[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

说明书

本发明公开了一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法：(a)搭建整车模型；(b)在模型中建立一系悬挂、二系悬挂；(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；(d)在动力学仿真中得到接触压力分布；(e)提取各测点振动加速度数据，得到不同监测点构架横向加速度时域图；(f)统计构架横向加速度峰值；(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。本发明用以解决仅靠仿真计算不能完全满足机车运行状态监测需要的问题，实现提取同一工况下不同监测点的横向加速度数据，比较不同测点时域、频域特征，并结合判断构架发生横向失稳的相关数据来选择最优测点的目的。

技术领域

本发明涉及铁路运输安全监控技术领域，具体涉及一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法。

背景技术

目前用于机车车辆机械部件仿真计算的模型主要涉及到两大类，一是机械部件有限元分析模型，二是多体系统动力学分析模型，根据模型特征及需求要求，可以选择相应的模型进行分析。一般来说，有限元分析模型通过将整个机械部件划分毫米级的微小单元，设置相应约束并添加相关载荷激励，得到部件各微小单元的响应状态；而多体系统动力学分析模型可以通过建立多个运动体的约束关系，从多个方面施加载荷激励，并在仿真分析后可以提取多点多参数数据，是能够系统地表征机械部件动力学特征的主要手段。

以机车车辆系统为例，电机输出的动力向下经齿轮箱传到车轴，车轴带动车轮转动，车轮与轨道刚性接触，转向架与轨道间连有一系悬挂装置；车轮转动带动整个构架运动，构架与车体间通过中心销等装置相连，带动车体运动，同时在车体和构架间设置二系悬挂装置。这些悬挂装置一方面可以起到定位作用，另一方面也可以起到减振作用。通过这些安装约束及部件本身的刚度特性，使得整列车在运行过程中保持较好的运行状态。

评判列车运行状态是否优良，一般是从多个方面进行综合评价的。目前用于评价机车车辆动力学的指标主要分为运行稳定性、运行平稳性和通过曲线的舒适度标准这三方面。其中，运行稳定性可从防蛇行运动、防脱轨和防倾覆三个方向来分析。

由于现实运行中，车辆运行遇到的具体工况呈现复杂，仅靠仿真计算并不能完全满足机车运行状态监测的需要，所以有必要通过更为精确的计算方法来确定更优选的传感器布局方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，以解决现有技术中仅靠仿真计算并不能完全满足机车运行状态监测的需要的问题，实现提取同一工况下不同监测点的横向加速度数据，比较不同测点的时域、频域特征，并结合判断构架发生横向失稳的相关数据来选择最优测点的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种机车机械部件状态感知传感器优化布局方法，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；