重载货运列车超偏载状态监测系统研究及应用

摘要

重载列车代表当今世界铁路运输的先进水平和重要发展方向，也是铁路运输扩能提效的有效措施，为我国国民经济快速发展提供了有力保障。近年来，随着列车运行速度的不断提升，安全事故时有发生。列车超载与偏载问题是引起车辆脱轨、影响铁路行车安全的重要因素。为了保障列车的运行安全，必须加强超偏载的监测工作。然而，现有的超偏载检测装置大都立足于地面，无法检测列车运行过程中由于弯道、变速、倾斜等原因而引起的列车偏载现象，存在一定的局限性和滞后性，可能对列车运行安全造成重大影响。因此，研究重载列车超偏载在线检测方法和车载式监测系统，具有重要的实际意义和应用价值。
　　 本文以重载货运车辆为应用平台，对基于无线网络的车载式监控系统、超偏载状态的在线检测方法、检测信号特征及相关超偏载检测数据处理方法等方面开展了研究。论文的主要研究工作如下:
　　 (1)论文围绕车载式监测系统对检测及时、运算高效和准实时性的要求，结合检测节点的功能需求，提出了基于无线网络的车载式超偏载状态监测系统的总体架构及软硬件设计方案;
　　 (2)在研究重载列车转向架结构和载荷传递的基础上，建立摇枕弹簧称重模型，给出了一种基于载荷的超偏载状态的在线检测方案，可以实现随车、实时检测，分析了车辆运行过程中称重系统的振动特性，以研究动态检测信号特征;
　　 (3)将HHT方法引入超偏载检测特征信号的提取中，通过仿真信号对EMD分解与传统趋势项提取算法的进行比较，证明了该方法的实用性和高效性;
　　 (4)最后，将研制的监测系统样机在广铁集团长钢轨专用列车上进行了实车试验，采集实车位移数据。用EMD分解方法对采集的信号进行特征提取，然后在在Labview8.5环境下运用最小二乘法对提取的位移进行数据曲线拟合，实现了弹簧位移与载重的转换。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外相关技术的研究现状

1．2．1 超偏载检测技术的研究发展现状

1．2．2 EMD分解算法研究发展概况

1．3 论文的章节安排

第二章 超偏载动态监测系统检测原理

2．1 转向架载荷传递

2．1．1 转K型转向架结构

2．1．2 垂向作用力传递

2．2 转向架受力模型

2．3 摇枕弹簧称重建模

2．4 检测信号特征分析

2．4．1 摇枕弹簧的震动特性分析

2．4．2 干扰分析及降躁方法

2．5 本章小结

第三章 超偏载动态监测系统的实现

3．1 超偏载监测系统总体架构方案

3．2 超偏载监测系统总体软硬件平台

3．2．1 系统总体硬件平台

3．2．1 系统总体软件结构

3．3 车载超偏载检测节点软硬件设计

3．3．1 处理器选型

3．3．2 电源模块

3．3．3 数据采集模块

3．3．4 无线数传模块

3．3．5 存储器模块

3．4 专用智能型位移传感器的设计

3．5 本章小结

第四章 超偏载检测特征信号提取和数据拟合算法

4．1 常用数据信号处理方法评介

4．2 EMD分解方法基本概念和原理

4．3 EMD算法的具体求解步骤和流程图

4．4 EMD提取趋势项与传统方法比较

4．5 数据的曲线拟合算法研究

4．6 本章小结

第五章 超偏载监测系统现场试验与结果分析

5．1 超偏载监测系统现场试验

5．2 数据处理结果与分析

5．2．1 静载特征信号提取

5．2．2 数据曲线拟合实现

5．2．3 数据处理结果与分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的论文情况和科研情况