轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)監(jiān)測(cè)的橫向位移識(shí)別方法研究.pdf

1、列車(chē)的蛇行運(yùn)動(dòng)是軌道車(chē)輛的固有特性之一，其形成的根本原因在于列車(chē)輪對(duì)踏面具有錐度。由于輪對(duì)踏面錐度是鐵路車(chē)輛過(guò)彎的必要條件，因而鐵路車(chē)輛的蛇行運(yùn)動(dòng)無(wú)法從根本上消除。當(dāng)列車(chē)的運(yùn)行速度超過(guò)臨界速度時(shí)，穩(wěn)定的蛇行運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)展為蛇行失穩(wěn)，帶來(lái)極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)列車(chē)的蛇行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是列車(chē)安全運(yùn)行的必要條件。
　　車(chē)輛蛇行失穩(wěn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一般通過(guò)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)動(dòng)車(chē)組列車(chē)來(lái)說(shuō)，其主要依據(jù)EN14363，UIC518等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建蛇行失穩(wěn)

2、實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，這導(dǎo)致車(chē)載蛇行失穩(wěn)監(jiān)控設(shè)備皆以構(gòu)架橫向加速度作為輸入?yún)?shù)，通過(guò)閾值對(duì)比進(jìn)行最終的蛇行失穩(wěn)判定。然而，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中該方法已暴露出一些缺陷。
　　第一，由于依靠閾值判定，現(xiàn)有方法只能在蛇行失穩(wěn)造成構(gòu)架劇烈振動(dòng)時(shí)進(jìn)行識(shí)別，這直接導(dǎo)致了當(dāng)依據(jù)現(xiàn)有方法探測(cè)到轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)時(shí)，轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)嚴(yán)重惡化。
　　第二，對(duì)于超臨界工況，若剛好列車(chē)的速度位于非線(xiàn)性臨界速度與線(xiàn)性臨界速度之間，此時(shí)轉(zhuǎn)向架有可能呈現(xiàn)小幅震蕩狀態(tài)

3、，該振動(dòng)加速度不足以達(dá)到報(bào)警閾值。然而，長(zhǎng)時(shí)間在該狀態(tài)下運(yùn)行顯然對(duì)列車(chē)的安全不利。
　　第三，決定列車(chē)是否脫軌的直接因素是輪對(duì)的橫向位移量。在蛇行狀態(tài)下，輪對(duì)的橫向位移峰值大小不僅與橫向振動(dòng)加速度幅值有關(guān)，還與橫向振動(dòng)加速度的頻率相關(guān)?，F(xiàn)有方法顯然沒(méi)有考慮頻率對(duì)橫向位移的影響。
　　第四，目前已形成標(biāo)準(zhǔn)的算法都將構(gòu)架假設(shè)為剛體且忽略構(gòu)架搖頭角的影響，因此未對(duì)構(gòu)架橫向加速度的測(cè)點(diǎn)位置做出嚴(yán)格規(guī)定。但根據(jù)本文對(duì)某型動(dòng)車(chē)組連續(xù)30

4、萬(wàn)公里的構(gòu)架振動(dòng)測(cè)試結(jié)果:構(gòu)架不同位置的橫向加速度值并不相同。因此，測(cè)點(diǎn)位置會(huì)對(duì)現(xiàn)有方法的判定造成一定影響。
　　為了解決上述問(wèn)題，本文提出了基于輪對(duì)橫向位移峰值的轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)識(shí)別方法。通過(guò)對(duì)一定長(zhǎng)度的軸箱橫向振動(dòng)數(shù)據(jù)構(gòu)造Hankel矩陣并進(jìn)行奇異值分解，本文計(jì)算得到了振動(dòng)主頻（蛇行失穩(wěn)狀態(tài)下對(duì)應(yīng)于固有頻率）對(duì)應(yīng)的輪對(duì)橫向位移峰值，通過(guò)對(duì)該峰值大小的評(píng)判，可以更好的評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比分析表明，橫向位移方法不

5、僅能夠識(shí)別現(xiàn)有方法可以識(shí)別的蛇行失穩(wěn)問(wèn)題，而且還可以對(duì)小幅蛇行運(yùn)動(dòng)進(jìn)行識(shí)別。
　　在系統(tǒng)硬件方面，由于蛇行失穩(wěn)監(jiān)控系統(tǒng)的核心是振動(dòng)加速度的測(cè)量，而用于測(cè)量橫向振動(dòng)的加速度傳感器未經(jīng)放大的輸出信號(hào)只有毫伏級(jí)別，屬于典型的低壓小信號(hào)設(shè)備，其對(duì)供電質(zhì)量要求很高。目前，主流的電源濾器可以使得大部分車(chē)載系統(tǒng)達(dá)到GB/T24338中干擾耐受的要求，但是對(duì)于加速度傳感器這類(lèi)低壓小信號(hào)設(shè)備來(lái)說(shuō)，目前的濾波器性能不足，依據(jù)GB/T24338要求進(jìn)行

6、的電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)中，在使用已有濾波器的測(cè)試條件下，系統(tǒng)測(cè)量誤差高達(dá)1.5g。
　　為了解決上述問(wèn)題，本文采用了仿真分析與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比的方式分析了誤差增大的原因并將以電感、電容元件為核心的傳統(tǒng)濾波器構(gòu)建方式改為以變壓器為核心的構(gòu)建方式。電快速瞬變脈沖群測(cè)試的結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的濾波器，系統(tǒng)對(duì)電磁干擾的耐受能力明顯提升，系統(tǒng)干擾狀態(tài)下的測(cè)量誤差由1.5g減小至0.01g。此外，改進(jìn)的濾波器對(duì)傳導(dǎo)干擾和輻射干擾亦有很強(qiáng)的隔離作用