[发明专利]一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法

权利要求书

1.一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)建立机车多体动力学模型，搭建整车模型；

(b)在模型中建立一系悬挂、二系悬挂，所述一系悬挂、二系悬挂中所有的悬挂元件均采用弹簧阻尼单元模拟，并将所有的非线性特性考虑在内；

(c)在整车模型中的转向架构架上选定N个横向振动监测点，其中N≥2；

(d)在动力学仿真中采用Hertz接触理论计算法向接触，再计算切向接触，得到接触压力分布P_z；

(e)从P_z中提取各测点振动加速度数据，将所得数据经过滤波，得到不同监测点构架横向加速度时域图；

(f)从构架横向加速度时域图中提取各测点横向振动加速度数据，统计构架横向加速度峰值：采用10Hz低通滤波，当构架横向加速度峰值有连续六次以上达到极限值8～10m/s²或超过极限值10m/s²，判定构架横向失稳；

(g)分析构架横向失稳下各监测点的敏感度，敏感度越低，越不适合安装检测构架横向加速度的传感器。

2.根据权利要求1所述的一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，所述整车模型的搭建包括以下步骤：

(A)在前处理部分选择轮对类型，输入车轮半径、轨距、轮径内测距，生成轮对；

(B)复制轮对，添加构架、轴箱、一系弹簧部件，搭建转向架；

(C)复制转向架，添加车体和空气弹簧部件，搭建整车模型。

3.根据权利要求1所述的一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，所述一系悬挂将轮对和构架连接在一起，一系悬挂由钢簧、转臂和垂向减振器组成，一系悬挂的定位刚度由转臂节点提供；所述二系悬挂将构架和车体连接在一起，二系悬挂由两个空气弹簧、两个横向减振器、两根牵引拉杆和横向止挡组成。

4.根据权利要求1所述的一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，所述N个横向振动监测点，包括沿转向架的轴线左右对称分布的若干组监测点，以及位于转向架的轴线上的至少一个监测点。

5.根据权利要求1所述的一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，接触压力分布P_z的计算过程中，向模型中施加美国六级轨道不平顺的功率密度谱。

6.根据权利要求1所述的一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，所述接触压力分布P_z的计算方法为：

(1)设轮轨垂向间隙z(x,y)＝Ax²+By²，其中A、B分别为纵向和横向相对曲率，A、B的表达式为：

其中，R_wx为车轮沿纵向的曲率半径；R_rx为钢轨沿纵向的曲率半径；R_wy为车轮接触点处横向曲率半径；R_ry为钢轨接触点处横向曲率半径；

(2)根据Hertz接触理论计算接触斑长半轴a和短半轴b：

其中，m和n为Hertz接触参数；P为轮轨法向力；G^*为材料参数；

(3)计算中间变量η：

(4)计算轮轨接触时的刚性接近量δ₀；

其中r为Hertz接触参数；

(5)得到接触压力分布P_z：

7.根据权利要求6所述的一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，所述材料参数G*的计算方法为：

其中，v_w和E_w分别为车轮材料的泊松比和弹性模量；v_r和E_r分别为钢轨材料的泊松比和弹性模量。

8.根据权利要求1所述的一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，其特征在于，步骤(g)中分析敏感度时，首先判断同侧测点受安装约束影响大小，再判断对称测点信号是否存在差异。