双磁悬浮振子结构地铁轨道监测小波分析
发布时间：2021-03-05 11:33
为实现地铁机车的振动测量设计了双磁悬浮振子结构地铁机车振动测量系统。通过实测和最小二乘函数拟合方法获得振子所受磁斥力与位移的函数关系。分别推导了两个磁悬浮振子的振动方程,建立了双磁悬浮振动测量系统仿真模型。分析表明双磁悬浮振子的灵敏度高于单磁悬浮振子。实测了地铁在匀速运行无振动、匀速运行有振动的波形,并在地铁站台测量了机车进站对站台造成的振动。采用多尺度一维小波分解函数对振动信号进行了分析,得到不同情况下的振动特征,最后对振动波形进行了重构。实测表明,设计的双磁悬浮振子结构地铁机车振动测量系统的可实现机车振动测量,对于地铁轨道故障检测具有一定的参考价值。
【文章来源】：传感技术学报. 2019,32(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1双磁悬浮振子结构模型设计的双磁悬浮振子结构应用在绝对式振动测
传感技术学报chinatransducers．seu．edu．cn第32卷图2力与位移函数关系f(y)=0．02842－1．5939Δy(2)根据振动工程理论，阻尼力与速度成正比且方向与振子运动方向相反。阻尼力主要由空气阻尼以及铝板的电磁阻尼产生的。当振子自由振荡时，振子的自由振动方程为:md2ydt2+cdydt+ky=0(3)式中:m为振子的质量，c为阻尼力的比例系数，k为弹性系数。各项除以m，变换为:d2ydt2+2ξωndydt+ω2ny=0(4)式中:ωn=km槡为振子的固有角频率，ξ=c2槡mk为阻尼率，推导得到阻尼比例系数c为:c=2ξωnm(5)当振子处于自由振荡时，测得振子的固有振荡周期为T=268ms，即固有角频率为ωn=23．4rad/s，阻尼率ξ=0．6，由此，得到阻尼比例系数:c=0．084Ns/m。根据牛顿第二定律，振子的运动方程为:mg－f(y)－f阻尼=md2(y+x)dt2(6)将振子的质量、阻尼力和线性化处理后的表达式代入后，整理获得振子的振动方程为:0．02842d2Δydt2－0．084dΔydt+1．5939Δy=0．02842d2Δxd2t(7)式(7)适用于振子1和振子2。3双磁悬浮振子结构仿真模型有振动时，振子1的绝对位移为，y1j=2l+y10+Δy1－Δx(8)有振动时，振子2的绝对位移为，y2j=3l+y10+Δy1+y20+Δy2－Δx(9)分别代入振子运动方程，得到双磁悬浮振子仿真模型，见图3。图3双磁悬浮振子结构仿真模型图3中，C1、C2、C3、C4为振子1和
期江东，赵彦超等:双磁悬浮振子结构地铁轨道监测小波分析图6振子2输出波形图6可见，仿真得到的振子2的振动加速度频率和波形与外加振动相同。振子2的输出幅值高于振子1，测量灵敏度得到了提高。采用更多磁悬浮振子虽然可以进一步提高测量灵敏度，但提高幅度不大，且系统的阻尼力所占比重明显增加，对安装模型垂直度的要求也相应提高，所以，本系统采用双磁悬浮振子的结构设计。4地铁机车振动测量对地铁机车振动进行测量:无振动时，有振动时和地铁站台的振动测量。见图7。图7地铁机车及站台振动波形图7可见几种情况的振动波形不相同。图7(a)为机车匀速平稳运行时，测得垂直方向振动加速度波形较平坦，最大振动加速度幅值为0．048m/s2，机车运行大部分时间是这种波形;图7(b)为机车匀速运行时部分路段出现振动，测得垂直方向最大振动加速度幅值为0．2m/s2，其波形出现较为明显的波动;图7(c)为在地铁站台进行的振动测量，当地铁机车进站时，在站台测得垂直方向最大振动加速度幅值为0．1m/s2，地铁机车进站时对站台产生一定的振动。5小波分解为进一步获得不同状况下测量信号的特征，对测得的振动加速度信号采用多尺度一维小波分解函数，对振动信号进行分析。图8为机车无振动一维尺度分解，机车无振动时，第3层的低频系数值为0．035m/s2，第3、2、1层高频系数为0．048m/s2，高频系数高于低频系数，第2层的低频系数值为0．035m/s2，第2、1层高频系数为0．048m/s2。2、1层高频系数较大，而低频分量不明显。低频分量小说明此段地铁轨道没有较大的起伏，平整度较好。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于应变式传感器的压电陶瓷定位系统设计[J]. 范青武,徐辽,刘旭东,张恒,张跃飞. 传感技术学报. 2018(11)
[2]等强度梁式压电振动能量收集器特性研究[J]. 刘延彬. 传感技术学报. 2018(07)
[3]改进型微悬臂梁弹性常数标定系统[J]. 耿新宇,宋云鹏,傅星,吴森. 传感技术学报. 2018(06)
[4]齿轮传动型光纤弯曲损耗位移传感器及其实验研究[J]. 李亚明,杨杰,程琳,马钰明. 传感技术学报. 2018(02)
[5]地铁车站结构临界破坏特性的振动台试验[J]. 左熹,陈国兴,王志华,周恩全. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[6]基于KPCA与RVM感应电机故障诊断研究[J]. 阳同光,桂卫华. 电机与控制学报. 2016(09)
[7]弹簧式安全阀在线校验阀瓣微启识别技术[J]. 丁卫撑,陈浩峰,邓友,黄洪全,龚迪琛. 测控技术. 2016(04)
[8]Analysis of sensitivity and errors in Maglev vibration test system[J]. JIANG Dong,LIU Xukun,WANG Deyu,YANG Jiaxiang. Instrumentation. 2016(01)
[9]基于Z-力敏元件的测力研究[J]. 江东,单薏,刘绪坤,杨嘉祥,王德玉. 传感技术学报. 2016(02)
[10]密封式继电器触点电弧有限元仿真[J]. 王海英,单证维,顾博扬. 哈尔滨理工大学学报. 2016(01)
本文编号：3065127
【文章来源】：传感技术学报. 2019,32(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1双磁悬浮振子结构模型设计的双磁悬浮振子结构应用在绝对式振动测
传感技术学报chinatransducers．seu．edu．cn第32卷图2力与位移函数关系f(y)=0．02842－1．5939Δy(2)根据振动工程理论，阻尼力与速度成正比且方向与振子运动方向相反。阻尼力主要由空气阻尼以及铝板的电磁阻尼产生的。当振子自由振荡时，振子的自由振动方程为:md2ydt2+cdydt+ky=0(3)式中:m为振子的质量，c为阻尼力的比例系数，k为弹性系数。各项除以m，变换为:d2ydt2+2ξωndydt+ω2ny=0(4)式中:ωn=km槡为振子的固有角频率，ξ=c2槡mk为阻尼率，推导得到阻尼比例系数c为:c=2ξωnm(5)当振子处于自由振荡时，测得振子的固有振荡周期为T=268ms，即固有角频率为ωn=23．4rad/s，阻尼率ξ=0．6，由此，得到阻尼比例系数:c=0．084Ns/m。根据牛顿第二定律，振子的运动方程为:mg－f(y)－f阻尼=md2(y+x)dt2(6)将振子的质量、阻尼力和线性化处理后的表达式代入后，整理获得振子的振动方程为:0．02842d2Δydt2－0．084dΔydt+1．5939Δy=0．02842d2Δxd2t(7)式(7)适用于振子1和振子2。3双磁悬浮振子结构仿真模型有振动时，振子1的绝对位移为，y1j=2l+y10+Δy1－Δx(8)有振动时，振子2的绝对位移为，y2j=3l+y10+Δy1+y20+Δy2－Δx(9)分别代入振子运动方程，得到双磁悬浮振子仿真模型，见图3。图3双磁悬浮振子结构仿真模型图3中，C1、C2、C3、C4为振子1和
期江东，赵彦超等:双磁悬浮振子结构地铁轨道监测小波分析图6振子2输出波形图6可见，仿真得到的振子2的振动加速度频率和波形与外加振动相同。振子2的输出幅值高于振子1，测量灵敏度得到了提高。采用更多磁悬浮振子虽然可以进一步提高测量灵敏度，但提高幅度不大，且系统的阻尼力所占比重明显增加，对安装模型垂直度的要求也相应提高，所以，本系统采用双磁悬浮振子的结构设计。4地铁机车振动测量对地铁机车振动进行测量:无振动时，有振动时和地铁站台的振动测量。见图7。图7地铁机车及站台振动波形图7可见几种情况的振动波形不相同。图7(a)为机车匀速平稳运行时，测得垂直方向振动加速度波形较平坦，最大振动加速度幅值为0．048m/s2，机车运行大部分时间是这种波形;图7(b)为机车匀速运行时部分路段出现振动，测得垂直方向最大振动加速度幅值为0．2m/s2，其波形出现较为明显的波动;图7(c)为在地铁站台进行的振动测量，当地铁机车进站时，在站台测得垂直方向最大振动加速度幅值为0．1m/s2，地铁机车进站时对站台产生一定的振动。5小波分解为进一步获得不同状况下测量信号的特征，对测得的振动加速度信号采用多尺度一维小波分解函数，对振动信号进行分析。图8为机车无振动一维尺度分解，机车无振动时，第3层的低频系数值为0．035m/s2，第3、2、1层高频系数为0．048m/s2，高频系数高于低频系数，第2层的低频系数值为0．035m/s2，第2、1层高频系数为0．048m/s2。2、1层高频系数较大，而低频分量不明显。低频分量小说明此段地铁轨道没有较大的起伏，平整度较好。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于应变式传感器的压电陶瓷定位系统设计[J]. 范青武,徐辽,刘旭东,张恒,张跃飞. 传感技术学报. 2018(11)
[2]等强度梁式压电振动能量收集器特性研究[J]. 刘延彬. 传感技术学报. 2018(07)
[3]改进型微悬臂梁弹性常数标定系统[J]. 耿新宇,宋云鹏,傅星,吴森. 传感技术学报. 2018(06)
[4]齿轮传动型光纤弯曲损耗位移传感器及其实验研究[J]. 李亚明,杨杰,程琳,马钰明. 传感技术学报. 2018(02)
[5]地铁车站结构临界破坏特性的振动台试验[J]. 左熹,陈国兴,王志华,周恩全. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[6]基于KPCA与RVM感应电机故障诊断研究[J]. 阳同光,桂卫华. 电机与控制学报. 2016(09)
[7]弹簧式安全阀在线校验阀瓣微启识别技术[J]. 丁卫撑,陈浩峰,邓友,黄洪全,龚迪琛. 测控技术. 2016(04)
[8]Analysis of sensitivity and errors in Maglev vibration test system[J]. JIANG Dong,LIU Xukun,WANG Deyu,YANG Jiaxiang. Instrumentation. 2016(01)
[9]基于Z-力敏元件的测力研究[J]. 江东,单薏,刘绪坤,杨嘉祥,王德玉. 传感技术学报. 2016(02)
[10]密封式继电器触点电弧有限元仿真[J]. 王海英,单证维,顾博扬. 哈尔滨理工大学学报. 2016(01)
本文编号：3065127
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