重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2～70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征，提出重载铁路轨道不平顺的数学描述，可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条铁路的高低、轨向、水平和轨距轨道不平顺实测数据。使用小波分析和Welch修正周期图法计算轨道不平顺谱，并与国内外标准轨道谱进行对比；使用多项式拟合算法拟合轨道不平顺谱包络，并使用国内外标准谱拟合公式进行拟合实验对比。最后，给出了发生在钢轨焊缝位置的周期不平顺表达式，并结合轨道拟合谱的逆傅里叶变换方法，对轨道不平顺空间序列进行数值模拟。研究表明：大秦和朔黄轨道不平顺谱的频率和幅度特征基本一致，因此可以使用统一的拟合公式进行拟合；提出的8阶多项式拟合公式能精确地拟合轨道不平顺谱的形状；随机不平顺和周期不平顺的共同表达使轨道不平顺拟合谱的形状和轨道不平顺的数值模拟更为合理和准确。     

轨道不平顺信号的小波模拟方法

轨道不平顺是轮轨系统的主要激扰源,在机车车辆随机振动响应、列车动态模拟等领域应用广泛。针对三角级数法模拟轨道不平顺信号的不足,在其基础上根据小波模拟信号的基本原理,提出了一种以频带能量为标准的小波模拟方法,推导了其模拟公式。分别采用三角级数法和Daubechies(db6)小波进行轨道不平顺信号的模拟,并将其功率谱值分别与给定的目标功率谱值相比较,且对比分析了不同小波和不同分解层数对模拟结果的影响。研究结果表明:基于小波理论的模拟方法得到的轨道不平顺信号功率谱曲线,是一条连续的斜线,能与给定的目标功率谱值基本吻合,具有带宽随机波的谱特征,能够表现轨道不平顺信号的基本特性。小波函数的选取对模拟结果有一定的影响,工程应用时应优先考虑消失矩阶数高的小波函数。     

频域采样三角级数法模拟轨道不平顺信号

在对传统轨道不平顺信号数值模拟方法优缺点分析的基础上,从周期函数傅里叶级数展开原理和离散信号功率谱关系式出发,推导出直接由功率谱密度函数频域采样的三角级数法模拟轨道不平顺。该方法根据列车运行速度、需要模拟的上下限频率范围及模拟时间长度直接模拟出轨道的不平顺序列。应用该方法对美国轨道线路谱进行数值模拟,通过与传统方法的对比,反映了该方法实现容易、模拟精度高且结果可用解析式表示的优点,并能够直接给出轨道线路谱密度不同频率处的幅值大小,有利于研究列车主动控制算法在对不同频率处的控制效果;该方法还可对美国轨道线路五级谱和六级谱进行数值模拟,在随机相位一致的情况下,直观地反映出不同轨道线路谱等级在时域波形上的不平顺差异水平。     

轨道不平顺检测评价及预测综述

按描述参数、激扰方向以及波长的不同对轨道不平顺进行分类；根据检测原理的不同及有无轮载比较不同轨道不平顺检测方法的优缺点；梳理局部不平顺评价和区段整体不平顺评价标准；分析频域评价方法的优缺点及各国应用情况；概括轨道不平顺时频域评价方法及其局限性；按预测方法的不同分析3类轨道不平顺预测方法。研究结果表明：相较于高速铁路，城轨交通动态检测缺少轨检车及综检车的应用；既有铁路轨道谱构建较为完善，但在城轨领域仍缺少成熟的轨道谱；时频分析方法能够同时在时域和频域上对轨道不平顺进行定位，适用于非平稳性信号，但其实际应用仍受较大限制；轨道不平顺预测能提高轨道维护效率，但仍存在很大局限性，无法进一步推广。     

用时序分析法建立轨道谱

本文应用近代时间序刊分析的理论和方法——极大熵谐估计法建立铁路轨道谱．根据地面实测数据，由计算机进行处理，求得轨道垂直不平顺的功率谱密度函数即轨道谱，并与传统的快速傅里叶变换法(FFT)得到的谱进行比较，说明其优点，其次本文对轨道几何不平顺与弹性不平顺哪种起主导怍用的问题进行了研究，提出了解决这类问题的两种方法。     

不同列车荷载模拟方法的对比分析

文章就实践中常用的简化模拟方法和有限元模拟方法进行了研究。通过频响函数和轨道不平顺谱的引入及快速傅立叶数值算法的应用提高了简化解析方法的模拟速度,改进了列车荷载轨道不平顺法的计算模型。利用ANSYS的二次开发建立了列车—轨道系统的二维有限元动力分析模块,实现了对列车荷载的复杂工况研究。对这两类方法模拟的列车荷载样本进行了时域和频域的对比分析,并对不同方法的应用提出了一些建议。     

客货共运线路轨道不平顺不利波长的分析研究

我国铁路主要是客货共运线路,客车的速度可达140～160km/h,而货车的速度只有80km/h左右。货车与客车的车辆结构动力性能存在较大的差异,所以对轨道结构的几何形位的要求也有所不同。为了使客车和货车都能在同一线路上安全、平稳地运行,则必须对轨道不平顺与车辆运行平稳性和安全性之间的关系进行研究。本文利用计算机动力模拟仿真计算轨道不平顺激扰下客车和货车的动力响应,对轨道随机不平顺与不同类型车辆的车体加速度之间的关系进行了相干分析和功率谱分析,计算得出了引起客车和货车较大动力响应的轨道不平顺不利波长。然后对两者的不利波长进行了分析,归纳出了客货共运线路的轨道不平顺不利波长范围,为现场轨道不平顺的养护维修和管理提供了理论和实践指导。     

考虑轨道谱概率分布的不平顺样本模拟方法

研究目的:傅立叶逆变换法是一种简洁有效的轨道随机不平顺数值模拟方法。为精确反映轨道不平顺谱概率分布特征,在傅立叶逆变换法基础上,引入新的随机变量,本文提出一种考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法,并通过功率谱对比、频率点功率谱分布检验验证方法的准确性。研究结论:(1)本文提出的考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法模拟生成的不平顺时域样本集的均值谱、百分位谱与原轨道谱均有较好一致性;(2)与傅立叶逆变换法、三角级数法相比,本文方法生成的不平顺样本集的各频率点功率谱分布规律能更好地满足原轨道谱概率分布;(3)相同样本数情况下,本文方法生成的不平顺样本集统计精度误差优于三角级数法;(4)本研究成果可为车辆-轨道耦合动力学中轨道随机不平顺样本模拟提供一种更加精确的数值模拟方法。     

基于小波分析理论的轨道不平顺分析

研究目的:利用非平稳信号处理方法——小波分析方法分析局部轨道不平顺特殊波型、轨道不平顺病害的识别以及轨道不平顺功率谱分析等,以深化对轨道不平顺特性的认识.研究结果:利用小波分析方法可以较好地辨识轨道随机性不平顺中隐含的有规律的波形,如正弦、三角形波等;利用小波分析方法可以较好地对轨道局部发生的高频病害进行检测;通过小波分解,可以识别不同波长范围内突出的不平顺(特征不平顺),为进而提取这些不平顺做深入研究提供了便利.由此可见,利用小波分析理论从时频角度分析轨道不平顺,是一条保障铁路安全运营的新技术途径.     

中低速磁浮轨道不平顺检测算法及其仿真计算

针对中低速磁浮轨道存在的影响列车运行的不平顺问题,提出了一种基于悬浮间隙传感器和加速度传感器的几何不平顺检测算法。通过该算法对传感器采集的数据进行分析,得到反映轨道几何形态的各项指标。利用Matlab软件模拟轨道各种不平顺状态,对检测算法进行了仿真验证。仿真结果表明,轨道不平顺仿真值与轨道不平顺指标值具有较高的线性关系,证明该检测算法在理论上是可行的。     

基于乘车舒适性的高速铁路轨道高低不平顺谱限值估计方法

应用车辆-轨道耦合动力学理论和平稳随机过程理论,借助车辆-轨道垂向耦合频域分析模型,以轨道高低不平顺谱为输入激励,提出基于车辆垂向舒适性指标(车体加速度和 Sperling 指标)估计高低不平顺谱限值的方法。以我国武广客运专线及德国低干扰轨道高低不平顺谱为例,对350 km/h行车速度时的谱限值进行了估计。通过对比时域、频域模型计算结果,对所估计谱限值进行了校核,校核分析结果表明,频域模型计算结果与时域结果吻合较好,说明了所估计谱限值的合理性。分析方法及研究结果可为高速铁路轨道不平顺管理提供参考。     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰，也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响，采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型，将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入，通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好，移动单元模型准确可靠；轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响，随着幅值增大和较短波长成分增加，轨道位移和轮轨接触力明显增大，其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响；此外，较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

轨道不平顺检测系统优化设计

文章针对一种轨道不平顺检测系统进行优化设计,将轨道不平顺作为一种空间分布的模拟信号来处理。首先将轨道不平顺通过传感器转换为模拟信号,然后进行限带、基于空间频率的采样和离散化,从而解决基于时间频率进行采样带来的数据有效性问题,排除检测系统推行速度对采样带来的影响。通过配合设置抗混叠滤波器和FIR数字滤波器改善检测系统对轨道不平顺波形的复原能力,并为不平顺检测数据按波长范围分类处理分析提供解决方案。通过试验,复原出模拟轨道不平顺的波形。     

高速铁路轨道不平顺的评定方法

文章通过研究轨道不平顺的实际影响，科学评价轨道平顺状态，正确识别状态不良的地点和区段，对指导轨道维修管理，保证高速行车的安全与平稳，具有借鉴意义。     

轨道不平顺的时域模拟法

在推导将轨道不平顺功率谱密度的空间频域表示转化为时间频域表示的基础上，提出了采用遗传算法来进行时域模拟的最佳滤波器的设计方法，并给出了设计结果以及轨道不平顺的时域模拟结果。     

基于概率分布的轨道不平顺发展统计预测

针对轨道不平顺的随机性,应用数理统计原理和方法,对轨道动态不平顺检测数据进行统计分析,研究轨道不平顺的概率分布特性。分析讨论基于不平顺分布函数特征的不平顺发展统计预测方法,比较不同统计预测模型的预测效果和预测精度。研究结果表明:轨道不平顺概率分布接近于正态分布;在轨道不平顺概率分布特性分析的基础上,指数平滑预测方法具有较好的预测效果和预测精度,能够用于轨道不平顺发展预测问题的研究。     

模拟轨道不平顺激励下车辆振动台架试验方法

轨道不平顺是影响铁路车辆轮轨动态作用力和车辆平稳性的主要因素之一。车辆受轨道不平顺激扰时的性能,需在线路上开展测试。但组织线路试验受到较多限制,且线路激扰的随机性较难重复。基于铁路货车疲劳与振动试验台,提出一种模拟轨道不平顺激励下车辆振动台架试验方法,可获取单个车辆受轨道不平顺线路激扰时的车辆性能。介绍试验台组成、参数测试和激励信号的创建方法。将台架试验应用于某型转向架研制中,获取了该转向架与C_(70)车体配装时的车辆性能。在运输技术中心(TTCI)进行线路试验,验证了台架试验方法的合理性、实用性、有效性。     

成都地铁7号线轨道不平顺谱特征分析

目的：为了对列车运行的平稳性、安全性、舒适性以及环境振动噪声进行更好的控制，亟需展开针对成都地铁线路进行轨道不平顺谱的分析研究。方法：采用轨检车对成都地铁7号线轨道弹性变形和永久变形的叠加状态进行动态检测，测试项目主要包括左右轨的高低不平顺、轨向不平顺、水平不平顺及轨距不平顺等。然后采用目前最常用的功率谱密度估计方法——Welch法(改进的周期图法)进行功率谱密度计算，得到统计期内被测轨道的长波高低不平顺谱、轨向不平顺谱、轨距不平顺谱及水平不平顺谱，并对计算结果进行分析，总结出成都地铁7号线轨道不平顺谱的频率特性，并与国内外典型轨道谱进行对比。基于非线性最小二乘法，采用中国三大干线谱公式对成都地铁7号线轨道谱进行曲线拟合。结果及结论：轨道板板缝会影响轨道的长波不平顺；成都地铁7号线轨道不平顺谱均存在空间频率为0.04 m^-1整数倍的窄带谱峰，该空间频率与无缝钢轨相邻2个焊缝间的线路长度吻合，焊缝不平顺已经成为了严重影响轨道状态以及列车运行的问题；成都地铁7号线轨道的平顺性优于美国、德国以及我国的普速铁路(尤其是波长大于19 m的长波频段),但不如我国的高速铁路无砟...     

动态检测数据驱动的高速铁路有砟轨道几何不平顺超限大值预警方法

为了对高速铁路有砟轨道几何不平顺幅值超限进行准确预警，结合局部异常因子算法，提出了一种动态检测数据驱动的轨道几何不平顺维修作业识别方法。首先，基于支持向量机（Support Vector Machine,SVM）算法对轨道几何不平顺超限劣化过程进行分析，将影响列车运行的持续劣化超限作为研究对象；随后，使用局部异常因子（Local Outlier Factor,LOF）算法对轨道几何不平顺维修作业进行识别，依据识别结果划分超限劣化过程；最后，对两次维修作业之间的检测数据进行分析，验证轨道几何不平顺幅值的劣化为线性过程，并对几何不平顺幅值进行预测。利用该方法对某线路进行劣化分析，并与近6年的动态检测数据对比。结果表明：该方法识别维修作业准确度达91%；基于鲁棒回归的劣化模型能够准确预测轨道几何不平顺超限大值。该方法不需历史维修作业数据，可自动划分劣化过程，通过几何不平顺幅值预测模型对超限发展进行预测，及时预警几何不平顺超限大值。     

基于地铁轨检波形不平顺控制的轨道技术探讨

轨道不平顺性是引起列车产生振动和轮轨作用力增大的主要根源,对列车运营安全性、平稳、舒适度、使用寿命及环境噪声等都有重要影响。基于地铁轨检车波形数据,从高低、轨向、水平、轨距四类不平顺方面考虑,采用归类方法分析不同的轨道类型不平顺性特点,探讨提高轨道平顺性、舒适性措施及思路,介绍轨道精密定位的基础控制网技术提高轨道初始平顺性,轨道润滑技术,分析减振地段平顺性、全线轨枕间距控制,以及介绍消除轨道不平顺影响降低车内噪声提高乘客舒适度的轨道吸声板技术。