3.2　轮对载荷测试

轮对是铁路货车的关键零部件之一，是车辆系统中对疲劳可靠性要求最高的重要部件。轮对在运行中承受着复杂的纵向、垂向及横向等随机载荷，而轮轨接触状态与列车运行品质的好坏有密切关系，也是导致轮轨磨耗、损伤与破坏的主要原因。

在轮轨运行方式下，车轮和轨道构成了一对耦合体，货车轮对主要承受轮轨力，轮轨力指的是车轮与钢轨间的相互作用力。货车轮对载荷数据的获取则是通过货车轮对上布置的传感元件直接测量轮轨作用力，在车辆运行过程中获得轮轨力的时域信号，这种具备轮轨力检测功能的轮对被称为测力轮对。

测力轮对是一种特殊的传感器，它既有普通轮对的运行功能，又具有传感元件的测量功能，其本质是利用轮轨力在轮对特定部位所产生的应力（应变）变化关系实现测量。与一般传感器不同，测力轮对作为被试车辆走行部的一个基础部件，力的作用点沿着车轮圆周方向和踏面横向都处在不断变化之中，这就使得测力轮对技术较其他一般的传感器更为复杂。

测力轮对的制作主要为以下步骤：

（1）测力轮对方案设计：针对车辆所采用的轮对，利用有限元分析软件仿真计算找出对横向力和垂向力反应灵敏的应力点；

（2）测力轮对机加工：对车轮和车轴进行打孔（以便于布线）等操作，必要时在辐板上打孔便于布线；

（3）划线：在轮辋上刻线标示相关位置及尺寸，划线应具有足够的精度要求；

（4）测力轮对贴片组桥：按照设计要求，在测力轮对上贴应变片，完成相关组桥；

（5）测力轮对标定：使用标定台、采集系统等对测力轮对进行标定；

（6）测力轮对封装：对测力轮对贴片及布线涂保护层，保证线路的稳定性，并可延长测力轮对的使用寿命。

目前，按技术方案不同测力轮对通常分为间断测量法和连续测量法两大类。

间断测量法是将应变片布置在车轮上有限的几条对称均布的径向线上，组成测量电桥，如图3-1所示。当某一布片线通过轮轨力作用点时，桥路输出灵敏度将达到一个极值，而一旦偏离此位置，信号输出电平将大幅度降低。因此随着车轮旋转，桥路输出灵敏度呈现周期性脉冲形态，形成峰谷值。在测力轮对投入使用之前，必须对这些峰谷值位置进行标定，获得这些特殊点的灵敏系数、干扰系数等技术参数。在实际测试时，截取输出信号中各个脉冲的峰谷值，利用标定系数进行换算，获取轮轨力的有效测量数据。这就意味着在车轮旋转一周范围之内，只在轮轨接触点到达几个特定的角度位置时才能获得有效的测试信号，而在其他位置均无法获得检测数据，因此称之为“间断测试法”。间断测量法虽然存在固有的缺陷，但具有技术和设备简单、整备过程短、系统简洁、成本低廉、可靠性高等特点，因此迄今仍然具有一定的使用价值。

图3-1　间断测量法测量电桥示意

轮轨力连续测量法能够实现在车轮旋转的整周范围内任何角度位置都能获得有效测量数据。为此必须在整个车轮上对称布置数量可观的应变片，并且构成多个测量电桥，这些电桥的输出灵敏度被设计成特殊的波形，以便经相互迭加合成之后获得恒定的轮轨力测量灵敏度。国外投入使用的连续测量法测力轮对主要有德国的轴测法轮对，英国的多辐条轮对，美国的辐板轮对，日本的辐板轮对等。目前，国内研制的连续测量法测力轮对也已在铁路车辆线路载荷测试中成功应用。