[发明专利]基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法有效

专利信息
申请号: 201910476918.6 申请日: 2019-06-03
公开(公告)号: CN110210132B 公开(公告)日: 2022-12-16
发明(设计)人: 宋颖;杜彦良;孙宝臣;牛世俊;陈令怡 申请(专利权)人: 石家庄铁道大学
主分类号: G06F30/23 分类号: G06F30/23;G06F30/15;B61K9/12
代理公司: 石家庄国为知识产权事务所 13120 代理人: 张贵勤
地址: 050000 河*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 基于 压电 加速度 传感器 车轮 多边形 检测 方法
【说明书】:

发明适用于轮轨关系技术领域,提供了一种基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法,包括:对车轮多边形磨耗引起的钢轨振动响应特征进行仿真分析,得到车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征;根据钢轨的振动响应特征,确定压电加速度传感器在钢轨上的测点位置,并建立压电加速度传感器有限元仿真模型;对所述压电加速度传感器进行结构优化设计,并将经过结构化优化的压电加速度传感器安装于测点位置进行车轮多边形状态轨旁检测。本发明采用仿真研究对压电加速度传感器的可行性进行前期探索,保证压电加速度传感器在外界环境下保持长时间稳定性,从而满足我国高速铁路轮轨损伤的实时在线监测需求,对工程应用具有重要的参考价值。

技术领域

本发明属于轮轨关系技术领域,尤其涉及一种基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法。

背景技术

随着高速铁路列车车速、轴重和运营里程的不断提高,列车在运行过程中,车辆与轨道系统之间的轮载作用力不断增强,致使车轮踏面磨耗损伤问题越来越严重。由于产生的原因不同,车轮踏面磨耗损伤主要包括擦伤、扁疤、剥离、车轮多边形磨耗等,这些都属于车轮失圆问题,其中车轮多边形磨耗是一种特殊的表现形式。

车轮多边形磨耗所引起的轮轨间冲击振动会导致车辆—轨道系统的相关部件产生严重损伤,从而缩短部件的疲劳寿命,严重时甚至会威胁列车的安全运营,伴随振动而产生的冲击噪声和滚动噪声还会降低乘客的乘坐舒适度。当车轮损伤中只存在某一阶多边形时的非圆现象称为周期性不圆顺,当车轮损伤中存在多阶多边形共存时的非圆现象称为非周期性不圆顺,这种不圆顺由频率、幅值和相位不一样的谐波叠加而成,多边形阶数成分分布很广。如果不能及时发现车轮多边形现象,并对其进行镟修和更换,车轮多边形磨耗将会继续发展,给列车的安全运营带来巨大隐患。

目前,车轮不圆状态检测方法主要分为静态检测和动态检测两种,静态检测方法需要将车轮进行拆卸之后,通过手工或机械量具进行检测,这种方法会占用列车的周转时间,具有检测速度慢、测量精度低、劳动力大、耗费时间长等缺点。动态检测通常采用接触检测法,接触检测法通过检测车轮踏面轮缘最低点相对于轨道的位置变化来判断车轮踏面的损伤情况。但是此方法在检测过程中要求机车车辆缓慢通过检测点时才能准确的检测车轮损伤情况,可见,两种方法都无法应用在高速运营车辆车轮状态的实时检测中。

发明内容

有鉴于此,本发明实施例提供了一种基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法,以解决现有技术中高速铁路轮轨损伤的实时在线监测需求难以实现的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测方法,所述方法包括:

对车轮多边形磨耗引起的钢轨振动响应特征进行仿真分析,得到车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征;

根据车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征,确定压电加速度传感器在钢轨上的测点位置,并建立压电加速度传感器有限元仿真模型;

根据所述压电加速度传感器有限元仿真模型,对所述压电加速度传感器进行结构优化设计;

将经过结构化优化的压电加速度传感器安装于所述测点位置进行车轮多边形状态轨旁检测。

本发明实施例的第二方面提供了一种基于压电加速度传感器的车轮多边形轨旁检测装置,所述装置包括:

振动响应特征获取模块,用于对车轮多边形磨耗引起的钢轨振动响应特征进行仿真分析,得到车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征;

仿真模型建立模块,用于根据车轮多边形作用下钢轨的振动响应特征,确定压电加速度传感器在钢轨上的测点位置,并建立压电加速度传感器有限元仿真模型;

传感器结构优化模块,用于根据所述压电加速度传感器有限元仿真模型,对所述压电加速度传感器进行结构优化设计;

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