[發(fā)明專利]輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110665702.1
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113532891A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉剛;穆曉佳;杜運(yùn)和;徐勁力;黃豐云;盧杰
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01M17/10
• 分類號: G01M17/10;G01D21/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

1.一種輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

將兩個(gè)列車車輪通過脹緊套裝在列車輪軸上；

將兩個(gè)全空心軸增量式編碼器安裝固定在列車輪軸兩端，并且把編碼器連接到DSP采集板上；

啟動(dòng)開關(guān)，輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過DSP采集板采集兩個(gè)編碼器輸出的脈沖信號；

DSP采集板從兩個(gè)編碼器測得的脈沖信號中取Δn個(gè)信號變化次數(shù)的脈沖信號，并統(tǒng)計(jì)兩個(gè)編碼器的脈沖信號經(jīng)過Δn次變化所經(jīng)歷的時(shí)間，計(jì)算兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速；

DSP采集板根據(jù)兩個(gè)編碼器各自脈沖信號的總個(gè)數(shù)以及相應(yīng)編碼器的角度測量精度計(jì)算兩個(gè)編碼器的角位移；

DSP采集板根據(jù)兩個(gè)角位移計(jì)算得到輪軸的扭轉(zhuǎn)角，根據(jù)扭轉(zhuǎn)角計(jì)算輪軸兩端的扭轉(zhuǎn)角速度和扭矩；

在一定時(shí)間內(nèi)，根據(jù)輪軸兩端的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)繪制轉(zhuǎn)速-時(shí)間的時(shí)域圖；根據(jù)輪軸兩端的扭轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)繪制扭轉(zhuǎn)角-時(shí)間的時(shí)域圖，再通過傅里葉變換繪制出對應(yīng)的頻譜圖，得到輪軸兩端扭振的信息；根據(jù)輪軸兩端扭矩繪制出扭矩-時(shí)間的時(shí)域圖，得到輪軸兩端扭矩的信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法，其特征在于，調(diào)節(jié)兩車輪之間距離L，多次測量，完成輪軸在不同扭轉(zhuǎn)剛度下的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩測量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法，其特征在于，若兩個(gè)編碼器所測輪軸的轉(zhuǎn)速為v₁、v₂，則有：

式中，Δn為確定的編碼器信號變化次數(shù)；Δt₁和Δt₂分別為兩個(gè)編碼器的信號Δn次變化所經(jīng)歷的時(shí)間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法，其特征在于，已知兩個(gè)編碼器的線數(shù)分別為P₁、P₂，則兩個(gè)編碼器的角度測量精度δ_θ1、δ_θ2分別為，

結(jié)合兩個(gè)編碼器當(dāng)前各自輸出的脈沖信號的總個(gè)數(shù)n₁、n₂，則編碼器所測的角位移θ₁(t)，θ₂(t)：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法，其特征在于，根據(jù)角位移θ₁(t)，θ₂(t)計(jì)算得輪軸的扭轉(zhuǎn)角

對輪軸的扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行數(shù)值微分得到輪軸兩端的扭轉(zhuǎn)角速度

公式中，T_i和T_i+1分別為編碼器采集兩個(gè)相鄰脈沖信號觸發(fā)的時(shí)間。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法，其特征在于，由輪軸的扭轉(zhuǎn)角計(jì)算得到輪軸兩端的扭矩：

公式中，切變模量輪軸橫截面的極慣性矩d為輪軸的直徑；L為兩車輪間輪軸的軸長；由輪對材料得輪對彈性模量E＝206GPa；泊松比ν＝0.3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量方法，其特征在于，通過與DSP連接的上位機(jī)同步顯示采集的數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)速-時(shí)間的時(shí)域圖、扭轉(zhuǎn)角-時(shí)間的時(shí)域圖、扭矩-時(shí)間的時(shí)域圖。

8.一種輪軸兩端的轉(zhuǎn)速、扭振和扭矩信號同步測量裝置，其特征在于，包括：

車輪機(jī)構(gòu)，包括輪軸，該輪軸上固定有兩個(gè)車輪；輪軸兩端各固定一個(gè)全空心軸增量式編碼器；

DSP采集板，與兩個(gè)編碼器連接，用于采集兩個(gè)編碼器輸出的脈沖信號；并從兩個(gè)編碼器測得的脈沖信號中取Δn個(gè)信號變化次數(shù)的脈沖信號，并統(tǒng)計(jì)兩個(gè)編碼器的脈沖信號經(jīng)過Δn次變化所經(jīng)歷的時(shí)間，計(jì)算兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速；根據(jù)兩個(gè)編碼器各自脈沖信號的總個(gè)數(shù)以及相應(yīng)編碼器的角度測量精度計(jì)算兩個(gè)編碼器的角位移；并根據(jù)兩個(gè)角位移計(jì)算得到輪軸的扭轉(zhuǎn)角，根據(jù)扭轉(zhuǎn)角計(jì)算輪軸兩端的扭轉(zhuǎn)角速度和扭矩。