一种火车轮轨相对垂向位移视频检测系统

机车轮轨之间的相对位移是轮轨接触状态最直接的反映,为了监测列车运行的状态 及完善运行安全性机理,传统方法是采用基于传感器的接触式测量。针对其存在动态测量困难、 零漂大和抗干扰能力差等缺点,设计了一种火车轮轨相对垂向位移视频检测系统。该系统将相机 垂直安装在转向架上,激光源也安装在转向架上并使激光照到轨道上,利用相机、激光源和转向 架三者保持相对静止的特点,通过激光点在轨道图像中的纵坐标变化来测量轮轨的相对垂直位 移。最后,在无砟和有砟轨道两种不同条件下实现了机车轮轨相对垂向位移检测、数据显示和存 储。实验结果表明,该系统不仅能显示轮轨相对垂向位移,而且对检测环境有较强的适应性,这 对进一步探索和评价机车运行安全性机理有着重要的意义。     

基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测

机车轮轨接触点位置的变化能够直观地反映出轮轨的接触状态。针对当前摄像机检测方法难以全面拍摄到轮轨接触点位置的缺点,设计了一种基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测方法。该方法采用摄像机与激光源相组合的方案,把摄像机与激光源分别安装在转向架上且与地面保持一定的角度,巧妙地将轮轨相对横移测量转换为激光源在轨道内侧表面光斑中心点位置的提取。实验结果表明,该方法实现了轮轨相对横移数据实时采集和存储,对高速机车稳定性和安全性研究具有重要的实际意义。     

空载货运列车脱轨检测系统的研制

根据朔黄铁路实际情况,提出一种适应朔黄铁路特殊线路条件并能准确检测车辆脱轨倾向的脱轨预警系统.分析了系统工作原理和结构,建立了测量轮轨间横向和垂向相对位移、作用力以及车轮加速度的方法,结合脱轨判据综合判断车辆脱轨倾向,最后分析了该系统的效益.     

基于ANSYS的脱轨轮轨力分析的研究

针对朔黄铁路安全运营的要求,提出了一种适应朔黄铁路的脱轨检测预警系统,并且对车轮轮轨力进行了ANSYS仿真与分析,建立了车轮轮轨力与横向形变位移关系方程,并通过现场检测试验得到了轮轨横向位移曲线,最后经过数据分析计算,验证了朔黄铁路空载货运提速的可行性。     

基于迭代学习策略的高速机车二系横向主动控制

为实现机车横向平稳性控制,针对机车在固定线路区间往复开行的特点,利用迭代学习策略实现二系悬挂主动控制.以某型高速机车为研究对象,选用一种PD型闭环迭代学习控制器,并通过多目标优化方法编程实现不同轮轨接触状态下车体横向平稳性主动控制参数的自适应调整.基于虚拟激励法,计算该机车线性模型在二系横向悬挂主动控制下的频域平稳性指标,相对于时域仿真计算该方法的计算速度具有明显优势.结果表明:迭代控制参数经5次迭代优化后,车体横向平稳性可快速收敛到稳定值;相较于控制参数固定时,自适应方法能够自动适应机车轮轨接触状态和线路状态且横向性能得到明显改善.此外,考虑到控制系统时滞,该方法在一定时滞范围内仍具有良好控制效果,研究还指出系统时滞应控制在100 ms以内,以防止机车横向动力学性能恶化.     

车载式相机轮轨冲角图像检测

目的 在列车运行安全性评价中,轮轨冲角是一关键性指标。列车运行过程中车体存在强烈振动,而且在基于应变片及传感器的冲角接触测量方法中存在许多弊端,例如丢失,损坏等问题,但冲角作为轮轨接触安全状态评价中的重要参数,对列车运行稳定性评价方面具有重要意义。为了避免接触测量方法中测量传感部件易损坏,丢失以及冲角值小等原因导致轮轨冲角检测难度大等问题,提出了一种新的轮轨冲角的图像检测方法。方法 首先,将CCD传感器安装在转向架上构成视觉检测系统;其次,根据相机物像空间几何成像模型建立车轮运动中轮缘角度与图像中椭圆短轴变化关系,实现对3维空间中轮缘位置和角度信息的采样与记录,并证明了轮缘几何特性与车轮偏转角度之间单一映射关系,将轮轨冲角φ的检测转化为椭圆短轴长度特征的检测,缩减了检测难度,增加了可行性;最后,给出冲角仿真结果。结果 实验结果表明,该方法测得的冲角值与使用仪器检测的冲角数值平均误差为0.024°,最大误差0.084°,单帧图像检测时间大约400 ms,通过仿真得出冲角的范围在0.75°内,且随机车速度的增大而增大,冲角在径向机构未锁定时小于锁定状态。结论 该方法检测速度较快且准确性较高,具有一定的工程应用价值,能为后续列车运行的稳定性和安全性评价奠定了一定的基础。     

基于降维状态观测器的轮轨力估计方法研究

轮轨作用力对车辆的运行品质及安全有重要影响;现有轮轨力测量方法采用了特制的测力轮对测量和轨道静态测量,其成本高、周期长、稳定性差;对现有轮轨力测量方法进行了研究,提出了降维状态观测器的方法观测轮轨力;建立单轮对车辆轨道垂向耦合模型,以车辆状态响应值与轨道激励作为降维状态观测器的输入;通过Matlab仿真计算,得出轮对振动位移的观测值快速收敛于仿真值,轮轨力有很好的吻合性;随着车辆速度增加振动位移收敛时间变长,轮轨力误差增大;结果表明,在一定条件下,此方法能够很好的地观测轮轨力的大小,为轮轨力的实时估计提供一种的新方法。     

基于光敏传感器导轨磨耗检测系统的研究

文主要对DX-10全固态发射机出现机车是通过轮轨间的摩擦力来传递驱动力和制动力,而轮轨间的摩擦则会导致钢轨磨耗的产生。当磨耗超过一定限度,一方面将增加钢轨与机车车轮踏面的接触面积,使得运行阻力增大,对机车的行车安全造成极大的影响;另一方面机车车辆会发生剧烈摇摆,严重影响乘客旅行的舒适度,所以需要定期地对钢轨磨耗程度进行检测,钢轨的技术状态是否完好,直接影响着列车能否按规定的速度安全、平稳和不间断的运行,本文讨论了利用光的反射原理在钢轨磨耗的自动检测系统中的应用,全面的阐述了系统的工作原理及解决方案。实践证明本系统具有实时测量、速度快,精度高、方便移动等特点。     

标准动车组轮轨载荷特征及影响因素研究

随着列车速度的不断提高,轮轨与线路之间的作用力加剧,轮轴的工作状况愈加恶劣,而轮轨载荷与高速轨道交通系统的安全性和可靠性紧密相关.本文以国内某型动车组轮轨载荷为研究对象,制作了测力轮对,在大西线上完成了线路测试.对获得的轮轨力时间历程进行数据处理,并按不同速度等级、线路区段、每一趟往返等不同工况进行抽样和统计,编制64级时域载荷值谱和峰谷值谱,分析其变化趋势及原因.结果表明,轮轨垂向载荷一般为正态分布,波动中心为静轮重;横向力一般围绕零值波动.列车运行速度对轮轨垂向力和横向力波动范围影响明显,且速度越高,波动范围越大.列车上下行工况对轮轨力几乎无影响.曲线半径越小,轮轨力变化越大.车辆空载和满载状态对轮轨垂向力有影响,对横向力影响不明显.本文得出的载荷特征及影响因素为后续轮轨疲劳及动力学研究提供试验和理论基础.     

基于嵌入式单片机AVR8535的列车轮轨润滑系统

介绍了一种新型的机车轮轨润滑控制装置.以TAX机车安全信息综合监测装置为平台构建基于AVR8535高性能单片机的嵌入式轮轨润滑控制单元,该单元通过隔离的RS-485通信接口从TAX获取机车的实时运行信息,并根据系统的机车信息和走行公里标确定对轮轨润滑喷脂的控制.     

基于轨面辨识的电力机车粘着控制仿真研究

针对避免因轨面粘着条件变化而造成车轮空转,提出了基于模糊理论的轨面辨识控制方法,将实时蠕滑速度和全维状态观测器实时估计,并利用粘着系数通过模糊逻辑推理判断的当前轨面与标准轨面的相似度,快速、准确地辨识出当前轨面的粘着峰值点.最后通过对牵引电机的输出转矩动态调整,以实现充分利用当前轨面轮轨间接触力的目的.在MATLAB/Simulink中建立四轴电力机车模型进行仿真研究.仿真结果表明:基于模糊理论的轨面辨识粘着控制方法有效的防止了车轮空转,提高了列车运行的稳定性和铁路运输效率.     

基于PC的机车车轮在线故障检测系统

机车车轮的在线故障检测对提高行车的安全性有重要的意义。文章采用先进的嵌入式工业PC机,开发了PC机与底层数据采集系统基于CAN总线的高效、可靠的数据通信协议,并在此基础上,根据采集到的机车轮运行过程中振动和温度数据,进行数据的可视化显示和机车车轮的故障诊断。试验证明该系统性能稳定,运行可靠,能满足机车运行过程中的车轮在线故障诊断的要求。     

高速列车多目标约束横向半主动控制算法研究

传统的高速列车横向半主动控制研究,主要以提高车体横向运行平稳性为目的;但车体与各部件之间通过二系悬挂与一系悬挂连接传递相互耦合振动作用,因此半主动控制在改善车体横向平稳性的同时,将导致构架横向振动和轮轨横向作用加剧,从而使得列车脱轨系数增大,列车运行安全性能变差;针对这一问题,提出在虚拟惯性阻尼半主动控制和脱轨安全半主动控制的基础上,设计两个控制回路的多目标约束下的混合半主动控制算法,在实现列车横向半主动控制提高平稳性的同时,控制脱轨系数的恶化,从而同时提高列车平稳性和脱轨安全性能;并利用Simpack建立了某型高速列车多刚体动力学模型,联合Matlab/Simulink建立了联合仿真分析系统对车体横向半主动控制进行研究;结果表明:采用多目标约束半主动控制算法后,车体横向振动加速度峰值和均方根值分别降低了36%和34%,平稳性改善了15%,脱轨系数减小了17%;可见采用多目标约束半主动控制算法不仅能够有效抑制车体横向振动,改善列车运行平稳性,而且还能减小列车脱轨系数,提高列车运行安全性。     

一种车轮轮廓的自动提取方法

提取车轮轮廓是交通事故现场处理系统中的一个关键问题, 其精度将直接影响现场测量的精度和勘查质量. 本文提出了一种鲁棒地提取车轮轮廓的方法. 由于提取钢圈轮廓比提取车轮橡胶轮廓容易, 而且钢圈轮廓和车轮轮廓可以近似看作同一平面上的两个同心圆, 所以在本文中, 我们首先提取钢圈轮廓、钢圈圆心 (即车轮圆心) 和车轮与地面接触点在图像上的投影, 然后利用射影变换保持交比不变的性质求出车轮轮廓. 大量不同天气下图像的实验结果验证了该方法的有效性.     

重载机车纵向动力学仿真模型研究

在重载机车设计和试验过程中,列车运行的安全性和稳定性是重载列车牵引控制系统研发的重要目标.为满足设计研发人员对重载列车牵引控制软件研发的需要,同时有效减少研发时间和成本,本文从列车纵向动力学出发,在Matlab/Simulink平台上建立重载机车纵向动力学离线仿真模型.为了验证本文所建立的重载机车动力学仿真模型的可行性,在不同工况下对列车进行仿真分析.仿真结果表明列车在不同工况下都能够平稳地牵引和制动,满足列车运行的安全性和稳定性,为重载机车实际线路试验或运行提供参考.     

机车轮箍弛缓报警系统的设计

轮箍弛缓是机车运行过程中经常出现的现象,它严重威胁着行车安全,如果机车制动系统出现故障,轮箍和轮辋互相移动,产生相对位移,通过在机车制动装置上加装一个位移传感器,通过检测制动前的位移与制动后的位移变化情况,超出一定范围测表示出现故障,控制器发出报警信号,避免机车轮箍弛缓现象的发生。     

动态模板与互相关在激光三角测量中的应用

针对在激光三角法测量中,像点光强分布不规则变化导致质心法测量精度下降的问题,提出基于动态模板的归一化互相关函数法（NCC）计算像点位移。该方法将线阵CCD当前帧采集的像点图像作为下一帧图像的匹配模板,利用NCC法计算前后两帧像点的相对位移。以金属表面作为被测表面进行了实测,实验结果表明,动态模板的NCC法对像点光强变化具有较高的鲁棒性,测量精度为1%,绝对误差不大于6 μm。该方法相对于传统质心法在测量强反射表面位移时具有较大优势,对拓宽三角测量的适用范围有一定帮助。     

机车车轮对流传热系数计算

对流传热系数的准确计算对研究机车车轮温度场和应力场及其疲劳寿命预测有重要意义.针对HXD2机车车轮踏面制动过程,建立车轮及其绕流流场计算模型,应用CFD方法通过仿真得到机车车轮在不同运行速度下的对流传热系数.结果表明:由于车轮自身旋转,车轮表面不同位置处的对流传热系数不同;车轮上半迎风面的对流传热系数较大,下半迎风面较小,且都大于背风面数值.计算结果为研究机车车轮对流传热、蠕滑和制动等传热过程提供参考.     

高速列车振动监测数据的广义维数特征提取

为监测高速列车的运行状态,采用多重分形分析列车振动监测数据,提取一种基于多重分形理论的广义维数谱参数(谱最大值Dmax、谱最大值与最小值之差△D和谱均值-D),以3种广义维数谱参数作为特征量,实现对列车正常状态、空气弹簧失效、抗蛇行减振器失效和横向减振器失效状态的表征.实验结果表明,Dmax、△D和-D均能够表征高速列车的运行状态且具有一定稳定性,为高速列车运行状态的识别提供了一种有效的方法.     

基于激光位移传感器的车轮弯曲疲劳试验加载轴偏移量检测系统设计

通过分析现有的车轮弯曲疲劳试验机的失效检测方法,并遵照相关试验要求,完成了基于激光位移传感器的车轮弯曲疲劳试验加载轴偏移量检测系统的设计.该系统用于试验中加载轴的偏移量的实时监测,进而达到车轮失效时试验机自动卸载的目的.