磁浮軌檢車振動(dòng)與其對(duì)軌道幾何參數(shù)測量的影響

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1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要磁浮軌檢車振動(dòng)及其對(duì)軌道幾何參數(shù)測量的影響摘要高速磁浮交通系統(tǒng)是當(dāng)今地兩交通中最先進(jìn)、最快捷的交通工具。為滿足磁浮列車運(yùn)行安全性的要求,其軌道必須保證良好的狀況。本文研究的磁浮軌道自動(dòng)檢測車(簡稱軌檢車)是用來定期對(duì)磁浮軌道滑行面、導(dǎo)向面和定子面的幾何參數(shù)進(jìn)行測量,為磁浮列車的順利運(yùn)營提供安全保障。在測量過程中由于受到磁浮軌道不平度的激勵(lì),軌檢車會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),勢必極大地影響車載測量系統(tǒng)的精度。因此,開展對(duì)測量方法特點(diǎn)的研究、車輛振動(dòng)對(duì)測量精度影響的研究以及如何提高測量精度的研究具有重要的學(xué)術(shù)和工程價(jià)值

2、。本文基于小運(yùn)動(dòng)假定并根據(jù)牛頓第二定律,在把各輪胎簡化成剛度與阻尼組合的基礎(chǔ)上采用車體坐標(biāo)系建立了具有5個(gè)自由度的軌檢車的線性振動(dòng)模型。該數(shù)學(xué)模型計(jì)及車體的橫向振動(dòng)、垂向振動(dòng)、橫擺、俯仰及側(cè)滾運(yùn)動(dòng)。由于磁浮軌道滑行面和導(dǎo)向面加工制造和材質(zhì)都一樣,因此認(rèn)為滑行面和導(dǎo)向面的垂向路面隨機(jī)不平度輸入的統(tǒng)計(jì)特性是一樣的,并采用濾波自噪聲作為軌道路面時(shí)域隨機(jī)不平度輸入模型。根據(jù)建立的軌檢車振動(dòng)模型,文中研究了在軌道滑行面幫導(dǎo)向面的確定性輸入以及隨機(jī)不平度輸入下的軌檢車在不同軌道運(yùn)行時(shí)的時(shí)域特性,并計(jì)算了相應(yīng)測點(diǎn)的功率譜密度。研究表明,磁浮

3、軌檢車在以10km座車速運(yùn)行時(shí),測點(diǎn)橫向振動(dòng)位移不超過±5mm,垂淘振動(dòng)位移不超過±20mm,車輛角度變化不超過O。160,振動(dòng)頻率主要分布在5Hz以下,這為確定磁浮軌道幾何參數(shù)的測量方法、傳感器的選型以及研究軌檢上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要車的振動(dòng)對(duì)傳感器測量精度的影響奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)軌檢車的振動(dòng)、磁浮軌道的物理特性及其幾何參數(shù)的定義,確定了激光三角測距法為基本的測量方法,討論了影響激光三角測距法測量精度的因素,研究了振動(dòng)過程中測量原理和由于振動(dòng)造成的測量誤差,并根據(jù)軌檢車的振動(dòng)情況確定了相應(yīng)的激光三角位移傳感器。由于磁浮軌

4、檢車實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動(dòng),使得激光三角測距法從初始的直射式變成斜射式。從純幾何角度分析,這一改變對(duì)激光三角位移傳感器造成的測量誤差很小,但從物理角度分析實(shí)際誤差比較大。由于激光三角位移傳感器本身振動(dòng)時(shí)測量位移還沒有具體應(yīng)用,無法計(jì)算振動(dòng)造成的誤差量,因此本文首先設(shè)計(jì)了垂直振動(dòng)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)來得到垂直振動(dòng)狀態(tài)下激光三角位移傳感器的測量精度。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了模擬軌檢車以lOkm/h車速運(yùn)行時(shí)的實(shí)際振動(dòng)情況的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)來研究角振動(dòng)對(duì)激光三角位移傳感器測量精度的影響,發(fā)現(xiàn)角振動(dòng)會(huì)對(duì)激光三角位移傳感器帶來很大的測量誤差。根據(jù)軌檢車振動(dòng)的隨機(jī)

5、性以及因角振動(dòng)而帶來的測量誤差的隨機(jī)性,采用了誤差平均法來減d,N量誤差,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這一方法能提高測量精度,滿足規(guī)定的測量要求,可應(yīng)用于軌檢車實(shí)車測量。關(guān)鍵詞:磁浮軌道軌檢車振動(dòng)三角測距法測量誤差上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文ABSTRAcTVIBRATION0FMAGLEVTRACKINSPECTIONVEHICLEANDITSINFLUENCEONMEASUREMENTOFTRACKGEOMETRYPARAMETERSABSTRACTNowadays,highspeedmaglevtransportationsystem(e.

6、g.ShanghaiMaglevTransrapid)isthemostadvancedandfastesttraininthegroundvehicles,tracksofwhichmustbeindeedguaranteedtokeepnormalconditionsingeometricaltolerancesforsafetyofthemaglevtraininoperation.Thedevelopmentofthetrackinspectionvehicleisintendedtocarryoutautomatic

7、measurementofgeometricaldimensionsofthemaglevtracksurfacesforthepurposeofsafetyoperationofthemaglevtrains.Vibrationsofthetrackinspectionvehiclearethusexcitedbytheslidingandguidingsurfacesirregularitiesofthemaglevtrack,howtomeasurethegeometricaldimensionsandhowmuchef

8、fectofthevibrationonmeasurementaccuracyareworthyofresearch.Bycertainassumptions,tirescallbesimplifiedtobeacombinationofstiffnessanddamping

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