基于长波平顺性的提速线路精捣方案优化算法及应用

随着既有线提速开行160 km/h及以上动车组,轨道长波不平顺对行车性能的影响越来越显著,而大机捣固作业过程还不能充分控制线路长波平顺性,线形几何参数恢复达不到理想效果.通过分析提速线路波长对行车性能的影响关系,提出采用70 m检测弦长、10 mm管理幅值以控制长波不平顺.结合非线性规划理论提出满足长波平顺性控制标准的...     

无砟轨道长波高低不平顺管理标准的研究

研究目的:高速铁路要求轨道具有高平顺性,需要关注的波长也越来越长。目前,轨道长波高低不平顺的管理和评价还存在不足。因此,本文基于多体动力学理论和综合检测列车实测数据,初步探讨300~350 km/h高速铁路轨道长波高低不平顺管理标准和评价方法建议。研究结论:(1)综合分析仿真和实测数据波长和幅值的关联关系,建议300～350 km/h无砟轨道长波高低不平顺管理波长应扩展到150 m;(2)基于惯性测量原理,设计优化了综合检测车轨道检测滤波算法,实现了150 m截止波长高低不平顺的动态检测;(3)建议300～350 km/h高速铁路无砟轨道用70～150 m带通滤波不平顺方式来评价长波高低不平顺,使现场养修更有针对性;同时,提出了相应的幅值和均值管理标准建议值;(4)本研究结论可为后续轨道检测设备研发和工务养护维修等提供参考。     

基于惯性基准法的轨道短波不平顺检测系统

为了有效检测轨道短波不平顺,研制了构架式短波不平顺检测系统。该系统基于惯性基准法设计新型的机械部件,利用加速度计和位移计采集数据,并选择合适的电路参数设计模拟滤波器及对应的数字补偿滤波器以完成数据的预处理,然后设计以1个基窗和2个修正窗并联的高通滤波器截取检测范围内的波长,最后通过综合运算合成得到轨道短波不平顺几何参数。在轨检车上应用该系统进行现场复核,结果表明,该系统能够正确反应轨道短波不平顺的实际状况。     

200km/h提速线路轨道不平顺对车辆横向振动影响分析

轨道不平顺是列车振动的主要激扰源,其状态直接关系到列车运行的平稳性、安全性和舒适性,也是限制列车最高运行速度的主要因素之一。本文基于轨检车现场实测数据,对我国提速线路轨道不平顺、列车振动加速度进行了统计分析及相关分析,并探讨了线路轨道不平顺对列车横向动力特性的影响。结果表明:提速线路轨道不平顺幅值服从正态分布;轨向不平顺对列车横向振动有显著影响;当列车以200 km/h的速度运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对40 m波长的轨道不平顺进行控制。     

基于轨道倾角积分的长波高低轨道不平顺测量方法

高效且准确地对长波轨道不平顺进行监测是轨道几何测量领域的难点。分析两类惯性基准动态检测方法的测量误差来源，认为转向架与轨道间的“冲角”是造成长波不平顺测量精度损失的重要因素；为此，重新设计检测系统硬件结构，引入点头陀螺仪传感器和测距组件，在轨道平面建立“短弦”测量模型，推导基于误差状态扩展卡尔曼滤波估计的俯仰轨道倾角测量算法；通过补偿滤波与空间域积分等信号处理方法，计算长波高低轨道不平顺。现场试验表明：该方法有效复原7～200 m以内的长波高低不平顺；当截止波长为200 m时，相比传统的惯性基准法，平均精度增加了81%～88%,且受检测速度影响小；统计系统重复检测误差的95%分位数在1.5 mm以内，在大跨度桥梁形变与路基沉降监测等领域具有较好的应用前景。     

我国干线铁路通用轨道谱的研究

在对比和分析欧美铁路的轨道谱拟合公式及我国专家学者研究成果的基础上,结合对我国主要干线铁路大量轨道不平顺检测数据的分析和计算,研究并给出能较好表征我国干线铁路轨道不平顺特征的通用轨道谱拟合公式以及通用轨道谱的表达方式。由于我国干线铁路的建设标准差异比较大,采用平均轨道谱表达方式不能很好地表征我国干线铁路的轨道质量状况,而采用分级形式的轨道谱则能够更好地表征我国众多干线铁路的轨道不平顺特征;根据我国干线铁路的行车速度,建议将我国干线铁路轨道谱划分为3个等级,即200km.h-1等级提速线路轨道谱、160 km.h-1等级提速线路轨道谱和120 km.h-1及以下普通线路轨道谱。     

基于逆滤波的轨道不平顺测评误差分析及滤波参数优化

弦测法是目前国内外使用最普遍的轨道不平顺测评方法之一。本文采用滤波模型描述弦测法对轨道不平顺的测评过程,借助频率采样方法构造逆滤波器实现轨道不平顺波形的复原,进一步定义滤波器等效长度和误差放大系数,对不同滤波器设计参数的误差影响进行分析,发现截止波长与采样步长的增加将导致误差快速积累;滤波器等效长度越大,波长的截断效果越明显,滤波效果越好。提出轨道不平顺测评过程中滤波参数的优化思路:一是采用更小的采样步长提高测评精度,二是采用更高的滤波器阶数优化滤波效果。以一段1km长的高速铁路轨道区段为例,根据逆滤波器设计方法,实现其轨道不平顺的复原,检测精度为0.01mm时测评误差在1~50m波长范围不超过0.84mm。     

轨道高低长波管理探讨

随着列车速度的提高,以往列车轮轨间作用不明显的长大轨道几何不平顺(长波)现象逐渐开始影响到提速列车的运行安全和旅行舒适度。西安铁路局宝鸡工务段管内陇海线西宝提速区段,常兴至降帐区间2006年11月份至12月曾发生多起晃车,现场用道尺、20m弦绳实测无超限,而人工肉眼观测检查发现存在长大高低不平顺和长大方向不平顺,这对长大轨道不平顺检测管理提出新的要求。本文结合轨道坡度测量探讨了高低长波的检测。     

激光长弦轨道检查仪在京沪高铁病害整治中的应用

随着京沪高铁的开通运行,解决线路长波不平顺将是工务部门在线路维护中的首要任务。传统的测量手段存在精度差、劳动强度大、效率低等问题,而进口设备则过于依赖CPⅢ网,且效率偏低。激光长弦轨道检查仪利用激光准直技术,直接对轨道线路进行100～200 m波长的不平顺进行检测,检测结果既包含长波不平顺参数,又有10m弦(或20m弦)短波不平顺参数,既降低劳动强度,又提高工作效率,为工务部门解决线路长波不平顺提供新的科学手段。     

基于惯性基准法的高速铁路纵断面线形平顺性研究

为研究线路竖曲线引起的长波高低不平顺超限问题,采用基于惯性基准法的虚拟轨检技术,建立高速列车—线路动力学仿真模型,通过车体加速度与车体-车轮相对位移反演得到虚拟不平顺,进而分析列车检测速度,竖曲线半径、长度、坡度差、夹坡段长度等竖曲线基本参数对虚拟不平顺的影响规律。分析结果表明:检测速度与竖曲线半径对虚拟长波不平顺影响较大,同时将计算结果与规范对比,建议对于设计时速为300 km/h的高速铁路,在设计允许的条件下,竖曲线长度和夹坡段长度设计值应大于500 m。     

运营期高速铁路轨道长波不平顺静态测量方法及控制标准

现有高速铁路轨道长波不平顺静态检测主要采用矢距差法或简化矢距差法,存在与检测起点相关、含有里程相位差、基础变形时检测幅值偏大、与车体振动加速度匹配性较差等缺点。利用中点弦测法对轨道长波不平顺进行静态检测,通过对中点弦测法不同测弦长度有效测量波长范围和列车敏感波长分析,采用60 m测弦长度的中点弦测法最适合时速300~350 km运营期高速铁路;利用车辆-轨道动力学仿真分析和最小二乘法拟合相结合方法,提出运营期高速铁路300及350 km·h^-1速度下的轨道长波高低不平顺控制标准,并进行实例验证。结果表明:60 m弦中点弦测法既可保证轨道长波不平顺检测的准确性,又能很好地体现车体振动响应;时速300 km运营期高速铁路轨道长波高低不平顺3级控制标准建议值分别为9,15,21 mm;时速350 km分别为7,11,15 mm。     

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。     

基于经验模式分解的钢轨波浪弯曲不平顺提取方法

钢轨波浪弯曲不平顺隐藏在轨道不平顺中。采用小波分析和经验模式分解相结合的方法,对钢轨波浪弯曲不平顺进行识别和提取分析。利用对称双正交小波对轨检车监测到的车体垂向加速度响应和高低轨道不平顺信号进行小波变换,滤除波长1 m以下成分后,基本可以保证用经验模式分解得到的第1个固有模态函数包含全部钢轨弯曲不平顺信息。对提取得到的钢轨波浪弯曲不平顺的分析表明,不同钢轨上存在的弯曲不平顺不同,钢轨存在的波浪弯曲不平顺是波长在3 m附近变化的准周期不平顺;钢轨波浪弯曲不平顺是引起车体颤振的原因。建议在提速线路和客运专线上应限制波浪弯曲钢轨上道。     

高速铁路轨道平顺性静态长弦测量矢距差法数学模型推导及特性分析

我国高速铁路采用从德国引进的矢距差法对轨道长波不平顺进行静态管理,并在实际应用中对测量方法进行了简化。本文通过理论推导,分析矢距差法及简化矢距差法的检测原理和特性。矢距差法测量结果受测弦起算点的影响,且传递函数与起算点位置及轨道不平顺波长有关;简化矢距差法测量结果只受轨道不平顺波长的影响,计算可控性优于矢距差法;当路基出现较大局部不均匀变形时,矢距差法和简化矢距差法在评判结果上相差很大,不宜用简化矢距差法;对比检测原理与实际检测结果表明,这2种方法与车体加速度响应匹配性较差,在目前的验收管理限值下并不适用于直接对运营期高速铁路长波不平顺进行评价。     

既有线轨道质量指数的分布与不平顺权重系数统计分析

利用轨检车在沪宁线苏州—南京段线路上检测的不平顺数据,计算既有沪宁线的轨道质量指数(TQI),运用统计方法对轨道质量指数的频数分布和里程分布进行分析。结果表明,线路90%以上的TQI数值处于13以下。通过对单项不平顺占轨道质量指数权重进行统计分析,得到单项不平顺的管理值。分析表明,对沪宁线而言,左、右高低不平顺和水平不平顺在TQI中占的比重较大,对轨道质量的影响较大。根据统计得到的TQI管理值和各项不平顺所占权重,各项不平顺小于管理值之内的里程均大于78%。说明将沪宁既有提速线路的TQI管理值定为13基本能保证线路的质量状态。     

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。     

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。     

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。     

铁路货车可靠性试验方法及评价标准的研究

在中国铁道科学研究院环行试验基地进行的历时5年的提速货车120 km.h-1可靠性试验的基础上,结合运营线试验分析,提出铁路货车可靠性试验方法:参试车辆应具有代表性;试验线路应具有典型性,并设置一定的线路不平顺;试验里程为1至2个段修期;最高运行速度的试验里程不应低于总里程的60%。在分析测试结果、故障分布及车辆可靠性指标和铁路货车关键部件的疲劳特性的基础上,依据故障的严重程度和对车辆维修的影响,对故障进行分类与加权,计算货车的平均无故障时间和故障率,并进行评价;将落车时实测的静应力与运行中测得的动应力叠加并用Goodman方程转换,得出以对称循环表征的疲劳等效应力,结合对称循环概率疲劳等效应力和部件细节对称循环的概率应力—寿命曲线,通过Miner线性累积损伤法实现转向架关键部件疲劳寿命的可靠性预测。     

高速行车条件下轨道几何不平顺敏感波长研究

应用车辆-轨道耦合动力学理论及分析软件TTISIM,研究轨道几何不平顺波长变化对高速车辆系统动力响应影响,探讨高速行车条件下轨道几何不平顺敏感波长问题。结果表明:在250～400km/h行车速度域,高速列车系统动力响应指标随轨道不平顺波长变化存在一个幅值相对较大区间;轨道不平顺类型和行车速度不同,敏感区间对应轨道不平顺波长范围亦不相同。综合对比发现:在250～400km/h行车速度域,轨道高低、方向和水平不平顺在长波段敏感波长范围分别约为80～160m、40～120m和50～160m;在相同行车速度条件下,轨道扭曲不平顺在长波段敏感波长范围约为40～100m。