CN117249930A - 一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法，该实时监测系统包括：在构架外部需监测应力圆弧区域固定的电阻应变片；电阻应变片用来将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；在构架内部需监测应力区域下方的构架箱型腔内固定的光纤；在构架外力板的低应力区设置的小圆孔；光纤穿过小圆孔与光纤应力应变传感器连接；光纤及光纤应力应变传感器，用来将构架内部的应力值反馈到上位机系统中。本发明能实时监测构架内、外部关键部位应力值，保障构架线路测试的安全性，呈现构架的应力状态水平，对工程技术人员后续产品优化提供有力支撑。光纤预置在构架封闭腔内部，仅需小孔径圆孔即可将测试信号传递出来，操作上更符合工程实际。
Description
技术领域
本发明涉及高速动车组转向架技术领域，特别涉及一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法。
背景技术
构架作为转向架关键承载部件之一，对车辆的运营安全有重要影响。近期，轨道交通行业对轨道车辆轻量化的要求越来越高，而构架的重量占转向架的比重较大，因此构架的轻量化设计成为各主机厂的研究重点。为了保证轻量化构架线上运行的安全性以及风险可控，需要对构架关键部位应力进行实时监测。目前构架应力实时监测手段仍然以粘贴电阻应变片方式为主，可对表面应力进行实时监测，但对于钢制特殊封闭腔结构和新型碳纤维构架内部的高应力点无法实现实时监测，在振动载荷的激励下，会出现无法预测的内部开裂失效型式。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统，包括：
在构架外部需监测应力圆弧区域固定的电阻应变片；所述电阻应变片用来将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；
在构架内部需监测应力区域下方的构架箱型腔内固定的光纤；在构架外力板的低应力区设置的小圆孔；所述光纤穿过所述小圆孔与光纤应力应变传感器连接；所述光纤及所述光纤应力应变传感器，用来将构架内部的应力值反馈到所述上位机系统中。
在上述技术方案中，多个测点的所述光纤分别穿过所述小圆孔与所述光纤应力应变传感器连接。
在上述技术方案中，所述电阻应变片粘贴固定在所述构架外部需监测应力圆弧区域。
在上述技术方案中，所述光纤焊接固定在构架内部需监测应力区域下方的构架箱型腔内。
一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测方法，该实时监测方法适用的实时监测系统包括：
在构架外部需监测应力圆弧区域固定的电阻应变片；所述电阻应变片用来将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；
在构架内部需监测应力区域下方的构架箱型腔内固定的光纤；在构架外力板的低应力区设置的小圆孔；所述光纤穿过所述小圆孔与光纤应力应变传感器连接；所述光纤及所述光纤应力应变传感器，用来将构架内部的应力值反馈到所述上位机系统中；
该实时监测方法包括以下步骤：
步骤i：通过所述电阻应变片将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；
步骤ii：通过光纤及所述光纤应力应变传感器，将构架内部的应力值反馈到所述上位机系统中；
步骤iii：所述上位机系统对所述电阻应变片的信号和所述光纤应力应变传感器的信号进行应力值计算和处理，得到构架内、外部关键部位实时应力值。
在上述技术方案中，在步骤iii之后还包括步骤：步骤iv：将应力值与预警值和报警值进行对比，在显示应力值时同步进行监控报警。
在上述技术方案中，步骤iv具体为：
超出应力报警值的应力监测值在报警栏中显示、发出报警提示音并在数据采集记录中特殊标记；
超出应力预警值且小于应力报警值的应力监测值在预警栏中显示、发出预警提示音并在数据采集记录中特殊标记；
小于应力预警值的应力监测值在正常应力栏中显示。
在上述技术方案中，在步骤i之前还设有步骤：在上位机系统中对构架使用材料进行应力预警值和应力报警值设定。
本发明具有以下有益效果：
本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法，能够实时监测构架内、外部关键部位应力值，充分保障构架线路测试的安全性，并时刻呈现构架的应力状态水平，对工程技术人员后续产品优化提供有力支撑。此外，用于应力测试的光纤还可提前预置在构架封闭腔内部，仅需预留小孔径即可将测试信号传递出来，操作上更符合工程实际。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为该监测方法的流程示意图。
图2为构架表面布置电阻应变片结构示意图。
图3为构架内部布置光纤结构示意图。
图中的附图标记表示为：
1-构架外部需监测应力圆弧区域；2-电阻应变片；
3-构架箱型腔；4-构架内部需监测应力区域；5-小圆孔；6-光纤。
具体实施方式
本发明的发明思想为：本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法，基于电阻应变片监测手段，结合光纤应力测试优势，得到一种可以实时监测构架关键部位应力的普适性实时监测系统。
本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法，通过电阻应变片和电桥及放大电路将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；通过光缆及光纤应力应变传感器将构架型腔内部的高应力区应力值反馈到上位机系统中，上位机系统对电阻应变片信号和光纤应力应变传感器信号进行应力数值计算和处理，得到构架内、外部关键部位实时应力值，将应力值与预警值和报警值进行对比，进而在显示应力值时同步进行监控报警。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
如图2和3所示，本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统，包括：电阻应变片2和光纤6。在构架外部需监测应力圆弧区域1粘贴固定的电阻应变片2用来将构架表面应力大小反馈到上位机系统中。在构架内部需监测应力区域4下方的构架箱型腔3内焊接固定的光纤6；在构架外力板的低应力区设置的小圆孔5，光纤6穿过小圆孔5与光纤应力应变传感器连接；多个测点的光纤6分别穿过小圆孔5与光纤应力应变传感器连接。光纤6及光纤应力应变传感器用来将构架内部的应力值反馈到上位机系统中。
本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统在具体实施过程中，以普通钢制焊接构架为例，为了便于监测构架内部需监测应力区域4实时应力，在构架生产时需预置光纤6在构架箱型腔3内并焊接固定，同时在构架外力板的低应力区预留一个小圆孔5，以便于将多个测点的光纤6一同传到外部光纤应力应变传感器上。对于构架外部需监测应力圆弧区域1，仅需将电阻应变片2粘贴固定即可。
此处应注意，图3中，构架箱型腔3上方方形窗口仅为示例说明内部相关测点光纤6布置辅助使用，与构架具体结构无关。
构架外部需监测应力通过电阻应变片1和电桥及放大电路将应力大小反馈到上位机系统中；通过光纤6及光纤应力应变传感器将构架内部的高应力区应力值反馈到上位机系统中，上位机系统对电阻应变片2信号和光纤应力应变传感器信号进行应力值计算和处理，得到构架内、外部关键部位实时应力值。
如图1所示，本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测方法包括以下步骤：
步骤i：通过电阻应变片2将构架表面应力大小反馈到上位机系统中。
步骤ii：通过光纤6及光纤应力应变传感器，将构架内部的应力值反馈到上位机系统中。
步骤iii：上位机系统对电阻应变片2的信号和光纤应力应变传感器的信号进行应力值计算和处理，得到构架内、外部关键部位实时应力值。
步骤iv：将应力值与预警值和报警值进行对比，在显示应力值时同步进行监控报警；其中：超出应力报警值的应力监测值在报警栏中显示、发出报警提示音并在数据采集记录中特殊标记；超出应力预警值且小于应力报警值的应力监测值在预警栏中显示、发出预警提示音并在数据采集记录中特殊标记；小于应力预警值的应力监测值在正常应力栏中显示。
本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测方法在具体实施过程中：构架监测前，应在上位机系统中对构架使用材料(包括焊接接头)进行应力预警值和应力报警值设定，对得到的构架内、外部关键部位实时应力值与预警值和报警值进行对比。超出应力报警值的应力监测值会在报警栏中显示、发出报警提示音并在数据采集记录中特殊标记；超出应力预警值且小于应力报警值的应力监测值会在预警栏中显示、发出预警提示音并在数据采集记录中特殊标记；小于应力预警值的应力监测值会在正常应力栏中显示。根据构架实时应力监测值情况，即可为构架动应力评估和后续结构优化提供有效支撑。
为了保证实时监测数据的有效性，正常应力栏中可以调整为实时显示应力监测值，避免预警栏和报警栏的数据出现误报的情况。
上述示例仅为该监测方法中的一种展示方式，本发明不限于具体构架内、外部监测位置、构架材料以及监测点数量。
本发明的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统和方法，能够实时监测构架内、外部关键部位应力值，充分保障构架线路测试的安全性，并时刻呈现构架的应力状态水平，对工程技术人员后续产品优化提供有力支撑。
此外，用于应力测试的光纤还可提前预置在构架封闭腔内部，仅需预留小孔径即可将测试信号传递出来，操作上更符合工程实际。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统，其特征在于，包括：
在构架外部需监测应力圆弧区域(1)固定的电阻应变片(2)；所述电阻应变片(2)用来将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；
在构架内部需监测应力区域(4)下方的构架箱型腔(3)内固定的光纤(6)；在构架外力板的低应力区设置的小圆孔(5)；所述光纤(6)穿过所述小圆孔(5)与光纤应力应变传感器连接；所述光纤(6)及所述光纤应力应变传感器，用来将构架内部的应力值反馈到所述上位机系统中。
2.根据权利要求1所述的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统，其特征在于，多个测点的所述光纤(6)分别穿过所述小圆孔(5)与所述光纤应力应变传感器连接。
3.根据权利要求1所述的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统，其特征在于，所述电阻应变片(2)粘贴固定在所述构架外部需监测应力圆弧区域(1)。
4.根据权利要求1所述的普适性转向架构架关键部位应力实时监测系统，其特征在于，所述光纤(6)焊接固定在构架内部需监测应力区域(4)下方的构架箱型腔(3)内。
5.一种普适性转向架构架关键部位应力实时监测方法，其特征在于，
该实时监测方法适用的实时监测系统包括：
在构架外部需监测应力圆弧区域(1)固定的电阻应变片(2)；所述电阻应变片(2)用来将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；
在构架内部需监测应力区域(4)下方的构架箱型腔(3)内固定的光纤(6)；在构架外力板的低应力区设置的小圆孔(5)；所述光纤(6)穿过所述小圆孔(5)与光纤应力应变传感器连接；所述光纤(6)及所述光纤应力应变传感器，用来将构架内部的应力值反馈到所述上位机系统中；
该实时监测方法包括以下步骤：
步骤i：通过所述电阻应变片(2)将构架表面应力大小反馈到上位机系统中；
步骤ii：通过光纤(6)及所述光纤应力应变传感器，将构架内部的应力值反馈到所述上位机系统中；
步骤iii：所述上位机系统对所述电阻应变片(2)的信号和所述光纤应力应变传感器的信号进行应力值计算和处理，得到构架内、外部关键部位实时应力值。
6.根据权利要求5所述的普适性转向架构架关键部位应力实时监测方法，其特征在于，在步骤iii之后还包括步骤：
步骤iv：将应力值与预警值和报警值进行对比，在显示应力值时同步进行监控报警。
7.根据权利要求6所述的普适性转向架构架关键部位应力实时监测方法，其特征在于，步骤iv具体为：
超出应力报警值的应力监测值在报警栏中显示、发出报警提示音并在数据采集记录中特殊标记；
超出应力预警值且小于应力报警值的应力监测值在预警栏中显示、发出预警提示音并在数据采集记录中特殊标记；
小于应力预警值的应力监测值在正常应力栏中显示。
8.根据权利要求5所述的普适性转向架构架关键部位应力实时监测方法，其特征在于，在步骤i之前还设有步骤：在上位机系统中对构架使用材料进行应力预警值和应力报警值设定。
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