地铁障碍物与脱轨检测装置的设计与分析

发布时间：2017-04-16 17:19

  本文关键词：地铁障碍物与脱轨检测装置的设计与分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国城市化建设进程加快,轨道交通在城市交通系统中的优势逐渐凸显,障碍物与脱轨检测技术是无人驾驶轨道车辆安全运行的保障,相关研究已成为轨道交通领域的研究热点。本论文研究了当前国内外障碍物与脱轨检测技术与方法,研制了一种适用于城市轨道交通无人驾驶地铁的接触式障碍物与脱轨检测装置,填补了我国无人驾驶地铁接触式障碍物与脱轨检测装置的研究空白。 本文详述所研制的接触式障碍物与脱轨检测装置的物理原理：建立了装置关键部件η型板弹簧在障碍物检测与脱轨检测工作状态下的载荷-形变模型,结合有限元方法进行对比验证；选取典型碰撞与脱轨工况分析了装置的静力学特征,校验了装置关键结构的强度,分析了装置的模态特征；对装置在有、无风载荷下随车启动-制动过程和障碍物碰撞工况做了动力学分析：设计和搭建了障碍物碰撞与脱轨检测实验平台,并进行了冲击与振动等多项试验。 通过对大量数据的对比分析,验证了所建立的板弹簧载荷-形变力学模型的正确性；通过装置障碍物与脱轨检测功能触发过程的静力学分析,得到典型位置载荷作用下板弹簧的形变规律,在单侧水平载荷作用下非受载侧板弹簧形变量为受载侧板弹簧形变量的0.5193倍,验证了障碍物检测与脱轨检测功能的独立性；有、无风载荷下启动-制动工况的仿真研究表明本装置不会在随车运行过程中被误触发。通过碰撞与脱轨实验验证了装置的检测功能,振动与冲击试验得到的装置共振频率与仿真分析一致。装置样机已经通过了铁科院机车检验站的冲击与振动型式试验,达到了结构和功能的可靠性,已开始装备北京燕房线地铁车辆。 本研究所采用的理论分析、有限元与动力学仿真、制造实验样机与搭建实验平台等多种研究方法,已能够较全面地掌握接触式障碍物与脱轨检测装置的设计原理与规律,在国内尚属首次。研究过程为探索轨道交通障碍物与脱轨检测装置提供了参考。
【关键词】：无人驾驶地铁 接触式障碍物检测 接触式脱轨检测 η型板弹簧 静力学分析 动力学分析 实验研究
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U298
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题的背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 国外障碍物与脱轨检测研究现状14-15
• 1.2.2 国内障碍物与脱轨检测研究现状15-17
• 1.2.3 板弹簧研究进展17
• 1.2.4 研究现状总结17-18
• 1.3 课题来源与研究意义18
• 1.4 论文研究内容与章节安排18-22
• 2 障碍物与脱轨检测装置设计方案22-36
• 2.1 检测装置设计要求22
• 2.2 障碍物与脱轨检测原理22-24
• 2.2.1 障碍物检测原理23-24
• 2.2.2 脱轨检测原理24
• 2.3 障碍物与脱轨检测系统24-26
• 2.3.1 系统组成24-25
• 2.3.2 装置工作流程25-26
• 2.4 障碍物与脱轨检测装置结构设计26-31
• 2.4.1 装置整体设计26-27
• 2.4.2 关键部件设计27-31
• 2.5 电气系统设计方案31-34
• 2.6 本章小结34-36
• 3 η型板弹簧载荷-形变模型36-48
• 3.1 板弹簧载荷-形变研究方法36-37
• 3.2 障碍物检测过程板弹簧载荷-形变模型37-43
• 3.2.1 载荷-形变模型理论分析37-40
• 3.2.2 载荷-形变模型有限元分析40-41
• 3.2.3 载荷-形变模型建立41-43
• 3.3 脱轨检测过程板弹簧载荷-形变模型43-45
• 3.3.1 载荷-形变模型理论分析43-44
• 3.3.2 载荷-形变模型有限元分析44-45
• 3.3.3 理论与有限元对比分析45
• 3.4 板弹簧强度校核45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 障碍物与脱轨检测装置静力学分析48-70
• 4.1 装置有限元模型建立48-49
• 4.2 障碍物检测触发过程静力学分析49-55
• 4.2.1 横梁中部载荷静力学分析50-51
• 4.2.2 横梁单侧载荷静力学分析51-54
• 4.2.3 障碍物与脱轨检测功能独立性验证54-55
• 4.3 脱轨检测静力学分析55-62
• 4.3.1 横梁轨道接触位置分析55-56
• 4.3.2 横梁屈服分析56-57
• 4.3.3 轮对内陷脱轨分析57-60
• 4.3.4 轮对爬轨脱轨分析60-62
• 4.4 装置关键部件静力学分析62-66
• 4.4.1 啮合齿板组静力学分析62-63
• 4.4.2 横梁吊臂静力学分析63-64
• 4.4.3 螺栓组强度校核64-66
• 4.5 装置模态分析66-68
• 4.6 本章小结68-70
• 5 障碍物与脱轨检测装置动力学分析70-84
• 5.1 多体动力学与虚拟样机技术70
• 5.2 装置虚拟样机模型建立70-72
• 5.2.1 虚拟样机模型初步建立71
• 5.2.2 板弹簧柔性体建立71-72
• 5.3 启动与制动工况仿真72-76
• 5.3.1 启动制动工况条件73
• 5.3.2 启动工况仿真73-75
• 5.3.3 紧急制动工况仿真75-76
• 5.4 风载荷下启动工况仿真76-78
• 5.4.1 风载荷作用条件76-77
• 5.4.2 启动工况仿真77-78
• 5.5 障碍物碰撞工况仿真78-83
• 5.5.1 障碍物碰撞虚拟样机模型建立79-80
• 5.5.2 障碍物碰撞仿真分析80-83
• 5.6 本章小结83-84
• 6 障碍物与脱轨检测装置实验研究84-102
• 6.1 障碍物碰撞与脱轨检测实验方案84-88
• 6.1.1 障碍物碰撞与脱轨检测实验平台84-87
• 6.1.2 实验方案设计87-88
• 6.2 障碍物碰撞实验88-94
• 6.2.1 等效碰撞模型建立88-90
• 6.2.2 碰撞实验90-92
• 6.2.3 碰撞实验与理论、仿真对比分析92-94
• 6.3 脱轨检测实验及分析94-96
• 6.4 冲击与振动型式试验96-101
• 6.4.1 冲击与振动型式试验方法96-97
• 6.4.2 检测装置共振频率97-98
• 6.4.3 试验分析与结论98-101
• 6.5 本章小结101-102
• 7 总结与展望102-104
• 7.1 论文工作总结102-103
• 7.2 展望103-104
• 参考文献104-108
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果108-112
• 学位论文数据集

【参考文献】

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