基于弦测法原理的波磨检测小车的设计与实现

摘要

钢轨波磨是轨面上沿纵向分布、具有周期性和波浪形的不平顺现象，现在已成为轨道的主要损伤形式。近年来，随着高铁、地铁和城市轻轨等轨道交通运输行业的大力发展，波磨的问题也日渐严重。鉴于波磨的不可避免性，特别是波磨对轮轨振动和噪声有重大影响作用。如何高精度检测和更及时分析波磨为防治波磨做好充分准备，迫切的需要更多有针对性的检测波磨设备。因此本文旨在设计一辆便携式、手推波磨检测小车，主要能完成轨道保养后的质量保证或打磨后的最后验收等工作。
　　本文结合国内外常用的波磨检测方法，综合分析了波磨检测的两种方法：惯性基准法和弦测法的原理，以及两种方法的比较。基于弦测法原理简单、不受速度影响等优点，且随着传感器不断发展，可以克服或者减少弦测法的不足之处，适合本小车检测原理。波磨检测小车的总体设计：根据铁路部门对轨道小车的设计要求，分析小车的检测任务，制定适合的测量方案，在能满足各项功能的前提下，完成了波磨检测小车的整体系统的设计，主要包括：机械系统，测量系统，数据分析与显示系统三大系统的设计。波磨检测小车采用H型结构，可以完成双轨、连续测量。160个精度辊子分别安装在轨道两侧的支撑板下端，辊子之间的间隔是特定的，并且同处在同一个水平面上，这样这些辊子相当于一条直边弦不断的与钢轨接触，在小范围内相当于测量的基准轨，还可以作为行走轮。文中对各个部件进行详细的设计，在 Pro/E5.0软件中进行虚拟建模，并在ANSYS软件中建立了有限元分析模型，并进行静强度分析和模态分析，保证车体强度的同时，分析其振动的影响。根据弦测法的原理，制定了本检测小车的测量方案，主要完成波磨参数的测量。在小车前行测量的过程中，安装在小车上的位移传感器和旋转编码器可以分别实时测量波磨的幅值和距离，并且将数据传递给上位机。上位机含有基于LabVIEW软件自主开发的具有采集，显示，分析及其存储等自主控制功能，并将实时数据和历史数据进行显示和存储。

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1 绪论

1.1 波磨的研究背景

1.2 现有波磨检测系统

1.3 波磨检测小车的研究价值

1.4 主要研究内容

2 检测原理

2.1 惯性基准法原理

2.2 弦测法基本原理

2.3 弦测法传递函数不为1的解决办法

2.4选用弦测法的原因

2.5本章小结

3 波磨检测小车总体设计

3.1 设计目标分析

3.2 整体系统组成

3.3 本章小结

4波磨检测小车机械系统设计

4.1结构布置设计

4.2 ProENGINEER实体建模

4.3 波磨检测小车关键机构的有限元分析

4.4 波磨检测小车车体的模态分析

4.5 本章小结

5波磨检测小车测量系统的设计

5.1 位移传感器选择

5.2 基准轨的设计

5.3 旋转编码器的选取

5.4 基于检测系统的小车特有测量原理

5.5 本章小结

6波磨检测小车显示系统设计

6.1LabVIEW简介

6.2系统方案设计

6.3 界面设计

6.4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献