基于ZFFT的轨道波磨高精度弦测算法研究

弦测是轨道波磨不平顺测量的重要方法之一,但理论的缺陷使其无法同时提高复原精度与计算效率。针对这一问题,根据工程中轨道波磨不平顺的测量需求,提出基于ZFFT(ZOOM-FFT)的高精度弦测逆滤波算法。通过复调制将感兴趣的频段平移至零频点,去除高频部分后重排、补偿得到复信号,对该复信号进行选择性共轭扩展重构,再利用傅里叶反变换逆滤波得到轨道波磨不平顺测量值。理论仿真和线路实测表明,该方法能够在时间消耗较少的情况下提高测量精度,适合工程应用。     

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。     

等弦法对轨道不平顺测量滤波特性影响的研究

文章从空域和频域两个角度讨论了等弦测量法对轨道不平顺测量结果滤波特性的影响,这种滤波特性是指轨道不平顺的长波长成分被极大地衰减,短波长成分则随波长变化起伏振荡。文章将弦测法的结果与轨道检查车的拟空间曲线输出结果进行了对比。     

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.     

基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测

在惯性基准法和弦测法的基础上,提出了一种新的轨道检测方法,即基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测。建立基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测数学模型,设计低通滤波器和对应的补偿滤波器完成陀螺仪数据的预处理并消除速度影响,设计高通滤波器消除陀螺仪信号中的趋势项,采用频率取样法构造逆滤波器对轨道高低不平顺予以复原。在检测车构架上安装陀螺仪,采集高低不平顺实际测量数据进行试验验证,结果表明,该模型和算法成功复原了轨道高低不平顺,具有可行性。     

基于中点弦测法的轨道不平顺精确值数学模型研究

弦测法是测量轨道不平顺的一种基本方法,原理简单,使用方便,高效迅捷。传统观点是直接将弦测值作为轨道不平顺的近似描述,这会不可避免地因基准线变动而产生较大误差。针对该问题建立了一个描述中点弦测法本质的数学模型,分析了轨道不平顺与其弦测值之间的关系,构造了一种计算轨道不平顺精确值的迭代算法与快速算法,并采用数值仿真对弦测过程进行模拟。结果显示:迭代算法总体误差较小,传递函数较好,但由于迭代次数等原因会产生端点误差;快速算法以牺牲计算内存为代价能达到较高精度,绝对误差在1μm以内,传递函数效果极好,从而证明了所建立的数学模型的正确性与计算结果的精确性。     

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。     

轨道不平顺激励下车辆-桥梁垂向随机振动方差解法

提出时滞多维非白噪声轨道不平顺激励下车辆-桥梁垂向随机振动的时域分析方法。采用白噪声滤波法模拟单轮对下的不平顺,在宽频带内识别滤波器参数以实现波长选择功能。基于Pade近似构造累次时滞滤波器以反映各轮对下不平顺之间的时滞关系。结合成型和时滞滤波器,构造以一致白噪声为输入、时滞多维非白噪声不平顺为输出的合成滤波器。建立车辆-桥梁垂向振动模型,并与合成滤波器联立得到一致白噪声激励下的车-桥-滤波器扩阶状态方程。继而提出求解此扩阶时变系统随机振动方差响应的递推算法。算例结果与MonteCarlo模拟法符合良好,表明该方法具有足够的精度,且对时间步长不敏感。     

高速铁路跨度250 m级连续刚构桥长波不平顺控制研究

连续刚构桥随着跨度增加,其收缩徐变、温度等引起的桥面变形随之增加,导致轨道长波不平顺加剧,进而可能对列车走行性产生不利影响。以一座试设计主跨250 m高速铁路连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,依据规范检算桥梁的强度和刚度,同时计算由于混凝土收缩徐变、温度效应等引起的桥面附加变形。采用“车-线-桥”动力仿真软件分析由于桥面附加变形导致的轨道长波不平顺对列车动力响应的影响。选用中点弦测法作为评价指标,通过相关性分析选出最优弦测长度,最后计算出最优弦长下连续刚构的桥面变形和等效不平顺限值。研究结果表明：横、竖向桥面附加变形均出现在桥梁的跨中截面;当附加变形增加到1.9倍,列车以速度350 km/h通过连续刚构时,车辆的竖向加速度首先达到限值1.3 m/s²;采用弦长为60 m的中点弦测法与车辆响应匹配性最好,适用于评价连续刚构的长波不平顺;连续刚构的桥面附加变形和等效不平顺60 m弦中点弦测值分别为7.2 mm和14.5 mm,对应限值建议分别为7 mm和14 mm。     

轨道几何动静态检测分析

通过介绍轨道几何静态检测的绝对测量型、相对测量型轨道检查小车以及动态检测惯性基准法的基本原理,分析单波不平顺的弦测输出、仿真弦测法的畸变影响,得出应采用大于轨道不平顺波长的弦长进行测量以减小弦测法幅值畸变的结论。将轨道几何的动态空间曲线转化为轨道几何动态弦测值,同时按轨道几何静态空间里程对轨道静态空间坐标进行最优化筛选,输出轨道几何静态弦测值,并将轨道几何动静态弦测值统一为10 m弦长、20 m弦长的弦测输出。对比轨道几何动静态弦测输出,结果表明动静态检测数据一致性较好,二者偏差95%,分位数小于1 mm,相对于轨道几何静态检测,动态检测无需人工设站,粗大误差小。     

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角速度测量法;通过测量系统传递函数的幅频特性分析,发现角速度测量法在测量30 m以内的短波不平顺时存在衰减,为此提出互补滤波方法,即对加速度测量法与角速度测量法进行融合计算;最后,用轨道-车辆动力学仿真对3种方法的精度进行实例分析。结果表明:相较于角速度测量法,互补滤波测量法有效补偿了其在测量30 m以内的短波不平顺时存在的高频衰减的不足;相较于加速度测量法,互补滤波测量法将平均精度提高了24%～80%,因而它具有噪声敏感度低、受检测速度影响小等优点。     

轨检仪弦测法"以小推大"检查轨道轨向不平顺的理论研究

弦测法是轨道方向测量的一个基本方法,其主要不足在于它的幅值增益在空间频域内随不平顺波长变化而变化,这使弦测法的应用受到局限。本文讨论了弦测法的基本原理并推导了“以小推大”公式,在此基础上分析了轨检仪利用弦测法检测轨向不平顺时,“以小推大”方法的系统误差与随机误差,并进行了计算机仿真。仿真结果证明:“以小推大”公式对波长为整数倍弦长的线路原始轨向不平顺值能较好地进行拟合。最后,针对波长为非整数倍弦长的轨向不平顺值建议采用牛顿插值解法。     

400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准研究

大跨度铁路桥梁在复杂环境下的大变形特点使得矢距差法不再适用于桥上轨道线形验收工作。为了解决400 km/h大跨度铁路桥梁轨道长波不平顺验收难题,首先根据成渝中线2座大跨度铁路桥梁特征,分析裕溪河特大桥与赣江特大桥对车体加速度的影响特征及综合检测列车的敏感波长,结合现有标准给出基于中点弦测法的桥上轨道静态验收策略。然后依据车辆—轨道耦合动力学理论,构建车辆多刚体模型和CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型,系统开展构造余弦波不平顺和实测不平顺作为轮轨激励条件下的动力仿真计算,并考虑桥上纵断面的影响,基于车体振动加速度和舒适性指标给出了400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准。最后通过裕溪河特大桥轨道静动态不平顺和中国高速铁路无砟轨道谱进行了验证。研究结果表明：1) CR450AF列车在400 km/h下车体沉浮运动的敏感波长为163 m,建议400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺采用60 m中点弦测法进行评价;2)桥上轨道静态高低长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于6 mm,轨向长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于4 mm;3)大跨度桥上轨道静态长波轨...     

大跨度铁路桥梁变形弦测法评价的频域理论

为保障行车舒适性，需严格控制大跨度铁路桥梁的变形。从车辆加速度频响函数与弦测法频响函数相似性出发，提出桥上轨道线形评价的最优弦长选定原则，为大跨桥梁变形控制的弦测法提供理论依据。根据随机振动理论，推导弦测法矢度峰值与车辆加速度峰值之比(峰值比)的理论公式；然后，分析弦测法矢度与车辆加速度时程样本间的波形相似性，以及峰值比对轨道不平顺波长范围和功率谱函数的敏感性；最后，采用一座大跨度斜拉桥上的轨道线形实测数据检验峰值比的理论解。结果表明，最优弦长的弦测法矢度与车辆加速度波形相似性最高；二者峰值比对轨道不平顺的波长范围和功率谱函数都不敏感；以文中车速250 km/h的高速车辆为例，推荐以40 m作为最优弦长，弦测矢度和车辆加速度的峰值比平均值为11 mm·s²/m。     

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。     

基于中点弦测法的车载式车轮不圆度测量

列车车轮不圆度是影响列车运行平稳性的重要因素，目前静态检测设备均需抬轮的准备工作，极大降低了检测效率，接触式传感器测量易发生损耗，导致测量发生误差，为提高检测效率以及避免检测误差，采用中点弦测法结合逆滤波器实现对车轮不圆度的车载式测量。检测时列车以低速运行，通过激光位移传感器实现非接触式测量，并同时利用3个激光位移传感器的具体位置关系和测量值得到弦测值作为逆滤波器的输入，构造逆滤波器的频率响应函数使一定波长范围内的不圆度数据得到还原，最后再构造低通滤波器以及进行离散傅里叶变换该车轮各个阶次多边形磨耗的粗糙度等级。通过实验测量数据验证，采用中点弦测法测得的车轮不圆度数据与真实不圆度数值的误差较小，可以实现车轮不圆度数据的车载式测量，各个阶次的粗糙度等级也可反映被测车轮目前的磨损状态。     

轨道踏面损伤弦测响应研究

根据轨道踏面上各种损伤的特征,分析对应的弦测响应及相互影响。在采样率足够的前提下,各损伤在弦测后特征依然保持,但数量、幅度和位置可能发生变化;对包含损伤信息的弦测值逆滤波得到的波磨复原结果将与原始值有所偏差。基于此,提出以小波系数和为依据的钢轨踏面损伤辨识和轨道弦测数据分段逆滤波方法。研究结果表明:小波系数和能够提示各种损伤位置和分布;以此为依据对轨道弦测数据进行分段处理能得到与真实情况较为符合的结果,适合工程应用。     

基于弦测技术的铁路上承式拱桥桥面变形限值研究

铁路拱桥桥面过大变形将危及列车行驶和桥梁结构的安全,但已有关于拱桥变形限值标准及评判依据的研究较为少见。以某上承式拱桥为研究对象,建立桥梁全桥有限元模型并进行车桥耦合振动分析,研究温度及不同倍数徐变引起的桥面变形对列车动力响应的影响,对比分析弦测法弦长与列车在轨道和上承式拱桥上运行的动力响应间的对应关系。结果表明:仅考虑轨道不平顺激励时,30～50 m弦测法能够较好地反映高速列车的加速度响应的变化规律;上承式拱桥徐变倍数为1.6时,车辆竖向加速度响应超限;仅轨道不平顺作用下列车竖向加速度卓越频率约为1 Hz,运行在上承式拱桥上时的卓越频率在1～2 Hz,说明影响振动的波长范围由长波向中长波扩展;弦测法用于上承式拱桥时,采用20～30 m弦长;上承式拱桥温度及徐变极限变形20,25,30 m弦测矢量值为3.8,4.3,5.3 mm,对应的限值可采用3.5,4.0,5.0 mm。     

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。