一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统及方法，包括车上设备、车下设备和用户端；车上设备分别与车下设备和用户端通信连接。本发明专利技术的系统所需布置的传感器测点少，设备硬件组成简单，体积小且便于携带。本系统还可以将实时情况反馈给用户，进而指导用户设计和检修时有所侧重。本发明专利技术的方法采用功率谱密度作为计算输入，计算速度快，可较大降低车下设备采集的周期。同时，该方法提供的车体疲劳薄弱处可以对车体结构设计提供重要依据，进而指导工人进行检修时对车体检修区域有所侧重；该方法提供的敏感频率可以指导车辆悬挂系统的设计；车体的疲劳损伤值的实时变化也是工人进行线路检修和车体检修周期调整的指导依据之一。

A vibration fatigue monitoring system and method for railway vehicle body

【技术实现步骤摘要】
一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统及方法
本专利技术属于轨道车辆
，具体涉及一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统及方法。
技术介绍
随着轨道车辆的迅速发展，车辆的运营环境复杂多变，车辆结构的可靠性变得尤为重要。车体作为轨道车辆结构中的重要组成部分，其可靠性关系着运营的安全性。车体的疲劳破坏可以分为静疲劳破坏和振动疲劳破坏。静疲劳破坏在轨道车辆车体中一般很少发生，这是由于结构在设计阶段已采用相关标准或仿真手段进行静疲劳强度评估，确保结构满足设计寿命。但振动疲劳与静疲劳完全不同，振动疲劳要复杂的多。当载荷频率范围与车体的某一阶固有频率一致或比较接近时，会激发车体模态共振，从而加剧车体振动疲劳问题。在实际运行中，轨道车辆车体在某些工况下已经出现了共振现象，甚至某些车体的局部已经产生疲劳破坏。因此，对车体振动疲劳的监测尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决监测车体振动疲劳的问题，提出了一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统及方法。本专利技术的技术方案是：一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统，包括车上设备、车下设备和用户端；车上设备分别与车下设备和用户端通信连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术的系统所需布置的传感器测点少，设备硬件组成简单，体积小，具有较好的经济性，且便于携带。本系统还可以将实时情况反馈给用户，进而指导用户设计和检修时有所侧重。进一步地，车上设备包括第一通信子设备、第二通信子设备和第三通信子设备；车下设备包括第一车下子设备、第二车下子设备和第三车下子设备；第一通信子设备和第一车下子设备通信连接；第二通信子设备和第二车下子设备通信连接；第三通信子设备和第三车下子设备通信连接；第一通信子设备、第二通信子设备和第三通信子设备均与用户端通信连接。上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，车上设备提供无线传输的方式，接收来自车下设备发送的三向振动加速度时域数据，传输方式稳定且快捷。进一步地，第一车下子设备固定设置于车辆车体的1位端1位侧空簧处；第二车下子设备固定设置于车辆车体的2位端2位侧空簧处；第三车下子设备固定设置于车辆车体的牵引梁处。上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，车下设备固定在3处，可以全面地采集车体主要激励点处的振动加速度，进而充分考虑车体所受激励情况，以便于及时发现振动疲劳的情况。进一步地，第一通信子设备、第二通信子设备和第三通信子设备的结构一致，均包括接地电容C1、接地电容C2、接地电容C4-C6、接地电容C16-C17、电阻R111、指示灯D1、稳压芯片U1和型号为MPU-3050的主控芯片U4；芯片U1的I引脚分别与接地电容C1和芯片U1的en引脚连接，其连接点作为芯片U1的VCC_IN引脚；芯片U1的O引脚分别与接地电容C2、接地电容C4、接地电容C5和接地电容C6连接，其连接点作为芯片U1的VCC_3.3V引脚；指示灯D1的正极和电阻R111的一端连接，其负极接地；电阻R111的另一端和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；芯片U4的CLKIN引脚、AD0引脚、FSYNC引脚和GND引脚均接地；芯片U4的VLOGIC引脚分别与接地电容C17和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；芯片U4的REGOUT引脚和接地电容C16连接；芯片U4的CPOUT引脚和接地电容C18连接；芯片U4的VDD引脚和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接。上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，车上的通信设备可以对接收的数据进行相应的处理，并将处理数据通过串行通信的方式发送至用户端。进一步地，第一车下子设备、第二车下子设备和第三车下子设备的结构一致，均包括电阻R1-R2、电阻R7-R8、电容C15、接地电容C19、端口P1-P2、N型MOS管Q1-Q2、型号为ADXL234B的加速度芯片U2和型号为HMC5883L的驱动芯片U3；芯片U2的VDD_IO引脚、VS引脚和CS引脚均与芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；芯片U2的GND引脚和ADDR引脚均接地；芯片U2的SCL引脚和芯片U4的SCL引脚连接；芯片U2的SDA引脚和芯片U4的SDA引脚连接；芯片U2的INT1引脚和端口P2的第2引脚连接；芯片U3的VDD_IO引脚、S1引脚和VDD引脚均与芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；芯片U3的SCL引脚和芯片U4的SCL引脚连接；芯片U3的SDA引脚和芯片U4的SDA引脚连接；芯片U3的SETP引脚和电容C15的一端连接，其SETC引脚和电容C15的另一端连接；芯片U3的GND引脚接地；芯片U3的C1引脚和接地电容C19连接；端口P1的第1引脚和芯片U1的VCC_IN引脚连接；端口P1的第2引脚和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；端口P1的第3引脚接地；端口P1的第4引脚分别与电阻R1的一端和MOS管Q1的漏极连接；端口P1的第5引脚分别与电阻R2的一端和MOS管Q2的漏极连接；端口P2的第1引脚和芯片U3的DRDY引脚连接；端口P2的第3引脚和芯片U4的INT引脚连接；电阻R1的另一端和芯片U1的VCC_IN引脚连接；MOS管Q1的源极分别与电阻R7的一端和芯片U4的SCL引脚连接，其栅极分别与电阻R7的另一端和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；MOS管Q2的源极分别与电阻R8的一端和芯片U4的SDA引脚连接，其栅极分别与电阻R8的另一端和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接。上述进一步方案的有益效果是：在本专利技术中，车下设备可以采集三向振动加速度时域的数据并传递给车上的通信设备，且采集数据准确，精度高。基本上述系统，本专利技术还提供了一种轨道车辆车体振动疲劳监测方法，包括如下步骤：S1：采用第一车下子设备采集车辆1位端1位侧空簧处的纵向振动加速度f1x(t)、横向振动加速度f1y(t)和垂向振动加速度f1z(t)；采用第二车下子设备采集车辆2位端2位侧空簧处的纵向振动加速度f2x(t)、横向振动加速度f2y(t)和垂向振动加速度f2z(t)；采用第三车下子设备采集车辆牵引梁处的纵向振动加速度f3x(t)、横向振动加速度f3y(t)和垂向振动加速度f3z(t)；S2：对1位端1位侧空簧处和2位端2位侧空簧处的振动加速度进行简化计算，得到平均空簧处的纵向振动加速度f4x(t)、横向振动加速度f4y(t)和垂向振动加速度f4z(t)，其简化计算公式为：其中，f1x(t)、f1y(t)和f1z(t)分别为1位端1位侧空簧处的纵向振动加速度、横向振动加速度和垂向振动加速度；f2x(t)、f2y(t)和f2z(t)分别为2位端2位侧空簧处的纵向振动加速度、横向振动加速度和垂向振动加速度。S3：利用傅里叶变换，将牵引梁处的纵向振动加速度f3x(t)、横向振动加速度f3y(t)和垂向振动加速度f3z(t)分别转换为牵引梁处的纵向加速度功率谱密度G3x(f)、横向加速度功率谱密度G3y(f)和垂向加速度功率谱密度G3z(f)；并将平均空簧处的纵向振动加速度f4x(t)、横向振动加速度f4y(t)和垂向振动加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统，其特征在于，包括车上设备(1)、车下设备(2)和用户端(3)；所述车上设备(1)分别与车下设备(2)和用户端(3)通信连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆车体振动疲劳监测系统，其特征在于，包括车上设备(1)、车下设备(2)和用户端(3)；所述车上设备(1)分别与车下设备(2)和用户端(3)通信连接。


2.根据权利要求1所述的轨道车辆车体振动疲劳监测系统，其特征在于，所述车上设备(1)包括第一通信子设备(4)、第二通信子设备(5)和第三通信子设备(6)；所述车下设备(2)包括第一车下子设备(7)、第二车下子设备(8)和第三车下子设备(9)；所述第一通信子设备(4)和第一车下子设备(7)通信连接；所述第二通信子设备(5)和第二车下子设备(8)通信连接；所述第三通信子设备(6)和第三车下子设备(9)通信连接；所述第一通信子设备(4)、第二通信子设备(5)和第三通信子设备(6)均与用户端(3)通信连接。


3.根据权利要求2所述的轨道车辆车体振动疲劳监测系统，其特征在于，所述第一车下子设备(7)固定设置于车辆车体的1位端1位侧空簧处；所述第二车下子设备(8)固定设置于车辆车体的2位端2位侧空簧处；所述第三车下子设备(9)固定设置于车辆车体的牵引梁处。


4.根据权利要求2所述的轨道车辆车体振动疲劳监测系统，其特征在于，所述第一通信子设备(4)、第二通信子设备(5)和第三通信子设备(6)的结构一致，均包括接地电容C1、接地电容C2、接地电容C4-C6、接地电容C16-C17、电阻R111、指示灯D1、稳压芯片U1和型号为MPU-3050的主控芯片U4；所述芯片U1的I引脚分别与接地电容C1和芯片U1的en引脚连接，其连接点作为芯片U1的VCC_IN引脚；所述芯片U1的O引脚分别与接地电容C2、接地电容C4、接地电容C5和接地电容C6连接，其连接点作为芯片U1的VCC_3.3V引脚；所述指示灯D1的正极和电阻R111的一端连接，其负极接地；所述电阻R111的另一端和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；所述芯片U4的CLKIN引脚、AD0引脚、FSYNC引脚和GND引脚均接地；所述芯片U4的VLOGIC引脚分别与接地电容C17和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；所述芯片U4的REGOUT引脚和接地电容C16连接；所述芯片U4的CPOUT引脚和接地电容C18连接；所述芯片U4的VDD引脚和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接。


5.根据权利要求4所述的轨道车辆车体振动疲劳监测系统，其特征在于，所述第一车下子设备(7)、第二车下子设备(8)和第三车下子设备(9)的结构一致，均包括电阻R1-R2、电阻R7-R8、电容C15、接地电容C19、端口P1-P2、N型MOS管Q1-Q2、型号为ADXL234B的加速度芯片U2和型号为HMC5883L的驱动芯片U3；所述芯片U2的VDD_IO引脚、VS引脚和CS引脚均与芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；所述芯片U2的GND引脚和ADDR引脚均接地；所述芯片U2的SCL引脚和芯片U4的SCL引脚连接；所述芯片U2的SDA引脚和芯片U4的SDA引脚连接；所述芯片U2的INT1引脚和端口P2的第2引脚连接；所述芯片U3的VDD_IO引脚、S1引脚和VDD引脚均与芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；所述芯片U3的SCL引脚和芯片U4的SCL引脚连接；所述芯片U3的SDA引脚和芯片U4的SDA引脚连接；所述芯片U3的SETP引脚和电容C15的一端连接，其SETC引脚和电容C15的另一端连接；所述芯片U3的GND引脚接地；所述芯片U3的C1引脚和接地电容C19连接；所述端口P1的第1引脚和芯片U1的VCC_IN引脚连接；所述端口P1的第2引脚和芯片U1的VCC_3.3V引脚连接；所述端口P1的第3引脚接地；所述端口P1的第4引脚分别与电阻R1的一端和MOS管Q1的漏极连接；所述端口P1的第5引脚分别与电阻R2的一端和MOS管Q2的漏极连接；所述端口P2的第1引脚和芯片U3的DRDY引脚连接；所述端口P2的第3引脚和芯片U4的INT引脚连接；所述电阻R1的另一端和芯片U1的VCC_IN引脚连接；所述MOS管Q1的源极分别与电阻R7的一端和芯片U4的SCL引脚连接，其栅极分别与电阻R7的另一端和芯片U1的V...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晨，池茂儒，刘开成，周亚波，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51