為實(shí)現(xiàn)地鐵機(jī)車的振動測量設(shè)計(jì)了雙磁懸浮振子結(jié)構(gòu)地鐵機(jī)車振動測量系統(tǒng)。通過實(shí)測和最小二乘函數(shù)擬合方法獲得振子所受磁斥力與位移的函數(shù)關(guān)系。分別推導(dǎo)了兩個(gè)磁懸浮振子的振動方程,建立了雙磁懸浮振動測量系統(tǒng)仿真模型。分析表明雙磁懸浮振子的靈敏度高于單磁懸浮振子。實(shí)測了地鐵在勻速運(yùn)行無振動、勻速運(yùn)行有振動的波形,并在地鐵站臺測量了機(jī)車進(jìn)站對站臺造成的振動。采用多尺度一維小波分解函數(shù)對振動信號進(jìn)行了分析,得到不同情況下的振動特征,最后對振動波形進(jìn)行了重構(gòu)。實(shí)測表明,設(shè)計(jì)的雙磁懸浮振子結(jié)構(gòu)地鐵機(jī)車振動測量系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)機(jī)車振動測量,對于地鐵軌道故障檢測具有一定的參考價(jià)值。 

【文章來源】：傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2019,32(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖1雙磁懸浮振子結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的雙磁懸浮振子結(jié)構(gòu)應(yīng)用在絕對式振動測

傳感技術(shù)學(xué)報(bào)chinatransducers．seu．edu．cn第32卷圖2力與位移函數(shù)關(guān)系f(y)=0．02842－1．5939Δy(2)根據(jù)振動工程理論，阻尼力與速度成正比且方向與振子運(yùn)動方向相反。阻尼力主要由空氣阻尼以及鋁板的電磁阻尼產(chǎn)生的。當(dāng)振子自由振蕩時(shí)，振子的自由振動方程為:md2ydt2+cdydt+ky=0(3)式中:m為振子的質(zhì)量，c為阻尼力的比例系數(shù)，k為彈性系數(shù)。各項(xiàng)除以m，變換為:d2ydt2+2ξωndydt+ω2ny=0(4)式中:ωn=km槡為振子的固有角頻率，ξ=c2槡mk為阻尼率，推導(dǎo)得到阻尼比例系數(shù)c為:c=2ξωnm(5)當(dāng)振子處于自由振蕩時(shí)，測得振子的固有振蕩周期為T=268ms，即固有角頻率為ωn=23．4rad/s，阻尼率ξ=0．6，由此，得到阻尼比例系數(shù):c=0．084Ns/m。根據(jù)牛頓第二定律，振子的運(yùn)動方程為:mg－f(y)－f阻尼=md2(y+x)dt2(6)將振子的質(zhì)量、阻尼力和線性化處理后的表達(dá)式代入后，整理獲得振子的振動方程為:0．02842d2Δydt2－0．084dΔydt+1．5939Δy=0．02842d2Δxd2t(7)式(7)適用于振子1和振子2。3雙磁懸浮振子結(jié)構(gòu)仿真模型有振動時(shí)，振子1的絕對位移為，y1j=2l+y10+Δy1－Δx(8)有振動時(shí)，振子2的絕對位移為，y2j=3l+y10+Δy1+y20+Δy2－Δx(9)分別代入振子運(yùn)動方程，得到雙磁懸浮振子仿真模型，見圖3。圖3雙磁懸浮振子結(jié)構(gòu)仿真模型圖3中，C1、C2、C3、C4為振子1和

期江東，趙彥超等:雙磁懸浮振子結(jié)構(gòu)地鐵軌道監(jiān)測小波分析圖6振子2輸出波形圖6可見，仿真得到的振子2的振動加速度頻率和波形與外加振動相同。振子2的輸出幅值高于振子1，測量靈敏度得到了提高。采用更多磁懸浮振子雖然可以進(jìn)一步提高測量靈敏度，但提高幅度不大，且系統(tǒng)的阻尼力所占比重明顯增加，對安裝模型垂直度的要求也相應(yīng)提高，所以，本系統(tǒng)采用雙磁懸浮振子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4地鐵機(jī)車振動測量對地鐵機(jī)車振動進(jìn)行測量:無振動時(shí)，有振動時(shí)和地鐵站臺的振動測量。見圖7。圖7地鐵機(jī)車及站臺振動波形圖7可見幾種情況的振動波形不相同。圖7(a)為機(jī)車勻速平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，測得垂直方向振動加速度波形較平坦，最大振動加速度幅值為0．048m/s2，機(jī)車運(yùn)行大部分時(shí)間是這種波形;圖7(b)為機(jī)車勻速運(yùn)行時(shí)部分路段出現(xiàn)振動，測得垂直方向最大振動加速度幅值為0．2m/s2，其波形出現(xiàn)較為明顯的波動;圖7(c)為在地鐵站臺進(jìn)行的振動測量，當(dāng)?shù)罔F機(jī)車進(jìn)站時(shí)，在站臺測得垂直方向最大振動加速度幅值為0．1m/s2，地鐵機(jī)車進(jìn)站時(shí)對站臺產(chǎn)生一定的振動。5小波分解為進(jìn)一步獲得不同狀況下測量信號的特征，對測得的振動加速度信號采用多尺度一維小波分解函數(shù)，對振動信號進(jìn)行分析。圖8為機(jī)車無振動一維尺度分解，機(jī)車無振動時(shí)，第3層的低頻系數(shù)值為0．035m/s2，第3、2、1層高頻系數(shù)為0．048m/s2，高頻系數(shù)高于低頻系數(shù)，第2層的低頻系數(shù)值為0．035m/s2，第2、1層高頻系數(shù)為0．048m/s2。2、1層高頻系數(shù)較大，而低頻分量不明顯。低頻分量小說明此段地鐵軌道沒有較大的起伏，平整度較好。?

【參考文獻(xiàn)】：
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