隨著鐵路行業(yè)高速發(fā)展,列車(chē)運(yùn)行速度逐漸提高,鐵路安全越來(lái)越受到人們的重視,如何保證鐵道車(chē)輛運(yùn)行安全及其故障監(jiān)測(cè)成為一個(gè)亟待解決的重大課題。客車(chē)車(chē)輛在結(jié)構(gòu)上的故障主要有一系彈簧斷裂、減振器失效、空氣彈簧漏氣、高圓彈簧斷裂、車(chē)輪踏面擦傷、軸承故障以及蛇形減震器故障等等[1],各種故障對(duì)車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)有不同程度的影響,嚴(yán)重情況下可能會(huì)威脅到車(chē)輛的安全運(yùn)行。因此,對(duì)車(chē)輛故障的監(jiān)測(cè)與識(shí)別成為了保證車(chē)輛安全運(yùn)行中必不可少的措施。目前,對(duì)鐵道車(chē)輛的故障監(jiān)測(cè)主要有地面和車(chē)載兩種形式,其中在車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,使用振動(dòng)加速度傳感器監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)較為普遍,以此可以迅速實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)的分散收集、處理及故障判別[2]。對(duì)于利用振動(dòng)加速度響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的系統(tǒng),信號(hào)可能會(huì)受到多方面的影響,如軌道隨機(jī)不平順激勵(lì)的干擾、車(chē)輛本身非線(xiàn)性對(duì)信號(hào)傳遞的干擾以及各種故障疊加后對(duì)檢測(cè)信號(hào)的干擾等等。文章中僅建立整車(chē)線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型,不考慮輪軌蠕滑等非線(xiàn)性因素對(duì)信號(hào)的影響,主要討論不同位垂向懸掛故障時(shí),振動(dòng)加速度信號(hào)具有的統(tǒng)計(jì)特性規(guī)律以及影響數(shù)字特征的因素。1建立車(chē)輛模型由于matlab/simulink軟件可以使用面向?qū)ο蟮目驁D建模[3],同時(shí)具備子系統(tǒng)封裝的特點(diǎn),對(duì)于含有彈簧阻尼的線(xiàn)性系統(tǒng),可以拆分為懸掛子系統(tǒng)和剛體狀態(tài)子系統(tǒng),按剛體間不同的連接形式,快速建立系統(tǒng)線(xiàn)性模型。以簡(jiǎn)化的車(chē)輛二自由度系統(tǒng)為例[4],其運(yùn)動(dòng)微分方程:m1剛體:Fk1+Fc1-Fk2-Fc2=m1Z1m2剛體:Fk2+Fc2=m2Z2式中:Fk1=K1(Z0-Z1);Fc1=C1(Z0-Z1);Fk2=K2(Z1-Z2);Fc2=C2(Z1-Z2);Zi(i=0,1,2)分別為車(chē)輪、m1和m2離平衡位置的位移。與m1相連接的彈簧阻尼分別為K2,C2,K1,C1,在任意時(shí)刻t,車(chē)輪、m1,m2運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同,在相互作用下會(huì)產(chǎn)生Fk1,Fc1,Fk2,Fc24個(gè)彈簧阻尼力作用在m1上,將4個(gè)彈簧阻尼力作為m1受力輸入端口,Z1作為狀態(tài)輸出端口。同理對(duì)于m2,Fk2,Fc2作為受力輸入端口,Z2作為狀態(tài)輸出端口。因此對(duì)于m1,m2狀態(tài)子系統(tǒng),其輸入為彈簧阻尼力,輸出為剛體運(yùn)動(dòng)狀態(tài),對(duì)于懸掛子系統(tǒng)Fk1,Fc1,Fk2,Fc2,其輸入為懸掛兩端剛體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),輸出為彈簧阻尼力。以上述方法為基礎(chǔ)建立車(chē)輛的simulink框圖模型,模型以目前應(yīng)用較多的無(wú)搖枕四軸客車(chē)為例,自由度分別是車(chē)體和前后轉(zhuǎn)向架沉浮、橫移、點(diǎn)頭、側(cè)滾及搖頭,以及車(chē)輪沉浮、橫移、側(cè)滾及搖頭,共31個(gè)自由度,其中將一、二系懸掛作為懸掛子系統(tǒng),將轉(zhuǎn)向架和車(chē)體作為剛體狀態(tài)子系統(tǒng),建模時(shí)忽略了輪軌蠕滑和車(chē)輪側(cè)滾引起的橫向力變化。2車(chē)輛懸掛的故障分析2.1一、二系懸掛故障形式及統(tǒng)計(jì)特性主要討論車(chē)輛垂向一、二系懸掛故障形式,尤其是單一懸掛故障,將前轉(zhuǎn)向架前軸左側(cè)一系懸掛記為一系11位懸掛,右側(cè)為一系12位懸掛,其余類(lèi)推。在模型中對(duì)故障的檢測(cè)是通過(guò)車(chē)輛振動(dòng)加速度信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn),測(cè)量點(diǎn)位于前后轉(zhuǎn)向架和車(chē)體中心。由于車(chē)輛正常運(yùn)行和懸掛故障時(shí)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)不同,經(jīng)過(guò)時(shí)域和頻域分析,提取出信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性,并計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)字特征,以此判別車(chē)輛運(yùn)行中是否出現(xiàn)故障。在時(shí)域分析中,信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性主要用3個(gè)典型的數(shù)字特征來(lái)描述,分別是均值(t)、方差S2(t)和均方根值(t)。在頻域分析中,主要使用加速度功率譜密度P[5],其數(shù)字特征是局部頻率段上的均方根值(f)。仿真中,以車(chē)體和前轉(zhuǎn)向架為例,一系懸掛故障用剛度增大10倍[6],阻尼為0模擬,二系懸掛故障用剛度增大20倍,阻尼為0模擬。加速度檢測(cè)信號(hào)采樣

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的轨道车辆垂向振动Matlab建模与仿真,基于matlab/simulink的车辆建模与故障分析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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