城轨车辆轮对踏面故障在线监测系统研究

摘要

车辆轮对踏面故障是城轨车辆重大行车事故隐患之一，对它的实时在线监测是保障城轨车辆行车安全的重要手段，同时也是提供更高客运服务质量的关键，因此研制一种城轨车辆轮对踏面故障实时在线监测系统具有重大的现实意义。
　　 本文通过分析比较国内外各种踏面故障检测的各种检测方法的优缺点，联系国内城轨交通的发展现状，选择采用基于振动检测法的轮对踏面故障监测系统作为研究方向。主要工作如下:
　　 研究了踏面故障的主要类型以及形成机理。建立典型踏面故障类型——擦伤型踏面故障的理论模型，分析擦伤型踏面故障在不同条件下故障严重程度与轨道振动的关系，建立利用振动与冲击的能量大小判断踏面故障的有无及严重程度的数学关系。
　　 依据振动检测法理论模型以及系统设计要求，设计了城轨车辆踏面故障监测系统的硬件整体方案，系统检测设备部署安装位置。详细论证了监测系统振动信号、车轮轴位信号和车号信息等的信息采集方案，给出了用于监测系统的各硬件系统参数指标。
　　 在检测算法方面，通过傅里叶变换、小波包分析对采集到的振动信号进行分析获得信号的特征，研究了基于短时能量判断的踏面故障特征提取算法，提出采用信号特征阈值检测、能量补偿等方式提高系统的检测精度，最后给出了轮对踏面故障监测系统详细算法流程，并通过仿真证明了该算法可以较好的排除漏检、误检现象的发生。
　　 最后开发了基于LabVIEW的系统调试软件平台，完成系统硬件的测试和算法调试等工作，调试结果表明系统各方面性能指标均可以达到设计要求，同时通过长期的实验表明开发的踏面故障检测算法能够很好地检测出车辆轮对的踏面故障，满足系统的设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 总体情况概述

1．3．2 地面式动态检测方法介绍

1．3．3 各种检测方法的对比

1．4 本文主要研究内容

2 轮对踏面故障分析

2．1 轮对踏面故障

2．1．1 轮对踏面故障危害

2．1．2 轮对踏面故障形成原因

2．2 踏面故障与振动冲击

2．2．1 冲击过程及冲击速度

2．2．2 冲击与车辆速度关系

2．3 振动冲击的能量

2．3．1 低速状态冲击能量

2．3．2 高速状态冲击能量

2．4 本章小结

3 系统设计方案及硬件构成

3．1系统需求分析

3．2 系统设计方案

3．2．1 系统总体设计方案

3．2．2 振动信号探测

3．2．3 车轮轴位信号探测

3．2．4 车辆车号信息探测

3．3 监测系统原理

3．4 系统硬件配置与选型

3．4．1 传感器的选择

3．4．1 信号调理器的选型

3．4．2 数据采集卡的选型

3．4．3 车号识别系统

3．5 本章小结

4 踏面故障算法研究

4．1 踏面故障振动信号分析

4．1．1 傅里叶分析

4．1．2 小波信号分析

4．2 算法流程

4．3 信号预处理

4．3．1 有效数据段提取

4．3．2 信号低通滤波

4．4 信号特征提取

4．4．1 短时能量判别法

4．4．2 其他阈值判别法

4．5 能量计算及报警分级

4．6 本章小结

5 系统的软件开发

5．1 系统需求分析

5．2 软件总体设计方案

5．3 软件开发环境介绍

5．3．1 LabVIEW介绍

5．3．2 MATLAB简介

5．4 数据采集模块

5．5 数据分析模块

5．6 数据管理模块

5．7 数据展示模块

5．9 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 存在的问题与展望

致谢

参考文献

附录