李伟[1]2000年在《铁道车辆状态监测的理论、方法与应用研究》文中提出本文的工作主要围绕车载式的铁道车辆状态监测诊断系统的研制来进行，论述了进行车辆系统状态监测研究的理论基础与基本技术路线；在对车辆系统动态响应信号的采集、处理和分析的研究中，确定了一些进行车辆状态监测的方法；应用DSP 技术，初步集成了一个《车载式铁道车辆状态监测系统》。 主要工作包括以下几方面： l、首先从系统和系统分析的角度论述了进行车辆系统状态监测研究的理论、方法，提出了应用车辆系统的动态响应信号对车辆系统进行实时监测的基本技术路线。 2、对车辆状态监测系统的构成设计提出了总体框架。 3、对车辆系统运行状态信息的拾取做了一定的研究，主要研究了系统动态响应的加速度信息的拾取，对信号的测试位置、测试仪器、采样频率、量化、预处理等做了一定的讨论。 4、对DSP系统和DSP芯片做了简要介绍，并在此基础之上对车辆状态监测系统的硬件集成和系统软件集成做出深入讨论。 5、对车辆系统在运行时表现出来的动态响应信号做了一定的分析，得到一些表征系统状态的特征信息，并对这些系统的特征信息与系统的技术状态的关系进行了研究，提出了进行车辆系统状态监测的初步方法。 6、车辆系统状态监测研究所涉及的学科领域比较广，应用性强，完善发展离不开实际的应用经验知识。由于本人的理论水平和实践经验有限，再加上硕士论文时间限制，所以本文所做的工作是很初步的。为此在论文最后，本人根据自己所有的知识，对此课题研究的进一步工作的提出了一定的展望。
张岩[2]2009年在《高速铁路轮轨力地面连续监测系统研究》文中进行了进一步梳理轮轨力地面监测系统对保障高速列车行车安全具有重要的意义。既有轮轨力测试技术和设备基于电阻应变测试,尚无成熟的基于钢轨应变的轮轨力连续测试技术,难以全面适应高速列车的复杂电磁环境,因此高速铁路轮轨力地面连续监测技术亟待研发。本文对既有的轮轨力地面监测技术进行了深入的分析,提出了新的基于钢轨应变的轮轨力地面连续测量方法,并进行了原理试验验证及系统光纤化预研究。主要工作及成果如下：1)利用有限元分析和虚拟组桥技术,建立轮轨力地面监测系统虚拟设计分析平台。该平台较为系统地模拟了不同钢轨约束和加载方式下钢轨的响应,相关的试验对比分析验证了分析平台的正确性。本部分工作为轮轨力测量等基于钢轨应变及变形的理论研究及产品开发创造了条件。2)提出基于钢轨应变的轮轨力地面连续测量方案,提出垂直力连续测量的线性状态法,解决了轨枕约束影响问题；提出水平力连续测量的附加弯矩法及广义弯矩差法,解决了附加弯矩影响问题；试验证明了该方案的正确性,从原理上能满足轮轨力高精度、长周期、连续监测的要求。本部分工作为轮轨力地面连续监测的基础理论研究开创了新的方向。3)针对高速列车轨边监测系统的需求,开展了光纤光栅轮轨力连续监测系统样机研制的前期工作。对相关技术及运用进行了调研,对样机中的光纤光栅传感系统、解调系统进行选型及初步的工装设计。
孙善超[3]2016年在《轨道—车辆系统轮轨力辨识及应用研究》文中指出轮轨作用力是评价铁路运行安全性的重要参数,为保障高速铁路的运行安全,对运行中的轮轨力进行监测并基于监测数据对轨道-车辆系统进行状态评判十分必要,这不仅要解决测试方法问题,还涉及一系列基础理论问题,是高速铁路关键技术之一。考虑到监测的经济性,易于维护性等因素,发展基于车辆响应的轮轨作用力辨识技术具有较大的理论意义和实用价值。基于杜哈密积分,在时域内推导了动载荷反演方法,并建立了单车轮和轮对垂向力辨识模型。该方法可以做到在线实时辨识。将辨识结果与正演结果进行对比,单车轮辨识轮轨力与正演模型中力的相关系数达到0.81,轮对模型辨识轮轨力与正演模型力的相关系数达到0.9,具有良好的相关性。为了解决二维平面内轮对运动方程数不足的不适定问题,基于蠕滑理论、车辆动力学模型和轮轨几何接触关系,创新性地建立基于滚动接触理论的轮对横向力辨识模型,即RC轮轨力载荷辨识模型。该模型以轴箱加速度、构架加速度作为输入,利用Newmark积分方法和弦截法对模型进行求解,辨识得到轮轨横向作用力,并探索出一套轮轨接触参数动态辨识方法。辨识结果表明：轮对横向力、轮对横移量及其它轮轨接触参数的辨识精度均达到0.7以上。为了解决测量不足的不适定问题,基于最优控制理论推导了整车轮轨力辨识模型,即OC轮轨力载荷辨识模型。该模型首先对动力学系统方程进行变换,将其转换成空间状态方程的形式；然后基于最优控制理论,将载荷看作最优控制策略,以测试加速度作为理想输出,设计最优控制器,推导了载荷辨识方法。该方法本质上是一个反问题,为不适定问题,利用SVD分解技术进行奇异值分解,解决了矩阵求逆的奇异性问题及收敛性问题。引入卡尔曼滤波技术,利用实测加速度对辨识轮轨力进行了正向修正,提高辨识精度,优化了辨识结果。结合RC和OC轮轨力载荷辨识模型,建立全信息的轮轨力载荷辨识模型,即RCOC模型,可以实现对轨道-车辆系统全部轮轨力的辨识：首先基于车辆动力学理论,列出动力学运动方程,建立车辆系统状态空间方程；然后结合OC轮轨力载荷辨识模型辨识出车辆-轨道系统的轮轴力及轮轨垂向接触力；然后基于RC轮轨力载荷辨识模型,辨识出车辆系统左右轮轨横向力。横向力与垂向力的辨识结果与正演模型输入力的相关系数分别达到0.65及0.8以上。分别利用仿真数据和实测数据对辨识模型进行了验证。首先基于商业软件,建立了CRH3型车辆动力学仿真模型,并利用武广、郑西实测数据对其进行了直线、曲线性能验证。利用盘营联调联试的车辆响应数据,对轮轨作用力进行了载荷辨识,并与测力轮对测试力进行了对比验证。横向、垂向辨识载荷与实测载荷的相关系数分别达到0.51,0.69以上。多指标综合评判是轨道-车辆安全状态评判的一大发展趋势。对单轮对脱轨机理进行了仿真分析,然后结合轮轨力辨识模型,提出了结合脱轨系数及轮对抬升量的综合评判指标。最后利用该指标对轨道-车辆的安全状态进行了综合评判,结果表明：利用综合指标对轨道-车辆的安全状态进行综合评判可以有效甄别冲击引起的安全指标过大的问题,在保障安全运营的条件下,提高评判的经济性。
孙丽霞[4]2014年在《高速列车横向运动稳定性和动态脱轨理论分析及评价方法研究》文中进行了进一步梳理车辆横向运动稳定性及脱轨研究一直是铁道车辆动力学领域研究的热点及难点问题。近年来,世界高速铁路的快速发展不仅给国计民生带来了巨大的经济效益,同时也对高速列车动力学相关理论的研究提出了新的难题和更高的要求。尤其是随着车速的提高,轮轨相互作用系统间存在的轮轨接触几何非线性和蠕滑力／率非线性特征表现得比低速时更加明显,迫切需要针对高速列车横向运动稳定性和动态脱轨问题进行深入的理论分析。一方面,目前国内外关于高速列车横向运动稳定性的在线监测标准并不完全统一,由于车辆设计理念、结构特性及线路情况等的不同,国外的评价标准并不一定适用于对我国的高速列车动力学性能进行合理评价,因此亟需建立合理完善的高速列车横向运动稳定性评价标准。另一方面,目前我国采用的脱轨系数和轮重减载率评价指标已暴露出了较大的局限性,如何更好地进行高速列车脱轨评价还未形成清晰和全面的认识,因此迫切需要针对高速列车脱轨机理进行深入研究,并提出合理的高速列车脱轨安全性评价方法。鉴于此,本文以轮轨相互作用为核心,针对我国高速列车横向运动稳定性及脱轨安全性研究亟需解决的问题,从理论分析和在线监测相结合的角度,围绕高速列车横向运动稳定性关键影响因素、高速列车横向运动稳定性评价方法、高速列车动态脱轨过程及关键影响因素、高速列车动态脱轨评价方法进行深入研究。开展的研究工作及取得的创新性成果总结如下：(1)从高速列车蛇行失稳及脱轨过程中轮轨相互作用关系所表现出的大蠕滑、大自旋及大接触角等特点出发,建立了针对任意轮轨廓形并能实现轮轨多点接触求解的轮轨三维几何接触算法。设计了能实现快速在线计算的轮轨三维几何接触数值求解模型,并基于此建立了轮轨在单点及多点接触情况下的法向接触力、蠕滑力及蠕滑力矩求解模型。验证及分析表明,本文建立的轮轨三维几何接触求解算法可以准确模拟轮缘和踏面同时与钢轨接触时接触点位置的跳跃及轮轨几何接触参数的非线性陡变特性,适合于进行高速列车横向运动稳定性及脱轨安全性分析,且可以实现轮轨接触点的实时在线计算,方便与动力学方程联合求解。(2)将所建立的轮轨三维几何接触求解算法及轮轨非线性接触力求解方法与整车动力学方程相结合,建立了一套更适用于进行高速列车非线性系统动力学分析的模型,并编制了相应的计算机分析程序。通过与Adams/rail计算结果相比,证明了本文所建高速列车非线性动力学分析模型能够有效模拟车辆在直线轨道运行时的横向运动稳定性,可以较准确地计算出轮对动态横移量及轮轨蠕滑力的非线性变化特征。与Adams/rail软件相比,所设计的高速列车动力学数值计算方法在保证计算精度的同时,在计算速率方面具有较大优势,且提高了计算过程的可控性,在详细捕捉高速列车脱轨全过程特征量及深入分析冲角对脱轨的影响方面具有优势。通过与现场试验结果进行对比,证明了本文所建高速列车非线性动力学分析模型能较好地反映转向架的动力学响应在时域及频域范围内随速度的变化规律。(3)基于本文建立的高速列车非线性动力学分析模型,研究了高速列车非线性系统蛇行运动的极限环分岔特性及其数值计算方法。针对高速列车蛇行运动稳定性关键影响因素,开展了轮轨非线性几何参数与车辆悬挂参数的合理匹配关系研究。给出了轮轨接触几何非线性及车辆悬挂非线性因素对高速列车蛇行临界速度及蛇行运动极限环的影响规律。提出了与轮轨几何非线性参数相匹配的一系纵向定位刚度、抗蛇行减振器节点刚度及阻尼系数值的取值范围。研究表明：高速列车横向运动稳定性对轮轨接触几何非线性关系十分敏感,不同的轮轨几何匹配情况下,轮对等效锥度的非线性特征存在差异,从而导致高速列车蛇行失稳临界速度以及蛇行运动极限环分岔形式的改变。高速列车蛇行临界速度随轮对内侧距的变化规律与车辆定位参数的取值有关。高速列车一系纵向定位刚度的最佳取值范围与轮轨型面的几何匹配关系密切相关。对于LMA型踏面与CHN60型钢轨相匹配的低等效锥度情况,高速列车在相对较低的纵向定位刚度范围内容易获得较高的蛇行临界速度。而对于S1002型踏面与UIC60型钢轨相匹配的高等效锥度情况,纵向定位刚度值较大时,高速列车的横向稳定性较高。(4)从高速列车横向运动稳定性理论分析和在线监测相结合的角度,利用数值计算和实测数据相结合的手段,对比研究了线性稳定性理论分析方法、非线性稳定性理论分析方法和列车在线试验监测方法在评价高速列车横向运动稳定性时的差异。结果表明：当高速列车的蛇行失稳表现为“亚临界”分岔形式时,失稳以后车辆的振动幅值会明显增大,用非线性稳定性理论分析方法计算得到的非线性临界速度与用转向架横向加速度限值等于8m/s2的标准评价得到的失稳速度相差不大；而当高速列车的蛇行失稳表现为“超临界”分岔形式时,失稳初期车辆的振动幅值不是太大,用非线性稳定性理论分析方法计算得到的非线性临界速度远小于用转向架横向加速度限值等于8m/s2的标准评价得到的失稳速度,在这种情况下转向架横向加速度峰值监测法不利于及早发现并预警高速列车失稳的发生。针对高速列车在“超临界”蛇行失稳极限环分岔形式下,转向架横向加速度峰值监测法无法有效监测转向架小振幅蛇行失稳的不足,首次提出了一种基于转向架横向振动能量分布特征的高速列车横向运动稳定性评价方法。对CRH3型高速列车的算例验证表明：新的评价方法可以实现对2种轮轨匹配情况下的高速列车横向运动稳定性进行有效评价,且可实现对“超临界”分岔形式下构架的小幅蛇行振荡进行有效监测。(5)建立了车辆脱轨临界状态的判断方法,研究了车辆动态爬轨脱轨过程中轮对运动姿态及轮轨作用力的变化规律和非线性特征。结果表明：轮轨接触点接近最大轮缘角位置是脱轨过程的关键临界点,轮缘与钢轨接触时,车轮抬升量、轮轨接触角、轮轨接触力及轮对横移速度等均呈现非线性陡增特性,且轮对横移运动极限环出现“耳形”回折。如果轮缘能够突破钢轨的阻碍完全通过最大接触角位置,将很容易在较大的惯性力作用下脱轨。建立了高速车轮与钢轨发生较大的碰撞冲击后的跳轨脱轨分析模型,并分析了影响高速车轮跳轨脱轨的关键因素。结果表明：影响高速车轮跳轨行为的主要因素为轮对横移速度、轮轨摩擦系数和轮轨垂向力。轮对横移速度越大,轮轨摩擦系数和轮轨垂向力越小,车轮的跳轨高度越大,越容易发生跳轨脱轨。从非线性系统动力学的角度研究了影响高速列车动态脱轨过程的关键因素及其影响规律,结果表明：其他参数一定时,踏面磨耗程度越严重以及轮对内侧距越大时,车轮将越早进入轮缘接触区,对应相同轮对横移量情况下,车辆越容易脱轨。随着冲角的增大,轮轨之间的纵向蠕滑力减小而横向蠕滑力增大,横向蠕滑力的值在整个蠕滑力中所占比例越大,车辆越容易脱轨。从车辆脱轨的表现形式及内在力学机理等方面剖析了高速列车的动态脱轨机理。结果表明：高速列车脱轨的本质原因是高速列车系统丧失横向运动稳定性；脱轨的前提条件是轮对横移量增大并超过轮轨游间；脱轨的力学机理是高速列车系统本身的阻尼不足以衰减外界诱因引起的轮对不断增长的振幅并冲破钢轨对轮缘的阻挡而发生脱轨；脱轨的最不利因素为轮对具有足够大的横移速度、大的横向蠕滑力及大的冲角的情况。(6)研究了现有脱轨系数指标在评价高速列车脱轨安全性时的局限性问题,分析了高速列车动态脱轨过程中各主要动力学指标与车轮抬升量的关系。结果表明：轮对横向振动的动能及惯性力越大,车辆横向自激振动的能量越大,脱轨的可能性越大,反映轮对横向振动能量及惯性力大小的轮对横移速度和加速度可以作为限定车轮抬升量的间接指标。针对现有脱轨系数指标在评价高速列车脱轨安全性时的局限性,首次提出基于轮对横移加速度移动均方根值、转向架横向振动加速度和脱轨系数的高速列车动态脱轨安全性综合评价方法,利用仿真计算方法得到了不发生脱轨时的轮对横移加速度移动均方根限值为1.50g。对2组轮轨匹配情况下高速列车的脱轨安全性进行对比分析的结果表明：轮对横移加速度移动均方根值与车轮抬升量的时间变化历程具有很好的同步性。与单个脱轨系数指标相比,本文所提方法可以更准确地监测高速列车的脱轨安全性,从而减小了使用单个脱轨系数指标所引起的误判率,且便于实现在线监测和工程应用。
申宇燕[5]2006年在《基于HMM的客车转向架故障诊断与应用》文中研究表明转向架是铁道车辆上最重要的部件之一，对转向架进行状态监测和故障诊断对于铁路运输安全具有重要的现实意义。 本文以客车转向架为研究对象，在研究HMM模式识别理论和方法的基础上，首次提出HMM故障诊断方法在客车转向架故障诊断中的应用与实现。在C环境下通过现场采集的试验数据进行HMM故障模型训练并识别。经试验数据结果证明该方法应用于客车转向架故障诊断是可行的。应用CCS软件和现场试验数据对转向架的故障类型进行仿真建模和识别，通过试验验证了HMM方法应用于客车转向架状态监测和故障诊断的有效性。
余卓民[6]2006年在《基于可靠性的机车车辆全生命周期结构安全管理体系研究》文中提出面对不断加剧的交通运输市场竞争和旅客对交通运输工具运行安全性越来越高的要求，促使机车车辆行业包括管理部门及制造企业和运营企业必须高度关注车辆的安全性以保证机车车辆的安全运营。结构安全是机车车辆运营安全的重要组成部分，随着铁路的持续提速，机车车辆频发的结构故障已成为铁路运输安全的主要隐患之一。本论文拟围绕机车车辆结构面向全生命周期安全保障问题进行研究。 论文首先通过对机车车辆结构安全的结构和性能设计及其稳键性、车辆和转向架制造工艺与加工质量、车辆运行环境与车辆的运用与维护等诸多因素的影响分析与讨论，表明了机车车辆结构安全是一个涉及从设计、制造及运用乃至报废在内的机车车辆产品各个阶段在运用环境等诸多条件制约下的复杂系统问题，因而为了确保机车车辆尤其提速客车的结构运行安全，需要从全生命周期系统论的观点出发去进行思考与研究其安全的对策。而作为产品安全可靠的重要支柱技术，可靠性研究对结构安全将发挥重要的保障作用。由此，本文从结构系统安全可靠性出发，运用产品全生命周期管理理论和可靠性理论，提出在机车车辆的设计、制造、运用和维修、报废四个主要阶段，建立机车车辆全生命周期结构安全管理体系的思路及其内涵，并提出了全生命周期安全管理体系框架结构及其关键技术。 论文研讨了在产品设计这一全生命周期的初期阶段，进行机车车辆结构安全设计技术，其中包括结构安全寿命设计技术，疲劳可靠性分析和设计及事故安全可靠性设计的技术和方法，以及面向材料、制造和加工工艺及装配的安全设计技术；同时运用系统可靠性理论，研究了机车车辆结构系统可靠性，建立了机车车辆结构系统可靠性模型，并以客车转向架为对象，进行了可靠性设计中重要环节之一的转向架结构子系统的可靠度分配计算；在此基础上，论文将最优化技术与可靠性技术相结合，以高速客车转向架构架为实例，研究了基于疲劳可靠性的机车车辆转向架结构轻量化优化设计技术。同时，论文对面向安全的机车车辆产品质量管理技术包括制造过程中的可靠性与结构安全、制造质量可靠性控制技术以及质量保证技术进行了分析与讨论。
郭剑峰[7]2015年在《基于数据建模的轮轨力载荷辨识理论和应用研究》文中指出本文研究的内容是基于数据建模的轮轨力载荷辨识理论和应用方法。包括:轨道-车辆系统检测数据时频特征提取技术、多节点特征数据稀疏主成分分析的特征融合技术、基于特征数据神经网络建模的轮轨力载荷辨识技术及其在轨道质量状态评估中的应用方法。在对轨道-车辆系统检测数据的时频特征属性进行分析和提取的过程中,从经典时频分析理论出发,延伸到使用参数化时频分析方法获得信号的瞬时频率和稀疏分解,并提出一种基于变参数域和短时高斯线性调频基的自适应信号分解算法。这种方法较传统的时频分析方法更准确,可以为建立轮轨力载荷辨识数据模型提供有效的特征数据。轮轨力载荷辨识数据模型的输入是经过时频特征提取的轴箱、构架、车体加速度和轨道不平顺检测数据,模型的输出是经过时频特征提取后的轮轨力数据。经过时频特征提取的特征数据虽然在时、频域上有一致的对应关系,但却存在着相关性和多重共线性等干扰。直接用这些数据建模不但不能发挥预期的作用,还会带来维数灾难,耗费大量计算时间。针对上述问题,提出了一种多节点和稀疏主成分分析的特征数据融合方法,消除了多节点特征数据的相关性和多重共线性干扰,同时每个主成分具有可解释性,可作为训练轮轨力载荷辨识数据模型的输入数据,有助于更加准确的辨识轮轨力。在融合了多节点特征数据后,建立数据模型时需要用大量特征数据进行训练,因此对现有的神经网络和机器学习算法也提出了新的问题。本文在分析了现有的神经网络和机器学习算法后,提出一种基于多节点L1/2-Spase PCA-ELM神经网络的轮轨力载荷辨识数据建模方法。使用L1/2正则化条件增加稀疏性约束以确定隐含层神经元节点的个数,为ELM学习算法隐含层节点个数选择提供了依据。该算法具有稳定性好、泛化能力强、训练速度快等优点。使用仿真数据比较了该方法与其它神经网络数据建模算法的性能,并使用实测数据进行了验证。最后,提出一种基于轮轨力和轨道不平顺T2统计量的轨道质量状态评估方法。通过对七项轨道不平顺组成的综合变量在主元子空间投影向量单位正规化后求得T2统计量并利用它评价单个采样点和200米区段的轨道质量状态。使用综合检测列车在高速铁路和既有线路上采集的轨道不平顺和轮轨力数据进行验证,结果表明T2统计量可以更加全面的反映轨道质量状态。
肖新标[8]2013年在《复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究》文中认为列车脱轨问题机理十分复杂,不确定的影响因素较多,是全世界铁路工业界难以解决的理论和技术问题。在车辆／轨道关键零部件失效和自然灾害等复杂环境状态下,高速列车运行安全性受到极大威胁,由其造成的重大脱轨事故并不少见。目前的车辆／轨道动力学理论方法难以描述复杂环境状态下高速列车动态行为、脱轨发生的瞬态过程、脱轨特征和机理。同时,全世界高速列车脱轨判别准则和安全评估准则不统一不完善、不科学,甚至不合理。现有的脱轨准则只考虑单一或少数影响因素,且被独立运用到列车安全评估中。因此,复杂环境状态下高速列车脱轨机理和安全运行评估研究有待进一步深入。论文受国家自然科学基金项目“复杂环境下高速列车动态脱轨机理的研究(50875218)”、“高速列车运行安全的关键科学技术问题研究(50821063)”和“四川省科技计划项目(2010JY0070)”等项目的资助,主要开展了以下几方面的研究工作：(1)建立了较为完整的高速列车动态脱轨机理研究模型,并发展了相应的数值程序。模型主要由五个子系统组成,分别是车辆系统动力学模型、轨道系统动力学模型、轮轨空间动态接触模型、车辆／轨道耦合界面激励模式和脱轨安全域评判新体系。对复杂环境状态,根据其特性,作为高速列车／轨道耦合动态系统的广义边界特性,体现在高速列车动态脱轨机理研究模型中。(2)改进了单节车和多节车车辆系统动力学模型。模型中,单节车辆由35个自由度的多刚体系统模拟；多节车辆考虑典型的8辆编组,每节车由42个自由度的多刚体系统模拟。忽略车辆系统所有部件的结构弹性变形,并假设车辆匀速运行,不考虑列车纵向的加、减速运动。车辆系统各连接部件简化为弹簧-阻尼连接单元,采用分段线性来模拟其非线性动力特性。(3)改进了三层(钢轨-轨枕-道床-路基)有砟轨道动力学模型和三维实体有限元板式无砟轨道动力学模型。轨下结构纵向被离散,离散原则以各轨枕支点为基元,考虑轨道刚度纵向不均匀变化特性。钢轨视为连续弹性离散点支承的无限Timoshenko梁,考虑钢轨的横向、垂向和扭转振动。有砟轨道中,轨枕简化为Euler梁模型,考虑轨枕的垂向弯曲振动和横向刚体运动,道床简化为垂向离散等效质量块。每个支撑单元采用双质量(轨枕和道床)三层(钢轨-轨枕-道床-路基)弹簧-阻尼振动模型。无砟轨道中,轨道板用三维实体有限元单元模拟,钢轨扣件和CA砂浆层用周期性离散的粘弹性单元模拟。(4)建立了轮轨空间动态耦合模型。模型中,轮轨接触点采用迹线法和最小距离法确定,考虑轨道系统动态响应和钢轨弹性变形对轮轨接触几何及轮轨耦合相互作用力的影响。轮轨法向力采用改进轮轨法向挤压量计算公式和Hertz非线性弹性接触理论求解。轮轨切向力采用Kalker线性理论计算,再以Shen-Hedrick-Elkins理论进行非线性修正。(5)提出和采用“跟踪窗户(Tracking Window)"新型车辆／轨道耦合激励模式。模型中,假设车辆匀速运动,忽略车辆／轨道系统纵向振动特性,车辆相对钢轨不移动,而轨下支撑结构,包括钢轨扣件、轨下垫层、轨道板、轨枕、道床及轮轨系统不平顺沿行车相反方向作相对运动,运动速度和行车速度相同。(6)补充完善了基于轮轨动态接触关系的轮轨接触点横向位置和车轮抬升量动态脱轨评判准则,提出和构建了脱轨安全域评判体系。其基本思想为,利用动力学模型计算各种关键因素对复杂环境状态下高速列车／轨道耦合系统动态响应的影响,结合几种常用的脱轨评价准则,确定不同评价准则下的脱轨安全界限,最终得到考虑多种影响因素及不同脱轨指标的列车脱轨与安全运行域,从而将其运用到高速列车的脱轨评价分析中。基于上述数值计算模型,针对复杂环境状态下高速列车脱轨问题,开展了轨道结构件失效、线路鼓胀、强风环境和地震环境等4方面的研究：(1)建立了轨道结构件失效下高速列车动态脱轨机理研究模型。计算分析了无砟曲线线路上,高轨、低轨和双侧扣件失效对车辆／轨道耦合系统动态响应和车辆脱轨安全性的影响,并对行车速度和扣件失效个数两个关键因素进行了脱轨安全性影响规律调查分析；计算分析了在有砟直线和有砟曲线线路上,轨下支撑失效对系统动态响应和车辆脱轨安全性的影响,对比分析了轨下支撑失效下脱轨临界工况和脱轨发生工况的车辆脱轨行为,调查分析了行车速度和扣件失效个数两个关键因素的影响规律,构建和分析了轨下支撑失效下高速列车的脱轨与安全运行域。(2)建立了鼓胀状态下高速列车动态脱轨机理研究模型。计算分析了直线有砟和曲线有砟两种轨道类型,线路鼓胀对车辆／轨道耦合系统动态响应和车辆脱轨安全性的影响,对比分析了线路鼓胀状态下脱轨临界工况和脱轨发生工况的车辆脱轨行为,调查分析了鼓胀幅值、波长和行车速度等关键因素的影响规律,构建和分析了线路鼓胀下高速列车的脱轨与安全运行域。(3)建立了强风状态下高速列车动态脱轨机理研究模型。计算分析了直线稳态横风、瞬态阵风和隧道出口瞬态阵风等典型强风环境下车辆／轨道耦合系统动态响应和车辆脱轨安全性,对比分析了强风环境下脱轨临界工况和脱轨发生工况的车辆脱轨行为,调查分析了风速、风向角和行车速度等关键因素的影响规律,构建和分析了强风环境下高速列车的脱轨与安全运行域。(4)建立了地震状态下高速列车动态脱轨机理研究模型。计算分析了横向、垂向和横-垂向地震波作用下车辆／轨道耦合系统动态响应和车辆脱轨安全性；对比分析了地震环境下脱轨临界工况和脱轨发生工况的车辆脱轨行为；调查分析了地震波频谱特性、地震波强度、横-垂向地震波比值和行车速度等关键因素的影响规律；构建和分析了地震环境下高速列车的脱轨与安全运行域。
张兵[9]2007年在《列车关键部件安全监测理论与分析研究》文中研究指明2007年4月18日我国铁路进行了第六次大规模的提速，列车速度已经达到了200 km／h，而250 km／h的线路也已经达到846公里，列车的提速有效地缓解了铁路运量与运能的矛盾，收到了十分显著的社会经济效益。然而，铁路交通安全形势却不乐观，列车的安全问题不断出现，较常遇到的故障就有“车辆运行中的轮对故障”、“制动和空气弹簧系统故障”、“转向架构架以及中央悬挂装置的故障”、“车辆蛇行失稳”、“列车特别是货车脱轨故障”等，这些故障严重影响行车安全，同时会带来巨大经济损失。列车关键部件安全监测系统是为列车安全运行提供技术保障，它能实时监控列车走行部系统、基础制动系统以及车电应用系统等关键部件的工作状态，通过实时记录、分析与诊断，对列车关键部件的状态进行集中显示和报警，查找故障的原因，并对故障定位以指导维修，同时预测各个关键部件的工作状态以防止事故发生。为此本文进行了以下研究工作：(1)建立列车关键部件安全监测系统的检测模型。从检测设备→车厢级检测系统→列车级检测系统→段检测系统→局检测系统→部检测系统建立层层连接，将传统的对单个设备的检测结合起来形成一套完整的实时监测系统，实现资源的共享，对各个检测设备进行集中的显示、保存、分析与报警。采用分级管理的方法将监测系统分为车厢级监测子系统、列车级监测子系统和地面监控与专家分析子系统等三级管理系统，利用现代通讯技术将各级系统进行连接，保证系统的可实施性和操作性。(2)研究走行部监测的理论与模型，基于车辆—轨道耦合动力学对走行部监测模型进行受力分析及运动状态分析，利用simpack仿真系统研究走行部在低速、高速下轴箱、构架与车体的振动特性，特别是高速下的振动特性，提取走行部故障的特征参数，建立了走行部的故障识别模型，利用试验数据对各个故障的特征参数进行筛选及其判别规则的优化。(3)利用局域波分解法对走行部振动信号进行分析与解耦。研究局域波法在走行部故障监测中的运用，特别是对非平稳随机振动信号的分解与时频特性分析，提出通过局域波法在专家分析系统中进行走行部故障的判断、定位以及预警分析。(4)研究制动系统空气制动工作原理，建立制动系统的故障识别模型，通过试验数据对列车制动故障识别模型进行验证。针对列车的电器应用系统，研究列车电器检测设备的原理，重点是那些容易引起行车安全事故的电器设备，如列车电源系统、48V绝缘状态、塞拉门工作状态、电力线连接器温度情况以及列车的轴温等等。(5)建立车厢级、列车级以及列车与地面等通讯网络。研究LonWorks网络与其它通讯网络的特点与结构，确定LonWorks为列车级通讯网络，研究LonWorks怎样实现列车解编后的排序、方向、定位等问题；利用RS-485网络建立了下位机与检测设备的通讯网络与通讯协议；确定了列车级系统与地面系统的GPRS无线通讯网络，以及在整个系统中对通讯网络中数据的验证方法。(6)通过地面与装车试验对检测设备、车厢级系统、列车级系统以及所用的通讯网络进行系统验证，并对装车试验中的列车故障进行处理。
刘志亮, 潘登, 左明健, 李兴林[10]2016年在《轨道车辆故障诊断研究进展》文中指出随着轨道交通事业的蓬勃发展,轨道车辆的运行速度、运输效率以及智能化水平得到不断提高。然而,作为这些技术发展的必要前提,轨道交通可靠性保障理论是轨道交通事业的重中之重。轨道车辆一般由车体、车门、动力及传动系统、走行部、制动系统、电气系统、车载信号系统和其他辅助功能部分组成,轨道车辆运行工况复杂多变、噪声干扰大以及故障模式难以预知等特点一直是其故障诊断面临的突出挑战。通过调研近15年的文献资料,归纳并总结轨道车辆各个子系统及关键部件在故障诊断理论、方法与技术成果,同时从故障检测和远程诊断两个侧面讨论了轨道车辆故障诊断的特点,最后尝试指出了该领域中迫切需求的故障诊断技术及理论发展方向,即应该深化思想内涵,加快表象到机理的研究速度,加快理论向应用的转化速度,切实提高轨道交通关键装备的故障诊断及健康管理能力。
参考文献：
[1]. 铁道车辆状态监测的理论、方法与应用研究[D]. 李伟. 铁道部科学研究院. 2000
[2]. 高速铁路轮轨力地面连续监测系统研究[D]. 张岩. 中国铁道科学研究院. 2009
[3]. 轨道—车辆系统轮轨力辨识及应用研究[D]. 孙善超. 中国铁道科学研究院. 2016
[4]. 高速列车横向运动稳定性和动态脱轨理论分析及评价方法研究[D]. 孙丽霞. 中国铁道科学研究院. 2014
[5]. 基于HMM的客车转向架故障诊断与应用[D]. 申宇燕. 铁道部科学研究院. 2006
[6]. 基于可靠性的机车车辆全生命周期结构安全管理体系研究[D]. 余卓民. 同济大学. 2006
[7]. 基于数据建模的轮轨力载荷辨识理论和应用研究[D]. 郭剑峰. 中国铁道科学研究院. 2015
[8]. 复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标. 西南交通大学. 2013
[9]. 列车关键部件安全监测理论与分析研究[D]. 张兵. 西南交通大学. 2007
[10]. 轨道车辆故障诊断研究进展[J]. 刘志亮, 潘登, 左明健, 李兴林. 机械工程学报. 2016