基于激光位移传感器的城市轨道交通车辆轮对尺寸在线检测系统

车轮磨损是城市轨道交通日常运营的一大安全隐患。提出了一种基于2D激光位移传感器的列车轮对尺寸在线测量的新方法,阐明了该测量方法的系统构成及在线测量原理。系统由两组激光位移传感器和两组激光对射开关组成,通过激光位移传感器测量轮对外形轮廓线,然后根据踏面几何关系得到轮缘高、轮缘厚尺寸值;提取同一车轮通过该在线测量系统时传感器输出的各时刻轮缘顶点坐标,经时空还原将轮缘顶点变换到同一时刻的轮缘顶点圆上;通过最小二乘拟合圆得到车轮直径。现场试验结果表明,该轮对尺寸在线测量系统能满足轮对尺寸的现场实际测量要求,为轮对尺寸在线非接触式测量提供了一种新的解决方案。     

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺检测

针对中低速磁浮F轨轨道不平顺检测问题,提出基于机器视觉测量技术的中点弦测方法。由一组激光摄像式传感器检测轨道轮廓,进行图像处理、特征点提取以及世界坐标系转换后,计算得到轨道不平顺正矢值,通过"以小推大"、差值方法得到不同弦长的不平顺值,并为长沙磁浮快线研制了MTDS-1型车载非接触式中低速磁浮F轨轨道动态检测装置。选取株洲电力机车有限公司的磁浮交通系统中心试验线为试验地点,测试结果表明:在20 km/h和25 km/h的速度下测得的4 m弦和10 m弦轨道不平顺满足精度要求,验证了轨道不平顺检测数据的一致性,该检测方法能实现中低速磁浮轨道不平顺的准确测量,检测结果不受列车运行速度变化的影响。     

运营期高速铁路轨道长波不平顺静态测量方法及控制标准

现有高速铁路轨道长波不平顺静态检测主要采用矢距差法或简化矢距差法,存在与检测起点相关、含有里程相位差、基础变形时检测幅值偏大、与车体振动加速度匹配性较差等缺点。利用中点弦测法对轨道长波不平顺进行静态检测,通过对中点弦测法不同测弦长度有效测量波长范围和列车敏感波长分析,采用60 m测弦长度的中点弦测法最适合时速300~350 km运营期高速铁路;利用车辆-轨道动力学仿真分析和最小二乘法拟合相结合方法,提出运营期高速铁路300及350 km·h^-1速度下的轨道长波高低不平顺控制标准,并进行实例验证。结果表明:60 m弦中点弦测法既可保证轨道长波不平顺检测的准确性,又能很好地体现车体振动响应;时速300 km运营期高速铁路轨道长波高低不平顺3级控制标准建议值分别为9,15,21 mm;时速350 km分别为7,11,15 mm。     

基于激光位移传感器的车轮踏面磨耗检测方法研究

针对当前城轨车辆车轮踏面磨耗人工检测劳动强度高、检测精度低的问题,提出一种基于激光位移传感器的车轮踏面磨耗检测方法。首先在轨道外侧安装一组激光位移传感器进行车轮踏面数据采集;其次结合标准轮对踏面轮廓数据,采用数据预处理、坐标旋转、数据融合等算法获取实际车轮踏面轮廓线;最后根据踏面磨耗几何关系获得车轮踏面磨耗值。通过踏面磨耗检测误差分析以及现场标准轮对实验和过车实验表明,所提方法检测精度为±0.2 mm,抗干扰能力强,能够满足踏面磨耗检测实际要求。     

便携式轨道车辆车轮不圆度及直径测量装置

为了准确、快速地测量和记录车轮圆周方向的外形,以求得车轮不圆度和直径等参数,研制开发了一款便携式轨道车轮不圆度及直径测量装置.该装置由便携式测量机构和便携式计算机组成.测量机构将传感器所采集到的数据转换成脉冲计数,通过USB总线接口传输至便携式计算机.计算机软件对外形数据进行分析计算,并显示结果.绐出了测量原理、算法及误差分析方法.     

地铁列车车轮不圆发展分析与优化方案

围绕佛山地铁2号线车轮不圆问题,利用镟床对现役3列列车的车轮径跳值进行测量跟踪研究,对比分析得出列车车轮不圆发展的总体特点。统计表明,同一时间段内不同列车车轮不圆发展的速度不尽相同,初始有较大不圆的车轮,其后期不圆发展速度普遍较快;前期曾出现不圆的车轮,经过镟修后仍保留以往的不圆发展趋势;随着公里数增加,车轮不圆发展速度有减缓趋势。同时为了解车轮详细特征进行车轮粗糙度测试,分析结果表明佛山地铁2号线车轮不圆的主要表现为踏面局部凹陷,与雨天发生的空转滑行问题有着较为密切的联系。结合以上特点,从避免踏面局部凹陷及调整镟修角度出发,提出解决车轮不圆问题的优化方案并进行验证,为业内其他地铁同行提供参考。     

大型养路机械轨道纵向水平光电测量技术研究

捣固车利用弦测法测量轨道纵向水平时，由于采用钢丝绳弦线而具有一定的局限性，针对这一问题，提出了一种用激光弦替代钢丝绳弦线的光电测量系统。该系统采用单弦法检测轨道纵向水平，在后司机室位置放置激光发射器，在前司机室门口及后司机室前方4 500 mm位置放置光电探测器。该系统包括数据采集、数据处理、图像分析与处理、多传感器数据融合四部分，通过对采集到的数据进行处理，准确定位激光图像光条中心的位置，并对接收到的传感器测量值进行滤波处理，使数据变得平滑，噪声得以有效去除。现场试验结果表明，该光电测量系统与捣固车原有测量系统测量数据的时间响应基本一致，且测量差值最大不超过0.5 mm，能够满足实际测量的需求。     

轨道车辆车轮不圆度检测装置动力学仿真

建立轨道—车辆—车轮不圆度检测装置动力学仿真模型，计算分析车轮不圆度检测装置关键参数对测点振动的影响规律，确定该检测装置最优设计参数。基于轨道车辆动力学与机构学理论，对检测装置机构运动进行分析，运用SIMPACK软件建立含单节列车、钢轨及安装在钢轨上的不圆度检测装置在内的整体仿真模型，并计算测点的振动响应。研究表明：该检测装置机构弹簧刚度最优值为3×10⁵～5×10⁵ N/m，阻尼最优值在8 000 N·s/m附近；为保证检测装置测量精度，车辆运行速度应不大于5 km/h；同轴另一侧车轮对检测装置没有影响，装置对列车运行安全性没有影响。     

高速轨道检查技术

在两转向架上安装检查装置的EAST-i轨检车,可在普通线路和新干线部分区段行驶,速度可达275km/h。在三个车轴位置检测钢轨位移,根据不等弦支距法的测量结果,利用数字滤波器处理,得到用于实际轨道维护的10m弦正矢位移。采用光学轨道位移传感器不需与钢轨侧面接触就能检测钢轨位置。在新干线区段,每0.25ms测量钢轨位移传感器的垂向极大和极小值。从检测器垂向位移和测量误差判断,按速度275km/h的速度检查其精度为±0.5mm。在新干线列车和普通线路的混合运营区段,其垂向位移满足4mm基准值。     

圆锥度误差分离的数学模型及其在线测量的探讨

给出了圆锥度误差分离的数学模型及其在线测量的方法，基于三点法误差分离技术，沿测架导轨安装一光栅尺，测量测架轴向移动距离。在测架上沿被测锥体圆周和轴线方向分别排列三个传感器，被测件旋转，用五个传感器拾取输入信号，在一次安装下，可同时获得并准确分离出工 截面的圆度误差，母线直线度误差和工件的圆锥度误差，并建立了评定圆锥度误差的数学模型。     

车轮踏面不圆度在线监测技术的现状与分析

相同车轮不圆度下轮轨相互作用力的大小与列车速度的平方成正比关系,所以若存在列车车轮不圆度则会对轮轨造成巨大的危害。通过对几种不同的列车车轮不圆度的监测方法的分析,提出适合于我国列车运行状况的列车车轮不圆度在线监测的方法,并且指出应用该方法需要满足国家车轮不圆度标准的工作重点。     

高速列车车轮高阶多边形对车辆动力学性能的影响

为研究高速列车车轮1~25阶多边形化对车辆动力学性能的影响,建立了整车动力学仿真模型。假设车轮型面不发生变化,车轮半径差沿圆周方向周期性变化,通过数值仿真研究列车高速运营状态下车轮多边形化的波深、谐波阶数对车辆动力学性能的影响。结果表明,车轮多边形化对车体平稳性指标、脱轨系数影响很小。车轮高阶不圆对临界速度、轮轨垂向力的影响远大于车轮低阶不圆的影响,车轮低阶不圆对构架、车体的垂向振动影响远大于车轮高阶不圆的影响。根据轮轨垂向力上限值170kN分析出在200、250、300、350km/h 4个速度等级时,分别对应10、15、20、25阶不圆顺波深限值。     

基于逆滤波的轨道不平顺测评误差分析及滤波参数优化

弦测法是目前国内外使用最普遍的轨道不平顺测评方法之一。本文采用滤波模型描述弦测法对轨道不平顺的测评过程,借助频率采样方法构造逆滤波器实现轨道不平顺波形的复原,进一步定义滤波器等效长度和误差放大系数,对不同滤波器设计参数的误差影响进行分析,发现截止波长与采样步长的增加将导致误差快速积累;滤波器等效长度越大,波长的截断效果越明显,滤波效果越好。提出轨道不平顺测评过程中滤波参数的优化思路:一是采用更小的采样步长提高测评精度,二是采用更高的滤波器阶数优化滤波效果。以一段1km长的高速铁路轨道区段为例,根据逆滤波器设计方法,实现其轨道不平顺的复原,检测精度为0.01mm时测评误差在1~50m波长范围不超过0.84mm。     

基于中点弦测法的轨道不平顺精确值数学模型研究

弦测法是测量轨道不平顺的一种基本方法,原理简单,使用方便,高效迅捷。传统观点是直接将弦测值作为轨道不平顺的近似描述,这会不可避免地因基准线变动而产生较大误差。针对该问题建立了一个描述中点弦测法本质的数学模型,分析了轨道不平顺与其弦测值之间的关系,构造了一种计算轨道不平顺精确值的迭代算法与快速算法,并采用数值仿真对弦测过程进行模拟。结果显示:迭代算法总体误差较小,传递函数较好,但由于迭代次数等原因会产生端点误差;快速算法以牺牲计算内存为代价能达到较高精度,绝对误差在1μm以内,传递函数效果极好,从而证明了所建立的数学模型的正确性与计算结果的精确性。     

基于多传感器的列车里程计定位误差检测及校正方法

城市轨道交通列车运行过程中,轮对空转/滑行和车轮磨损是造成车载里程计测速测距误差的主要原因,因此里程计定位误差的检测和校正主要是对列车空转/滑行和车轮磨损的检测和误差校正。通过城市轨道交通列车定位需求分析以及传感器定位特性分析,在列车里程计基础上引入多普勒雷达,采用二者构建车载组合定位系统。基于H!滤波理论实现两种传感器量测信息的融合处理,得到列车定位参数的最优估计,在此基础上,利用空转/滑行和车轮磨损检测方法完成相关检测并对误差进行校正。仿真试验结果验证了本方法的有效性,达到了模型的预期设计目的,提高了车载定位系统的自主定位能力。     

钢轨打磨车用波磨轨廓检测装置研究

针对钢轨横断面磨损、波浪磨耗现象,提出了研制安装于钢轨打磨车上的波磨轨廓检测装置的课题.该装置主要采用非接触式激光传感器三角测量法进行轨廓检测,采用激光传感器不等弦测量法进行波磨检测,借助CAN(控制器局域网)总线技术,开发相应的软件,对激光测量数据进行了分析处理.介绍了该装置的各组成部分及相应的软件系统,通过对检测数据的分析,提出了钢轨波磨打磨石的验收标准.     

一种波长固定的车轮多边形在线故障检测方法

针对多边形磨耗对列车安全性和舒适性的影响提出一种适用于列车车轮多边形不圆故障在线检测的方法。该算法的核心是:根据轨道及车辆的几何参数定位车轮多边形故障的感兴趣阶次,根据定位后的感兴趣阶数,计算轨枕通过频率。联合列车轴箱垂向、横向振动加速度信号,提出时域、频域相结合的多特征参数表征车轮多边形故障的方法。这种与车轮周长以及轨枕跨距相关的车轮多边形检测方法称为波长固定的车轮多边形检测方法。对我国某型高速列车在线监测车轮多边形数据应用该算法验证其有效性,结果表明:该方法实时性好,准确性高,具有良好工程适应性。     

车轮踏面形状自动测定装置的开发

为节省检修工时，实现自动化测量，日本北陆新干线开发了车轮踏面形状自动测定系统，该系统由检测装置、数据处理箱、蓄气罐、遮光板、车轮检测传感器、个人计算机、打印机等部分组成。安装在入库车线路钢轨中央的检测装置包括2组激光光源和2组摄象机及定时传感器等。列车通过钢轨时，激光光束照射左右车轮踏面，并由摄象机拍摄其散射图象，经数据处理和图象处理后显示在计算机荧光屏上或打印输出，从而可及时掌握踏面磨耗情况。     

基于三点激光准直原理的轨道几何参数测量技术

针对既有激光准直系统存在激光弦抖动现象和人工测量无法直接检测轨道中长波平顺性的问题,为进一步提高轨道几何参数测量精度,结合捣固车现场实际作业模式,提出发射车+接收车+接收车的“一发两收”模式,开展基于三点激光准直原理的轨道测量技术研究。通过激光弦、轨距、超高、里程计等多传感器数据融合,测量轨道内部几何参数;构建三点式激光准直矢距测量模型,解决了激光弦抖动漂移误差问题;采用接收车跟随自走行技术,提高了测量效率。现场试验结果表明：使用三点弦技术方案测量得到的轨向、高低、正矢、轨距、超高等轨道内部几何参数满足现场使用的误差要求,可为数字化、智能化捣固提供数据支撑。     

车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明：车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。