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。     

合-武客运专线轨道不平顺谱特性实测分析

基于合-武客运专线2009-03~2010-03的轨道不平顺检测数据,对1~50m中长波范围内的轨道不平顺特性进行实测分析。利用Welch法对轨道不平顺功率谱密度函数进行估计,分析合-武客运专线轨道不平顺功率谱随波长变化的规律,比较我国客运专线轨道谱与国内外轨道标准谱的差异;对比分析轨道结构对合-武客运专线轨道谱的影响规律;利用非线性最小二乘优化算法对客运专线轨道不平顺谱密度函数进行拟合,提出客运专线轨道不平顺谱拟合公式。     

高架轨道交通无砟轨道谱特性分析

为了获取高架轨道交通无砟轨道谱的特征参数,提出采用Levenberg-Marquardt法对原始轨道谱线进行拟合。以上海轨道交通3号线检测数据作为样本、我国干线铁路7参数谱模型作为拟合公式,利用Levenberg-Marquardt法对轨道标准谱进行拟合。研究结果表明:采用Levenberg-Marquardt法对轨道谱进行拟合是可行的,轨道拟合谱线可以较好地表征原始轨道不平顺特征;得到了轨道谱以及轨道上、下极限谱的特征参数;基于轨道谱提出轨道质量判断方法,将轨道质量分为优良、合格和不合格3个类别,利用轨道谱及极限谱对轨道质量进行判定;最后,建议把轨道不平顺谱纳入轨道质量管理体系中,将其作为轨道质量的主要控制指标之一。     

客运专线有砟轨道不平顺谱特性实测研究

结合合武客运专线有砟轨道不平顺检测数据,针对客运专线有砟轨道结构1~50 m波长范围内的不平顺特性开展实测分析。采用非周期图法对有砟轨道不平顺的功率谱密度函数进行估计;对半年内轨道不平顺功率谱的变化规律进行分析;对客运专线轨道不平顺功率谱值随波长的变化特性进行分析,并与当前国内外的通用谱进行对比分析;利用非线性最小二乘优化算法对客运专线有砟轨道结构的不平顺谱密度函数进行拟合,提出客运专线有砟轨道不平顺谱拟合公式。研究结果表明,温度变化对高低、轨向不平顺谱的影响非常显著;在分析波长范围内,大部分区段内的客运专线轨道不平顺功率谱值低于德国低干扰谱或者与德国低干扰谱相当,仅有小部分区段内高于德国低干扰谱。     

重载铁路轨道高低不平顺预测研究

轨道不平顺严重威胁铁路行车安全和设备的使用寿命。研究轨道高低不平顺的变化特点和劣化规律对重载铁路轨道维修管理有重要指导作用。基于灰色区间预测建模理论,研究重载铁路轨道高低不平顺变化特点和劣化规律,预测轨道高低不平顺未来的发展情况。为验证预测模型的有效性,采用神朔铁路上行10个高低超限病害高发单元区段的共17个月的历史轨道高低不平顺检测数据进行验证。结果表明:该模型拟合和预测效果良好,对神朔铁路轨道的养护维修管理有着重要意义。     

轨道不平顺数据分析程序研究

利用Matlab软件编写的轨道不平顺数据分析程序能够对轨检车测得的不平顺数据进行处理,得到功率谱密度分布函数.轨道不平顺分析程序包括轨道不平顺数据预处理、轨道不平顺谱分布函数计算以及根据实测的车体振动加速度,对轨道不平顺与车体振动加速度进行相干分析、提出对行车运行有不利影响的不平顺波长范围等.研究结果表明:车辆的动力特...     

秦沈客运专线轨道谱的研究

基于2004年和2005年前4个月秦沈客运专线轨道不平顺检测数据,利用Welch改进周期图算法,进行了功率谱密度(Power Spectrum Density)分析计算,获得了秦沈客运专线轨道不平顺的功率谱密度。参考国内外成熟轨道谱线,提出了轨道不平顺功率谱的拟合谱,采用最小二乘拟合优化算法,求得拟合谱表达式的参数。     

不同地铁线路条件下轨道谱的特性分析

研究目的:轨道不平顺直接关系着地铁列车运行的平稳性和舒适性,本文对高架线路无砟轨道、地面线路有砟轨道以及地下线路无砟轨道等三种地铁线路的轨道不平顺谱特点进行拟合计算,分析其相应分布特性,为铁路轨道质量管理和轨道动力学计算提供技术参考。研究结论:(1)采用我国干线七参数公式作为拟合模型、改进Levenberg-Marquardt方法作为非线性拟合方法所得轨道拟合谱可以较好地表征轨道原始谱特征;(2)地铁轨道谱具有宽带和窄带随机波的谱特征,各种类型的线路轨道谱特征频段有所不同;(3)现有线路轨道的高低不平顺与轨向不平顺的状态控制水平较好;(4)该研究成果可用于轨道结构设计及线路轨道养护维修。     

融合轨面短波不平顺的全波段高低不平顺谱表征及影响分析

轨道不平顺谱是表征轨道不平顺幅频特性的有效工具。目前,高速铁路轨道不平顺谱的研究主要聚焦在波长2 m及以上成分,甚少涉及轨面短波不平顺谱。基于大量无砟轨道高速铁路实测数据,研究轨面短波不平顺谱的表达函数及其与中长波轨道不平顺谱衔接的适应性。结果表明：两段幂函数能够很好地表征轨面短波不平顺谱。采用对数坐标系下的5阶多项式拟合全波段高低不平顺谱,实现中长波和短波成分在波长1～2 m范围内的平缓过渡。实测数据表明高速行车条件下,短波高低不平顺对轮轨垂向力及轴箱、构架和车体垂向加速度等指标均存在显著影响,全波段高低不平顺谱的建立对轮轨振动仿真分析、车辆和轨道结构设计以及轨道状态评估具有重要意义。     

客运专线轨道不平顺功率谱分析

以秦皇岛至沈阳客运专线和武汉至广州高铁轨检车实测轨道不平顺数据为分析对象,基于样本平稳性检验,采用FFT方法进行样本空间的谱估计,并用MATLAB编程得到客运专线轨道不平顺谱密度曲线,研究表明,轨道高低与方向不平顺谱曲线均连续变化,其不平顺包含许多不同幅值和波长的谐波成分,波长范围较宽,轨道高低和方向不平顺谱密度曲线高频段比较光滑,低频段含有复杂的周期性波形。同时对2条客运专线轨道谱密度曲线进行了拟合,并得到相应的特征参数。其结果对研究我国客运专线轨道不平顺功率谱具有参考价值。     

低速磁浮轨道不平顺功率谱研究

轨道不平顺是磁浮列车振动的主要激扰源,直接关系到列车运行的稳定性和舒适性。文章基于唐山低速磁浮试验线实测的轨道不平顺数据,采用周期图法进行样本空间的谱估计,得到轨道不平顺在各空间波长的分布。分析结果表明,轨道本身结构参数、轨道安装精度和F轨的轧制工艺是产生轨道不平顺的主要原因。参考国内外成熟的铁路轨道谱线表达形式,得到低速磁浮轨道谱的拟合曲线公式,应用阻尼最小二乘算法拟合轨道谱表达式的参数,对于研究我国磁浮轨道不平顺功率谱有重要的参考价值。     

考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法

轨道不平顺是轮轨相互作用的激扰源，其周期性特性是除波长、幅值外不可忽视的特征。结合大量动检数据，提出考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法，结果表明：高速铁路周期性不平顺根据轨下基础结构尺寸、钢轨状态等诱因分为9类。提出采用修正的高斯函数表征周期性不平顺，基于8阶多项式拟合无砟轨道谱，结合谱反演验证周期性不平顺表征的合理性。通过拟合谱发现，CRTSⅢ型板的随机不平顺状态最优，CRTSⅠ型板最差。CRTSⅡ型板与双块式的随机不平顺状态相当，这两种板型轨道谱在大多数波段介于CRTSⅠ型板和CRTSⅢ型板之间，与高速铁路无砟轨道谱的分布特征最为接近。     

青藏铁路轨道不平顺界限谱研究

为了给青藏铁路养护维修、动力评估提供更为科学合理的车辆-轨道系统激振源和评判依据,基于青藏铁路较为充实的实测数据(累计里程为9.23万km),对其轨道不平顺谱展开系统研究。采用修正的周期图法分析青藏线的实测轨道不平顺数据,提出能够表征青藏线不平顺特征的统一谱密度函数拟合公式,得到了青藏线轨道平均谱的特征参数。基于谱密度的概率分布特性,给出了直接通过谱密度转换系数获得任意累计概率水平下轨道谱的方法。经过与国外常用轨道谱密度分布特征和动力仿真结果进行比较,论证了青藏线轨道不平顺统计平均谱的保守性,结合车辆-轨道耦合动力学理论,提出了轨道不平顺界限谱的动力学制定方法,计算获得了行车速度-动力指标限值下的青藏铁路界限谱及其参数。     

秦沈客运专线板式无砟轨道不平顺功率谱分析

以秦沈客运专线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FFT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和相关函数。通过对比分析，发现无砟轨道不平顺优于有砟轨道，高低和方向不平顺尤为突出；在8m以下波段内无砟轨道不平顺很好，无明显周期性成分；无砟轨道左右股钢轨横向不平顺控制均匀；左右两轨高低不平顺相关性较强，方向不平顺相关性较弱。基于样本的总体平均，运用非线性最小二乘拟合优化算法，得出无砟轨道不平顺谱密度拟合曲线参数值，对于研究我国无砟轨道不平顺功率谱有参考价值。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

基于BP神经网络的铁路轨道几何不平顺预测方法

设备密集型重载铁路对轨道平顺状态预测技术十分重视,受限于数据挖掘分析技术,轨道检测车在养护维修计划决策支持方面还未完全发挥应有的作用。本文根据轨道不平顺的变化特点,采用神经网络方法对重载铁路轨道不平顺7项参数进行预测,从而为养护维修策略的决策提供支持。将某重载铁路K420+000~K426+000区段长达18个月的轨道不平顺检测数据用于模型训练并进行预测分析,结果显示:双隐层、单隐层BP网络模型和多元回归分析模型的均方预测误差平均值分别为0.065 2、0.068 9、0.105 1,平均相对误差分别为8.03%、8.65%、11.57%。双隐层BP网络模型模型精度更高,该模型为重载铁路轨道不平顺发展预测的研究提供了新的思路。     

北京地铁线路轨道不平顺谱分析

研究目的:轨道不平顺谱(简称"轨道谱")是评价轨道状态的重要指标,同时也是指导轨道结构与机车车辆设计的关键参数。本文通过计算北京地铁6条线路的轨道谱,分析、验证轨道谱的概率分布,并对轨道谱进行对比分析与拟合计算,从而揭示轨道谱的统计特征与评估线路整体的轨道平顺性。研究结论:(1)北京地铁线路轨道谱近似服从χ~2(2)分布;(2)各线路的高低和轨向谱均存在空间频率为0. 04 m~(-1)整数倍及0. 376 m~(-1)的窄带谱峰,部分线路存在空间频率为0. 3～0. 4 m~(-1)的宽带谱峰;(3)北京地铁整体上轨道平顺状态较好,新建线路的轨道平顺性优于早期线路;(4)利用高铁无砟轨道谱公式通过最小二乘法计算得到了北京地铁轨道谱的拟合系数;(5)本研究成果能够用于指导轨道状态评估与地铁线路设计,同时还可为其他城市地铁线路轨道谱的研究提供参考。     

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。     

秦沈客运专线轨道谱评判方法的研究

基于2004年1月至2005年4月轨道不平顺检测数据，利用Welch改进周期图算法，分析了秦沈客运专线轨道不平顺的功率谱密度，得出平均意义上的最大值、建议值和最小值。参考国内外成熟的轨道谱线表达形式，结合试算结果，得到表达秦沈客运专线轨道谱的拟合曲线公式，并应用非线性最小二乘拟合优化算法，获得拟合轨道谱表达式的参数。据此，提出秦沈客运专线轨道不平顺功率谱质量的评判方法。该方法将轨道谱图划分成A、B、C、D4个区域，依次定义为优秀、良好、合格和不合格轨道谱线区域。这样，对于一条给定的轨道谱线，就可依此方法来评定其质量，如落入A区的部分谱线为优秀轨道谱，落入B区的部分谱线为良好轨道谱等。     

提速线路轨道不平顺不利波长的研究

研究目的:轨道不平顺是引起车辆与轨道结构产生振动的主要激励源。不同种类的不平顺,其激扰方向和影响程度各不相同,而且轨道不平顺的幅值和波长对车辆/轨道动力特性都产生重要影响。因此,从幅值和波长两个方面揭示轨道不平顺特征的功率谱密度进行研究,可更全面研究车辆的振动性能。研究结论:本文通过分析武九线实测的轨道不平顺数据,得到武九线线路不平顺功率谱分布函数。根据测得的车体振动加速度,将不种类的轨道不平顺与车辆的振动加速度进行相干分析,得到了引起车辆较大振动加速度的最不利波长。