[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201910476918.6
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110210132B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋穎;杜彥良;孫寶臣;牛世俊;陳令怡
• 申請（專利權(quán)）人: 石家莊鐵道大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 張貴勤

本發(fā)明適用于輪軌關(guān)系技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，包括：對車輪多邊形磨耗引起的鋼軌振動響應(yīng)特征進(jìn)行仿真分析，得到車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應(yīng)特征；根據(jù)鋼軌的振動響應(yīng)特征，確定壓電加速度傳感器在鋼軌上的測點(diǎn)位置，并建立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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將經(jīng)過結(jié)構(gòu)化優(yōu)化的壓電加速度傳感器安裝于測點(diǎn)位置進(jìn)行車輪多邊形狀態(tài)軌旁檢測。本發(fā)明采用仿真研究對壓電加速度傳感器的可行性進(jìn)行前期探索，保證壓電加速度傳感器在外界環(huán)境下保持長時(shí)間穩(wěn)定性，從而滿足我國高速鐵路輪軌損傷的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測需求，對工程應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輪軌關(guān)系技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法。

背景技術(shù)

隨著高速鐵路列車車速、軸重和運(yùn)營里程的不斷提高，列車在運(yùn)行過程中，車輛與軌道系統(tǒng)之間的輪載作用力不斷增強(qiáng)，致使車輪踏面磨耗損傷問題越來越嚴(yán)重。由于產(chǎn)生的原因不同，車輪踏面磨耗損傷主要包括擦傷、扁疤、剝離、車輪多邊形磨耗等，這些都屬于車輪失圓問題，其中車輪多邊形磨耗是一種特殊的表現(xiàn)形式。

車輪多邊形磨耗所引起的輪軌間沖擊振動會導(dǎo)致車輛—軌道系統(tǒng)的相關(guān)部件產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷，從而縮短部件的疲勞壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){列車的安全運(yùn)營，伴隨振動而產(chǎn)生的沖擊噪聲和滾動噪聲還會降低乘客的乘坐舒適度。當(dāng)車輪損傷中只存在某一階多邊形時(shí)的非圓現(xiàn)象稱為周期性不圓順，當(dāng)車輪損傷中存在多階多邊形共存時(shí)的非圓現(xiàn)象稱為非周期性不圓順，這種不圓順由頻率、幅值和相位不一樣的諧波疊加而成，多邊形階數(shù)成分分布很廣。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輪多邊形現(xiàn)象，并對其進(jìn)行鏇修和更換，車輪多邊形磨耗將會繼續(xù)發(fā)展，給列車的安全運(yùn)營帶來巨大隱患。

目前，車輪不圓狀態(tài)檢測方法主要分為靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測兩種，靜態(tài)檢測方法需要將車輪進(jìn)行拆卸之后，通過手工或機(jī)械量具進(jìn)行檢測，這種方法會占用列車的周轉(zhuǎn)時(shí)間，具有檢測速度慢、測量精度低、勞動力大、耗費(fèi)時(shí)間長等缺點(diǎn)。動態(tài)檢測通常采用接觸檢測法，接觸檢測法通過檢測車輪踏面輪緣最低點(diǎn)相對于軌道的位置變化來判斷車輪踏面的損傷情況。但是此方法在檢測過程中要求機(jī)車車輛緩慢通過檢測點(diǎn)時(shí)才能準(zhǔn)確的檢測車輪損傷情況，可見，兩種方法都無法應(yīng)用在高速運(yùn)營車輛車輪狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測中。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中高速鐵路輪軌損傷的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測需求難以實(shí)現(xiàn)的問題。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供了一種基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測方法，所述方法包括：

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

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

根據(jù)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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

將經(jīng)過結(jié)構(gòu)化優(yōu)化的壓電加速度傳感器安裝于所述測點(diǎn)位置進(jìn)行車輪多邊形狀態(tài)軌旁檢測。

本發(fā)明實(shí)施例的第二方面提供了一種基于壓電加速度傳感器的車輪多邊形軌旁檢測裝置，所述裝置包括：

振動響應(yīng)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(yīng)特征進(jìn)行仿真分析，得到車輪多邊形作用下鋼軌的振動響應(yīng)特征；

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

傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊，用于根據(jù)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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；