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高速动车组列车结冰状态传感器研究
| 论文题名： | 高速动车组列车结冰状态传感器研究 |
| 关键词： | 高速动车组列车;结冰检测系统;传感器;谐振频率 |
| 摘要： | 高速动车组列车（High-speed EMU Train，以下简称高速动车）安全、准时、快捷的特点使其越来越受到乘客们的青睐，成为近年来人们旅行时首选的交通工具。然而在我国北方一些地区在冬季尤其是雨雪天气过后，高速动车在运行过程中极易引发转向架及制动夹钳结冰，严重时甚至造成列车转向困难和刹车失灵，且当结冰过厚时冰块容易发生脱落，列车在高速运行时，一小块脱落冰产生的冲击力足以对车底管路设备产生损害，这对列车安全运营造成了极大的威胁。通过调研发现，目前国内外尚未有专门针对高速动车进行结冰检测的设备，各铁路局普遍采用喷涂防冰液来防止结冰的方式，但该方式在列车实际运行过程中的防冰效果并不理想，且喷涂防冰液后结冰情况更加复杂，检测难度较大。本文研究一种高速动车组列车结冰状态传感器（简称EISS），实现了对动车组列车底部环境下的结冰检测。 本文提出了一种通过等效刚度和等效质量来计算谐振频率的方法，以此建立了三层薄板模型，在模型的基础上设计出传感器及一套基于该传感器的无线式结冰检测系统。文中详细阐述了传感器模型的力学原理，推导出了谐振系统等效刚度和等效质量的计算方程，对压电效应、干扰耦合的机理及抑制方法进行了研究分析，还详细介绍了无线式检测系统的设计，包括传感器机械结构设计、硬件电路设计以及软件算法设计，并分析了各部分的设计原理。 在传感器及结冰检测系统的研制过程中进行了大量试验，包括原理性验证试验、温度特性试验、基本结冰状态判定试验、超量程测量试验、防冰液结冰试验。试验表明传感器的实际测量频率与所建模型的理论频率存在较高的吻合度，同时整个结冰检测系统的稳定性和准确性均满足了实际应用的要求，该传感器可实现对多种结冰状态的准确判定，对液体的测量范围为0~5mm，对冰的测量范围为0~3mm，且对喷涂防冰液之后复杂状况下的结冰状态也具有准确的判定能力。 |
| 作者： | 王国柱 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 葛俊锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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