高速铁路钢轨接头动态响应特性研究

随着高铁运营速度的提高,对轨道平顺性的要求也越来越高。钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于钢轨接头的存在,列车通过时会出现高频冲击和振动。以钢轨接头为研究对象,对车辆动态响应数据进行分析,得到其响应数据特性。提出基于EEMD分解的自适应同步压缩短时Fourier变换(E-ADSSTFT)方法,利用E-ADSSTFT方法进行数据分析。研究不同高度的焊接接头处的车辆动态响应数据特性,从时域、频域以及时频联合分析几个方面分别对数据进行分析。研究表明,随着钢轨接头的伤损程度增加,高速列车轴箱加速度振动幅值越来越大,且能量分布的频带范围越来越窄,最终引起车辆-轨道耦合系统的非线性振动;长时间的耦合振动作用,在钢轨缺陷接头后方表面易形成钢轨波磨。     

基于2D的钢轨轮廓特征点提取方法研究

钢轨轮廓数据特征点快速、准确提取是保证钢轨轮廓精确匹配、轨道几何不平顺精确检测的前提。对基于二维激光位移传感器(2D)的钢轨轮廓测量数据特征点提取方法进行研究,通过对采集的钢轨半断面轮廓数据采用基于中值误差与连续度自适应调整权值的平滑滤波方法对实测轮廓数据进行平滑处理,解决存在分段的轮廓数据达到分段平滑的效果。提出钢轨轮廓特征曲线的概念,并给出特征曲线的一种定义方式,利用特征曲线上的特征点去快速定位实测轮廓特征点。最后,采用GJ-2型轨道检测车进行试验,通过对实际轨道进行轮廓测量,采用本文所提出的特征点提取方法对实测轮廓数据进行特征点提取,试验证明,该方法能快速、准确地定位轮廓特征点。     

基于共振解调技术的高速铁路焊接接头状态评判方法

基于广义共振原理,利用共振解调方法将钢轨焊接接头对车辆—轨道系统的低频周期性冲击特征的分析转换为对其高频共振的分析.对轴箱垂向加速度实测数据进行带通滤波,然后利用希尔伯特变换得到轴箱垂向加速度包络,并采用离散时间傅里叶变换对包络进行分析得到细化包络谱.利用细化包络谱第1主频能量与其0～5 Hz内的总能量之百分比反映钢轨焊接接头对车辆—轨道系统的周期性冲击特性,并根据该百分比与滤波频率的关系曲线的峰值确定带通滤波截止频率,由此得到带通滤波的频率范围是20～450 Hz.结合钢轨焊接接头处轴箱垂向加速度有效值出现大值的位置和钢轨焊接接头周期性间距近似为100 m的性质,对钢轨焊接接头进行精确定位.根据300 km·h-1速度级高速铁路钢轨焊接接头处轴箱垂向加速度移动有效值的分布规律,确定其阈值为50 m·s-2,依此作为评判钢轨焊接接头状态的依据.在此基础上,给出了300 km·h-1速度级高速铁路焊接接头状态动态评判方法和实现方式.     

接头冲击作用下轨道结构加速度谱分析

本文对实测的钢轨接头处轨道结构加速度进行了谱分析，给出了钢轨、轨枕、道床的加速度功率谱，从频域分析了接头冲击响应，特性，对接冲击的隔离和减振提供了依据。     

轨道不平顺历史数据里程偏差修正研究

轨道不平顺历史数据之间存在里程偏差,若直接用于轨道不平顺劣化趋势模型必将导致其预测精度低的效果,从而增加轨道预防性维修的难度。因此,解决轨道平顺状态检测数据之间的里程偏差问题是实现预防性维修的前提。既有研究假设里程偏差为常数,实际上里程偏差随机产生且随着里程增加而累加。研究建立基于钢轨接头匹配的不平顺数据里程偏差修正模型,从轨检仪右高低原始弦数据中使用均一阈值提取出钢轨接头,对齐两段数据上提取到的所有钢轨接头后利用Dynamic Time Warping(DTW)算法,修正检测数据之间的同一相邻两钢轨接头之间的不平顺指标,修正后的检测数据相关系数约为0.98,保证了历史数据运用的可靠性。     

跨区间无缝线路长轨铺设技术

无缝线路在结构上消除了钢轨接头，减少列车在接头区的冲击与振动，不仅延长了轮、轨等部件的使用寿命，减少了维修费用，而且提供了平滑的运行表面，给列车运营与行车安全也带来诸多好处，提高了铁路客货运输高速行车的安全性、可靠性和舒适性。目前一次铺成由连续焊接轨组成的跨区间无缝线路已成为各国铁路的主型轨道结构，是国际铁路建设发展的大趋势，因而，一次铺设跨区间无缝线路的技术及装备也显得日益重要。     

面向振源控制的车辆段轨道减振降噪关键技术

在车辆段用地范围内进行TOD开发,实现城市轨道交通与商业、住宅等各类物业的有机融合,需要采取有效的减振降噪措施。目前,降噪措施仍以控制传播途径和控制受振体为主,而车辆段内钢轨接头多,道岔多,小曲线半径多,振动噪声问题还比较突出。基于振源控制的轨道减振降噪设计理念,优化轨道减振扣件刚度和轮轨间表面粗糙度,并将轨道不平顺质量指数TQI值控制在6～7,可有效改善轮轨间关系;研发了50 kg/m钢轨冻结接头、臂展式阻力枕、轨温检测等轨道无缝化关键技术,实测道床等效横向阻力达14 kN/m;建立了车辆段咽喉区道岔群无缝线路计算模型,提出了咽喉区道岔群强度和稳定性计算方法,完善了无缝线路设计理论体系。研究结果表明,采用减振降噪技术消除了道岔有害空间,优化轮轨关系,降低轮轨冲击振动,从振动源头降低振动噪声,钢轨垂向振动噪声降低约13 dB,传递至隧道壁可降低约4 dB。     

钢轨焊接厂焊探伤伤损问题消除

基地钢轨焊接,在周期性检验中,多频次的出现探伤有伤现象,严重影响了焊轨生产的质量和进度,为稳定钢轨焊接质量,消除该类缺陷,对缺陷成分进行检验分析,结论是:探伤有伤缺项是钢轨焊接接头存在未焊合现象,设备的当前状态和工艺参数的匹配程度不良可能出现问题。广州工务大修段通过从设备状态、材料成分、工艺参数等方面综合分析原因,得出结论:完善焊机状态,优化工艺参数,可以很好地消除该缺陷;同时,焊接主要设备的状态对生产接头质量至关重要,应该在焊轨生产中密切注意设备状态和工艺参数的匹配性。     

城市轨道车辆振动损伤分析与研究

针对地铁车辆部件损伤事故多发现状,尤其是停放制动管路断裂问题,进行了振动损伤的分析。结合其高周疲劳工作特性,采用轮对通过焊接接头时的轮轨振动试验研究的方法,分析停放制动管路断裂原因;通过模态分析、轮轨力测试、轮轨振动测试及停放制动管动应力测试等方法,分析线路钢轨焊接接头的数量及不平顺度产生的轮轨力,推导出钢轨焊接接头与轮轨振动间的关系,进而得出焊接接头不平顺导致车辆部件振动损伤。同时,研究分析轨道维保策略对车辆振动损伤的影响,提出合理化建议和应对策略。     

基于局部频谱细化的轨道移频信号高精度检测

轨道移频信号检测技术中多采用FFT的频谱分析方法,但是由于轨道移频信号的检测需要较高的频率分辨率,FFT的分析方法会影响到频谱分析的真实性.对此,引入局部频谱细化的方法对轨道移频信号的低频频率进行检测,并用MATLAB对算法进行仿真,仿真结果表明局部频谱细化法可以应用于轨道移频信号的检测中,且精度较高.     

有砟轨道与无砟轨道动刚度特性差异研究

轨道动刚度是不同激振频率的荷载作用下,轨道抵抗变形的能力,由于有砟轨道与无砟轨道两种轨道的组成差异造成两者间存在较大动刚度差异。随着行车速度的提高、中高频段激振荷载的增加,有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异逐渐增大,这对于行车平顺性与结构耐久性会造成较大影响,但目前缺乏轨道动刚度的相关研究。为研究有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异,根据两种轨道的结构特点,建立相应的ANSYS有限元模型,通过对比分析,得出两种轨道的轨道动刚度在中低频段存在较大差异,轨下动刚度在全频段存在较大差异。为保证有砟-无砟轨道过渡段的行车平稳性与结构耐久性,需要考虑两种轨道间的动刚度过渡设计。此外,轨道动刚度特性分析可以指导高速铁路高低不平顺控制,从而保证行车平顺性。     

青藏铁路无缝线路试验段轨道不平顺功率谱分析

以青藏铁路静态轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用快速傅里叶变换方法进行样本空间的谱估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。通过对比分析,发现青藏铁路无缝线路试验段建成1年多并通车近4个月以后,轨道高低、方向和轨距不平顺特征未发生明显改变,轨道状态基本稳定;试验段轨道状态良好,与我国一级干线轨道具有相似的平顺性特征;无缝线路轨道高低和方向2~4 m短波不平顺优于有缝线路轨道。     

CRTSⅡ型板式轨道的纵连特征对板下离缝的影响研究

针对CRTSⅡ型板式轨道板下离缝问题,建立包括钢筋、预裂缝等轨道板主要特征的有限元模型,分析轨道板在整体升温40℃和温度梯度-50~100℃/m作用下, CRTSⅡ型板的纵连特征造成的板间接缝初始受力不均匀对板下离缝和钢轨不平顺的影响。结果表明:若宽接缝硬化时窄接缝存在较大的初始压应力,板温较高时窄接缝被挤碎的概率大幅增加;对板下离缝和钢轨不平顺影响最大的是窄接缝被挤碎,其次是仅宽接缝承力,而窄接缝处存在一定的初始压应力对其影响较小;由接缝处初始受力不均匀引起的板下离缝值虽然较小(增加0.5~1 mm),却会大幅增加运营维护后期砂浆层离缝的维修工作量;施工中应采取措施减小宽、窄接缝硬化时的板温差,使宽接缝硬化时的板温T_k高于窄接缝硬化时的板温Tz不超过10℃。     

基于现场锤击试验的地铁轨道振动特性分析及参数研究

近来,由于轮轨共振而产生的地铁钢轨异常波磨问题备受关注。轨道结构动力特性分析是开展轮轨耦合振动研究的基础,地铁轨道结构的动力特性取决于各组成部分(钢轨、扣件、轨枕和道床等)的物理特性及其组合形式。基于轨道结构的周期性频域解析模型,结合北京地铁在线锤击试验,通过计算轨道结构在脉冲荷载下的频响函数,对0~2000Hz频段内轨道结构的动力响应主频进行分析;并通过改变轨道结构参数,分别研究了不同轨道结构参数对各轨道结构动力响应主频的影响情况。研究结果表明:轨下支撑刚度对钢轨共振频率影响较大,枕下支撑刚度对轨道系统共振频率影响较大,轨下和枕下支撑阻尼仅能改变各共振频率点的响应幅值;轨枕支撑间距对pinned-pinned共振频率影响较大,对其他共振频率点的影响较小。     

减振板式无砟轨道减振性能试验研究

为减轻列车对广深港高速铁路狮子洋水下隧道基础的影响,须采取减振措施,因此开展动车组最高时速310 km CRTSⅠ型减振板式无砟轨道的减振性能试验研究。试验结果表明:设置减振垫层后砂浆层受力变大;轨道板与底座间垂向位移随减振垫层刚度增大而减小,轨道板与底座间横向位移较小,轨道板横向稳定性较好;减振垫层刚度0.04和0.06 N/mm^2地段,隧道边墙处插入损失最大值为20dB,轨道板至底座传递损失最大值为35.3 dB,底座和仰拱的振动加速度级较小,高频成分的振动抑制效果较好,但减振垫层刚度为0.04 N/mm^2时轨道板振动加速度级有所增大。综合考虑,减振垫层刚度以0.06 N/mm^2为宜。     

在既有线改造中应用人工一次性铺设无缝线路

研究目的:既有线提速改造时形成小区间无缝线路,利用长轨机械铺设比较困难,以往利用轨排换铺法进行。该法对既有线运营产生严重干扰,造成列车运行晚点,并形成诸多不安全因素,迫切需要改进。研究方法:在不拨移既有线路的情况下进出轨料,减少封锁次数,利用人工一次性铺设跨区间无缝线路的方法取代轨排换铺法。研究结果:解决了既有线提速改造铺架与既有线运营的矛盾。研究结论:在既有线电气化改造施工中,使用这种人工铺轨代替轨排换铺,是一种利用短暂的运营间歇时间,保证运营安全与施工安全的有效方法。     

双块式无砟-有砟轨道过渡段不平顺及动响应分析

通过对现场双块式无砟轨道-有砟轨道过渡段的调研发现过渡段存在有砟轨道轨枕空吊、辅助轨缺失、辅助轨扣件缺失等现象,针对这些现象结合综合检测列车轨道几何数据对过渡段的轨道几何演变规律进行分析,同时运用仿真计算的方法对过渡段在不同不平顺和不同运营速度条件下的动响应进行计算。经研究,无砟轨道和有砟轨道过渡位置易产生幅值相对较大的高低不平顺,随着时间的增加高低不平顺易逐渐恶化。经分析,辅助轨可提高一定的轨道刚度,削减部分来自轨枕空吊对行车产生的不利影响和行车过程中轨道的动态不平顺,并且过渡段对250 km/h以下的运营速度具有一定的适应性,而对300~350 km/h的速度仅在不平顺状况良好的情况下表现出适应性。     

移频键控信号测量系统误差分析与补偿

为了提高轨道电路移频键控信号(FSK)的测量精度,给出了一种基于FPGA+ARM处理器的移频键控信号测量与误差补偿方法.该方法在FPGA中利用量化时钟实时测量载波信号的周期,并将测量数据经过缓存后传输给ARM处理器.ARM处理器对测量的载波信号周期数据及产生测量误差的主要原因进行分析,并对载频信号上、下边频切换时产生的...     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。