振动对接触式障碍物检测装置性能的影响研究_常飞.pdf

第期 年月 研究开发文章编号：（）振动对接触式障碍物检测装置性能的影响研究常飞（中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心，吉林 长春 ）摘要：障碍物检测装置作为保证地铁列车安全运营的系统之一，在无人驾驶地铁列车中有着广泛的应用。为了有效降低列车与轨道上障碍物相撞引发的风险等问题，本文设计并研制了一套接触式障碍物检测系统。在此基础上利用不同类型的障碍物，在不同质量和速度的情况下，在试验台上分别对接触式障碍物检测装置进行了静态碰撞模拟试验和动态碰撞模拟试验。详细介绍了静态和动态下的障碍物检测装置的功能验证试验方法，以及详细的试验步骤，并对比分析了振动对静态和动态两种试验方法的性能影响，其中动态碰撞模拟试验的振动量级是基于标准 下的类振动量级。试验结果表明：动态模拟试验结果与静态模拟试验结果存在一定的偏差，但这个偏差在一定的范围内，并且随着障碍物重量的增加偏差逐渐减小。研究过程为后续列车障碍物检测装置在轨道交通装备制造领域的发展提供了借鉴和思考。关键词：地铁；接触式；障碍物；检测装置；静态碰撞模拟试验；动态碰撞模拟试验中图分类号：文献标志码：（，）：，：；收稿日期：第一作者：常飞（），女，高级工程师。近些年来，随着轨道交通行业的飞速发展，轨道车辆的安全等级要求也越来越高，进而对接触式障碍物检测装置的要求也进一步提高。障碍物检测装置能够检测障碍物威胁程度，并能够及时检测列车碰撞状态产生的制动信号，保障行车安全。装置主要的承载结构包括支座、横梁、吊臂、板弹簧、齿板等，其余辅振动对接触式障碍物检测装置性能的影响研究常飞助零部件有连接件、电气件、密封件、覆盖件等，对于该装置功能要求如下：装置安装于列车转向架固定位置，不影响正常的车辆运行；检测横梁在不影响列车运动包络线的情况下，应尽可能设计的低；考虑一级悬挂装置、车轮磨损等因素，定义检测横梁与钢轨表面距离；装置能检测轨道附近障碍物，判断障碍物威胁程度，将威胁程度不大的障碍物清出轨道，对于威胁程度较大的障碍物，产生碰撞信号；装置在列车碰撞后及时检测到列车碰撞状态，产生碰撞信号；根据车轮磨损、镟修等因素，装置能够根据实际工况调节距离轨道高度。接触式障碍物检测装置作为车辆运行安全的关键组成部分，特别是对无人驾驶车辆的运行安全起到至关重要的作用。接触式障碍物检测装置主要利用检测装置前端检测横梁碰撞障碍物后引起板弹簧的变形，当变形超过预行程后触发信号进而确认有障碍物。国内有关学者根据接触式障碍物检测装置的原理，利用有限元的方法分析了装置的强度、模态及动力学分析，填补了国内障碍物检测装置研究的空白。靳尚宇 在进一步研究的基础上实现了接触式障碍物脱轨装置在列车运营的试验要求，证明了该装置工作稳定可靠。目前，列车运营过程中产生的振动对检测装置的影响这一研究还存在空白。本文依据随机振动试验标准 ，在标准中二类功能性随机振动量级下，利用振动试验台进行动态性能试验，分别在静止及振动试验过程中研究不同类型的障碍物对接触式障碍物检测装置带来的影响，测试其动态碰撞机理，研究其动力学参数。试验对象及试验设备试验对象本次试验以某城市地铁项目接触式障碍物检测装置为样本，具体几何模型见图，该检测装置总重为 ，安装在列车转向架前端。图某地铁接触式障碍物检测装置模型试验设备检验设备型号见表，设备均在检定有效期内，图为振动试验台及试验样件。表检验设备名称编号型号 振动台 高速摄像机 速度传感器 铁球、枕木、橡胶、混凝土 图振动试验台及试验样件试验内容静态模拟试验图为静态试验测试现场，将试验样件固定于振动试验台检测工装面上，试验台不开启。先使用测力器在接触式障碍物检测装置碰撞横梁左右吊臂及横梁中间进行加载测试，确保静态下的触发力值在合格范围内。接下来分别用、和 的铁球、枕木、橡胶及混凝土以一定的速度撞击横梁吊臂的左侧、中部及右侧，撞击时通过高速摄像机记录撞击画面，用速度传感器记录撞击横梁时的速度。若检测装置触发，降低碰撞速度；若检测装置未触发，则提高碰撞速度，通过多次试验找到触发临界速度。图静态试验测试第 卷第期 年月动态模拟试验在静态模拟试验的基础上，启动振动试验台，利用振动试验台模拟检测装置装车后的振动状态。根据标准 ，试验采用个相互垂直的方向分别进行激励，量级见表。表标准中规定的类功能振动量级方向 （）值（）（垂向）（横向）（纵向）试验结果铁球碰撞模拟试验结果针对本文章节动态模拟试验内容，利用 铁球、铁球、铁球及 铁球撞击碰撞横梁左吊臂点、中间位置及右吊臂点得到的临界触发速度分别如图图所示，在不考虑试验数据采集误差的情况下与本文章节静态模拟试验对比可知，在障碍物质量较轻时，动态模拟试验与静态模拟试验的结果相差不大，在质量较重时，动态模拟试验临界触发速度比静态试验的速度要稍微偏大一点。图铁球碰撞左吊臂点静动态试验对比图图铁球碰撞中间点静动态试验对比图图铁球碰撞右吊臂点静动态试验对比图枕木碰撞试验结果针对本文章节动态试验内容，利用 枕木、枕木、枕木及 枕木撞击碰撞横梁左吊臂点、中间位置及右吊臂点得到的临界触发速度分别如图图所示，在不考虑试验数据采集误差的情况下与本文章节静态试验对比可知，动态模拟试验与静态模拟试验的结果相差不大。图枕木碰撞左吊臂点静动态试验对比图图枕木碰撞中间点静动态试验对比图橡胶碰撞试验结果针对本文章节动态试验内容，利用 橡胶、橡胶、橡胶及 橡胶撞击碰撞横梁左吊臂点、中间位置及右吊臂点得到的临界触发速度分别如图 图 所示，在不考虑试验数据采集误差的情况下与本文章节静态模拟试验对比可知，振动对接触式障碍物检测装置性能的影响研究常飞动态模拟试验与静态模拟试验的结果相差不大。图枕木碰撞右吊臂点静动态试验对比图图 橡胶碰撞左吊臂点静动态试验对比图图 橡胶碰撞中间点静动态试验对比图图 橡胶碰撞右吊臂点静动态试验对比图混凝土碰撞试验结果针对本文章节动态试验内容，利用 混凝土、混凝土、混凝土及 混凝土撞击横梁左吊臂点、中间位置及右吊臂点得到的临界触发速度分别如图 图 所示，在不考虑试验数据采集误差的情况下与本文章节静态模拟试验对比可知，动态模拟试验与静态模拟试验的结果相差不大。图 混凝土碰撞左吊臂点静动态试验对比图图 混凝土碰撞中间点静动态试验对比图图 混凝土碰撞右吊臂点静动态试验对比图结论本文利用不同类型的障碍物，通过振动试验台静态碰撞模拟试验及动态碰撞模拟试验的方法探究了振动对接触式障碍物碰撞横梁带来的影响，综上可有以下结论：（）在振动试验过程中，接触式障碍物检测装置碰撞横梁处于一定的加速或减速过程中，造成了检测装第 卷第期 年月置的板弹簧存在一定的势能，导致动态模拟试验结果比静态模拟试验结果有一定的偏离现象，但这个误差在一定的范围内。（）在动静态模拟试验对比过程中可以发现，振动对接触式障碍物检测装置带来的影响随着障碍物的重量变大而逐渐变小。（）本文第章节的动静态试验的平均偏离误差在 左右，最大偏离误差在 左右，对实际应用影响较小，如果在试验精度要求不高的情况下可以用静态模拟试验来代替动态模拟试验。参考文献：江民圣 基础入门与工程实践人民邮电出版社，：侯晓轩地铁障碍物检测装置的设计及关键技术研究北京：北京交通大学，刘丹丹，凌祝军，白剑，等一种轨交车辆轨道障碍物接触式检测装置及列车：轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验 汪林峰，龚卫，贺世忠，等障碍物检测装置试验方法研究机械工程与自动化，（）：，（）：张九高 城市轨道交通全自动列车障碍物检测装置技术分析隧道与轨道交通，（）：，（）：刘伟，周志峰，郝志强，等一种轨道车辆接触式障碍物检测装置：张帆，张从旺 基于无人驾驶平台的主被动障碍物检测分析对比铁道车辆，（）：，（）：梁少喆 地铁障碍物与脱轨检测装置的设计与分析 北京：北京交通大学，靳尚宇 列车障碍物检测方法的研究 北京：北京交通大学，轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验