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。     

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。     

光纤陀螺仪测量轨道平顺度参数的原理及不确定度

轨道检查仪是替代＂人工弦线法＂检测铁路轨道高低、轨向等平顺度参数的重要计量器具,目前使用的轨道检查仪多采用光纤陀螺仪作为平顺度检测的惯性元件。从光纤陀螺仪的测量原理入手,论述轨道平顺度参数的检测方法,并对测量结果的不确定度进行分析,以指导轨道检查仪的使用和检定工作。     

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。     

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。     

基于动静态检测数据的轨道弹性状态评估及平顺性调整方法

轨道刚度检测是识别轨道弹性不良区段,评估轨道、桥梁和路基等结构动力性能的关键技术之一。为解决现有轨道弹性状态检测方法在检测效率与检测投入之间的不平衡,基于周期性动静态检测数据,提出基于动静态轨道几何不平顺差异的轨道弹性状态检测方法。此外,为解决弹性不良区段静态调整与有载不平顺不匹配问题,充分发挥动态检测数据的作用,提出基于动态数据的轨道弹性不良区段平顺性调整方法。通过刚度加载车试验和现场复核验证基于动静态高低不平顺峰值差来评判轨道弹性状态的有效性,在分析11条典型有砟轨道线路的动静态高低不平顺差异特征的基础上,提出动静态高低不平顺差超过2 mm的区段即可以判定存在轨道弹性不良病害。基于某条弹性不良线路区段的动态检测数据,采用本文提出的平顺性调整方法指导人工起道作业,结果表明动态高低不平顺幅值和标准差分别降低42%、51%,波长为32 m的周期性不平顺特征也得到明显改善。     

新型轨道不平顺波形检测系统研究

针对轨道不平顺波形分布的随机性和复杂性,研究具有机械滤波功能的新型轨道不平顺波形检测系统.阐述新型轨道不平顺波形检测系统的轨道长波长、短波长的检测原理和轨道不平顺波形的复原方法,以及结构组成及工作原理,并对试验检测数据的重复性、轨道不平顺波形与弦测值之间的关系和轨道不平顺波形复原进行分析;通过现场试验,复原出轨道真实不平顺波形,验证其稳定性、可靠性及检测精度.     

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。     

基于数据融合的轨道不平顺检测算法研究

针对轨道不平顺检测方法和检测精度问题,提出基于捷联式惯性导航技术,搭建以四元数为基础的"数学平台",融合里程计和射频标签修正里程位置信息,根据惯性测量单元加速度计和陀螺仪的数据进行轮轴姿态解算,通过互补滤波算法进行数据融合,并基于混沌增强果蝇优化算法进行滤波处理,获得以欧拉角表示的轮轴三维姿态数据,进而拟合实现轨道不平顺检测。实践表明,文章提出的数据融合检测算法,可以有效实现轨道不平顺检测,提高检测精度,为轨道维护保养提供基础数据。     

基于构架点头角速度的轨道垂向长波不平顺在线检测

在分析比较基于轴箱垂向振动加速度和构架点头角速度的轨道垂向不平顺检测原理的基础上,提出基于构架点头角速度的轨道垂向长波不平顺在线检测方法。在运营车辆轴箱正上方的构架处安装陀螺仪,用于等空间采样构架点头角速度的时域信号;对构架点头角速度的时域信号以及由速度传感器测得的车速时域信号进行二次积分、消除拟合多项式的趋势项、带通滤波及递归最小二乘自适应补偿滤波等数据处理,从而得到轨道垂向长波不平顺的估计值;建立车辆—轨道垂向耦合动力学模型,以实测轨道垂向不平顺激励下的构架角速度模拟陀螺仪采集的时域信号,对给出的在线检测方法进行验证。结果表明:与实测结果相比,标准差小于0.4mm,归一化均方误差小于-8,说明给出的在线检测方法能精确、有效地检测轨道垂向长波不平顺。     

基于空间状态辨识理论的高速铁路车体垂向加速度预测模型

轨道不平顺是引起车辆振动的主要激励源。深入分析轨道高低不平顺与车体垂向加速度关联关系动态,掌握轨道结构传递特性,对科学评价车辆、轨道的服役状态及精准指导线路养护维修具有重要意义。基于系统辨识理论,以我国高速综合检测列车车载检测系统在一高速铁路上的实测轨道不平顺及车体垂向加速度样本数据为基础,通过平均周期图谱法计算检测数据功率谱密度及其相干函数,用状态空间方法构建长波轨道高低不平顺与车体垂向加速度之间的传递模型,并用关联模型传递函数及实测数据对所建模型进行验证。结果表明:模型预测的车体垂向加速度与相应实测数据有较强的线性相关性;利用合理阶数的状态空间模型,能够有效辨识长波轨道高低不平顺与车体垂向加速度之间的传递关系。     

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。     

千米级大跨度桥上线路动态与静态轨道不平顺的关系

为了明确千米级大跨度桥轨道不平顺状态的分布规律,以某千米级大跨度桥上线路轨道不平顺检测数据为例,分析了动态和静态高低、轨向及轨距不平顺的时域分布特征,并进行了相关性分析,确定了动态和静态波形匹配参数,在此基础上提出了移动窗相关系数的里程匹配算法;给出了基于尺码法的轨道不平顺分形维数计算流程,分析了短波、中波和长波区段的动态和静态轨道不平顺分形维数及其分布规律特征。结果表明：以轨距作为对准参数项,采用滑动相关系数法可以实现动态与静态不平顺数据的有效对准;高低不平顺的分形维数可以作为诊断线路道砟服役状态的有效工具;大跨度桥的轨向及高低不平顺长波成分稳定,不因轮载动态作用而显著变化。     

基于互补滤波的轨道不平顺动态测量方法

现有高速铁路轨道动态检测主要采用基于加速度计和测距传感器数据的惯性基准法,由于加速度计具有信噪比低、积分漂移大等特点,限制了其在轨道长波不平顺和低速下的测量精度,因此提出基于互补滤波的轨道不平顺动态测量方法.首先,优化系统硬件结构,在转向架前后安装测距传感器;其次,采用轨面上"两点弦"测量模型,推导基于光纤陀螺仪数据的...     

基于动静态检测数据的轨道精测精调评价技术

高速铁路无砟轨道不平顺的整修主要是通过精调作业来完成,轨道精调分为静态精调和动态精调。为优化轨道精调作业组织,提高轨道精调效率,可采用轨道测量仪和轨道检查仪协同工作组织轨道精调,从而提升作业效率和质量。采用多个矩形窗级联的方法优化滤波器和FIR带通滤波器滤波,将静态检测数据与动态检测数据关联起来,实现评价标准的通用、精调效果的静态评估,以及预测精调作业的动态评估结果,促进精调作业快速满足静动态轨道几何不平顺检测标准。通过算例分析可知,轨道精调对轨道几何不平顺的单项高低改善较为明显,轨向只是稍有变化,且目前单项高低标准差最大改善量约为1.0 mm。     

基于惯性基准法的轨道高低不平顺影响分析

为研究轨道结构敏感因素对中长波高低不平顺的影响,建立了车辆—轨道耦合模型,基于惯性基准法仿真检测轨道高低不平顺,分析了轨道结构振动及不同扣件刚度、路基支承刚度和轨枕间距对高低不平顺的影响.结果表明:在波长2～6 m范围内,柔性轨道估算不平顺明显大于无质量轨道不平顺;从时域角度分析时,扣件刚度、路基支承刚度和轨枕间距对高...     

高速铁路轨道中长波不平顺检测模型研究

为保证速度200km/h及以上列车安全平稳运行,高速铁路增加轨道30m弦和300m弦中长波平顺指标。传统手工检测已无法满足该要求,需依靠高精度测量设备采集轨道坐标高程以控制轨道中长波不平顺。某进口高速铁路轨道检测设备将矢距差法模型计算的轨向高低不平顺作为不变量,结合调整量较差控制中长波轨向高低。受检测起点位置影响,矢距差法模型计算结果表现出显著随机性,忽略基准弦端点变化会产生模型误差。实测数据显示:采用这种模型,轨道调整后不平顺指标超限率达18.9%;若验收高速铁路线路,测量成果精度的提高可能无法有效控制轨道不平顺。因此,提出高密度四点偏差约束轨道方向高低模型,以提高矢距差法模型的检测精度。实测数据检验结果表明,模型不仅能够使任意位置中长波轨向高低满足检验要求,而且能获得最优扣件调整量。     

提速线路轨道长波不平顺检测技术

为满足提速线路最高行车速度250km.h-1的要求,研究截止波长为70m的轨道长波不平顺检测技术。选择合适的电路参数设计模拟滤波器。根据模拟滤波器的性能、传感器精度、70m截止波长和±1mm检测精度的要求,确定轨检车最低检测速度为40km.h-1。设计以三角窗为基窗、各窗函数并联、截止波长为70m的数字滤波器,并编程实现;对现场检测数据进行频谱分析,证明设计的数字滤波器滤波效果良好。检测的轨道长波不平顺以波形图和浏览波形图显示,并用于评价轨道质量。通过在轨检车上应用和现场复核,长波不平顺检测技术满足提速线路检测的需要。     

郑武线轨道不平顺的相关性分析

根据轨道不平顺相关函数的数据处理方法,基于郑武线轨道不平顺实测数据,对郑武线轨道不平顺的相关性进行分析,得出郑武线轨道高低、方向及水平不平顺的相关函数的具体表达式;此外,得出郑武线轨道水平不平顺状态最差,方向不平顺次之,高低不平顺相对较好;郑武线轨道高低、方向及水平不平顺彼此独立,因而可将某单一不平顺或几种不平顺组合作为车-轨系统振动分析激扰。     

基于状态转移概率矩阵的轨道不平顺发展预测研究

应用系统状态转移概率矩阵决策理论和方法,基于轨检车现场实测的轨道不平顺数据,以高低不平顺为例,建立了高低不平顺25 m区间最大值状态转移概率矩阵.在此基础上,对高低不平顺区间最大值发展状况进行了预测,并同实际检测结果进行了对比.结果表明:借助状态转移概率矩阵可以预测轨道状态的发展变化;对于数据量小的系统,可以采用离散状态转移概率矩阵进行很好的预测,但如果样本数据量较大,离散状态转移概率矩阵建立较为困难,且受异常数据影响大,不利于分析使用;如果能较准确地获得轨道不平顺发展分布特征及其相关参数,并以此为基础建立连续状态转移概率矩阵,利用此矩阵可在一定程度上反映轨道不平顺状态变化,此矩阵不受数据量限制,受异常数据影响小.