一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法和系统技术方案

本发明专利技术给出了一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法和系统，包括基于列车当前时速定义采样频率，采集监测区间内列车轴箱的横向加速度信号；将横向加速度信号经过低通滤波，提取滤波后的信号极大值点；响应于列车行驶过程中的任意一个有效监测区间内存在满足信号极大值点的幅值大于加速度阈值的连续信号极大值点个数超过次数阈值，输出列车失稳结果。本发明专利技术采用轴箱振动来判断蛇行失稳比针对架构的判断更直接，物理意义更强，能够有效的检测列车蛇形失稳。检测列车蛇形失稳。检测列车蛇形失稳。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法和系统


[0001]本专利技术涉及轨道交通列车蛇形失稳监测的
，尤其是一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法和系统。

技术介绍

[0002]列车在日常运行过程中，由于钢轨普遍存在横向不平顺，导致轮对踏面在滚动时，不会始终沿着对中的运行轨迹，而是会产生横向偏移量。同时由于轮对踏面存在锥度，左右两轮在钢轨上的名义踏面圆直径不同产生位移差，从而产生指向钢轨中心的平衡力。此平衡力用以抑制轮对的横向偏移和摇头运动，使轮对回归理想的中心运行轨迹。而由于惯性力的存在，轮对在经过平衡位置时会越过平衡位置继续向另一侧摆动，然后又回归中心，周而复始，导致轮对在运行时会在平衡中心左右摆动，像蛇一样蠕动前行，此现象称为列车的蛇行运动。蛇行运动的能量主要来源于列车牵引力，当列车在一定的行驶速度范围内且钢轨不给列车带来额外激励时，此能量会由走行部悬挂系统所消耗，导致蛇行运动的振幅越来越小，呈现出随时间衰减收敛至平衡位置的现象。
[0003]蛇行运动是列车日常运行中的一种固有属性，无法被消除。当行车速度超过某一临界值时，列车的蛇行运动就会发生失稳现象，并带来类似轮轨撞击、乘客舒适度下降、脱轨等一系列不良后果，因此在列车上安装监控设备对其蛇行运动进行实时监测十分有必要。本专利在调研了目前主流失稳监测方法之后，从实际项目需求出发，基于列车走行部轴箱的横向振动数据提出新的失稳阈值计算方法。
[0004]目前针对列车蛇行失稳现象，已有很多相关标准来规定监测依据。其中应用最广泛的是通过加装在转向架构架上的加速度传感器来获取横向振动数据，当蛇行振幅以某种判定方式满足阈值条件时及时输出报警信息。列车收到报警信息后通过降低车速等方式来确保行车安全性。目前较为主流的方法都是针对构架的横向加速度，针对轴箱横向加速度的研究很少，缺乏类似的判定标准。而蛇行失稳的实质是轮对发生不可收敛的振动，采用架构来间接判断蛇形失稳，物理意义上的准确性不高。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中采用架构对列车蛇形失稳监测物理意义上的准确性不高，本专利技术提出了一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法和系统，根据轴箱振动来判断蛇形失稳，更加直接，物理意义更强。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提出了一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，包括以下步骤：
[0007]S1：基于列车当前时速定义采样频率，采集监测区间内列车轴箱的横向加速度信号；
[0008]S2：将横向加速度信号经过低通滤波，提取滤波后的信号极大值点；
[0009]S3：响应于列车行驶过程中的任意一个有效监测区间内存在满足信号极大值点的
幅值大于加速度阈值的连续信号极大值点个数超过次数阈值，输出列车失稳结果。
[0010]在一些具体的实施例中，采样频率的计算公式为fs＝nV，n为满足采样定理的任一数值，V为列车的当前车速。根据车速进行采样频率的设定能够保证合理的采样频率以获得更加合理有效的数据。
[0011]在一些具体的实施例中，横向加速度信号经过10Hz的低通滤波，保留蛇形运动数据。凭借该设置可以过滤信号噪音，获取蛇形运动中的加速度数据。
[0012]在一些具体的实施例中，加速度阈值的确定公式为|a|＝4π2f2|y|，其中，f表示为蛇形频率，y表示为轮对横移量。
[0013]在一些具体的实施例中，蛇形频率介于最低蛇形频率与最高蛇形频率之间，其中，最低蛇形频率为当轮对与架构之间刚度无穷大，整个转向架视为刚性转向架时的蛇形频率；最高蛇形频率为当轮对与架构之间刚度为0，轮对为自由轮对时的蛇形频率。实际轮对和构架之间的关系介于自由轮对和刚性转向架这两种极端状态之间，利用该范围可界定出蛇形频率和波长的范围。
[0014]在一些具体的实施例中，最高蛇形频率的计算公式为最低蛇形频率的计算公式为其中，自由轮对的蛇行运动波长刚性转向架的蛇行运动波长l为转向架轴距的一半，e为左右轮轨接触点之间的距离，r0为轮对踏面的名义圆半径，tanγ
e
为踏面等效锥度。
[0015]在一些具体的实施例中，监测区间大于次数阈值与刚性转向架的蛇行运动波长λ
t
的乘积。监测区间的上述定义保证区间内至少具有与次数阈值的完整蛇形波形，便于进行蛇形失稳的判断。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提出了一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测系统，该系统包括：
[0017]加速度信号获取单元：配置用于基于列车当前时速定义采样频率，利用设置于列车轴箱上的加速度传感器采集监测区间内列车轴箱的横向加速度信号；
[0018]滤波单元：配置用于将横向加速度信号经过低通滤波，提取滤波后的信号极大值点；
[0019]蛇形失稳判断单元：配置用于响应于列车行驶过程中的任意一个有效监测区间内存在满足信号极大值点的幅值大于加速度阈值的连续信号极大值点个数超过次数阈值，输出列车失稳结果。
[0020]在一些具体的实施例中，采样频率的计算公式为fs＝nV，n为满足采样定理的任一数值，V为列车的当前车速，横向加速度信号经过10Hz的低通滤波，保留蛇形运动数据。
[0021]在一些具体的实施例中，加速度阈值的确定公式为|a|＝4π2f2|y|，其中，f表示为蛇形频率，y表示为轮对横移量，蛇形频率介于最低蛇形频率与最高蛇形频率之间，其中，最低蛇形频率为当轮对与架构之间刚度无穷大，整个转向架视为刚性转向架时的蛇形频率，计算公式为最高蛇形频率为当轮对与架构之间刚度为0，轮对为自由轮对时的蛇
形频率，计算公式为最低蛇形频率的计算公式为其中，自由轮对的蛇行运动波长刚性转向架的蛇行运动波长l为转向架轴距的一半，e为左右轮轨接触点之间的距离，r0为轮对踏面的名义圆半径，tanγ
e
为踏面等效锥度；监测区间大于次数阈值与刚性转向架的蛇行运动波长λ
t
的乘积。
[0022]本专利技术提出了用轴箱振动数据来检测列车蛇形失稳的判断，通过计算列车在不同工况下的蛇形波长和蛇形频率，推到出轴箱横向振动加速度阈值，整个计算过程反映的是轮对的振动信息，而轮对与列车失稳是直接相关，因此用轮对来监测列车失稳具有更强的物理意义。
附图说明
[0023]包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0024]图1a
‑
c是列车蛇形运动的稳定、临界和失稳状态的示意图；
[0025]图2是本申请的一个实施例的基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法的流程图；
[0026]图3是本申请的一个具体的实施例的轮对横移量与等效锥度的对应关系图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于列车当前时速定义采样频率，采集监测区间内列车轴箱的横向加速度信号；S2：将所述横向加速度信号经过低通滤波，提取滤波后的信号极大值点；S3：响应于列车行驶过程中的任意一个有效监测区间内存在满足所述信号极大值点的幅值大于加速度阈值的连续信号极大值点个数超过次数阈值，输出列车失稳结果。2.根据权利要求1所述的基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，其特征在于，所述采样频率的计算公式为fs＝nV，n为满足采样定理的任一数值，V为所述列车的当前车速。3.根据权利要求1所述的基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，其特征在于，所述横向加速度信号经过10Hz的低通滤波，保留蛇形运动数据。4.根据权利要求1所述的基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，其特征在于，所述加速度阈值的确定公式为|a|＝4π2f2|y|，其中，f表示为蛇形频率，y表示为轮对横移量。5.根据权利要求4所述的基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，其特征在于，所述蛇形频率介于最低蛇形频率与最高蛇形频率之间，其中，所述最低蛇形频率为当轮对与架构之间刚度无穷大，整个转向架视为刚性转向架时的蛇形频率；所述最高蛇形频率为当轮对与架构之间刚度为0，轮对为自由轮对时的蛇形频率。6.根据权利要求5所述的基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，其特征在于，所述最高蛇形频率的计算公式为所述最低蛇形频率的计算公式为其中，自由轮对的蛇行运动波长刚性转向架的蛇行运动波长刚性转向架的蛇行运动波长l为转向架轴距的一半，e为左右轮轨接触点之间的距离，r0为轮对踏面的名义圆半径，tanγ
e
为踏面等效锥度。7.根据权利要求6所述的基于轴箱振动的列车蛇形失稳的监测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽华，连滨猛，黄灵坚，黄锦殿，陈毅辉，
申请(专利权)人：厦门物之联智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：