究。為準確分析軌道設計參數(shù)提供了科學依據(jù)。
4.輪軸強度設計參數(shù)的研究，查找出了車軸強度的薄弱環(huán)節(jié)，為改進車軸強度設計標準提供了科學依據(jù)。
5.鐵路提速和準高速安全評估。在廣深線準高速和原鐵道部組織的歷次全路既有線大提速試驗中，以輪軌力連續(xù)測量技術為核心的安全監(jiān)測設備在試驗期間安全保障中發(fā)揮了關鍵性作用。
6.在CRH380A-001和CRH380B-002高速綜合檢測列車和軌道檢查車上的應用保障了高速鐵路的運營安全。
7.建立起符合國際標準要求的檢驗試驗能力。使我國自行研發(fā)的輪軌力連續(xù)測量技術適用于國際公認的標準，大大提升了對國外委托方提供檢測服務的能力。
圍繞著本項發(fā)明技術，先后共擴展申請了4項發(fā)明專利和5項實用新型專利，均已獲得授權。
以本項發(fā)明技術為核心的“安全綜合檢測車輪軌力檢測系統(tǒng)研制和應用”項目，先后獲得中國鐵道學會2011年度科學技術獎二等獎和2013年度北京市科學技術獎二等獎。
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