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...     

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。     

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。     

利用高速铁路轨道不平顺谱估算不平顺限值的方法

基于车辆-轨道耦合动力学理论,结合我国高速铁路轨道不平顺的管理模式,提出利用高速铁路轨道不平顺谱进行不同管理等级轨道不平顺限值估算的方法。以中国高速铁路无砟轨道不平顺谱激扰作用下中国典型高速车辆在板式无砟轨道上运行为例,进行350km/h行车速度条件下轨道高低、轨向、水平、轨距不平顺各管理等级(Ⅰ~Ⅳ级)对应限值的估算,并与传统单一谐波(波长为10、40m)激扰作用下计算获得的限值和国内外高速铁路轨道不平顺标准对比分析。结果表明,采用本文所提的限值估算方法,以包含多种波长成分的随机不平顺作为输入激扰,相比单一谐波的计算方式考虑更为全面,可反映轨道不平顺各波长成分对行车品质的共同作用;相比国内外高速铁路轨道不平顺标准,在本文仿真计算条件下,利用高速铁路轨道不平顺谱估算的各管理等级轨道不平顺限值总体居于国内外标准之间。因此,本文利用高速铁路轨道不平顺谱进行轨道不平顺限值估算的方法是可行的,为采用动力学仿真手段获取轨道不平顺理论限值提供了一种新途径。     

铁路轨道不平顺模拟的一种新方法

在总结了目前应用的几种铁路轨道不平顺模拟方法的基础上，提出了一种新的模拟方法－频域法。这种方法不需要进行滤波，直接对轨道不平顺的功率谱密度函数进行采样处理，对平稳的及非平稳的轨道不平顺均可应用。数值模拟试验表明这种模拟方法简洁、实用、有效。     

客运专线新建线路轨道不平顺功率谱分析

通过对新建铁路轨道不平顺谱密度的分析,可以了解轨道平顺状态,有利于指导轨道施工和线路养护等作业。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方法进行样本空间谱的估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。基于轨道高低不平顺样本的总体平均,对所得到的谱密度进行频率平滑,并与我国一级铁路干线的谱密度曲线进行了对比分析：在此基础上,对秦沈客运专线的轨道状态进行了评估。     

轨道车辆动力学性能仿真用轨道谱的研究

利用国内外实测轨道不平顺归纳出的轨道谱公式进行数值反演,重新得到的时域历程是开展车辆动力学性能研究,进行轨道车辆动态仿真、实车激振试验的重要输入。分析了几种反演的轨道不平顺信号,发现某些时域信号存在着明显的周期性和空白频段现象。采用基于功率谱的白噪声窗口式滤波法生成的轨道不平顺较好地避免了以上问题,生成的轨道不平顺时域信号用于轨道车辆运行时的动力学性能仿真,结果与试验数据有较好的一致,表明该反演方法得到的轨道不平顺在动力学仿真计算中具有较好的适用性。     

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。     

京津城际铁路轨道不平顺谱特征分析

为提高京津城际铁路轨道不平顺谱的计算精度,基于轨道不平顺变化率和线性插值方法以及小波分析方法,给出剔除轨道不平顺异常值算法和轨道不平顺零均值化处理算法,用于京津城际铁路轨道不平顺检测数据的预处理.运用周期图法计算京津城际铁路的轨道不平顺谱.对计算结果的统计分析表明:京津城际铁路的轨道不平顺谱服从自由度为2的x2分布,可以用轨道不平顺中位数谱表示;除部分波段外,京津城际铁路的轨道不平顺谱均低于我国铁路时速200 km以上既有线路的轨道不平顺谱和德国铁路的轨道不平顺低干扰谱,说明京津城际铁路轨道平顺状态较好.     

仿真计算比较我国干线谱与国外典型轨道谱

利用车辆-轨道耦合模型，通过仿真计算，比较了我国干线谱与国外典型轨道谱，比较结果表明：我国高速试验线30m以上的长波不平顺与德国低干扰谱相当，而30m以下的不平顺与德国高干扰谱基本一致；我国三大干线的方向不平顺与美国5级谱相当，高低不平顺在美国6级谱和5级谱中间。     

重载铁路轨道不平顺谱构建与分析

研究目的:为掌握重载铁路轨道不平顺特征,基于重载轨道不平顺实测数据进行数据预处理与数字特征分析;利用Welch法对重载轨道不平顺谱进行估计;提出能表征重载不平顺谱特征的统一拟合模型,利用L-M算法对重载高低、轨向、水平和轨距不平顺谱进行拟合,得到平均谱拟合参数;并将重载不平顺拟合谱与现有不平顺谱进行对比分析.研究结论:...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

轨检车测取的轨道谱精度分析

从理论解析，模型仿真分析及实测对比三方面，研究分析了轨检车移动负荷轮在不同速度时通过平顺轨道和不平衡轨道区段的动态轨迹变化。分析表明，在移动负荷轮作用下，轨道不平顺引起的轨道附加变形在不同速度时的量值很小，可忽略不计，基于负荷车轮进行轨道不不顺动态检测可如实反应实际轨道不平顺特征和幅值大小，用轨检车测取的轨道平顺样本进行轨道谱分析不会影响轨道谱精度，澄清了轨检车的检测数据可能包含较大响应成分的疑虑     

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。