[發明專利]基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法

有效

• 申請號: 201910476918.6
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110210132B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 宋穎;杜彥良;孫寶臣;牛世俊;陳令怡
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;B61K9/12
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 張貴勤

1.一種基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，其特征在于，所述方法包括：

對車輪多邊形磨耗引起的鋼軌振動響應特征進行仿真分析，得到車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征；

根據車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征，確定壓電加速度傳感器在鋼軌上的測點位置，并建立壓電加速度傳感器有限元仿真模型；

根據所述壓電加速度傳感器有限元仿真模型，對所述壓電加速度傳感器進行結構優化設計；

將經過結構化優化的壓電加速度傳感器安裝于所述測點位置進行車輪多邊形狀態軌旁檢測；

所述對車輪多邊形磨耗引起的鋼軌振動響應特征進行仿真分析，得到車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征，包括：

建立車輛-軌道耦合系統動力學仿真模型；

根據所述車輛-軌道耦合系統動力學仿真模型，求解車輪多邊形作用力下的輪軌作用力，所述輪軌作用力包括輪軌垂向力；

將所述輪軌垂向力輸入預設的高速鐵路無砟軌道有限元模型，分析車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征。

2.如權利要求1所述的基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，其特征在于，所述根據車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征，建立壓電加速度傳感器有限元仿真模型，包括：

根據車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征，選取壓電加速度傳感器的壓電元件及結構類型；

根據選取的所述壓電加速度傳感器的壓電元件及結構類型，建立壓電加速度傳感器有限元仿真模型。

3.如權利要求1所述的基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，其特征在于，所述根據所述壓電加速度傳感器有限元仿真模型，對所述壓電加速度傳感器進行結構優化設計，包括：

根據所述壓電加速度傳感器有限元仿真模型，分析所述壓電加速度傳感器的傳感器結構參數對傳感器性能指標的影響；

根據所述傳感器結構參數對所述傳感器性能指標的影響，對所述壓電加速度傳感器進行結構優化設計。

4.如權利要求3所述的基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，其特征在于，所述傳感器結構參數包括質量塊重量和壓電陶瓷厚度，所述傳感器性能指標包括電荷靈敏度、頻響范圍和固有頻率；

所述根據所述傳感器結構參數對所述傳感器性能指標的影響，對所述壓電加速度傳感器進行結構優化設計，包括：

以電荷靈敏度、頻響范圍和固有頻率為目標參數，對所述壓電加速度傳感器的質量塊重量和壓電陶瓷厚度進優化。

5.如權利要求1至4任一項所述的基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，其特征在于，在所述根據所述壓電加速度傳感器有限元仿真模型，對所述壓電加速度傳感器進行結構優化設計之后，還包括：

建立所述壓電加速度傳感器與鋼軌結構的耦合模型；

根據所述壓電加速度傳感器與鋼軌結構的耦合模型，對所述壓電加速度傳感器的可行性及所述測點位置的合理性進行驗證。

6.一種基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括：

振動響應特征獲取模塊，用于對車輪多邊形磨耗引起的鋼軌振動響應特征進行仿真分析，得到車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征；

仿真模型建立模塊，用于根據車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征，確定壓電加速度傳感器在鋼軌上的測點位置，并建立壓電加速度傳感器有限元仿真模型；

傳感器結構優化模塊，用于根據所述壓電加速度傳感器有限元仿真模型，對所述壓電加速度傳感器進行結構優化設計；

狀態檢測模塊，用于將經過結構化優化的壓電加速度傳感器安裝于所述測點位置進行車輪多邊形狀態軌旁檢測；

所述振動響應特征獲取模塊包括：

車輛-軌道仿真模型建立單元，用于建立車輛-軌道耦合系統動力學仿真模型；

輪軌作用力獲取單元，用于根據所述車輛-軌道耦合系統動力學仿真模型，求解車輪多邊形作用力下的輪軌作用力，所述輪軌作用力包括輪軌垂向力；

振動響應特征分析單元，用于將所述輪軌垂向力輸入預設的高速鐵路無砟軌道有限元模型，分析車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應特征。