列车车轮擦伤的光学检测方法

论文摘要

现代铁路交通运输飞速发展,特别是列车的运行速度、运载重量都大幅度的提高,如何保证列车运行的安全性是首要考虑的问题。车轮作为列车行走部件的重要部分,其踏面的擦伤是影响列车运行安全性和平稳性的重要因素,因此如何及时有效的检测出车轮踏面的擦伤是铁路部门一直密切关注和不断研究改进的课题。本文通过调研大量国内外已有的擦伤检测方法,并分析其优劣性,最后采用了一种新型的车轮踏面擦伤检测方法。它是通过测量列车在运行过程中车轮踏面与钢轨接触时产生的冲击载荷引起的钢轨形变来检测车轮踏面擦伤。本文首先介绍了该光学检测方法的工作原理及系统构成。接着介绍了该方法的基础原理——车辆-轨道垂向耦合动力学,介绍了各种车辆的与轨道的耦合模型,并重点分析了车轮踏面擦伤（如：扁平车轮、偏心车轮）所引起的轮轨垂向力的冲击响应；然后介绍了两种系统平台（基于CCD和基于PSD的平台）的硬件结构及系统实现,并对两种平台所测得的数据进行擦伤分析。重点分析了基于PSD的系统平台所测得的数据,包括扁平车轮和偏心车轮的数据分析。最后利用基于PSD平台的一套设备对重庆到成都的列车轮对进行了测量与擦伤分析,通过对检测结果的多次复查,验证了该套设备的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 擦伤的机理
• 1.2.1 擦伤的定义
• 1.2.2 擦伤产生的原因
• 1.2.3 擦伤的标准
• 1.3 国内外现状分析
• 1.3.1 静态检测
• 1.3.2 动态检测
• 1.3.3 检测技术比较
• 1.4 本论文的设计目标及要求
• 第2章 检测原理和理论模型
• 2.1 系统检测原理
• 2.1.1 检测原理的基本构思
• 2.1.2 传感器的检测原理
• 2.1.3 系统整体结构
• 2.1.4 系统工作流程
• 2.1.5 系统难点分析
• 2.2 车辆-轨道垂向耦合动力学
• 2.2.1 车辆-轨道耦合动力学研究背景
• 2.2.2 车辆-轨道耦合动力学学术思想
• 2.2.3 车辆-轨道垂向耦合动力学内容
• 2.2.4 车辆-轨道垂向系统统一模型
• 2.3 车辆-轨道耦合系统激励模型
• 2.3.1 脉冲型激扰模型
• 2.3.2 周期性谐波激扰模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于CCD的检测平台和实现
• 3.1 系统实验平台
• 3.1.1 系统器件选型
• 3.1.2 实验环境
• 3.1.3 实验设备结构
• 3.1.4 实验设备规格
• 3.1.5 数据采集软件
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 静态实验
• 3.2.2 动态实验
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于PSD的检测平台和实现
• 4.1 系统检测平台
• 4.1.1 信号检测模块
• 4.1.2 信号传输模块
• 4.1.3 信号处理控制模块
• 4.2 检测平台的安装
• 4.2.1 安装的注意事项
• 4.2.2 检测平台的安装调试
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果和分析
• 5.1 基于CCD的检测数据分析
• 5.1.1 载荷曲线求解
• 5.1.2 拟合曲线方程
• 5.1.3 拟合曲线求导结果
• 5.2 基于PSD的检测数据分析
• 5.2.1 钢轨形变大小的计算
• 5.2.2 车辆载荷的计算
• 5.2.3 车轮缺陷的计算
• 5.3 现场复核结果及分析
• 5.3.1 扁平缺陷
• 5.3.2 材料缺损和扁平车轮
• 5.3.3 多边形磨耗车轮
• 5.3.4 数据复核情况统计
• 5.4 本章小结
• 总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表论文及成果