轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)監(jiān)測的橫向位移識別方法研究.pdf

1、列車的蛇行運動是軌道車輛的固有特性之一，其形成的根本原因在于列車輪對踏面具有錐度。由于輪對踏面錐度是鐵路車輛過彎的必要條件，因而鐵路車輛的蛇行運動無法從根本上消除。當(dāng)列車的運行速度超過臨界速度時，穩(wěn)定的蛇行運動會發(fā)展為蛇行失穩(wěn)，帶來極大的安全風(fēng)險。因此，對列車的蛇行狀態(tài)進行監(jiān)測是列車安全運行的必要條件。
　　車輛蛇行失穩(wěn)的實時監(jiān)測一般通過車載監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)。對動車組列車來說，其主要依據(jù)EN14363，UIC518等標準構(gòu)建蛇行失穩(wěn)

2、實時監(jiān)控設(shè)備，這導(dǎo)致車載蛇行失穩(wěn)監(jiān)控設(shè)備皆以構(gòu)架橫向加速度作為輸入?yún)?shù)，通過閾值對比進行最終的蛇行失穩(wěn)判定。然而，在實際應(yīng)用過程中該方法已暴露出一些缺陷。
　　第一，由于依靠閾值判定，現(xiàn)有方法只能在蛇行失穩(wěn)造成構(gòu)架劇烈振動時進行識別，這直接導(dǎo)致了當(dāng)依據(jù)現(xiàn)有方法探測到轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)時，轉(zhuǎn)向架的運行狀態(tài)已經(jīng)嚴重惡化。
　　第二，對于超臨界工況，若剛好列車的速度位于非線性臨界速度與線性臨界速度之間，此時轉(zhuǎn)向架有可能呈現(xiàn)小幅震蕩狀態(tài)

3、，該振動加速度不足以達到報警閾值。然而，長時間在該狀態(tài)下運行顯然對列車的安全不利。
　　第三，決定列車是否脫軌的直接因素是輪對的橫向位移量。在蛇行狀態(tài)下，輪對的橫向位移峰值大小不僅與橫向振動加速度幅值有關(guān)，還與橫向振動加速度的頻率相關(guān)?，F(xiàn)有方法顯然沒有考慮頻率對橫向位移的影響。
　　第四，目前已形成標準的算法都將構(gòu)架假設(shè)為剛體且忽略構(gòu)架搖頭角的影響，因此未對構(gòu)架橫向加速度的測點位置做出嚴格規(guī)定。但根據(jù)本文對某型動車組連續(xù)30

4、萬公里的構(gòu)架振動測試結(jié)果:構(gòu)架不同位置的橫向加速度值并不相同。因此，測點位置會對現(xiàn)有方法的判定造成一定影響。
　　為了解決上述問題，本文提出了基于輪對橫向位移峰值的轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)識別方法。通過對一定長度的軸箱橫向振動數(shù)據(jù)構(gòu)造Hankel矩陣并進行奇異值分解，本文計算得到了振動主頻（蛇行失穩(wěn)狀態(tài)下對應(yīng)于固有頻率）對應(yīng)的輪對橫向位移峰值，通過對該峰值大小的評判，可以更好的評價轉(zhuǎn)向架的運行狀態(tài)。實際測量數(shù)據(jù)的對比分析表明，橫向位移方法不

5、僅能夠識別現(xiàn)有方法可以識別的蛇行失穩(wěn)問題，而且還可以對小幅蛇行運動進行識別。
　　在系統(tǒng)硬件方面，由于蛇行失穩(wěn)監(jiān)控系統(tǒng)的核心是振動加速度的測量，而用于測量橫向振動的加速度傳感器未經(jīng)放大的輸出信號只有毫伏級別，屬于典型的低壓小信號設(shè)備，其對供電質(zhì)量要求很高。目前，主流的電源濾器可以使得大部分車載系統(tǒng)達到GB/T24338中干擾耐受的要求，但是對于加速度傳感器這類低壓小信號設(shè)備來說，目前的濾波器性能不足，依據(jù)GB/T24338要求進行

6、的電快速瞬變脈沖群試驗中，在使用已有濾波器的測試條件下，系統(tǒng)測量誤差高達1.5g。
　　為了解決上述問題，本文采用了仿真分析與實測結(jié)果對比的方式分析了誤差增大的原因并將以電感、電容元件為核心的傳統(tǒng)濾波器構(gòu)建方式改為以變壓器為核心的構(gòu)建方式。電快速瞬變脈沖群測試的結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的濾波器，系統(tǒng)對電磁干擾的耐受能力明顯提升，系統(tǒng)干擾狀態(tài)下的測量誤差由1.5g減小至0.01g。此外，改進的濾波器對傳導(dǎo)干擾和輻射干擾亦有很強的隔離作用