基于运营车辆振动信息的高铁轨道结构异常诊断
发布时间：2021-01-13 10:44
轨道不平顺直接影响着列车运营的安全性、平稳性和舒适性,能否实现轨道高平顺性是高速铁路核心问题之一。然而,随着高速铁路服役期的延长,在列车荷载、温度及其它环境因素的耦合作用下,钢轨及轨道结构都不可避免的出现损伤累积,进而导致轨道的几何形状发生改变而引起轨道异常不平顺现象。利用轨检车和动检车虽然可定期地针对钢轨进行几何形位检测和外观检查,但实用性和经济性限制了该类轨道异常检测方法的实时性,另辟途径开展高速铁路轨道异常快速检测与诊断具有重要的工程意义。基于此,本论文尝试以高铁运营车辆的振动信息为媒介实现对高铁轨道结构的快速异常诊断。具体的研究内容如下:（1）采用多体动力学软件建立客车-轨道耦合动力学模型,通过将轨道随机不平顺谱作为轮轨激励获得了车体振动响应,并通过与实测数据、规范限值对比验证了所建立客车-轨道耦合动力学模型的合理性。（2）通过叠加典型轨道异常不平顺波形作为轮轨激励,比较客车在通过不同类型异常轨道不平顺时、不同位置布设传感器测点所测得振动加速度的响应变化规律,初步验证基于车体振动加速度诊断下部轨道结构异常的可行性,确定了车厢前后为振动传感器在车体上的最优布置位置。（3）提出了利...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３扣件松动?图１．４轨道板上拱变形??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆａｓｔｅｎｅｒｓ?ｌｏｏｓｅ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｒａｃｋ?ｐｌａｔｅ?ｃａｍｂｅｒ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ??
?大连交通大学工学硕士学位论文???图１．１至图１．６给出了目前无砟轨道常见的主要病害现象。其中，钢轨主要病害类型如??图１．１和图１．２所示，图１．３是扣件松动现象，图１．４是由于高温变化引起的轨道板上拱??变形和损伤病害，图１．５和图１．６分别是典型的ＣＡ砂浆病害和底座板裂纹病害。??图１．１钢轨核伤?图１．２钢轨波浪形磨耗??Ｆｉｇ．?１．１?Ｒａｉｌ?ｎｕｃｌｅａｒ?ｄａｍａｇｅ?Ｆｉｇ．?１．２?Ｒａｉｌ?ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ??：?＞??图１．３扣件松动?图１．４轨道板上拱变形??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆａｓｔｅｎｅｒｓ?ｌｏｏｓｅ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｒａｃｋ?ｐｌａｔｅ?ｃａｍｂｅｒ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ??２??
?大连交通大学工学硕士学位论文???外力：多体系统外的物体对系统中物体的作用定义为外力（偶）。重力是系统典型??的外力。需要注意的是在外力的定义中，对于刚体，力偶的作用与作用点无关，对于柔??性体，力偶的作用与作用点有关。??力元：在多体系统中物体间的相互作用定义为力元，也称为内力。在实际的工程对??象中，零部件之间的相互联系，一种是通过运动副（铰），另一种通过力（可以认为力??元）的相互作用。两者的本质差别是前者闲置了相连物体的相对运动自由度，而后者没??有这种限制。适当的引入力元对于减少多体动力学的规模是非常有利的。??２．２．２多体动力学基本运动方程??（１）基本运动方程??在多体动力学系统的研究领域，通常把惯性系统作为参考系统。通过与体对齐的直??角坐标系可以清楚定义空间刚体及的位置，也就是说，利用单位矢量与体坐标系统对齐，??ｅｉｘ，？，ｙ，高２表示刚体位置。根据参考系统定义刚体５，质心的原点坐标苟以及??位移矢量以３＼１）和旋转矩阵ＡＪ３Ｘ３）。示意图如图２－１所示。??Ｉ??ｚＺ??ｃｖ，?ｙ－??ｈ?１??．Ｖ，??图２．１刚体坐标系??Ｆｉｇ．２．１?Ｒｉｇｉｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??自由体的位移矢量是通过３个直角坐标的质心定义，作为一列矩阵显示在系统／中。??ｍ，＋Ｙ?吵（２－ｉ）??＇ｒＪｉ＇??Ｙ？＝?ｙ，／Ｉ?（２－２）??ｙｊ！＿??旋转矩阵通过Ｅｕｌｅｒ，?Ｋａｒｄａｎｉｃ角和３个单元旋转矩阵定义，其表达式如下：??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小波包频段分解及综合能量系数的小电流接地系统故障定段方案[J]. 王帅,李立生,宋晓东,孙毅,王善龙,马骁壮. 现代电子技术. 2019(01)
[2]基于小波包分解和频率加权能量算子的滚动轴承故障诊断[J]. 张龙,刘晶,熊国良,毛志德. 机械设计与研究. 2018(06)
[3]基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测[J]. 程朝阳,魏世斌. 铁道建筑. 2018(10)
[4]高速铁路轨面粗糙度测量方法与分析[J]. 尹镪,蔡成标,朱胜阳. 中国科学:技术科学. 2018(09)
[5]中国高速铁路的创新与发展[J]. 刘辉. 领导科学论坛. 2018(12)
[6]温度梯度荷载作用下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道砂浆层界面损伤分析[J]. 赵春发,刘建超,毛海和,肖瑞金. 中国科学:技术科学. 2018(01)
[7]高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道高温变形及损伤机理研究[J]. 赵虎. 铁道标准设计. 2017(09)
[8]基于SIMPACK的扁疤车轮轮轨冲击力学特性分析[J]. 秦玉冬,胡明,杨柳青,周迅. 中国机械工程. 2017(17)
[9]轨道局部指数衰减型动态不平顺对机车动力学响应影响[J]. 蒋博,刘建新,李登妹,张俊杰. 机车电传动. 2017(01)
[10]CRTSⅡ型板式无砟轨道裂缝成因与防治措施研究[J]. 谢旺军. 西部交通科技. 2016(03)
博士论文
[1]基于多传感器信息融合的轨道缺陷在线检测方法的研究[D]. 赵洁.西南交通大学 2015
[2]基于高阶统计量的齿轮传动系统故障特征提取方法研究[D]. 周雁冰.华北电力大学 2013
硕士论文
[1]基于高阶统计特性的调制信号识别[D]. 张茜.电子科技大学 2018
[2]基于小波分析的轴承故障诊断系统的研制及应用[D]. 郑庆标.北京交通大学 2018
[3]基于高阶谱理论的行星齿轮磨损故障诊断方法研究[D]. 吴雅朋.北京信息科技大学 2018
[4]高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层脱空的影响研究[D]. 张振.北京交通大学 2017
[5]轨道高低不平顺动态检测系统的设计与实现[D]. 钟广超.湖南大学 2016
[6]车辆—轨道耦合建模与轨道表面凹陷检测[D]. 王夫歌.南京理工大学 2016
[7]基于运营车辆的钢轨核伤病害检测技术研究[D]. 尹贤贤.北京交通大学 2015
[8]基于运营车辆的钢轨不平顺检测及病害识别研究[D]. 刘峰.北京交通大学 2015
[9]车辆轨道耦合建模与轨道不平顺在线惯性监测研究[D]. 陈岳剑.南京理工大学 2015
[10]高阶统计量在滚动轴承故障诊断中的应用[D]. 郭庆丰.电子科技大学 2013
本文编号：2974735
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３扣件松动?图１．４轨道板上拱变形??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆａｓｔｅｎｅｒｓ?ｌｏｏｓｅ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｒａｃｋ?ｐｌａｔｅ?ｃａｍｂｅｒ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ??
?大连交通大学工学硕士学位论文???图１．１至图１．６给出了目前无砟轨道常见的主要病害现象。其中，钢轨主要病害类型如??图１．１和图１．２所示，图１．３是扣件松动现象，图１．４是由于高温变化引起的轨道板上拱??变形和损伤病害，图１．５和图１．６分别是典型的ＣＡ砂浆病害和底座板裂纹病害。??图１．１钢轨核伤?图１．２钢轨波浪形磨耗??Ｆｉｇ．?１．１?Ｒａｉｌ?ｎｕｃｌｅａｒ?ｄａｍａｇｅ?Ｆｉｇ．?１．２?Ｒａｉｌ?ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ??：?＞??图１．３扣件松动?图１．４轨道板上拱变形??Ｆｉｇ．?１．３?Ｆａｓｔｅｎｅｒｓ?ｌｏｏｓｅ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｒａｃｋ?ｐｌａｔｅ?ｃａｍｂｅｒ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ??２??
?大连交通大学工学硕士学位论文???外力：多体系统外的物体对系统中物体的作用定义为外力（偶）。重力是系统典型??的外力。需要注意的是在外力的定义中，对于刚体，力偶的作用与作用点无关，对于柔??性体，力偶的作用与作用点有关。??力元：在多体系统中物体间的相互作用定义为力元，也称为内力。在实际的工程对??象中，零部件之间的相互联系，一种是通过运动副（铰），另一种通过力（可以认为力??元）的相互作用。两者的本质差别是前者闲置了相连物体的相对运动自由度，而后者没??有这种限制。适当的引入力元对于减少多体动力学的规模是非常有利的。??２．２．２多体动力学基本运动方程??（１）基本运动方程??在多体动力学系统的研究领域，通常把惯性系统作为参考系统。通过与体对齐的直??角坐标系可以清楚定义空间刚体及的位置，也就是说，利用单位矢量与体坐标系统对齐，??ｅｉｘ，？，ｙ，高２表示刚体位置。根据参考系统定义刚体５，质心的原点坐标苟以及??位移矢量以３＼１）和旋转矩阵ＡＪ３Ｘ３）。示意图如图２－１所示。??Ｉ??ｚＺ??ｃｖ，?ｙ－??ｈ?１??．Ｖ，??图２．１刚体坐标系??Ｆｉｇ．２．１?Ｒｉｇｉｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??自由体的位移矢量是通过３个直角坐标的质心定义，作为一列矩阵显示在系统／中。??ｍ，＋Ｙ?吵（２－ｉ）??＇ｒＪｉ＇??Ｙ？＝?ｙ，／Ｉ?（２－２）??ｙｊ！＿??旋转矩阵通过Ｅｕｌｅｒ，?Ｋａｒｄａｎｉｃ角和３个单元旋转矩阵定义，其表达式如下：??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小波包频段分解及综合能量系数的小电流接地系统故障定段方案[J]. 王帅,李立生,宋晓东,孙毅,王善龙,马骁壮. 现代电子技术. 2019(01)
[2]基于小波包分解和频率加权能量算子的滚动轴承故障诊断[J]. 张龙,刘晶,熊国良,毛志德. 机械设计与研究. 2018(06)
[3]基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测[J]. 程朝阳,魏世斌. 铁道建筑. 2018(10)
[4]高速铁路轨面粗糙度测量方法与分析[J]. 尹镪,蔡成标,朱胜阳. 中国科学:技术科学. 2018(09)
[5]中国高速铁路的创新与发展[J]. 刘辉. 领导科学论坛. 2018(12)
[6]温度梯度荷载作用下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道砂浆层界面损伤分析[J]. 赵春发,刘建超,毛海和,肖瑞金. 中国科学:技术科学. 2018(01)
[7]高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道高温变形及损伤机理研究[J]. 赵虎. 铁道标准设计. 2017(09)
[8]基于SIMPACK的扁疤车轮轮轨冲击力学特性分析[J]. 秦玉冬,胡明,杨柳青,周迅. 中国机械工程. 2017(17)
[9]轨道局部指数衰减型动态不平顺对机车动力学响应影响[J]. 蒋博,刘建新,李登妹,张俊杰. 机车电传动. 2017(01)
[10]CRTSⅡ型板式无砟轨道裂缝成因与防治措施研究[J]. 谢旺军. 西部交通科技. 2016(03)
博士论文
[1]基于多传感器信息融合的轨道缺陷在线检测方法的研究[D]. 赵洁.西南交通大学 2015
[2]基于高阶统计量的齿轮传动系统故障特征提取方法研究[D]. 周雁冰.华北电力大学 2013
硕士论文
[1]基于高阶统计特性的调制信号识别[D]. 张茜.电子科技大学 2018
[2]基于小波分析的轴承故障诊断系统的研制及应用[D]. 郑庆标.北京交通大学 2018
[3]基于高阶谱理论的行星齿轮磨损故障诊断方法研究[D]. 吴雅朋.北京信息科技大学 2018
[4]高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道支承层脱空的影响研究[D]. 张振.北京交通大学 2017
[5]轨道高低不平顺动态检测系统的设计与实现[D]. 钟广超.湖南大学 2016
[6]车辆—轨道耦合建模与轨道表面凹陷检测[D]. 王夫歌.南京理工大学 2016
[7]基于运营车辆的钢轨核伤病害检测技术研究[D]. 尹贤贤.北京交通大学 2015
[8]基于运营车辆的钢轨不平顺检测及病害识别研究[D]. 刘峰.北京交通大学 2015
[9]车辆轨道耦合建模与轨道不平顺在线惯性监测研究[D]. 陈岳剑.南京理工大学 2015
[10]高阶统计量在滚动轴承故障诊断中的应用[D]. 郭庆丰.电子科技大学 2013
本文编号：2974735
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/2974735.html
