《高速車輪非圓化對輪軌動力作用的影響與監測》是依託石家莊鐵道大學，由宋穎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速車輪非圓化對輪軌動力作用的影響與監測
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋穎
- 依託單位：石家莊鐵道大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速鐵路行車安全是當前學術和工程領域研究的熱點和難點問題，而高速車輪不圓順對輪軌動力作用機理的影響及其監測是其重點研究內容之一。針對此問題，本課題通過建立考慮車輪滾動圓非圓化狀態下的整車車輛/軌道空間耦合動力學模型，研究高速運行狀態下車輪非圓化程度對車輛軌道系統動態行為的影響，確定各種車輪不圓度的臨界範圍；針對鐵路輪軌作用力傳統測試方法的不足和PVDF(Polyvinylidene Fluoride)壓電薄膜優異的動態感測特性，提出一種基於PVDF壓電感測的車輪失圓輪軌力實時監測方法，建立失圓車輪輪軌作用力與PVDF壓電感測輸出相互作用的理論關係模型，同時運用數值模擬、感測特性實驗和室內模擬試驗驗證該監測方法的合理性與可行性；基於車輪滾動圓非圓化對車輛軌道系統的衝擊作用與列車運行速度及車輪不圓順狀態的規律，提出輪軌作用力判別與車輪不圓度識別算法；通過該研究為高速列車運行安全監測提供新思路。
結題摘要
高速鐵路車輪非圓化問題不僅影響列車的高速平穩運行，而且會導致車輛軌道系統產生強烈的衝擊振動，危及行車安全。本課題基於高速情形下車輪非圓化問題對輪軌動力作用特性的影響，提出了一種基於PVDF（Polyvinylidene Fluoride）壓電感測技術的鐵路輪軌力監測方法，並圍繞其關鍵技術進行了理論探索與實驗研究，主要取得了以下研究成果：（1）基於車輛軌道垂橫向耦合動力學理論，建立了基於ADAMS/Rail的考慮車輪非圓化狀態的高速車輛軌道耦合系統動力學仿真分析模型，提出了車輪瞬時滾動圓為非圓時輪軌接觸幾何關係和輪軌作用力計算方法。（2）系統分析了鐵路車輪非圓化的特徵並對其進行了定義分類，建立了一種新的車輪滾動圓非圓化的數學模型，詳細研究了高速情形下車輪非圓問題對輪軌系統衝擊振動和行車安全性的影響，針對每一種車輪非圓類型從其幅值大小、波長範圍以及不圓順波數等方面與輪軌動力作用特徵的關係進行了計算分析，建立了各種車輪不圓度與輪軌動力作用回響峰值的關係。（3）提出了基於PVDF壓電感測技術的鐵路失圓車輪輪軌力地面監測方法，採用PVDF壓電貼片感測器通過測量鋼軌應變實現輪軌接觸力的實時監測，結合各種非圓車輪激勵作用下的輪軌動力作用特徵，提出了輪軌作用力監測總體設計方案。（4）基於輪軌耦合作用下鋼軌應變傳遞的理論模型和PVDF壓電應變感測機理，建立了PVDF壓電感測輸出與輪軌作用力的理論關係模型；通過有限元仿真計算，分析了實際工程套用中輪軌垂橫向力交叉干擾、壓電感測元件貼上角等因素對輸出結果的影響。（5）採用等強度梁模型對PVDF壓電感測動態特性、抗電磁干擾、抗零漂、可重複性等性能進行了實驗研究，並與普通電阻應變片進行了對比，結果表明採用PVDF壓電感測技術可以基本滿足高速鐵路輪軌力實時監測在靈敏度、抗干擾特性以及環境適應性等方面的性能要求。（6）採用自行加工的鋼軌梁模型對基於PVDF壓電感測的輪軌力測試方法進行了實驗室試驗，並與有限元仿真結果進行了對比，對本課題所提出方法的合理性和可行性進行了前期驗證。（7）利用軟硬體相結合的思想，在MATLAB環境中採用模組化編程方法設計了鐵路輪軌力監測振動信號採集與分析處理系統。利用MATLAB語言自身的特點彌補了一些現有軟體開發時的缺點，實現了數據的實時採集、數據顯示與存儲、以及遠程監測功能，提高了系統的線上實時能力。
