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应变电测法测量钢轨纵向力的误差分析及改进

宋晓伟  
【摘要】:无缝线路是由标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路,当轨温变化幅度较大时,其内部巨大的纵向力可能使钢轨产生胀轨或断轨,严重威胁行车安全。因此,准确测量钢轨纵向力对指导线路维修和判断是否发生胀轨、断轨等故障具有重要意义。 本文基于应变电测法测量钢轨纵向力的基本原理,采用无线静态应变采集节点,按照半桥补偿块法,与粘贴在钢轨轨腰处的薄片应变传感器连接,测量钢轨在温度变化时因受约束而未发生的应变,然后计算获得钢轨纵向力。为进一步提高钢轨纵向力的测量精度,分析了测量系统中胶粘薄片应变传感器的应变传递误差和应变采集节点的温漂误差。 根据胶粘薄片应变传感器测量误差的形成原因,对其结构进行了改进,设计了无薄片应变传感器,并完成了其工艺设计,实验验证了它的测量精度与直接粘贴应变片的测量精度相同。该结构去除了薄钢片,使应变测量免受薄钢片刚度强化作用的影响,消除了应变传递误差,同时还保持了薄片应变传感器将应变片的防护工艺在实验室内完成,缩短现场粘贴、防潮和绝缘防护时间的优点。 根据应变采集节点温漂误差的特性,采用了横向三次样条插值、纵向分段线性插值软件补偿算法,使用Visual C++6.0开发了应变温漂误差补偿软件,实现了应变测量数据的批量温漂误差补偿,并采用该方法在28~56℃补偿温度范围内进行了实验。实验结果表明,补偿后的应变测量数据温漂误差在±10με内,降低了75%以上,应变采集节点在温度变化环境中的测量精度得到了提高。 最后,在无缝线路上利用改进前、后的测量方案分别测量钢轨纵向力,并对其测量数据进行了对比。结果表明,采用改进后的测量方案测量钢轨纵向力时的绝对误差最大值为65.9KN,相对于改进前的224.6KN,降低了70.7%,其绝对误差平均值为23.7KN,相对于改进前的79.9KN,降低了70.3%,该方案提高了钢轨纵向力的测量精度。


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