高速車輪失圓對輪軌動力作用的影響及其監(jiān)測方法研究.pdf

1、本文基于高速車輪失圓問題對輪軌間動力特性的影響,提出了一種基于PVDF(Polyvinylidene Fluoride)壓電傳感技術(shù)的鐵路輪軌力監(jiān)測方法,為高速列車運行安全監(jiān)測提供了新思路。圍繞高速鐵路輪軌力實時監(jiān)測方法研究所涉及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的理論分析和試驗研究,在對車輛軌道相互作用模型、鐵道車輛動力學(xué)仿真技術(shù)、鐵路車輪失圓和輪軌力檢測技術(shù)、以及PVDF壓電傳感技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進(jìn)行歸納和總結(jié)的基礎(chǔ)上,主要進(jìn)行了以下方面

2、的研究工作:
　　 (1)基于車輛軌道垂、橫向耦合動力學(xué)理論,采用鐵道車輛動力學(xué)仿真技術(shù),建立了高速車輛軌道系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析模型。車輛系統(tǒng)采用能夠反映列車動力學(xué)性能的整車模型,軌道結(jié)構(gòu)視為多層支承體系,僅考慮了鋼軌的垂向和橫向振動自由度,在保證計算精度的前提下提高了仿真效率;提出了車輪瞬時滾動圓是非圓時輪軌接觸幾何參數(shù)和輪軌作用力的計算方法。
　　 (2)系統(tǒng)分析了鐵路車輪失圓的特征并對其進(jìn)行了定義分類,提出了一種新的

3、車輪失圓數(shù)學(xué)描述,結(jié)合所建立的高速車輛軌道耦合系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型,分析計算了各種常見車輪失圓問題所引起的輪軌動力作用特征及其隨列車運行速度的變化規(guī)律,給出了高速情形下車輪失圓度的安全限值,從而為識別不同類型的車輪失圓問題引起的輪軌力異常情況提供理論依據(jù)。
　　 (3)提出了基于PVDF壓電傳感技術(shù)的鐵路輪軌力監(jiān)測新方法。首先,通過有限元分析研究了不同工況下鋼軌應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律,并結(jié)合車輪不圓度與輪軌動力作用的關(guān)系,提出了總體監(jiān)

4、測方案和輪軌力測量合理的貼片位置;其次,建立了輪軌作用力與PVDF壓電傳感輸出的理論關(guān)系模型,提出了輪軌作用力測試原理,討論了實際應(yīng)用中壓電傳感元件粘貼偏差角的存在對輸出結(jié)果的影響;此外,通過有限元仿真驗證和實驗研究,對PVDF壓電應(yīng)變傳感器和普通電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性和抗干擾特性進(jìn)行了對比分析,驗證了本文提出的鐵路輪軌力監(jiān)測原理和測試方法的正確性與可行性。
　　 (4)根據(jù)鐵路輪軌力監(jiān)測對采集系統(tǒng)的要求,提出了針對壓電傳感器的振