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。     

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...     

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。     

高铁轨道-桥梁系统地震损伤轨道不平顺谱述评

轨道不平顺谱可表征与评价某类线路的宏观几何状态,是轨道平顺状态评定及轨道病害判定的重要指标,也是重要的输入激励之一。我国高铁的建造在时空上无法完全避开地震区域,若能将高铁线路地震损伤纳入轨道不平顺,提出考虑地震损伤的高铁桥上轨道不平顺谱,对综合管理震后线路轨道平顺状态,正确评估震后列车的走行安全性均具有重要意义。因此,提出考虑地震损伤的高速铁路桥上轨道不平顺谱计算方法,总结计算方法中各部分(包括高速铁路轨道-桥梁系统震致线桥一体化模型、震致损伤演化机理、震致损伤映射机理及震致轨道不平顺谱)研究进展;并指出目前考虑地震损伤的高速铁路桥上轨道不平顺谱的研究不足和发展趋势。     

提速线路轨道不平顺谱拟合方法

研究了中国提速线路轨道不平顺谱估计方法,提出了中国提速线路轨道不平顺谱。为提高功率谱的精度,首先利用线性插值剔除异常值、EMD模态分解法消除趋势项并进行滤波处理。基于最大熵法和Welch法统计得到提速线路轨道不平顺谱,并对比分析了不同月份的轨道不平顺谱的特性,采用非线性最小二乘法拟合提出中国提速线路轨道不平顺谱表达式及拟合参数。研究表明,利用Welch法和最大熵法计算提速线路轨道不平顺谱,最大熵法计算得到轨道谱的分辨率和精度优于Welch法;对比基于非线性最小二乘法的3种拟合函数,nlinfit函数能较好地拟合提速线路轨道不平顺谱。提出提速线路轨道谱拟合参数,为提速线路的养护维修、优化设计等提供参考依据。     

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.     

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。     

轨道不平顺对直线电机轮轨系统动力特性影响

研究目的:基于车辆-轨道耦合动力学理论建立直线电机轮轨系统仿真模型,以多种不平顺为激励源进行动力学计算,分析竖错、扣件松脱两种确定性不平顺对直线电机轮轨交通系统动力特征的影响。结合实际的轨道不平顺管理形式,探讨谐波形式的水平、扭曲以及复合不平顺对车辆运行品质的影响提供理论依据。研究结论:(1)建议在轨道不平顺管理中采用10 m弦方法,重点控制10 m左右波长的不平顺;(2)重点检查板边及板中扣件位置处的钢轨状态;(3)重点保证板端的强度满足要求;(4)严格控制轨道板的下沉量;(5)重点控制直线电机受激扰侧的尾端气隙;(6)车体垂向振动及气隙变化对扭曲不平顺最为敏感,而复合不平顺的存在对车体的横向加速度、脱轨系数及轮重减载率指标更为不利;(7)该研究结论可用于指导线路轨道结构的养护维修工作。     

超大跨度协作体系桥上轨道几何状态分析

为分析评估超大跨度斜拉-悬索协作体系桥上线路空间线形和轨道几何形位特征,以某超大跨度协作体系跨海大桥为例,通过数值分析从线形参数、虚拟中点弦测和列车动力学评价等角度对桥上轨道几何状态进行分析。研究结论如下：(1)对设计状态各工况下的梁面变形进行拟合和线路参数分析,均满足相关规范要求,且温度变化引起的桥梁竖向位移较为显著,整体降温工况下跨中轨面高程增加,跨中纵断面竖曲线曲率增加;(2)40 m中点弦测法计算得到轨向弦测幅值较小,高低最大弦测幅值为21.93 mm,对应垂向加速度为0.199g,仍留有一定的安全余量;(3)列车行为动力学评估得到未被平衡离心加速度满足舒适度控制标准及相关规范,且离心加速度最大值主要集中在边跨桥墩附近,同时,桥塔附近也存在离心加速度极大值,运维部门需关注;(4)需加强轨道不平顺对列车运行的影响研究,提出适合高速铁路大跨度桥梁的轨道静态平顺性能控制指标。     

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。     

钢轨表面短波不平顺对地铁振动源强影响

基于对北京地铁实测的131个不同磨耗状态下钢轨表面短波不平顺数据进行功率谱密度估计,采用统计学中四分位数方法选取分位为1％,25％,50％,75％和99％的5个磨耗状态样本,采用幂函数对选取样本的功率谱密度进行分段拟合,得到普通整体道床钢轨短波不平顺谱5个分级(Q1,Q2,Q3,Q4和Q5级)的数学表达式;采用多体动力...     

考虑轨道谱特征的高铁列车地震安全性评估

研究目的:轨道不平顺是高速列车运行过程中产生垂向振动的主要根源,利用轨道谱能从波长和幅值两方面描述轨道不平顺特征和规律。为分析不同轨道谱对我国高铁列车在地震作用下行车安全性的影响,本文建立高速铁路车-轨耦合分析模型,分别采用中国高速铁路轨道谱和德国低干扰谱数值模拟的轨道不平顺样本作为轨道系统激励,选取典型地震动作为外部激励,基于车轨耦合动力学原理,计算不同地震动强度下列车运行的安全性指标。研究结论:(1)采用德国低干扰谱进行高速铁路地震安全性评价相对于中国高速铁路轨道谱偏于保守,但两者的差异随地震动强度的增大而逐渐减小;(2)建议完善我国高速铁路轨道统计谱并应用于高铁列车地震安全性评估研究中,在保证安全的同时提升高铁运输效率;(3)本研究对评估我国高速铁路行车安全性以及合理确定我国高速铁路地震报警阈值具有借鉴意义。     

基于Burg法的城市轨道交通快速线路轨道不平顺谱研究

基于多尺度小波分析方法与异常值处理算法进行轨检数据的预处理,比较小波基的选取差异,通过最优小波基获得满足轨道谱估计要求的基础数据。使用现代谱估计中的Burg法进行谱估计方法上的优化,结果表明,与直接法与Welch法相比,Burg法在方差性能与分辨率上均有优势。根据大量拟合公式的比选,结合非线性最小二乘法对估计的轨道谱进行拟合,得到城市轨道交通快速线路不平顺谱表达式与相关参数。将地铁快速线路谱与国内外其他轨道谱进行比较,结果表明地铁快速线路谱与上海地铁轨道谱差异较小,与高速铁路谱及干线谱等差异明显。     

浅谈轨道检查车检查资料的有效分析及运用

轨道检查车(以下简称“轨检车”)是检查铁路轨道几何状态,查找轨道病害,评定线路动态质量,指导线路维修的动态检查设备,其作用是通过动态检查从轨检资料中(包括文字资料和波形图资料)了解和掌握线路局部不平顺(峰值管理)、线路区段整体不平顺(均值管理)的     

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。     

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。     

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。     

地铁列车在车辆段侧向过岔的安全性分析

研究目的:道岔是轨道线路的薄弱环节,是影响列车安全平稳通过的关键因素。道岔最主要的特征就是其横截面外形随长度方向的变化而变化,使得线路存在较大的横向不平顺和垂向不平顺。本文通过多体动力学软件UM建立地铁A型车-道岔耦合动力学模型,以7号右开道岔为例,建立地铁A型车辆模型和道岔变截面轨道模型,对侧向通过道岔动力学性能进行分析,并运用我国现行车辆运行安全性评定标准进行分析评估。研究结论:(1)当地铁A型车辆以50 km/h及以下速度侧向通过7号道岔时,所有行车安全性指标均满足相应的安全标准,可以保证列车运行安全,但轮对横向位移较大,车辆有横向晃车的趋势;(2)车辆速度越大,轮轨横向力最大值也越大;(3)该研究成果可用于铁路、地铁车辆段列车过岔安全性评估,具有一定的工程实用意义。     

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。     

铁路轨道不平顺的时-频能量联合分析方法

为满足铁路轨道不平顺实时监测、时-频特征精细化提取和线路状态评估的需要,本文基于时-频联合分析基本理论,采用时-频能量密度方法描述轨道不平顺的时-频域分布性质,推导Wigner-Ville分布能量密度与轨道不平顺功率谱密度、TQI指标的数学联系,建立融合轨道谱和TQI指标基本物理特性的铁路轨道不平顺时-频能量联合分析方法,并分别从时域、频域和时-频域等角度验证方法的合理性。结果表明:本文提出的轨道不平顺时-频联合分析方法在时域病害峰值提取、轨道状态表征、频域特征波长统计与定位等方面正确、有效。