转向架滚动振动试验台在线原位校准技术研究

肖克; 柏文琦; 王理; 陈红江

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0351

转向架滚动振动试验台在线原位校准技术研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0351

湖南省计量检测研究院，长沙 410014

基金项目: 国家重点研发计划项目（2022YFF0609401）。

详细信息

作者简介:
肖克（1983-），湖南省计量检测研究院高级工程师，研究方向：量值溯源技术，邮箱：261758604@qq.com

中图分类号: TB936
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2023-12-15
- 录用日期: 2024-01-16
- 修回日期: 2024-03-13
- 网络出版日期: 2024-03-18

Research on Online In-Situ Calibration Techniques for Bogie Rolling Vibration Test Benches

Hunan Institute of Metrology and Test, Changsha 410014, China

摘要

摘要: 作为重载电力机车的关键部件之一，转向架与重载电力机车的运行性能、安全性能关系密切。在转向架的设计与制造过程中，存在转向架滚动振动试验台等大型专用试验装置无法有效溯源、检测手段不足等问题，且试验过程中不可避免受到负载效应、机械波干扰、机车振动、轮毂畸变等对测量结果的影响。现有的转向架量值溯源方法采用离线校准，忽略了其实际安装位置、电磁干扰、环境扰动等因素的影响，校准数据难以适用。对重载电力机车转向架滚动振动试验台的基本结构和工作原理进行了分析，总结了能全面客观反映试验台计量特性的一系列技术指标。明确了试验台的校准项目和具体测试方法，选取了试验台最关键的性能指标转矩进行测量不确定度分析。最后选择由中车株机公司研制的3个试验台进行试验验证，证明探讨的试验台校准方法科学合理。
- 计量学 /
- 重载电力机车 /
- 转向架 /
- 滚动振动试验台 /
- 转向架试验台 /
- 校准方法
Abstract: As one of the key components of heavy-duty electric locomotives, the bogie is closely related to the operational and safety performance of these locomotives. In the design and manufacturing process of bogies, there are problems such as ineffective traceability and insufficient detection methods in large-scale specialized testing devices, including bogie rolling vibration test benches. Moreover, during the testing process, the measurement results are inevitably affected by factors such as load effects, mechanical wave interference, locomotive vibration, and wheel hub distortion. The existing traceability methods for bogie values adopt offline calibration, ignoring the influence of factors such as actual installation position, electromagnetic interference, and environmental disturbance, making calibration data difficult to apply. This study analyzes the basic structure and working principle of the rolling vibration test bench for heavy-duty electric locomotive bogies and summarizes a series of technical indicators that can comprehensively and objectively reflect the measurement characteristics of the test bench. The calibration items and specific testing methods of the test bench are clarified, and the most critical performance indicator, torque, is selected for measurement uncertainty analysis. Finally, three test benches developed by CRRC Zhuzhou Machinery Co., Ltd. are selected for experimental verification, proving that the proposed calibration method for the test benches is scientific and reasonable.
- metrology /
- heavy-duty electric locomotives /
- bogie /
- rolling vibration test benches /
- bogie test benches /
- calibration methods

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图 1 转向架滚动振动试验台结构示意图

注：1-机车车辆车体；2-转向架；3-轨道轮；4-支撑单元；5-基坑；6-驱动与传动系统。

Figure 1. Schematic diagram of the structure of the bogie rolling vibration test bench

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表 1 计量特性

Table 1. Metrological characteristics

序号	校准项目	技术指标
1	线速度	示值误差：± 1.0%
1	线速度	示值重复性：不大于1.0%
2	振动	频率示值误差：± 0.5%
2	振动	振动位移示值误差：± 3.0%
3	转矩	示值误差：± 1.0%
3	转矩	示值重复性：不大于1.0%
4	转速	示值误差：± 1.0%
4	转速	示值重复性：不大于1.0%
注：以上计量特性要求不用于合格性判定，仅供参考。

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表 2 测量标准

Table 2. Calibration items and measurement standards

序号	校准项目	测量标准
1	线速度	激光测速仪，MPE：±0.3%
1	线速度	钢直尺，MPE：±1 mm
2	振动	振动测量系统，
		频率：0.1～30 Hz，MPE：±0.1%；
		振动位移：1～50 mm，MPE：±1.0%。
3	转矩	专用杠杆，力臂长度MPE：±0.1%；
		标准测力仪，MPE：±0.1%；
		数显倾角仪，MPE：±0.1°。
		力矩杠杆校准装置，关节臂式坐标测量机或其它长度量具，MPE：±0.03 mm
4	转速	转速频率测量仪，MPE：±0.1%
注：也可选用计量特性满足上述要求的其他测量标准。

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表 3 标准不确定度

Table 3. Standard uncertainty

不确定度来源	符号	标准不确定度	灵敏系数	$\left\| {{c_i} \cdot {u_i}} \right\| $
扭矩试验机	${u_{\bar M}} $	0.0307 kNm	0.005 kNm⁻¹	0.000154
标准测力仪	${u_F} $	0.115 kN	−0.005 kN⁻¹	−0.000576
力矩杠杆	${u_L} $	0.00058 m	−0.997 m⁻¹	−0.000576
数显倾角仪	${u_\theta } $	0.00101	0.0178	0.000018

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表 4 试验数据汇总

Table 4. Summary of experimental data

序号	校准项目	校准结果
1	速度示值误差	−0.02 %
2	振动频率示值误差	0.1 %
3	振动位移示值误差	−0.8 %
4	扭矩示值误差	0.6%

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