CN105547451A - 一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法 - Google Patents

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方姣
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郑继峰
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    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
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Abstract

本发明公开了一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法。该方法利用三轴无线加速度传感器感应部位上X,Y,Z三方向加速度传感器，同时分别拾取车轮横向、纵向、轴向三个方向的振动信号，并将三个方向上的振动模拟信号经放大器放大、再经源二阶低通滤波器的处理，提高信噪比后通过信号处理单元进行处理和储存得到电信号，无线发送模块通过SPI接口与处理单元进行数据交换完成数据的无线传输。将数据传输到放在车体内的无线接收器，接收器通过USB连接线将数据信息传入到装有软件的计算机上，工作人员可以通过打开计算机中的软件输出横向、纵向、垂向三个方向上的加速度波形，从而得出车轮三个方向上的振动情况。该方法安装方便、操作简单、精准度高，测试结果可实时无线传输，消除了长电缆绕线问题。

Description

一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法
技术领域
本发明涉及一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法。
背景技术
随着我国客货铁路运输朝着高速化和重载化方向发展，客运列车的运行速度和货运列车的牵引质量不断提高，高速列车车轮振动加剧。为解决高速列车车轮存在的实际问题，越来越多的国内外学者通过建立高速列车车轮空间耦合振动模型，综合考虑整个体系的各种因素，系统地分析高速列车车轮耦合振动的相互作用。为了更好的研究高速列车车轮在横向、纵向以及垂向的空间耦合振动特性以及这种耦合振动对列车运行的影响，有必要设计一种操作简单，携带方便，将横向、纵向和垂向的振动加速度时域和波形集中到同一台仪器上，并且可以实现三个方向上振动数据的实时输出的测试方法。为了实现这种方法，要重点解决以下几个问题：
（1）准确捕捉到高速列车车轮横向、纵向和垂向的振动，排除可能出现的干扰信号，输出可靠结果数据；
（2）由于车轮持续转动，需要避免长电缆绕线问题；
（3）高速列车车轮转速很高，测试人员尽量远离测试现场，提高测试的安全性；
（4）测试仪器可便携，操作简单，界面直观易用。
发明内容
为了得到高速列车车轮横向、纵向和垂向的振动加速度时域和波形，满足精确、实用、易于检测的要求，本发明提供了一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法，该方法以三轴无线加速度传感器为测试核心，通过螺纹将传感器安装在车轮的幅板上，由加速度传感器的感应端拾取车轮横向、纵向、垂向三个方向上的振动信号，并将3个方向上的振动模拟信号经放大、滤波后传送到微处理器进行处理，输出和加速度成正比的模拟电压信号，电压信号通过ＳＰＩ接口与处理单元进行数据交换完成数据的无线传输，将数据传输到放在车体内的无线接收器，无线接收器通过USB连接线与个人电脑相连，在个人电脑屏幕上显示横向、纵向、垂向的加速度测试结果。该测试方法不仅能够很好地测出各个方向上振动加速度时域和波形，而且测试仪器安装方便、操作简单、精准度高。
本发明所采用的技术方案是：三轴无线加速度传感器的感应部位通过螺纹安装在车轮的辐板上，利用感应部位内部的X,Y,Z三方向加速度传感器，同时分别拾取车轮横向、纵向、垂向三个方向的振动信号，并将三个方向上的振动模拟信号经放大器放大、再经源二阶低通滤波器的处理，提高信噪比后通过信号处理单元进行处理和储存得到电信号，无线发送模块通过SPI接口与处理单元进行数据交换完成数据的无线传输。将数据传输到放在车体内的无线接收器，接收器通过USB连接线将数据信息传入到装有软件的计算机上，工作人员可以通过打开计算机中的软件输出横向、纵向、垂向三个方向上的加速度波形，从而得出车轮三个方向上的振动情况。该方法安装方便、操作简单、精准度高，测试结果可实时无线传输，消除了长电缆绕线问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）可以同时精确地测量高速列车车轮横向、纵向和垂向的振动加速度时域和波形。
（2）无线发送模块通过SPI接口与处理单元进行数据交换完成数据的无线传输，能将测试结果通过无线接收器实时传输到安装有配套软件的移动终端笔记本电脑上，实测最大传输距离(室外)达500ｍ，测试时工作人员不需在测试现场，保证了测试过程的安全。
（3）消除了长电缆传输带来的噪音干扰，使得测量结果更加准确。
（4）接收器和电脑放在车体内，数据的输出不受列车运行的影响。
（5）测试仪安装方便、便于携带，操作简单，界面直观一目了然，大幅减少了工作人员的工作量，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的仪器外观示意图。
图2为本发明中三轴无线加速度传感器外观示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
如附图1、附图2所示，本发明在工作时使用的仪器由三轴无线加速度振动传感器、接收器、USB连接线、计算机处理端等组成。
本发明的工作方法如下：
将三轴加速度无线传感器（4）通过螺纹安装在高速列车车轮（2）的辐板上，传感器由2节电压为3.6Ｖ的锂电池提供电源，车轮在钢轨（5）上运行时，高速列车车轮在横向、纵向、垂向都会发生振动，X,Y,Z三个方向上的传感器感应部位（9）中单集成芯片内的惯性质量块在高速列车车轮空振动的作用下与被检测电极间的空隙发生改变,从而分别拾取车轮上三个方向上的振动信号，并将3个方向上的振动模拟信号经放大器放大、再经源二阶低通滤波器的处理，提高信噪比后传送到微处理器进行处理为电信号。电信号传入数据处理单元进行数据处理和数据储存，数据处理单元并与无线发送模块配合使用，无线发送模块（12）通过SPI接口与处理单元进行数据交换完成数据的无线传输。将数据传输到放在车体内的无线接收器（6），接收器通过USB连接线（7）将数据信息传入到装有软件的计算机（8）上，工作人员可以通过打开计算机中的软件输出横向、纵向、垂向三个方向上的加速度波形，从而得出车轮三个方向上的振动情况。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法，其特征在于利用三轴无线加速度传感器（4）同时分别拾取车轮横向、纵向、垂向三个方向的振动信号，经数据处理得到电信号，通过无线信号发送给无线接收器（6），接收器通过USB连接线（7）将数据信息传入到装有软件的计算机上，工作人员可以通过打开计算机中的软件输出横向、纵向、垂向三个方向上的加速度波形，从而得出车轮在三个方向上的振动情况。
2.根据权利要求1所述的一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法，其特征在于：三轴无线加速度传感器（4）的感应部位（9）通过螺纹安装在车轮的辐板上，感应部位（9）内部具有X,Y,Z三方向加速度传感器，则可同时分别拾取到车轮横向、纵向、垂向三个方向的振动信号，并输出振动信号。
3.根据权利要求1所述的一种高速列车车轮空间耦合振动测试的新方法，其特征在于：振动信号通过信号处理单元（10）进行处理和储存后得到电信号，处理单元（10）通过SPI接口与无线发送模块（12）进行数据交换，并且将数据传输到无线发送模块（12）；发射端（11）通过无线信号将数据传给无线接收器（6），接收器通过USB导线（7）将数据最终显示上计算机上（8），即可完成高速列车车轮空间耦合振动测试。
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