高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型。通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性。研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度。最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过...     

钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响

以国内某地铁线路为研究对象,调查并测试了钢轨波磨不平顺,分析了钢轨波磨特征;对实际运行中的地铁车辆进行了振动与车内噪声测试,从时域和频域信号重点分析了分别安装普通扣件和先锋扣件钢轨波磨对车辆振动噪声水平及频谱特性的影响。结果表明,采用先锋扣件的轨道容易产生短波长钢轨波磨;钢轨波磨是导致车辆振动和车内噪声过大的关键因素。研究结果可为地铁线路波磨治理及车辆振动噪声控制提供参考。     

基于SVM的地铁钢轨短波波磨特征识别

地铁钢轨短波波磨现象严重影响列车运行安全,更快速、准确地对钢轨波磨进行检测,有利于及时指导钢轨打磨,从而避免或减少由钢轨波磨引发的一系列问题。文章以轮轨噪声作为检测信号,提出了一种基于支持向量机（SVM）的地铁钢轨短波波磨特征识别框架;结合轮轨噪声和短波波磨类别特点,采用时域-频域特征提取方法,以最大化支持向量机分类精度为依据,实现对特征的有效提取和选择;较为全面地考虑现实中的各类钢轨短波波磨类型,实现对短波波磨的正确分类。分类测试结果表明,基于轮轨噪声和支持向量机的地铁钢轨短波波磨特征识别方法能够有效地对波磨波长和幅值进行正确分类,其中波长分类平均精度达到97.32%,幅值分类平均精度达到97.99%.     

基于三维轮轨瞬态动力学模型的钢轨波磨不平顺动力影响与识别

应用有限元理论及ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,建立三维轮轨瞬态动力学模型,分析高速铁路钢轨波磨不平顺对轮轨系统动力响应的影响特征,在此基础上,探讨钢轨波磨不平顺的识别方法。研究结果表明:钢轨波浪形磨耗会导致轮轨系统产生剧烈的高频振动,在钢轨实测波磨不平顺激扰作用下,轮轨垂向力、轴箱和钢轨垂向振动加速度等轮轨垂向动力学指标均表现出明显的高频振动特征,其高频振动频率范围位于500～700Hz,与相同速度条件下,实测钢轨波磨不平顺的主要波长成分对应;通过对轮轨系统动力响应指标进行小波包时频分析,可有效识别出钢轨波磨不平顺的波长与纵向位置。相关研究成果可为高速铁路钢轨表面短波不平顺的研究及钢轨波磨不平顺的养护维修管理提供参考。     

基于动态响应的钢轨波磨状态智能检测

传统钢轨的波磨检测存在效率低,无法在线检测等问题。钢轨波磨主要参数包括波长和波深,而波深与钢轨表面结构的结合强度密切相关。针对波磨波深,提出了一种基于动态响应的钢轨波磨状态智能检测方法。将通过激励得到的动态响应信号在小波域展开并局部重构,利用小波基函数的带通滤波能力实现小波降噪。提取信号时域、频域特征并进行主分量分析,基于XGBoost算法构建钢轨波磨波深状态与特征化参数的模型,实现智能检测。试验表明,提出方法自适应性、实时性强,检测精度高,在工程项目中具有一定的应用实施前景。     

基于车辆响应的高速铁路周期性轨道短波病害时频特性分析

对基于同步压缩小波变换提取瞬时频率的方法进行改进,使之可完整、准确地提取振动信号的瞬时频率曲线,避免因时频聚集性较差以及交叉项的干扰带来的问题。采用该方法对高速综合检测列车轴箱加速度数据进行时频分析,提取钢轨短波不平顺的瞬时频率,根据其变化特性精确定位钢轨疑似波磨和打磨痕迹区段。结果表明:轴箱加速度波形均呈现周期性;分析区段的振动数据中包含150和75mm 2种波长呈现倍数关系的强振动数据,现场测试发现该处存在较强的钢轨波磨现象,波磨波长为150mm,同时现场还存在波长为75mm的钢轨周期性打磨痕迹;75mm的钢轨周期性打磨痕迹引起轮轨系统的非线性振动,振动频率达到1 125Hz,与扣件固有频率562Hz呈倍频关系,导致扣件产生强烈的共振,从而引发轮-轨接触共振,造成钢轨表面产生塑性变形,形成塑流性波磨,在列车的反复作用下,该处产生150mm波长的波磨。     

轮对振动对产生钢轨异常波磨的影响

针对北京地铁钢轨异常波磨问题,从轮对角度出发,探讨轮对振动与钢轨异常波磨之间的关系;根据北京地铁钢轨异常波磨现场调查及测试发现的轮轨共振现象,建立轮对三维有限元分析模型;分别对动车和拖车轮对进行垂向及扭转振动分析,提出轮对振动与钢轨异常波磨之间的联系.     

城市轨道交通钢轨波磨智能管理研究

针对城市轨道交通(以下简称"城轨")钢轨波磨问题,首先分析城轨钢轨波磨的特征及危害,然后对我国采用的钢轨波磨评价方法进行分析,指出分波长分级波磨评价的必要性;对钢轨波磨测量方式进行分类总结,指出针对钢轨波磨智能管理宜采用随车全线测量和重点区段人工连续测量相结合的方式;对城轨钢轨波磨管理模式进行分析,指出既有管理方式的不足,提出钢轨波磨智能管理的理念,并围绕钢轨波磨智能管理的要点分别进行阐述。     

高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响

在对高速铁路钢轨波磨现场调查、测试的基础上,根据铁道车辆—轨道耦合系统动力学理论,建立高速铁道车辆—板式无砟轨道动力学数值分析模型,采用现场测试得到的高速铁路钢轨波磨数据作为系统激励,研究不同深度的钢轨波磨对高速铁路轮轨相互作用、车辆运行稳定性的影响。结果表明:不同深度的钢轨波磨虽不会改变轮轨力波动的相位特征,但随着钢轨波磨深度的增加,轮轨垂向作用力、轮重减载率和轮对振动加速度均有明显增加,而构架和车体的振动加速度增加很小,可忽略不计;高速铁路钢轨波磨虽不影响乘坐舒适度,但会加速车辆簧下部件的伤损和破坏。     

基于梯形轨枕轨道振动特性的钢轨波磨研究

针对我国部分地铁线路出现振动噪声加剧及钢轨异常波磨的现实情况,研究减振轨道钢轨波磨产生原因。利用仿真软件Simpack建立包含地铁车辆和轨道结构的车辆系统动力学模型,分析车辆通过速度与轨道结构振动频率的关系以及弹性轨道结构共振特性,得到梯形轨枕轨道钢轨波磨可能形成原因。研究结果表明:在振动频率230 Hz(R1 200 m)、225 Hz(R2 000 m)以及211 Hz(R3 000 m)处,内侧钢轨与梯形轨枕出现更为明显的共振现象,仿真计算波磨波长和现场实测数据接近;对比相同曲线半径下的普通轨道和梯形轨枕轨道振动频率的分布情况,得出钢轨波磨与轨道结构固有振动特性有关。轨道结构固有振动特性及车辆曲线通过速度是造成钢轨波磨形成的关键因素。     

钢轨波磨测量及评价标准的制定

钢轨波磨的产生机理复杂、治理困难,是引起列车运行时产生啸叫、轮轨在固有频率范围内产生接触共振的主要原因,带来轨道及车辆部件过快伤损,环境振动与噪声超标等问题。而针对钢轨波磨的准确测量及评价,是研究钢轨波磨问题的基础,也是制定合理的钢轨波磨维修养护策略的重要前提。通过对国际上有关钢轨波磨的测量及评价标准进行论述,对标准中的各种规定及指标进行比较分析,为制定适用于我国城市轨道交通的钢轨波磨及评价指标提供参考。     

基于融合CNN和SSA-SVM的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障诊断问题,提出一种融合一维卷积神经网络(1D CNN)和麻雀算法优化支持向量机(SSA-SVM)的网络结构。该网络结构通过卷积运算对原始时域振动信号直接进行特征提取,将提取到的特征输入到麻雀算法优化的支持向量机中,使用支持向量机代替Softmax进行分类。利用滚动轴承故障数据进行验证,此方法故障诊断精度高达0.983,高于其他网络结构,且整体网络结构简单,有一定实际应用价值。     

钢轨波磨指数与轨道短波不平顺关系研究

采用ABAQUS软件及轮轨真实形状尺寸参数,建立轮轨高频接触有限元模型;以我国某高速铁路钢轨波磨区段实测轨道短波不平顺作为有限元模型输入,在时域和频域上对比轴箱垂向加速度仿真结果与实测数据,验证模型的准确性;仿真计算钢轨波磨区段不同幅值轨道短波不平顺工况下轮轨垂向力、轴箱垂向加速度分布特性,研究钢轨波磨指数与轨道短波不平顺幅值之间的关系。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨垂向力最大值与钢轨波磨指数最大值出现的位置对应良好,在轮轨不脱离接触的前提下,钢轨波磨指数与轨道短波不平顺具有较好的线性相关性;通过曲线拟合可知,在钢轨波磨波长为150 mm时,轨道短波不平顺幅值为0.10和0.12 mm时对应的钢轨波磨指数分别为5.12和6.68。     

基于参数优化VMD和SPWVD的轨道波磨辨识方法

为了有效检测轨道波磨故障,提出一种基于参数优化变分模态分解(VMD,Variable Mode Decomposition)和平滑伪维格纳分布(SPWVD,Smooth Pseudo Wigner Ville Distribution)的轨道波磨辨识方法。采用变步长最小均方(VSSLMS,Variable Step Size Least Mean Square)算法对列车轴箱振动加速度原始信号滤波;对滤波后的信号进行变分模态分解,将分解信号包络熵作为轨道波磨辨识的指标;采用平滑伪维格纳分布对分解后的信号进行时频分析,确定波磨发生的位置及波长;通过仿真信号与实例验证方法的有效性。验证结果表明,该方法可提高轨道波磨辨识的准确性,辅助轨道维修和养护。     

基于现场测试对波浪形磨耗钢轨打磨处理效果的研究

波浪形磨耗是钢轨在使用过程中钢轨顶部沿其纵向出现一种规律性的类似波浪形状的周期性不平顺磨损现象,是轮轨系统普遍存在的一种损伤形式。在各不同铁路运输系统中均有出现,波磨对轨道的危害巨大,不仅会缩短轨道使用寿命,增加养护维修的工作量;同时会影响旅客乘坐的舒适性。本文对钢轨波磨的国内外研究现状进行分析总结,指出了波磨问题的复杂性,同时对神朔重载铁路钢轨波磨病害进行现场调查,结合动力学等相关波磨现场测试手段,利用CAT波磨测试仪获取波磨的基本数据,对比分析钢轨打磨前后动力学指标和平顺性指标,观测结果表明,钢轨打磨可以作为波浪形磨耗的及时处理措施。但是钢轨波浪形磨耗往往还存在着钢轨剥离掉块等病害,仅依靠钢轨打磨不能消除这些病害,因此钢轨打磨不能作为钢轨波磨的长期整治措施。     

重载线路钢轨波形磨耗成因研究

对钢轨波磨成因理论和我国重载线路钢轨波磨的特征进行了总结，发展了一个适用于波磨成因分析的轮轨空间耦合振动模型。以轮轨间磨耗功为研究对象，发现了钢轨波磨是由一定条件下，轮轨系统垂向振动、轮对扭转振动和弯曲振动发生自激及交叉激扰形成的粘滑振动所致。同时发现了粘滑振动具有多种型态，且与不同的波磨特征相对应的，并列举了四类粘滑振动。综合多种现有滤磨成因理论，建立了“轮对粘滑振动－钢轨不均匀磨损”的成因理论     

基于波噪比的高速铁路钢轨波磨快速检测方法

为实现高速铁路钢轨波磨里程覆盖式、高频次、快速测量,提出基于波噪比的钢轨波磨快速检测方法。采用便携式添乘仪检测高速列车车体振动和车内噪声数据,提出基于车体纵向加速度进行数值积分来计算列车速度和里程,采用曲线地段车体摇头角速度里程与台账里程的偏差值修正速度积分误差。利用提取的里程修正后车厢噪声数据与钢轨波磨对应的400～700 Hz频带成分,计算频带能量占噪声总能量的比值,并获取波噪比超限时的钢轨波磨波长和里程。结合高速列车实测数据分析,研究结果表明：速度修正后列车定位里程最大误差为87 m,对波磨比大于0.3的线路区段进行钢轨波磨波形测量和轴箱加速度振动能量比分析,钢轨波磨波长范围为53～57 mm,实测波长为53 mm,验证了该方法的正确性,为高速铁路钢轨波磨的快速测量提供技术支撑。     

基于振动响应的高速铁路钢轨波磨快速检测方法

钢轨波磨可能引起车辆部件持续振动甚至损伤,是我国高铁需要解决的重要问题之一。现有直接测量法因效率低下不能满足长大线路的检测需求,车载测量法的检测精度有待提高,这2种方法均无法有效反映出波磨对车辆部件的不利影响。因此需要一种新的检测方法,以快速发现与车辆部件振动和损伤密切相关的钢轨波磨。通过多次测试我国高铁钢轨波磨并分析轴箱振动特征,提出振动响应快速检测法。该方法能够通过高速列车上的轴箱振动加速度测试数据快速得到钢轨波磨情况和对应里程位置,为钢轨打磨提供依据。     

城市轨道交通钢轨打磨措施的减振效果测试研究

随着人们环保意识的增强和对生活质量要求的提高,振动和噪声投诉问题已成为城市轨道交通开通运营后面临的主要问题之一。文章针对某城市轨道交通区间线路附近居民投诉的振动噪声问题,经调研确认发现,振动噪声过大与轨道波磨密切相关。参照高速铁路相关技术要求对钢轨进行打磨,对目标敏感点区段内钢轨打磨前后的轨面不平顺状态及钢轨、道床、隧道壁振动加速度进行测试对比,通过时域、频域分析,评估钢轨打磨减振效果。测试结果表明,采取钢轨打磨措施后,钢轨表面不平顺状态得到显著改善,波磨情况得到很大缓解,隧道壁振动加速度等级 Z 振级降低 4.4 dB,轨道结构振动响应也大幅降低,说明钢轨打磨措施对减振有效。     

轮轨非均匀磨耗对地铁车辆振动的影响研究

对存在明显钢轨波磨和车轮多边形线路的地铁车辆振动行为进行了试验研究。结果表明,钢轨波磨处的振动加速度主频通常为一个固定频率;由车轮多边形引起的振动加速度的主频为车轮多边形的通过频率;在车辆加速或减速段轴箱振动加速度的主频随车速呈线性变化;由车轮多边形引起的振动明显高于钢轨波磨引起的振动。