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高速车轮失圆对轮轨动力作用的影响及其监测方法研究
| 论文题名： | 高速车轮失圆对轮轨动力作用的影响及其监测方法研究 |
| 关键词： | 高速车轮;轮轨动力作用;轮轨力;压电传感技术;铁路车轮;监测方法研究;轮轨作用力;耦合系统动力学;铁道车辆动力学;轨道;列车运行速度;高速车辆;仿真技术;列车动力学性能;振动信号采集;有限元;应变分布规律;相互作用模型;数据实时采集;数据分析处理 |
| 摘要： | 本文基于高速车轮失圆问题对轮轨间动力特性的影响,提出了一种基于PVDF(Polyvinylidene Fluoride)压电传感技术的铁路轮轨力监测方法,为高速列车运行安全监测提供了新思路。围绕高速铁路轮轨力实时监测方法研究所涉及关键技术进行了深入的理论分析和试验研究,在对车辆轨道相互作用模型、铁道车辆动力学仿真技术、铁路车轮失圆和轮轨力检测技术、以及PVDF压电传感技术的应用研究现状与发展趋势进行归纳和总结的基础上,主要进行了以下方面的研究工作: (1)基于车辆轨道垂、横向耦合动力学理论,采用铁道车辆动力学仿真技术,建立了高速车辆轨道系统动力学仿真分析模型。车辆系统采用能够反映列车动力学性能的整车模型,轨道结构视为多层支承体系,仅考虑了钢轨的垂向和横向振动自由度,在保证计算精度的前提下提高了仿真效率;提出了车轮瞬时滚动圆是非圆时轮轨接触几何参数和轮轨作用力的计算方法。 (2)系统分析了铁路车轮失圆的特征并对其进行了定义分类,提出了一种新的车轮失圆数学描述,结合所建立的高速车辆轨道耦合系统动力学仿真模型,分析计算了各种常见车轮失圆问题所引起的轮轨动力作用特征及其随列车运行速度的变化规律,给出了高速情形下车轮失圆度的安全限值,从而为识别不同类型的车轮失圆问题引起的轮轨力异常情况提供理论依据。 (3)提出了基于PVDF压电传感技术的铁路轮轨力监测新方法。首先,通过有限元分析研究了不同工况下钢轨应力、应变分布规律,并结合车轮不圆度与轮轨动力作用的关系,提出了总体监测方案和轮轨力测量合理的贴片位置;其次,建立了轮轨作用力与PVDF压电传感输出的理论关系模型,提出了轮轨作用力测试原理,讨论了实际应用中压电传感元件粘贴偏差角的存在对输出结果的影响;此外,通过有限元仿真验证和实验研究,对PVDF压电应变传感器和普通电阻应变片的动态特性和抗干扰特性进行了对比分析,验证了本文提出的铁路轮轨力监测原理和测试方法的正确性与可行性。 (4)根据铁路轮轨力监测对采集系统的要求,提出了针对压电传感器的振动信号采集与数据分析处理系统方案,进行了系统硬件选型与软件编制。利用MATLAB语言自身的特点弥补了一些现有软件开发时的缺点,实现了数据实时采集、分析、显示与存储以及远程监测和在线诊断的功能,而且该测控软件能够在多种环境中移植,为建立统一的铁路轮轨力测试平台奠定了基础。 |
| 作者： | 宋颖 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杜彦良 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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