轨道工程的测试技术

在列车认证中,进行广泛的测试是必须的。其包括各种复杂的测试,例如,车轮和轨道之间的力大小,启动阶段的加速度以及运动部件之间的相对位移。欧洲 Dynotrain 研究项目正在调研何种程度的计算机仿真能够替代部分的测试。其目的是加快认证程序。DB Systemtechnik 位于德国 Minden 的驾驶技术部门正在使用 HBM 测量技术对模拟程序进行验证。

铁路交通是欧洲最安全的交通方式。最新的列车认证也极其的严格。认证程序需要多项符合性检查。测量时强制性的,必须符合欧洲的标准。 Dynotrain 欧洲研究中心项目, 涉及来自6个国家21家研究机构和公司,其目的是为加速铁路车辆认证程序建立技术基础。为了采用计算机仿真能替代部分符合性测试,首先必须对其进行验证,将计算机验证模型和实际测量结果进行比对。 Deutsche Bahn AG, DB Systemtechnik 公司的下属部门, 是 Dynotrain 研究项目的合作机构。

独立测试实验室

完整的 DB Systemtechnik 测量链对一个火车头,三节货运车厢和一个客运车厢进行测试

DB Systemtechnik in Minden 为铁路轨道交通工程提供多种工程服务. 作为 DB AG 的全资子公司,从2011年中期已经完全独立,其有 600 名员工,客户包括 Deutsche Bahn AG 以以及其他外部客户。多年的技术和经验使其成为欧洲轨道交通工业领先的技术中心

DB Systemtechnik 进行多种车辆和零部件测试,认证和审批手续。其为高效运作的欧洲轨道交通的安全,可靠性作出了巨大贡献。现在 DB Systemtechnik 测试中心和专家团队隶属于德国联邦铁路轨道局。共有18个测试实验室,并进行 DIN EN ISO/IEC 17025:2000 认证,大约40名专家被德国联邦铁路管理局聘任

用于列车认证的测量量

轨道和车轮之间的力 是对于轨道车辆认证来说,是非常重要的测量量。必须在运行状态下进行测量;这需要使用测量轮对。横向力和侧向力都需要进行测量。DB Systemtechnik 开发了特殊的,基于 应变片 的测量轮对。作用于轮轨之间的力会引起车轮和轮对轴的变形, 其通过 应变片 就可以测量。力和应变之间的相互关系通过一个精心设计的程序来完成,其用于力部件 Q (轮轨接触力), Y (曲线制约力) 和 Tx (由于转动半径的不同造成的启动扭矩和刹车引起的径向力) 的在线转换。

在 Minden 测试中心, 应变片被安装在轮对上,并通过高精度的测试和测量设备进行测量。根据车轮和轴的几何特征,有两种测量方法 - 一种是在轴和车轮上安装应变片,另外一种使用专门车轮上应变数据。两种方法都需要在轮对上安装应变片(多达96只)并组成全桥。信号线通过一个空心轴引出。放大器和信号传输设备位于轴端。当放大器,仪表和应变片安装完成后,测量轮对需要进行标定。 为此,完整的测量轮对被继承到一个特殊设计的测试台架上。以保证作用在轮对上得水平和垂直方向的力不相互干扰。

另外一种获取测量数据,进行车轮动态特性分析的方法是在轮对上安装使用加速度计。他们在多个频率段测量弹簧的轴向,径向和侧向加速度数据。

相对位移是另外一个测量量。他们在车轮论证中不扮演关键角色,但是,他们是了解特殊测量特性的一个重要指标。 Dynotrain 项目将其作为论证计算机仿真模型的一个主要指标。

在项目中,进行了以下测量量的记录:

  • 纵剖面 (每 16 cm)

  • 轨道对准 (每 16 cm)

  • Super elevation (每 16 cm)

  • 轨道具 (每 25 cm)

  • 横剖面 左/右 (每 25 cm).

完整的 Dynotrain 测量链,多项技术融合

多种测试和测量设备安装在车厢中,其使用了来自 HBM 的 MGCplus 放大器系统。

用于 Dynotrain 项目的车辆包括一个火车头,三节货运车厢和一个客运车厢, 由 DB Netz AG Railab 在测试中心(位于测试车中)进行全程记录。 

在所有的5节列车上,龚使用了10个测量轮对。使用了 超过300个物理测量通道,由于采用多种不同的滤波配置, 实际使用的测量通道数超过了1,000 个。加速度,位于,车轮的尺寸以及温度,气压和湿度,GPS 数据和刹车压力等。 这对测量系统来说是一项巨大的挑战,而且其采样率高达 1,200 Hz。每个测量轮对都需要对 48 个应变全桥信号进行计算,也就是每秒要计算 1,000 次,并将数字化的信号传输到 MGC 放大器中。 整个测试系统采用光纤网络以及超强的计算机,以承受巨大的负载。测试数据在线测量并在测试完成后进行分析。在线记录器对部分测试数据进行可视化,以便让工程师监控紧急状态的极限值。整个测试过程中,超过 3,000 G 的测试数据被采集。

项目总共使用了7台 MGC 放大器系统。 由于 MGCplus 系统采用模块化设计,因此可以应对不同的测试任务,可以连接所有的通用传感器,具有极高的灵活性。传感器数据表 (TEDS) 为系统连接解决了大量时间,因为其可以自动识别传感器并进行配置。 MGCplus 系统荔湾一个优势是: 所有的通道都是同步采集的。这对测试非常重要,因为所有的测量量都需要进行相关性分析。 现在,相关的数据分析已经开始了,需要两道三年才能够完成。这些测试数据将用于车辆的开发,认证提供一个技术基础

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