火車震動信號的特征分析與應用方法研究

董學文

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火車震動信號的特征分析與應用方法研究

董學文

大連交通大學，遼寧 大連 116000

列車運行時的振動信號是關系到列車運行安全的一項重要參數 ,但是現實環境中 ,由于大量噪聲的存在而使得信號在采集和傳輸過程中 ,易受到噪聲的污染而無法直接進行分析和識別 ,因此 ,濾除混雜的噪聲干擾 ,提取出有用信號是控制系統首要解決的一個問題。小波變換的重要應用之一就是用于信號的消噪。通常從列車上采集的振動信號都混有大量的噪聲 ,現采用非線性小波閾值法對信號進行消噪 ,并利用閾值處理后的小波系數重建信號 ,從而得到有用的信號波形。實驗結果表明該方法能有效的去除噪聲 ,可靠性高 ,特別適用于信號中混有白噪聲的情況。

震動信號；減震技術

1 火車震動信號概述

現行鋼軌幾何形狀為齊頭的端面，為了消除熱脹冷縮的影響，在連接處留有單根鐵軌長度千分之一的間隙，但是由于我國鋼材的改良及對氣溫變化的了解，實際間隙要遠遠小于千分之一，一般為每25米3毫米左右。車輪和鋼軌表面的接觸可以近似視為圓柱面和平面的接觸，下面我們基于這一假設進行討論。當車輪經過傳統直縫時，由于突然失去了支撐車輪便突然下沉，在下沉不久便會和前軌邊緣接觸撞擊，隨即在驅動力的作用下“跳出”接縫，產生了振動。劇烈的振動和噪聲嚴重影響著火車車身的設計要求及火車的提速，在經濟高速發展的今天這些問題變得越來越突出，前人曾提出用斜縫代替直縫的設想，但直到現在仍沒有任何單位作深入的理論和實驗研究。

2 火車震動信號的特征分析

最初，鐵路震動信號燈安裝在控制震動信號箱的屋頂，但是逐漸地，通過機械聯動控制的電線和滑輪系統被開發以在一定距離處控制震動信號。震動信號箱成為互鎖的控制器，在美國被稱為互鎖塔或簡稱震動信號塔，同時在英國保留名稱“震動信號箱”。保護電臺本身的震動信號被稱為家庭震動信號，而一些距離提供預先警告的震動信號被稱為遠程震動信號。機械震動信號可以由電動機或液壓操作。震動信號被設計為故障安全的，使得如果電力損失或連桿斷開，臂將通過重力移動到水平位置。對于下象限震動信號量，眼鏡和它們的外殼在與臂的樞軸的相對側上的定位將迫使震動信號返回危險，與這些相比，臂本身相對較輕。在美國，震動信號量被用作列車命令震動信號，目的是向工程師指示他們是否應該停止接收電報命令，并且也僅僅作為一種形式的塊信令。全世界的機械震動信號正在逐步淘汰，以利于彩色光震動信號，或者在某些情況下，不需要線路震動信號（例如無線電電子令牌塊或RETB）的信令系統。

3 火車震動信號的應用方法

最初，震動信號顯示簡單的停止/繼續指示。隨著交通密度的增加，這被證明是太限制和增加了細化。一種這樣的改進是在停止震動信號的方法上添加遠距離震動信號。遠處的震動信號給駕駛員警告他正在接近可能需要停止的震動信號。這允許速度的總體增加，因為火車司機不再必須以停車震動信號的瞄準距離內的速度駕駛。根據時間表和列車訂單操作，震動信號沒有直接向列車乘務員傳達命令。相反，他們指示船員拿起訂單，如果命令保證，可能停止這樣做。震動信號用于指示以下的一個或多個：前面的線是清楚的（沒有任何障礙物）或被阻擋。驅動程序具有繼續的權限。該點（在美國也稱為開關或者轉向）被正確設置。設置方向點。列車可能行駛的速度。下一個震動信號的狀態。火車命令將由機組人員拿起。一些震動信號可以傳送大量信息。這些震動信號表明列車應該提前，速度限制從60公里/小時降低到30公里/小時，并且它接近線路的末端。震動信號可以放置：在軌道的一部分的開始。關于可移動的基礎設施項目的方法，例如點/開關或旋轉橋。提前其他震動信號。對平交道口的接近。在開關或轉向。在平臺或火車可能被停止的其他地方之前。在火車站， “跑線”通常連續發出震動信號。雙軌鐵路的每條線通常僅在一個方向上發震動信號，所有震動信號在任一線上面向相同的方向。在安裝“雙向”信令時，震動信號在兩個軌道上的兩個方向上面對（有時稱為“可逆工作”，其中線路通常不用于雙向工作）。震動信號通常不提供用于控制在側線或碼區區域內的移動。

[1]陳祎,譚南林.小波變換用于列車振動信號消噪的研究[J].鐵道機車車輛,2004,24(5):26-28.

[2]彭燕妮.小波變換在信號消噪中的應用[J].重慶大學學報自然科學版,2004,27(10):40-43.

[3]吳朝輝,劉愛倫.基于小波變換的信號消噪及其在軟測量中的應用[J].自動化儀表,2003,24(2):8-10.

Characteristics analysis and application method of train vibration signal

Dong Xuewen

Dalian Jiaotong University, Liaoning Dalian 116000

The vibration signal of train running is an important parameter related to the safety of train operation. However, in the real environment, because of the large amount of noise, the signal can not be directly analyzed and recognized during the process of acquisition and transmission. , Therefore, filter out the mixed noise interference, extract the useful signal is the control system to solve a problem. One of the important applications of wavelet transform is to denoise the signal. Usually the vibration signals collected from the train are mixed with a large amount of noise. Now, the signal is denoised by the nonlinear wavelet threshold method, and the signal is reconstructed by using the wavelet coefficients after the threshold processing to obtain the useful signal waveform. The experimental results show that the proposed method can effectively remove noise and has high reliability. It is especially suitable for the case where the signal is mixed with white noise.

Vibration signal;Seismic Reduction Technology

U270.11

A

1009-6434（2016）11-0146-02

董學文（1990—），男，漢族，籍貫（精確到市）為河北省保定市，當前職務為碩士在讀，當前職稱為碩士在讀，學歷為碩士研究生，研究方向為交通信息工程及控制。