钢轨磨耗及轨底坡便携测量仪研究

论文摘要

车轮和钢轨的滚动接触是承载、导向、牵引及制动的基础。在列车运行时,轮轨接触会产生磨耗,从而影响车辆动力学性能。研究检测钢轨磨耗及轨底坡的便携式仪器,对于轮轨技术的科学研究,铁路安全经济运行有着重要意义。本论文就增大便携式仪器对钢轨的测量范围及提高精度展开研究,主要完成以下工作：1、根据测量范围及精度要求,建立测量机构的数学模型及逆解模型,利用Matlab进行运动学仿真,设计了双L型五连杆测量机构,并优化结构参数,使其可测量75kg、60kg、50kg三种钢轨包括双侧下颚的轨头外形曲线。2、根据仿真结果,利用Auto CAD对钢轨外形测量仪的机械结构进行研究设计,包括外形、双L型测量机构、测头、停靠位及连接杆的设计,并进行干涉检测,进一步确保选取参数的合理性。3、利用Matlab对测量仪的数据处理算法进行仿真分析,确定半径补偿、数字对齐等算法,编程实现对钢轨磨耗和轨底坡参数的测量。4、分析钢轨外形测量仪的误差来源,对其实际测量过程进行仿真,分析其量化误差及各单因素误差,给出仿真结果。仿真分析表明,设计的基于双L型五连杆测量机构的便携式钢轨外形磨耗测量仪一次测量能够得到钢轨轨头、双侧下颚、及双侧侧面的外形曲线。实际仪器试验表明：所研究的数字处理算法可得出符合精度要求的钢轨侧面、垂向磨耗及轨底坡参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及其意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 论文的工作与内容
• 1.3.1 完成主要工作
• 1.3.2 论文主要内容
• 第2章 外形测量仪的系统方法研究
• 2.1 铁道钢轨
• 2.2 外形测量仪系统组成及其特点
• 2.2.1 外形测量仪系统组成
• 2.2.2 外形测量仪的特点
• 2.3 外形测量仪的数学测量模型
• 2.3.1 双L型五连杆数学模型
• 2.4 外形测量仪测量原理仿真研究
• 2.4.1 外形测量仪的逆解模型
• 2.4.2 仿真结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 外形测量仪的结构实现
• 3.1 外形测量仪总体设计研究
• 3.2 外形测量仪机械结构设计
• 3.2.1 选定参数的干涉检测
• 3.2.2 基准的选取
• 3.2.3 连接杆的选择
• 3.2.4 测量杆停靠位的设计
• 3.2.5 滚轮测头的选取
• 3.2.6 外形测量仪机械结构
• 3.3 测量仪数据采集系统研究
• 3.4 数据处理模块
• 3.5 本章小结
• 第4章 面向数据采集处理的仿真研究
• 4.1 外形测量仪的信息流程
• 4.2 滚轮测头的半径补偿算法研究
• 4.2.1 测头半径补偿方法
• 4.3 曲线对齐方法研究
• 4.3.1 曲线的平移和旋转
• 4.4 数据拼接及其平滑处理
• 4.5 钢轨磨耗参数的计算
• 4.6 轨底坡测量
• 4.7 本章小结
• 第5章 外形测量仪的误差研究
• 5.1 精密仪器误差
• 5.2 仪器误差来源研究
• 5.3 误差模型的建立与仿真结果
• 5.3.1 测量过程仿真研究
• 5.3.2 数学模型误差仿真研究
• 5.3.3 各参数误差仿真研究
• 5.4 本章小结
• 第6章 标定及轨底坡测量试验
• 6.1 RPT1型轨头外形测量仪标定试验
• 6.1.1 测量仪参数标定
• 6.1.2 标定方法的不确定度分析
• 6.1.3 标定试验
• 6.2 轨底坡参数测量试验
• 6.2.1 轨底坡参数测量试验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文