本實(shí)用新型涉及用于列車車輪接觸振動(dòng)測(cè)試，特別是一種基于軸箱加速度抗電磁干擾的列車車輪接觸振動(dòng)測(cè)試儀。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，鐵路運(yùn)輸朝著高速、重載和高密度方向發(fā)展，促使輪軌間動(dòng)力作用顯著提高，軌道狀態(tài)的變化周期縮短，并且導(dǎo)致車輪振動(dòng)加劇，車輛乘坐舒適度降低，從而對(duì)車輪接觸振動(dòng)的監(jiān)測(cè)與管控提出了更高的要求。車輪接觸振動(dòng)的測(cè)試對(duì)于車輛運(yùn)行品質(zhì)的保障具有十分重要的意義。車輪接觸振動(dòng)的測(cè)試通常應(yīng)用傳感器等設(shè)備，而傳感器工作或是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行傳輸常常會(huì)受到許多干擾，如電磁感應(yīng)干擾、靜電感應(yīng)干擾、漏電流感應(yīng)干擾、射頻干擾和其他干擾。這些干擾通常會(huì)影響傳感器的精度和傳輸準(zhǔn)確性，造成實(shí)測(cè)記錄波形的基線漂移。測(cè)試數(shù)據(jù)中的加速度對(duì)分析結(jié)果的影響很大，尤其是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，這種影響將是巨大的，只有對(duì)軸箱加速度信號(hào)進(jìn)行消趨之后才能進(jìn)行雙積分，才能得到較為準(zhǔn)確地車輪振動(dòng)狀態(tài)。

目前的車輪振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)成本高、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、抗電磁干擾能力弱等缺點(diǎn)。因此，迫切需要研究開(kāi)發(fā)一種低成本、簡(jiǎn)捷高效、抗電磁干擾的車輪振動(dòng)測(cè)試技術(shù)以適應(yīng)鐵路交通快速發(fā)展的趨勢(shì)。

考慮到軸箱與車輪在結(jié)構(gòu)上直接相連，可近似地將輪對(duì)看做剛體，軸箱加速度能夠直接表征輪對(duì)的振動(dòng)狀態(tài)。因此本實(shí)用新型基于軸箱加速度來(lái)測(cè)試車輪接觸振動(dòng)狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述背景技術(shù)所述的不足，本實(shí)用新型提供一種基于軸箱加速度抗電磁干擾的列車車輪接觸振動(dòng)測(cè)試儀，首先利用無(wú)線速度傳感器和無(wú)線加速度傳感器通過(guò)支撐平面固定在軸箱端蓋上，得到垂直振動(dòng)系數(shù)隨著列車運(yùn)行速度的變化關(guān)系，無(wú)線激光加速度傳感器利用激光以外軌為基準(zhǔn)，得到橫向振動(dòng)系數(shù)隨著列車運(yùn)行速度的變化關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)將一系列數(shù)據(jù)繪出振動(dòng)圖像，通過(guò)軟硬件結(jié)合盡可能將無(wú)線傳感器可能受到的干擾排除，最后通過(guò)小波消趨法對(duì)振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行消趨。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、拆卸方便、分析測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括由支撐平板、端蓋、橡膠套、無(wú)線速度傳感器、無(wú)線加速度傳感器、無(wú)線激光加速度傳感器、強(qiáng)力磁鐵、信號(hào)接收器、計(jì)算機(jī)組成，其基本特征在于：支撐平板（2）套在列車車輪輪對(duì)的端蓋（3）上，無(wú)線速度傳感器（5）和無(wú)線加速度傳感器（6）放在支撐平板（2）上，無(wú)線激光加速度傳感器（7）通過(guò)墊圈和緊固螺栓連接在支撐平板（2）下部分，上述三個(gè)傳感器將信號(hào)傳輸信號(hào)接收器（8），信號(hào)接收器（8）將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)（9）。利用軟硬件結(jié)合排除電磁干擾，其基本特征在于：硬件方面，使用高抗干擾性的電源，實(shí)現(xiàn)電源的穩(wěn)定輸出，并聯(lián)壓敏電阻；軟件方面，在定時(shí)器定時(shí)到之前，CPU訪問(wèn)一次定時(shí)器，讓定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖，watchdog也就不會(huì)起作用。支撐平板（2）內(nèi)嵌有橡膠套（4）保持平板水平地套在列車輪對(duì)的端蓋（3）上用緊固螺栓夾緊，支撐平板直徑可通過(guò)緊固螺栓進(jìn)行微調(diào)。無(wú)線速度傳感器（5）和無(wú)線加速度傳感器（6）外殼下端為強(qiáng)力磁鐵，吸附在支撐平板（2）上，支撐平板（2）下部分有一個(gè)通孔，無(wú)線激光加速度傳感器（7）通過(guò)墊圈和緊固螺栓固定在通孔上。信號(hào)接收器（8）和計(jì)算機(jī)（9）均放在車廂中，無(wú)線速度傳感器（5）、無(wú)線加速度傳感器（6）和無(wú)線激光加速度傳感器（7）利用網(wǎng)絡(luò)模塊將信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)接收器（8），信號(hào)接收器（8）通過(guò)USB接頭將信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)（9）上。對(duì)軸箱垂向和橫向振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，即采用Mallat算法，信號(hào)的頻率被連續(xù)降半劃分至不同的層上。確定分解層次，即先對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波再與相應(yīng)的低通H、高通濾波器G進(jìn)行卷積；對(duì)該層的近似系數(shù)進(jìn)行強(qiáng)制置零，而細(xì)節(jié)系數(shù)維持不變，并進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)就是先進(jìn)行隔點(diǎn)插零，再與相應(yīng)的低通h、高通濾波器g進(jìn)行卷積。對(duì)軸箱加速度信號(hào)進(jìn)行消趨之后進(jìn)行雙積分，得到合適的軸箱垂向和橫向位移值，從而得到列車車輪空間接觸振動(dòng)狀態(tài)。

本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是：

（1）無(wú)線速度傳感器和無(wú)線加速度傳感器均使用強(qiáng)磁吸附在支撐平板上，拆卸方便；

（2）無(wú)線激光加速度傳感器利用螺栓緊固在支撐平板下方，利用激光射在鋼軌外側(cè)配合速度傳感器，得到車輪橫向振動(dòng)系數(shù)隨列車運(yùn)行速度變化關(guān)系；

（3）支撐平板利用橡膠軸套套在輪對(duì)端蓋上，支撐平板軸徑通過(guò)緊固螺栓進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)起防松作用；

（4）利用軟硬件結(jié)合的方式，將本實(shí)用新型在工作過(guò)程可能受到的各種電磁干擾有效排除。

（5）對(duì)軸箱垂向和橫向加速度信號(hào)進(jìn)行小波消趨法之后進(jìn)行雙積分，得到合適的軸箱垂向和橫向位移，從而得到較為準(zhǔn)確的列車車輪空間接觸振動(dòng)狀態(tài)。

該車輪振動(dòng)檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單、拆卸方便、測(cè)試精度高，分析準(zhǔn)確，適用于各種客運(yùn)、貨運(yùn)列車。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的整體工作示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的支撐平板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的軸箱垂向和橫向振動(dòng)信號(hào)抗電磁干擾處理方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

如附圖1所示，輪對(duì)（1）、支撐平板（2）、端蓋（3）、橡膠套（4）、無(wú)線速度傳感器（5）、無(wú)線加速度傳感器（6）、無(wú)線激光加速度傳感器（7）、信號(hào)接收器（8）、計(jì)算機(jī)（9）、鋼軌（10）。

如附圖2所示，支撐平板（2）、橡膠套（4）、無(wú)線速度傳感器（5）、無(wú)線加速度傳感器（6）、無(wú)線激光加速度傳感器（7）。

將支撐平板（2）通過(guò)橡膠套（4）套在列車輪對(duì)（1）的端蓋（3）上，利用緊固螺栓將支撐平板（2）平面水平地固定在端蓋（3）上，通過(guò)無(wú)線速度傳感器（5）和無(wú)線加速度傳感器（6）上的強(qiáng)力磁鐵吸附在支撐平板（2）的平面上。信號(hào)接收器（8）和計(jì)算機(jī)（9）放在待測(cè)列車的車廂里面，信號(hào)接收器（9）和計(jì)算機(jī)（9）通過(guò)USB接頭連接，無(wú)線速度傳感器（5）和無(wú)線加速度傳感器（6）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

其工作原理為：由于列車在運(yùn)行過(guò)程中，車輪輪轂處于轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)合成的狀態(tài)，而位于列車輪對(duì)（1）的端蓋（3）處于輪對(duì)（1）的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置，不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)可近似看做平動(dòng)，是檢測(cè)振動(dòng)最理想的位置。通過(guò)無(wú)線速度傳感器（5）測(cè)量列車在正常行駛過(guò)程中的實(shí)時(shí)速度，將支撐平板（2）套在端蓋（3）上使得支撐平板（2）和端蓋（3）所在垂直方向振動(dòng)系數(shù)隨速度的變化關(guān)系，無(wú)線激光加速度傳感器（8）通過(guò)墊圈和緊固螺栓固定在支撐平板（2）下端，兩傳感器均以鋼軌（10）外側(cè)為基準(zhǔn)，配合無(wú)線速度傳感器（5），測(cè)量得到縱向振動(dòng)系數(shù)隨列車運(yùn)行速度的變化關(guān)系，通過(guò)無(wú)線速度傳感器（5）、無(wú)線加速度傳感器（6）、無(wú)線激光加速度傳感器（8）測(cè)得的垂直振動(dòng)系數(shù)、橫向振動(dòng)系數(shù)，得到影響列車車輪振動(dòng)的相關(guān)系數(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊將列車車輪振動(dòng)系數(shù)傳輸?shù)叫盘?hào)接收器（8），信號(hào)接收器（8）通過(guò)USB接頭將收集到的信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)（9），計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件分析信號(hào)即得出振動(dòng)圖像。利用軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)電磁干擾的排除。硬件方面，使用高抗干擾性的電源，實(shí)現(xiàn)電源的穩(wěn)定輸出，并聯(lián)壓敏電阻；軟件方面，在定時(shí)器定時(shí)到之前，CPU訪問(wèn)一次定時(shí)器，讓定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖，watchdog也就不會(huì)起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”，則CPU就不會(huì)在定時(shí)到之前訪問(wèn)定時(shí)器，因而定時(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)，從而引起系統(tǒng)復(fù)位中斷，保證智能儀器回到正常程序上來(lái)。對(duì)軸箱垂向和橫向振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，即采用Mallat算法，信號(hào)的頻率被連續(xù)降半劃分至不同的層上。確定分解層次，即先對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波再與相應(yīng)的低通H、高通濾波器G進(jìn)行卷積；對(duì)該層的近似系數(shù)進(jìn)行強(qiáng)制置零，而細(xì)節(jié)系數(shù)維持不變，并進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)就是先進(jìn)行隔點(diǎn)插零，再與相應(yīng)的低通h、高通濾波器g進(jìn)行卷積。對(duì)軸箱加速度信號(hào)進(jìn)行消趨之后進(jìn)行雙積分，得到合適的軸箱垂向和橫向位移值，從而得到列車車輪空間接觸振動(dòng)狀態(tài)。

上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改造，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。