[發明專利]一種車輪軸間實時過盈量的測量方法和測量預警裝置

有效

• 申請號: 202110571778.8
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113340626B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王旭;張玉茹;喻學廣;劉新田
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G01M17/10
• 分類號: G01M17/10;G06F17/13;G08B21/18;G08B3/10;G08B5/36;G08B7/06
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 韓松

本發明屬于交通測量技術領域，公開了一種車輪軸間實時過盈量的測量方法，能夠很好的測量行駛中的車輪和車軸的實時過盈量，首先通過對靜止的車輪軸進行分析得到車輪軸靜態接觸應力，然后在對轉動的車輪軸中的車輪和車軸進行應力、應變值以及位移量相關的微分方程、本構方程以及幾何方程聯立，并將靜態接觸應力作為邊界條件代入，最后根據初始過盈量、輪軸徑向位移量以及車輪徑向位移量得到實時過盈量。本發明還公開了一種車輪軸間實時過盈量的測量預警裝置，能夠對行駛中的車輪軸進行實時監控，并在實時過盈量不符合要求時，及時進行預警，包括同軸安裝在預定車輪軸上的旋轉編碼器、測量控制單元以及預警件。

技術領域

本發明屬于交通測量技術領域，具體涉及一種車輪軸間實時過盈量的測量方法和測量預警裝置。

背景技術

在列車的車輪軸設計中，車輪與車軸連接配合采用的是過盈配合。即主要利用車輪孔與車軸的尺寸差別，使在車輪孔和車軸的結合表面產生物理形變，通過該形變產生的接觸應力使車輪與軸緊密結合在一起。

過盈配合會在輪與軸的接觸面上產生接觸應力，如果過盈量過大會導致接觸應力變大，加速車軸損傷，導致車輪軸的使用壽命變短；而如果過盈量過小，在列車高速運動下，車輪與車軸上產生的離心力會使過盈量減小，導致接觸應力無法滿足車輪軸的緊密連接，從而引發安全事故。

目前，還沒有一種完善的手段能夠很好的測量行駛中的車輪和車軸的過盈量，并能實時監控。

發明內容

針對現有技術的不足，通過深入研究發現，由于車軸只受車輪的輪轂內壁的壓力，車輪的輪轂內壁只受車軸的壓力，因此，車輪與車軸的配合問題可以轉化為組合筒模型，可以根據厚壁圓筒強度問題進行分析，當車輪與車軸的過盈配合的結合面間的最大應力小于零件不產生塑性變形所許用的最小應力時，車軸周面表面和車輪輪孔內周面表面沒有發生塑性形變，連接結合面處于彈性變形狀態，通過彈性理論可推導出結合面間的接觸應力，且在車輪軸行駛時，車輪和車軸在車軸向受到的力相對于其他方向上的力小得多，因此可以忽略，即車輪和車軸可分別與薄圓盤和薄圓軸等效。

本發明提供一種車輪軸間實時過盈量的測量方法和測量預警裝置，能夠很好的測量行駛中的車輪和車軸的實時過盈量，并能實時監控。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案為：

一種車輪軸間實時過盈量的測量方法，應用于以初始過盈量對車輪和車軸進行裝配形成的車輪軸，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1:使車輪軸靜止，基于車輪的外徑、車軸的外徑以及車軸的內徑得到車輪和車軸的裝配面上的車輪軸靜態接觸應力；

步驟S2:使車輪軸轉動，在車輪上設置車輪預定點及在車軸上設置車軸預定點；

步驟S3:建立與車輪軸上轉動離心力及車軸預定點的三個維度方向上的應力相關的車軸彈性力學微分方程，建立與車輪軸上轉動離心力及車輪預定點的三個維度方向上的應力相關的車輪彈性力學微分方程；

步驟S4：建立與車軸預定點的三個維度方向上的應力、應變值以及位移量相關的車軸彈性力學本構方程及車軸彈性力學幾何方程，建立與車輪預定點的三個維度方向上的應力、應變值以及位移量相關的車輪彈性力學本構方程及車輪彈性力學幾何方程；

步驟S5：基于車輪軸靜態接觸應力、車輪或車軸彈性力學微分方程、車輪或車軸彈性力學本構方程以及車輪或車軸彈性力學幾何方程得到車軸徑向位移量和車輪徑向位移量，

步驟S6：根據初始過盈量、車軸徑向位移量以及車輪徑向位移量得到實時過盈量。

優選地，在步驟S1中，車輪軸靜態接觸應力p_c為：