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基于轮轨噪声检测的虚拟列车接近报警系统研究

杨卫平  
【摘要】:安全是铁路运输的生命线。随着铁路第六次大提速的完成及动车组的开行,列车运行最高时速已达250公里/小时,极大提高人们外出便捷性的同时,对铁路施工人员的安全也构成了更大的威胁,这就对施工安全的防护提出了更高的要求。为减少国家和人民财产的损失,保障人民生命的安全,国内外已有很多单位和科研机构就此问题进行了大量的研究,也研制了多种多样的列车接近报警装置,但都存在一些不足。 本文采用检测和分析钢轨振动信息的方法对列车接近预警问题进行了研究,其主要工作和结论如下。 (1)了解了国内外有关研究现状,对现有列车接近预警方法进行了简单介绍和分析,提出了通过检测和分析钢轨中传播的固体声来实现列车接近预警的设想。 (2)建立了轮轨激励振动的数学模型,通过Euler梁近似和降阶处理,其数学模型可表示为二阶常系数微分方程。 (3)求解数学模型,得到了长钢轨的各阶固有频率;实验结果表明,1000Hz以下的钢轨振动信号中,其特征频率分量与某些阶次的钢轨固有频率一致。 (4)完成了列车接近预警系统的总体方案设计,对主要硬件进行了选型分析,开发了适应于LabVIEW平台的数据采集卡(UA302H)驱动程序,利用LabVIEW和MatLab开发了有关数据采集和数据分析程序,构建了列车接近预警虚拟仪器系统,经测试,该系统可正常运行。 (5)用压电式加速度传感器代替固体声传感器进行了现场数据采集,对采集数据进行了离线分析,主要包括功率谱分析和小波分析,得到了一些有参考价值的结论。 ①1000Hz以内的钢轨振动信号中明显包含钢轨的固有频率成分,其中14、18、21、24、29阶固有频率比较突出; ②从特征频率分量对应的幅值变化规律来看,在列车距离传感器较远时规律不明显,但是当列车距离传感器较近时幅值有变大的趋势。特别是24、29阶固有频率分量,当列车至传感器的距离为1000-100米范围时,其幅值变化趋势比较明显。 因条件限制,只在一个地点和列车行驶速度较低的情况下进行了实验研究,且现场采集信号时用的是普通的压电式加速度传感器,尽管得到了一些有参考价值的结论,这些结论是否适用于不同的现场环境还有待进一步验证;另外,采用固体声传感器检测信号是否能实现更远距离的预警、特征是否更明显,也有待进一步的实验论证。


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