基于模型與規(guī)則的高速列車轉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向架構架上，通過光纖傳輸將傳感器采集到的轉向架運行過程中橫向加速度信號發(fā)送至車下設備艙的控制系器中，控制器對該信號進行信號處理，計算出能夠評價轉向架自身收斂能力的參數(shù)阻尼比ξ，判斷轉向架壽命是否已經(jīng)到期，從而實現(xiàn)對轉向架蛇形運動結構性失穩(wěn)進行在線監(jiān)測。
【專利說明】基于模型與規(guī)則的高速列車轉向架蛇形運動實時監(jiān)測方法【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種高速列車轉向架實時監(jiān)測的方法，尤其涉及一種基于模型與規(guī)則的高速列車轉向架蛇形運動實時監(jiān)測方法。
【背景技術】:
[0002]轉向架系統(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，甚至會引發(fā)脫軌。引起轉向架系統(tǒng)橫向振動的因素很多，第一種是由于外界沖擊力過大導致轉向架出現(xiàn)幅度過大、頻次過高的橫向振動；第二種情況是由于轉向架長期服役過程中，橫向減震器設備老化、踏面錐度改變、傳感器誤差等故障導致的轉向架結構性失穩(wěn)，當外界存在一定沖擊力的情況下，轉向架蛇形運動收斂的能力變差。對比已經(jīng)存在結構失穩(wěn)的轉向架，性能優(yōu)良的轉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)測與判斷轉向架的外在表現(xiàn)，無法從轉向架內(nèi)部機理與結構上判斷轉向架失穩(wěn)的原因，無法對轉向架進行相應的故障診斷，只有當發(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向架結構機理上研究轉向架橫向穩(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向架橫向振動收斂能力的阻尼比參數(shù)，從轉向架結構機理上研究轉向架橫向穩(wěn)定性，實現(xiàn)對轉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構性失穩(wěn)的狀態(tài)監(jiān)測。
[0004]本發(fā)明的目的可通過以下技術措施來實現(xiàn):
[0005]在轉向架構架上安裝加速度傳感器，對轉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，計算出能夠評價轉向架收斂能力的阻尼比參數(shù)ξ，計算方法如下:
[0008]轉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
【權利要求】
1.一種基于模型與規(guī)則的高速列車轉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)安裝在轉向架上，通過光纖傳輸將傳感器采集到的轉向架運行過程中橫向振動信號發(fā)送至車下設備艙的控制器(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向架的失穩(wěn)情況。
2.如權利要求1所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉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，安裝在轉向架(1)的構架上，采集轉向架(1)的橫向加速度信號。
3.如權利要求1所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉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.如權利要求3所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉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)來判斷轉向架結構是否已經(jīng)失穩(wěn)。
5.如權利要求1所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，轉向架橫向振動可以描述如下；
6.如權利要求5所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉向架蛇形運動實時監(jiān)測方法，其特征在于，在分析轉向架二階系統(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的情況，即
7.如權利要求5或6所述的基于模型與規(guī)則的高速列車轉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,因為轉向架沖擊為單位沖擊響應，因此在上述三個加速度值的橫向狀態(tài)我們可認為r⑴=0，根據(jù)式⑴，得到如下方程組
8.如權利要求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設定限值，I > I時，轉向架自身收斂能力較強，處于正常狀態(tài)，ξ <O時，轉向架自身收斂能力逐漸減弱，轉向架逐漸趨于失穩(wěn)，ξ=0時，轉向架內(nèi)部結構已失穩(wěn)，超出轉向架使用壽命期限。
【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