高铁轨道-车辆系统轮轨力辨识及应用

综合考虑监测的经济性、易于维护性等因素,发展基于车辆响应的轮轨作用力辨识技术具有较大的理论意义和实用价值。基于蠕滑理论、车辆动力学模型和轮轨几何接触关系,利用最优控制理论,建立全信息的轮轨力载荷辨识模型并进行试验验证。该模型可实现对轨道-车辆系统全部轮轨力的辨识,利用辨识结果可对轨道-车辆安全状态进行综合评判。     

高铁联调联试车辆动力学响应轮轨垂向力评判方法研究

随着我国高速铁路的快速发展,车辆运营速度越来越高,利用轮轨作用力检测技术评价轨道状态成为一种新兴的技术手段。轮轨垂向力检测在发现轨道缺陷、降低轮轨疲劳伤损、延长车辆和轨道相关部件服役寿命等方面具有重要意义。通过高速铁路联调联试轮轨垂向力检测典型案例研究和大量数据统计分析,并参考借鉴国内外相关标准,提出高速铁路联调联试车辆动力学响应轮轨垂向力评判方法,该评判方法在高速铁路联调联试中的应用效果表明,轮轨垂向力相关评价指标能够准确检测轨道缺陷,更科学地指导线路养护维修。     

基于极端学习机的轮轨力预测研究

在列车运行过程中测量轮轨力可以实时揭示轮轨间的动态相互作用状态。利用测力轮对直接测量轮轨作用力虽检测精度高,但制造和维修成本也高。本文提出了一种基于极端学习机的轮轨力预测技术,该技术与基于传统神经网络学习算法的预测方法相比,具有快速、稳定、准确的特点。分析结果表明,使用该方法以车辆加速度和轨道不平顺作为输入,预测的轮轨作用力与仿真结果的相关系数达到0.8以上,能满足工程应用要求。     

轨检车轮轨力检测系统研制与应用

轮轨力作为车轮与钢轨的直接作用结果,在车辆系统固定情况下能准确发现识别轨道线路的病害。介绍装备于轨检车的我国自主研发的轮轨力检测系统,主要包括系统构成、工作原理、工作流程、数据分析及轨检评价标准等,并分析不同轨道病害作用下的轮轨力变化规律和特征。采用轮轨力检测系统进行轨道线路质量检查和评判的新方法具有独特的技术优势,更适合于检测识别轨道线路短波不平顺,与传统几何轨检技术相结合能够对我国铁路线路进行全面综合的质量评估,保障铁路运输的安全性与经济性。     

高速铁路有砟轨道轮轨附加动荷载取值研究

为提出符合我国高速铁路有砟轨道线路质量状态的轮轨垂向附加动荷载取值,运用ANSYSLS-DYNA软件建立车辆-轨道耦合动力学模型,结合统计学理论,分析轮轨力统计特征值随车速、扣件刚度、簧上簧下质量与轨道质量状态等参数的变化规律。利用线路质量指数TQI管理标准作为表征线路质量状态的依据,仿真计算不同轨道质量状态下轮轨力随车速变化规律,进而提出高速铁路有砟轨道轮轨附加动荷载建议计算公式。研究结果表明:不同工况下轮轨力平均值与车辆静轮重基本相同;轮轨力标准差随车速、扣件刚度、簧上质量、簧下质量增大而增大,随轨道质量劣化而增大;当列车速度等于330 km/h且轨道质量状态较差时仿真得到的动力系数为1.99,速度大于330 km/h后大于无缝线路设计规范取值。     

基于车辆响应的高速铁路轨道几何状态评估方法

轨道几何状态科学评估对保障高速铁路列车平稳、安全运行具有重要意义。基于高速综合检测列车多次检测数据，利用卷积神经网络、注意力模块和长短时记忆网络，分别学习数据的波形特征、注意力权值、长距离空间依赖关系特征，建立CBAM-CNN-LSTM车辆动态响应预测模型。该模型通过输入轨道几何、运行速度和车型预测不同工况下的车辆动态响应，进而利用预测的车辆动态响应评价轨道几何状态。研究结果表明，建立的模型能够有效预测车体振动响应，根据我国某高速铁路两种车型综合检测列车检测数据的验证结果，车体横向、垂向加速度的均方根预测误差分别为0.004g、0.009g,相关系数分别为0.608、0.793;利用预测的车辆动态响应评估轨道状态，能够有效识别引起车体振动加剧的轨道几何不利状态或隐形病害。此外，模型内部的注意力权值有助于分析挖掘导致轨道状态不良的轨道几何参数类型和位置信息。     

朔黄铁路基于车辆动力响应的轨道状态评估方法研究北大核心

基于轨道几何检测数据和动力学仿真模型计算的轮轨力、车体加速度等动力响应数据,首先利用相干函数分析轨道几何与车辆响应的相关性,然后利用深度学习中的长短时记忆网络建立预测模型,自动学习轨道几何与车辆响应的复杂关系,最后利用模型预测的车辆响应来识别轨道病害和评估轨道状态。结果表明:车体加速度、轮重减载率、脱轨系数主要与高低、轨向、超高的相关性显著;预测模型能够有效预测货车动力响应,预测值与仿真值的相关系数在0.8以上,为强相关;预测模型能够有效识别一些轨道几何不超限、但车辆响应超限的轨道几何隐形病害,实现基于车辆响应评估轨道状态。     

高速铁路轮轨系统的最优动力设计原则

发展高速铁路是铁路现代化的必然趋势，也是我国旅客运输走出困境的重大决策，高速行车将强化轮轨间的动态相互作用，对行车安全及轮轨系统寿命产生严重影响，为此，本文基于车辆一轨道耦合动力学理论研究结果，提出了高速铁道机车车辆设计的三条原则和高速铁路轨道结构设计的四项措施，从而确保高速铁路轮轨系统具有总体最优动力性能。     

安全综合检测车的研制

介绍我国正在研制的第一辆安全综合检测车。该车由轨道状态检测、接触网检测、轮轨连续作用力测量、线路周边环境监视、通信信号检测(预留)等五个检测子系统组成。分别对轨道状态、接触网、轮轨连续作用力、线路周边环境进行检测或监视,概述了检测内容、检测原理及其技术指标。该车检测数据的实时处理是通过网络化计算机数据处理子系统完成的。该车综合分析技术包括轨道检测结果对接触网拉出值检测偏差值的修正和补偿技术、轨道检测结果与轮轨作用力测量结果的对比及分析技术、环境监视图像与轨道检测结果的实时叠加综合技术以及整车电磁兼容问题研究等。     

轮轨力在轨道短波不平顺检测中的应用

轨道良好的平顺性是车辆运行舒适安全的保证。轨道短波不平顺的波长短、幅值小,但在高速条件下能够引起轨道-车辆系统高频振动,降低轨道-车辆系统部件的使用寿命,目前尚无有效的轨道短波不平顺检测技术手段。根据轨道短波不平顺引起动态轮轨力响应特征,在分析轮轨力检测数据的基础上,提出从轮轨动态作用"能量"的角度评价轨道短波不平顺的方法,达到准确高效查找轨道短波不平顺病害的目的。该研究成果可为高速铁路轨道短波不平顺的整修管理提供参考依据。     

轨道不平顺分析程序

轨道不平顺是引起车体振动加速度、轮轨作用力和轮轨噪声增大的主要因素之一。车体振动加速度的大小与轨道不平顺具有密切的关系。随着列车速度的提高,对车辆振动影响的轨道不平顺不利波长也随之增长。轮轨噪声中的滚动噪声与轨面短波连续不平顺具有密切关系。轨道不平顺分析程序对轨检车测得的轨道不平顺数据进行处理,得到功率谱密度分布函数。利用此分布函数分析轨道不平顺在各波长的分布;根据测得的车体振动加速度,对轨道不平顺与车体振动加速度进行相干分析,确定引起车辆振动加速度增大的不利波长,以便有针对性地对这些波长的轨道不平顺作重点养护。     

铁道轮轨黏着系数

铁道轮轨黏着限制对铁道列车安全运行至关重要,尤其现代高速列车速度已达350—360 km/h,并有向400 km/h甚或以上推进的趋势,所以高速轮轨黏着条件能否支持高速牵引力与制动力就是一个现实课题。时至今日,尚无法用理论方法推算轮轨黏着系数公式格式和数值范围,只能用纯经验方法处理。本文推荐常规列车中不同型式机车(牵引)计算黏着系数的实用公式,并提供3种核算利用黏着系数的方法,基于核算、分析与讨论若干类别的高速列车利用的黏着系数范围与少数既有的高速黏着系数公式之间的位置与关系,最终推荐中国湿轨黏着系数的实用公式(μ_j=0.04+13.7/120+v),作为高速列车(牵引与制动)统一的计算黏着系数公式以及常规列车的(制动)计算黏着系数公式。     

GJ-4型轨检车轨距-轨向检测系统改造

原GJ—4型轨检车的轨距-轨向测量装置安装于轴箱上的轨距吊梁上。随着我国铁路行车速度不断提高,轨距吊梁相对于安装基准的位移加大,梁本身震动增大,造成轨距、轨向测量准确性显著下降,甚至有时无法检测,严重影响线路检查工作。为此对轨检车轨距-轨向系统进行改造。以激光摄像式轨距-轨向系统替换现有的光电伺服式轨距-轨向系统。采用加大延时的方法解决轨距轨向信号与其他检测信号的同步问题。数据处理系统的升级改造采用面向字节的同步协议优化传输数据,实现网络中资源共享、实时显示和几何波形打印,以及实时超限编辑和汇总资料打印。该项技术已在全路GJ—4型轨检车上推广使用。     

重载货车轴重与速度匹配关系研究

基于重载货车轨道耦合动力学模型,采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法,进行货车轴重与速度的匹配研究.结果表明:25,27,30和40t轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于110,100,90和60km·h-1;40t轴重重载货车以60km·h-1速度在直线线路上运行时,其轮轨垂向力为249.6kN,非常接近英国铁路250kN轮轨垂向力的限值;在我国现有以60kg·m-1轨为主的干线铁路上开行30和40t轴重重载货车,对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多,但开行27t轴重重载货车是可行的;40t轴重重载货车在600m半径的曲线轨道上以40～120km·h-1速度运行时,轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的250kN轮轨垂向力限值,轮轨横向力最大值非常接近我国《铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定的77.80kN容许限值,另外轮轨磨耗功非常大,因此40t轴重重载货车还不能直接应用于我国现有60kg·m-1钢轨的轨道.     

浅析高速综合检测列车高级修费用与摊销

高速铁路使用的综合检测列车是以高速动车组为载体,装备专用检测系统,对线路和轨道、牵引供电、通信信号等基础设施,轮轨和弓网接触状态及列车有关指标等进行高速动态检测.具有检测列车精确定位、在线数据集成、综合处理和分级评价等功能,是保证高速铁路基础设施正常运营的重要技术装备.此文根据高速综合检测列车的使用现状,对综合检测列车高级修费用进行分析.通过分析,提出在铁路工程建设期间摊销的高级修费用标准.     

基于运营性能的高速铁路大跨度桥梁健康管理探讨

面向我国高速铁路大跨度桥梁结构特点和管养现状,研究提出基于运营性能的高速铁路大跨桥梁健康管理总体思路。通过高速轨检车轨道几何周期巡检结果和有砟道床捣固指数,建立基于灰度理论的捣固指数预测模型,为桥区有砟轨道线路养修提供依据。基于健康监测数据,分别引入ARMA模型、神经网络法及三分之一倍频程谱方法对桥梁结构整体状态实时预警。提出梁端伸缩装置和大吨位支座桥梁关键部位专项监测技术,构建了基于钢轨横向偏移量和伸缩装置疲劳应力变幅的梁端伸缩装置评定方法,以及基于累积位移的支座耐久性预测与评估方法。研发了基于BIM的大跨度桥梁故障预测与健康管理系统,提出了桥梁状态分层分级评估方法,融合多源数据进行历史趋势分析、故障诊断与预测,为实现高速铁路大跨度桥梁健康管理奠定了基础。     

基于几何特征的钢轨磨耗检测系统的研究

为解决高速动态条件下车体振动对钢轨磨耗检测带来的问题,在大量调研国内外利用激光技术进行钢轨磨耗检测的基础上,提出一种基于标准钢轨轨廓固有曲线曲率的钢轨磨耗检测方法,首先利用基于激光三角测距原理的传感器得到组成钢轨全断面轮廓一系列点的空间坐标;其次利用L-M优化算法进行数据处理,采用Hough变换方法检测钢轨轮廓固有几何特性;最后进行钢轨轮廓匹配后实现钢轨磨耗高精度检测。该方法已经运用在轨道检测小车上,试验数据表明:钢轨磨耗检测系统的重复性精度能到达0.005 mm,其高精度性和快速性能满足铁路部门对钢轨磨耗检测的要求。     

基于曲率变化特征的既有线路整正算法设计

铁路曲线运营过程不可避免会产生几何形位变化,运行速度的提升需要现代化的检测手段,相应的曲线整正算法设计是列车安全、舒适运营的重要保障。采用某线路轨检小车实测5 m间隔数据,以现场实测数据为基础,从曲率和曲率变化率的角度分析不同间隔条件下的轨道几何形位特征,采用基于正交最小二乘和三次样条的平面拟合方法,利用线路的曲率特征进行线路初始参数获取,设计相应的平面曲线线形优化重构算法。编程实现算法在具体线路的应用,以拨道量改正数最小为目标函数,采用5、10 m不同测点间隔的计算结果分析并结合现场实际,取得了较好的计算结果。通过现场实例表明,该方法具有理论简单、计算准确,与现代高速行车检测方法适应好等特点。     

曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究

研究目的:本文旨在通过现场实测和仿真计算研究曲线轨道不平顺对车辆动力特性的影响。首先,利用轨检车实测数据对我国提速线路轨道不平顺与车辆振动加速度之间的关系等进行了统计分析及相关分析,对武九线曲线段的轨道谱也进行了初步估计。其次,采用动力学仿真软件Adams/Rail建立车辆-轨道动力学模型,并以实测数据作为验证手段,分析了轨道不平顺类型、幅值和波长对车辆运行平稳性和安全性的影响,提出了对行车运行有不利影响的不平顺波长范围。研究结论:高低不平顺对列车垂向振动影响显著,轨向不平顺对列车垂向、横向振动均有显著影响,当列车以110 km/h运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对2.5 m、3.72 m、20 m和28 m波长的轨道不平顺进行控制。     

新型列控系统列车综合自主定位技术研究

安全、准确、高可靠的列车定位技术是列车运行控制系统的基础和核心.现有列控系统的列车定位技术依赖轨道电路,建设及运维成本高,难以适应高海拔铁路的恶劣应用环境.为此提出一种基于卡尔曼滤波的多源融合测速定位技术方案,综合利用卫星导航信息、轮速传感器信息、加速度计信息、应答器信息等,进行列车走行距离和速度计算,可以摆脱对轨道电...