基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，將高精度的加速度傳感器安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，通過光纖傳輸將傳感器采集到的轉(zhuǎn)向架運行過程中橫向加速度信號發(fā)送至車下設(shè)備艙的控制系器中，控制器對該信號進行信號處理，計算出能夠評價轉(zhuǎn)向架自身收斂能力的參數(shù)阻尼比ξ，判斷轉(zhuǎn)向架壽命是否已經(jīng)到期，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向架蛇形運動結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)進行在線監(jiān)測。
【專利說明】基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種高速列車轉(zhuǎn)向架實時監(jiān)測的方法，尤其涉及一種基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)橫向穩(wěn)定性是列車安全運行的主要問題之一，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)了蛇行失穩(wěn)，其運行品質(zhì)將急劇惡化，運行平穩(wěn)性大大降低，甚至?xí)l(fā)脫軌。引起轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)橫向振動的因素很多，第一種是由于外界沖擊力過大導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)幅度過大、頻次過高的橫向振動；第二種情況是由于轉(zhuǎn)向架長期服役過程中，橫向減震器設(shè)備老化、踏面錐度改變、傳感器誤差等故障導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)，當(dāng)外界存在一定沖擊力的情況下，轉(zhuǎn)向架蛇形運動收斂的能力變差。對比已經(jīng)存在結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的轉(zhuǎn)向架，性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)向架在受到同樣沖擊力的情況下收斂性能更好。傳統(tǒng)監(jiān)測橫向振動加速度信號的方法，只能監(jiān)測與判斷轉(zhuǎn)向架的外在表現(xiàn)，無法從轉(zhuǎn)向架內(nèi)部機理與結(jié)構(gòu)上判斷轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)的原因，無法對轉(zhuǎn)向架進行相應(yīng)的故障診斷，只有當(dāng)發(fā)生重大事故的時候才能檢查出來，而這時的損失已經(jīng)不可避免了。本發(fā)明在不考慮外界干擾因素的情況下從轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)機理上研究轉(zhuǎn)向架橫向穩(wěn)定性，分析產(chǎn)生蛇形運動及失穩(wěn)的趨勢，從而判斷轉(zhuǎn)向架是否到達使用壽命期限。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠評價轉(zhuǎn)向架橫向振動收斂能力的阻尼比參數(shù)，從轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)機理上研究轉(zhuǎn)向架橫向穩(wěn)定性，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向架壽命到期的時間估計，從而真正實現(xiàn)高速列車蛇形運行中結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)的狀態(tài)監(jiān)測。
[0004]本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn):
[0005]在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上安裝加速度傳感器，對轉(zhuǎn)向架運行過程中橫向加速度信號進行實時采集并傳給車載控制器；
[0006]所述的車載控制器由光纖輸入接口、信號調(diào)理與濾波裝置、中央處理器、數(shù)字信號輸入輸出裝置構(gòu)成。
[0007]傳感器將米集到的橫向加速度信號通過光纖傳輸，輸送給光纖輸入接口裝置(3),接收信號后經(jīng)過信號濾波裝置(4)去除噪聲和干擾，提取有用信息，再經(jīng)過信號調(diào)理裝置
(5)，將采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過數(shù)字信號輸入輸出裝置(6)傳輸給中央處理器(7)，中央處理器(7)對收集到的信號進行數(shù)據(jù)分析和計算，計算出能夠評價轉(zhuǎn)向架收斂能力的阻尼比參數(shù)ξ，計算方法如下:
[0008]轉(zhuǎn)向架橫向振動二階微分方程描述的系統(tǒng)可稱為二階系統(tǒng)，可以描述如下
【權(quán)利要求】
1.一種基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，將高精度的傳感器(2)安裝在轉(zhuǎn)向架上，通過光纖傳輸將傳感器采集到的轉(zhuǎn)向架運行過程中橫向振動信號發(fā)送至車下設(shè)備艙的控制器(8)中，控制器(8)對該信號進行信號處理，計算出能夠評價轉(zhuǎn)向架收斂能力的參數(shù)阻尼比ξ，通過監(jiān)測ξ值的變化趨勢判斷轉(zhuǎn)向架的失穩(wěn)情況。
2.如權(quán)利要求1所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，傳感器(2)為加速度傳感器，安裝在轉(zhuǎn)向架(1)的構(gòu)架上，采集轉(zhuǎn)向架(1)的橫向加速度信號。
3.如權(quán)利要求1所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述的控制器(8)包括光纖輸入接口(3)、信號濾波裝置(4)、信號調(diào)理裝置(5)、數(shù)字信號輸入輸出裝置(6)和中央處理器(7)，傳感器(2)將采集到的橫向加速度信號通過光纖傳輸，輸送給光纖輸入接口裝置(3)，接收信號后經(jīng)過信號濾波裝置(4)去除噪聲和干擾，提取有用信息，再經(jīng)過信號調(diào)理裝置(5)，將采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過數(shù)字信號輸入輸出裝置(6)傳輸給中央處理器(7)。
4.如權(quán)利要求3所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，中央處理器(7)對收集到的信號進行數(shù)據(jù)分析和處理，得到能夠評價轉(zhuǎn)向架收斂能力的阻尼比參數(shù)ξ，通過這個參數(shù)來判斷轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)是否已經(jīng)失穩(wěn)。
5.如權(quán)利要求1所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，轉(zhuǎn)向架橫向振動可以描述如下；
6.如權(quán)利要求5所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，在分析轉(zhuǎn)向架二階系統(tǒng)動態(tài)特性時，首先考慮傳遞函數(shù)分子部分等于常數(shù)的情況，也就是單位階躍響應(yīng)的情況，即
7.如權(quán)利要求5或6所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，ξ的計算方法如下:在轉(zhuǎn)向架橫向加速度最大值附近選取三個加速度值(fcUj/dt2，d2c (t2) /dt2, d2c(t3)/dt2,因為轉(zhuǎn)向架沖擊為單位沖擊響應(yīng)，因此在上述三個加速度值的橫向狀態(tài)我們可認(rèn)為r⑴=0，根據(jù)式⑴，得到如下方程組
8.如權(quán)利要求5任何一項所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，公式⑷中
9.如權(quán)利要求1-8任何一項所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉(zhuǎn)向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于為阻尼比參數(shù)I設(shè)定限值，I > I時，轉(zhuǎn)向架自身收斂能力較強，處于正常狀態(tài)，ξ <O時，轉(zhuǎn)向架自身收斂能力逐漸減弱，轉(zhuǎn)向架逐漸趨于失穩(wěn)，ξ=0時，轉(zhuǎn)向架內(nèi)部結(jié)構(gòu)已失穩(wěn)，超出轉(zhuǎn)向架使用壽命期限。
【文檔編號】G01M17/08GK103900835SQ201210583289
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】王晗, 梁建英, 戰(zhàn)成一, 趙長龍 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司