高速車輪失圓對(duì)輪軌動(dòng)力作用的影響及其監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、本文基于高速車輪失圓問題對(duì)輪軌間動(dòng)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(cè)方法,為高速列車運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)提供了新思路。圍繞高速鐵路輪軌力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yàn)研究,在對(duì)車輛軌道相互作用模型、鐵道車輛動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)、鐵路車輪失圓和輪軌力檢測(cè)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(shì)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(dòng)力學(xué)理論,采用鐵道車輛動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù),建立了高速車輛軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析模型。車輛系統(tǒng)采用能夠反映列車動(dòng)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(dòng)自由度,在保證計(jì)算精度的前提下提高了仿真效率;提出了車輪瞬時(shí)滾動(dòng)圓是非圓時(shí)輪軌接觸幾何參數(shù)和輪軌作用力的計(jì)算方法。
　　 (2)系統(tǒng)分析了鐵路車輪失圓的特征并對(duì)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(dòng)力學(xué)仿真模型,分析計(jì)算了各種常見車輪失圓問題所引起的輪軌動(dòng)力作用特征及其隨列車運(yùn)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(shí)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(cè)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(dòng)力作用的關(guān)系,提出了總體監(jiān)

4、測(cè)方案和輪軌力測(cè)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(cè)試原理,討論了實(shí)際應(yīng)用中壓電傳感元件粘貼偏差角的存在對(duì)輸出結(jié)果的影響;此外,通過有限元仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)PVDF壓電應(yīng)變傳感器和普通電阻應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾特性進(jìn)行了對(duì)比分析,驗(yàn)證了本文提出的鐵路輪軌力監(jiān)測(cè)原理和測(cè)試方法的正確性與可行性。
　　 (4)根據(jù)鐵路輪軌力監(jiān)測(cè)對(duì)采集系統(tǒng)的要求,提出了針對(duì)壓電傳感器的振