輪軸類旋轉(zhuǎn)部件應力測試方法

曹舜　盧建華　張立軍

摘 要：輪軸等旋轉(zhuǎn)部件的安全評估通常采用受力分析或有限元計算進行，隨著運用速度的提升和使用環(huán)境的復雜性，傳統(tǒng)方法不能準確量化振動對部件壽命的影響。通過引入集流環(huán)及無線傳輸兩種旋轉(zhuǎn)部件應力測試手段對旋轉(zhuǎn)部件受力情況進行實際測量，基于測量數(shù)據(jù)可準確識別故障原因，有效指導檢查和維護方案的制定。

關鍵詞：旋轉(zhuǎn)部件 應力測試 集流環(huán) 無線傳輸

中圖分類號：U270.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0115-02

對動車組上旋轉(zhuǎn)類機械部件（如車輪、車軸及齒輪等部件），由于被測部件在不停轉(zhuǎn)動，測試信號傳輸不便，掌握其在實際工作狀態(tài)中的載荷和所受應力情況十分困難，通常依靠簡化的受力分析或有限元仿真進行狀態(tài)及壽命評估。

隨著動車組運用范圍的擴大，更高的運營速度和更大的載重帶來的振動沖擊旋轉(zhuǎn)部件的壽命影響越來越大，線路和車輛維護條件的差異也增加了計算評估方法的難度，隨著對動車組使用里程的提高、線路條件和車輛自身狀態(tài)的變化，對旋轉(zhuǎn)部件的運用狀態(tài)檢查和測量需求越來越急迫，急需一種實際應力測試方案，確保旋轉(zhuǎn)部件使用過程中的安全可靠。

1 有線式集流環(huán)傳輸方案

集流環(huán)是一種負責為旋轉(zhuǎn)體連通、輸送能源與信號的電氣部件，通過導電環(huán)的滑動接觸、靜電耦合或電磁耦合，在固定部件與滾動或滑動部件之間傳遞電信號和電能。

根據(jù)集流環(huán)原理，借用車軸的中心孔，將測試應變片的線纜穿過加工的過線孔，導通至由車軸中心孔，通過集流環(huán)作用將旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)化為固定信號傳輸至數(shù)據(jù)采集設備內(nèi)。

2 無線式非接觸傳輸方案

采用電磁感應原理，在旋轉(zhuǎn)部件上安裝感應線圈，感應線圈可兼具供電和傳輸信號作用。測試應變片處理模塊進行數(shù)模轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后信號通過電磁感應方式輸出至固定部件的接收裝置上，引入數(shù)采模塊。

3 兩種測試方案效果對比

集流環(huán)方案集流環(huán)技術(shù)成熟，有成熟的應用經(jīng)驗；但受安裝結(jié)構(gòu)約束，需對被測部件進行安裝改造；同時受集流環(huán)制造難度所限，測試通道數(shù)少；集流環(huán)僅能傳遞應力值，不具備識別被測試部件所處的姿態(tài)能力，不利于后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作。

無線傳輸方案屬于新興技術(shù)，可通過安裝多個測試模塊，增加測試通道數(shù)量；測試模塊中可安裝旋轉(zhuǎn)角度識別模塊，對被測部件所處姿態(tài)進行識別，后續(xù)處理數(shù)據(jù)方便。信號接收方式為無線感應，設備安裝要求高，易受到外界環(huán)境干擾。

在對受力簡單部件進行測試時，優(yōu)先采取集流環(huán)方案；對受力復雜的部件進行測試時，可選用無線傳輸方案進行測試。

參考文獻

[1] 張潔，林建輝.高速鐵路振動及噪聲測試技術(shù)[M].西安交通大學出版社，2010.

[2] 丁亮，肖勇，羅計委.無線傳感網(wǎng)絡應力測試系統(tǒng)研究及應用[J].機械工程與自動化，2017（2）：146-148.

[3] Akira，Matsumoto，曲文強.一種測試輪軌力的新方法[J].國外鐵道車輛，2013，50（4）：30-36.endprint