文档介绍：西南交通大学
硕士学位论文
基于单片机的轮轨力检测
姓名:王闽生
申请学位级别:硕士
专业:载运工具运用工程
指导教师:陈建政
20060401
摘要西南交通大学硕士研究生学位论文第轮对是机车走行部的重要部件,是影响列车安全运行的主要因素之一。轮轨力测量是车辆动力学理论与实践的重要环节,测力轮对是测量轮轨力最直接最准确的方法。用铁路机车车辆的轮对作为力传感器来测量轮轨间的相互作用力的方法,是所有轮轨力方法中测量精度最高的方法。在评估铁路机车车辆的动力学性能及轮轨磨耗时,在脱轨等的实验研究中,任何方法都取代不了测力轮对。用测力轮对对作用在轮对上的横向力和垂向力进行连续测量,在信号采集传输处理环节上传统的做法是将应变片传感器的应变电信号输出通过集流环传出来,然后再经过放大器、模数转换、最后交由上位计算机处理。论文将目前成熟的单片机技术应用在测力轮对上,利用单片机使信号放大、模数转换和数据处理环节全部集中到测力轮对一侧,只将计算结果传给上位机。使整个检测系统减少布线量、系统抗干扰能力大大增强,提高测量精度。论文首先概括介绍了整个系统的组成,并由此提出了整个论文的主要工作。在对测力轮对辐板受力后的应变进行理论分析后,论文介绍了贴片点位置的选择和组成合理桥路的方法。之后对检测系统的电路设计及硬件的选型包括模拟接口电路、单片机系统设计及上下位机间的通信实现,单片机和上位机的程序设计进行了说明。最后介绍采用本测试系统的试验结果与传统做法的比较情况及进行误差分析。关键词:轮轨力;测力轮对;信号放大电路;单片机
第滦髀选题的意义西南交通大学硕士研究生学位论文第力使车轮向前运动。垂向力起支撑的作用。车轮转向对需要横向力作用。轮轨间作用力主要指车轮作用于钢轨上的垂直力和横向力。对车辆来说,轮轨力可能会引起车辆脱轨,发生翻车事故;也可能会加剧车轮磨损,降低车轮寿命;引起车辆振动,影响乘坐舒适性。对轨道来说,轮轨力其是嵯蛄赡芑岬贾鹿炀嗬┛道钉拔起现厥钡贾孪呗凡重变形止旌凸煺碓诘来采铣鱿趾嵯蚧粕踔良贩止;加剧轨道的磨损,降低轨道寿命。对科学研究来说,测量轮轨力有助于脱轨机理研究。脱轨是严重的安全事故。脱轨机理目前尚未研究清楚,但可以肯定的是,脱轨是由轮轨力变化引起的。测量脱轨前后轮轨力的变化规律以及轮轨力变化的原因,是研究脱轨的主要途径。由于线路存在垂向和水平不平顺,轮轨接触非线性以及机车车辆和线路系统的振动等因素,轮轨间作用力存在明显的随机性,用理论方法难以精确确定,只有用实验的方法在实际运行条件下直接在轮轨间测量,才能更确切地掌握轮轨间作用力的实际规律。测量轮轨力主要用于评价车辆的运行稳定性踩。列车运行稳定性分别按脱轨系数、轮重减载率、横向力允许限度、倾覆系数等指标评定。而用铁路机车车辆的轮对作为力传感器来测量轮轨间的相互作用力的方法,是所有轮轨力方法中最直接最准确的方法。用测力轮对测量轮轨间作用力,在信号采集传输处理环节上传统的做法是将应变片传感器的应变电信号输出通过集流环传出来,然后再经过放大器、疍转换、最后交给上位机计算机处理。由于应变信号是微弱信号,在经过长距离传到信号处理环节时引入的噪声和干扰信号饬β侄缘墓作现场环境恶劣峒ù蟮挠跋觳饬烤ǘ龋踔量赡芙⑷醯挠Ρ湫藕叛没掉,后一环节的高倍数放大会将干扰也放大。本设计希望能利用单片机使信号放大、疍转换和数据处理环节都尽量靠近测力轮对,只将计算结列车在运行过程中,车轮受到纵向力、横向力和垂向力的作用。纵向
国内外研究现状西南交通大学硕士研究生学位论文果传给上位机。这样傲的好处一是减少布线的工作量,因为只需要两根呔涂梢越ḿ扑憬峁ǜ衔换鷞其二,传感器、放大器、疍转换和数据处理环节极大程度集中在一起,这样就使得系统的抗干扰能力大大增强,提高了测量精度。同时传给上位机的是数字信号,这比传统做法向上位机传输模拟信号的抗干扰能力好的多。轮轨力既然是车轮和轨道间的相互作用,轮轨力的测量当然既可以在轨道上,也可以在车辆上。但作用和意义是不一样的。从轨道上测量是为了监控车辆从该轨道经过时的轮轨力。要达到监控目的,需要几十公里布一个测量段,每段米左右。由于要改造轨道,投资巨大。主要用于监控货车运行状态。而从车辆上测量,则可以连续监控车辆运行全程轮轨力。从车上测量轮轨力的方法分为间接测量和直接测量。间接测量可以测量构架力或者测量轮轴力,直接测量则是采用测力轮对测量。年,俄岢隽瞬饬孔O蚣懿嗉鼙湫蔚姆椒ú⒙证了根据货车转向架侧架变形来测量构架力的可能性,还估计了其测量范围。该方法是在转向架侧架上,离轴箱孔一定距离处贴成组的应变计,能反映作用于轴箱的构架力所产生的弯矩。年。,以大大提高测量精度。稍后又提出了测量垂直力的方法,该方法规定应变计应贴在侧架的上弦杆上。