一种用于货车超载及偏载监测传感器的设计与研究

摘要

随着我国货车速度的不断提高，铁道部对货车超偏载设备的监测力度也不断加强。高速货车的传感器设计技术对超偏载监测来说是至关重要的，它决定了超偏载监测设备的更新速度。 首先，通过对当前国内外超偏载监测设备上所用传感器的对比，认识到国内现有传感器的不足与缺陷，在现有钢轨传感器的基础上设计出一种新型钢轨传感器，并详细讨论了这种传感器的工作原理。 在ANSYS软件中建立钢轨的有限元模型，后处理过程中分析钢轨上应变变化梯度分布图，并做出轴向应变变化趋势曲线图。设计出弹性体结构，计算不同载荷工况条件下应变片粘贴位置处的具体应变值和变化趋势。 通过组桥电路计算出不同载荷下传感器的电压输出值，然后把这些理论计算值拟合成一条电压输出曲线，也就是传感器信号输出变化曲线，并对该传感器理论输出值的线性度进行评价，其研究结论可为设计制造传感器提供参考。 针对现场实际监测过程中货车重量监测值有随行车速度提高而变小的问题进行了轮轨接触的动力学分析。介绍了轮轨接触的基本原理以及MARC软件在滚动接触分析方面的优点，并在MARC中建立轮轨接触的有限元模型，引入速度因子，进行动力学仿真。选择钢轨有限元模型中的几个关键节点进行分析，分析它们在车辆以不同速度运行的过程中节点的应力变化曲线图，从图中可以得出随着轮子速度的提高节点应力值有变小的趋势，由此可得出速度提高是货车载重测轻的一个重要因素的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1国内外研究技术及现状

1.1.1国内现有技术与现状

1.1.2国外研究方向与现状

1.2车辆重量的计量方式

1.3超偏载车辆的认定标准

1.4超偏载检测设备的分类

1.5选题的意义及本文研究的主要内容

1.5.1选题的意义

1.5.2本文研究的主要内容

第二章超偏载检测传感器

2.1超偏载检测传感器的发展现状

2.2现有的传感器存在的缺陷

2.3电阻式传感器的工作原理及特点

2.3.1电阻应变式传感器的工作原理

2.3.2电阻应变式传感器的特点

2.4本章小结

第三章超偏载检测钢轨传感器的设计与研究

3.1钢轨传感器的工作原理

3.2钢轨的有限元分析

3.2.1钢轨的建模与网格划分

3.2.2约束、加载与结果分析

3.3弹性体的有限元分析

3.4钢轨传感器的组桥电路

3.5本章小结

第四章轮轨的动力学分析

4.1轮轨接触的简述

4.1.1传统滚动接触力学发展回顾

4.1.2新轮轨滚动接触力学研究进展

4.2结构离散化与动力学方程

4.2.1结构离散化

4.2.2动力学方程

4.3接触分析

4.3.1 MARC软件的接触算法

4.3.2接触体的编号与接触表

4.3.3阻尼模型

4.4动力学的建模及分析

4.5本章小结

第五章结论与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要研究成果