长波高低不平顺与车体垂向加速度关联模型研究

轨道不平顺是车辆振动的主要激励源,随着车辆运营速度的增加,引起车辆振动加剧的不利波长也在变化。本文利用谱分析方法对0号高速综合检测列车实测数据进行分析,得到高速条件下长波高低不平顺和车体垂向加速度在空间频域上的分布规律,分别采用非参数模型和ARX模型构建长波高低不平顺与车体垂向加速度之间的关联关系,并利用系统辨识技术对两种模型的传递函数进行估计。通过将两种关联模型分别与长波高低不平顺结合,实现车体垂向加速度的预测;并与实测车体垂向加速度进行相关性和相干性分析。结果表明,两种模型均能较好反映长波高低不平顺与车体垂向加速度之间的传递关系。通过比较,ARX模型比非参数模型更精确。     

基于状态空间法的轨道不平顺与车体横向加速度关联模型

构建状态空间模型研究我国高速铁路实测轨道不平顺与高速综合检测列车车体横向加速度数据之间传递特性。首先采用谱分析方法分析长波轨向不平顺、水平不平顺等与车体横向加速度在空间频域上相干特性,根据相干分布规律分频段建立轨道不平顺与车体横向加速度之间的多输入单输出状态空间模型;再利用高速综合检测列车实测数据训练状态空间模型的结构参数辨识输入输出之间的传递关系;最后验证所建状态空间模型的残差符合零均值正态分布。利用训练得到的状态空间模型传递函数及实测轨道不平顺数据预测了车体横向加速度输出,并与相应实测车体横向加速度数据进行对比。验证结果表明,在合理的空间频段上搭建的状态空间模型,能够准确地辨识轨道不平顺与车体横向加速度之间的传递关系。     

高速铁路路基沉降对车体振动影响研究

某开通时间较短的高速铁路线路受连续降雨影响,路基沉降快速发展,导致部分区段轨道结构发生变形,使轨道不平顺幅值明显增加,引起车体振动加剧,对列车运行的安全性和稳定性造成影响。为了研究路基沉降引起的轨道不平顺对车体振动的影响,选取典型路基沉降区段连续4次动态检测数据进行时频特征分析,结合建立的车辆-有砟轨道空间耦合动力学仿真模型,研究路基沉降区段轨道不平顺和车体振动加速度之间的映射关系,获得了路基沉降不平顺波长和状态演变对车辆动力响应的影响规律。研究结果表明：降雨导致的路基沉降对高低不平顺和车体垂向加速度的影响显著,对轨向不平顺和车体横向加速度的影响较小;路基沉降区段的高低不平顺与车体垂向加速度幅值变化趋势和振动频率基本相同,42～70 m波长高低不平顺的幅值增加是造成车体垂向振动加剧的主要原因;依据仿真结果,路基沉降引起的高低不平顺幅值急剧增加会造成行车过程中局部轮轨垂向力显著减小,导致轮重减载率显著增加;对于速度等级250 km/h的线路,建议雨后重点盯控路基沉降点长波高低不平顺的变化,针对车体垂向振动加速度不良区段的养护维修作业,应着重调整42～70 m波长高低不平顺幅值,以保障车辆...     

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。     

基于深度学习的轨道不平顺与车体垂向加速度映射模型

高速列车在长期服役条件下，其车辆悬挂系统等参数与设计值差异较大。多体动力学仿真模型难以模拟真实运营环境，且计算效率较低。为更加准确、快速地评价各种轨道结构以及不平顺激励下车体的垂向振动响应，根据实测轨道不平顺与车体垂向加速度的时空数据传递特征，建立一种卷积长短期记忆组合模型，该模型将轨道不平顺与列车运行速度作为输入，实现对车体垂向加速度的预测。结果表明，卷积长短期记忆模型预测的平均绝对百分比误差值为5.64%,相比动力学仿真模型减少3.57%。在预测一段3 km长线路的垂向车体加速度时，动力学仿真模型需要花费约53 s,而卷积长短期记忆网络只需要花费约1.6 s,预测效率提升33倍。     

轨道高低不平顺敏感波长的分布特征及其影响因素的研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用频率分析方法计算轨道高低不平顺与车辆-轨道垂向耦合系统之间的传递函数。根据车辆-轨道耦合系统的振动传递特性得出轨道高低不平顺的敏感波长,并分析其分布特征,进一步探讨行车速度、车辆悬挂参数、轨道参数对敏感波长的影响。结果表明:基于车辆-轨道耦合系统的振动传递特性,可得出轨道不平顺的敏感波长;车体、转向架振动加速度的敏感波长不随车速的增大而递增,而由车速的增大速率与敏感频率移动速率的比值决定的;轮对加速度、轮轨力和轨道结构振动加速度的敏感波长随车速的增大近似呈线性增大;适当增大车辆系统的悬挂刚度和阻尼有利于减小高低不平顺的最大敏感波长范围;轨道刚度和阻尼对车体、转向架振动加速度的敏感波长几乎无影响,但轮对加速度、轮轨力和轨道结构振动加速度的敏感波长随轨道刚度和阻尼的增大而减小。     

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。     

时速400 km高铁最小曲线半径地段列车动力学性能研究

为了研究时速400 km高铁列车经过最小曲线半径地段时的动力响应特性,建立曲线地段CRH380B列车-轨道耦合动力学模型,从时域、频域对比仿真数据与综合检测列车实测数据,验证仿真模型的正确性。模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段下的各种轨道不平顺工况,以各动力响应峰值为控制指标,并结合相干性分析,得出长波高低与轨向不平顺最大敏感波长分别为150 m和200 m。曲线地段的车体垂向加速度峰值、车体横向加速度峰值、脱轨系数峰值、轮重减载率峰值、轮轴横向力峰值分别是直线地段的1.21倍、7.58倍、4.8倍、1.17倍、3.25倍,表明线路条件改变对车体垂向加速度、轮重减载率的影响较小,对车体横向加速度、脱轨系数、轮轴横向力的影响显著。研究结论可为运营期的行车舒适性和安全性评价、轨道平顺性评价提供理论依据。     

基于EEMD的轨道-车辆系统垂向动力学的时频分析

应用白噪声聚类经验模型分解方法(EEMD,Ensemble EMD),进行轨道—车辆系统的时频分析,分析钢轨不平顺的波长—幅值分布及短波不平顺的分布特点。通过理论推导,得到垂向钢轨不平顺与车体垂向加速度之间的转移函数,并由简化模型仿真结果与实验数据对比分析得出二者的相关系数在0.8以上,表明仿真结果与实验数据非常吻合。利用简化模型进行数值仿真,所需复数乘法次数为N(2logN 1),满足实时仿真的需要。实例所测钢轨不平顺和车体加速度的相关性分析结果表明,对加速度数据进行EEMD处理,所得结果能反映钢轨不平顺幅值变化及所在的空间位置等信息。     

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...     

曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究

研究目的:本文旨在通过现场实测和仿真计算研究曲线轨道不平顺对车辆动力特性的影响。首先,利用轨检车实测数据对我国提速线路轨道不平顺与车辆振动加速度之间的关系等进行了统计分析及相关分析,对武九线曲线段的轨道谱也进行了初步估计。其次,采用动力学仿真软件Adams/Rail建立车辆-轨道动力学模型,并以实测数据作为验证手段,分析了轨道不平顺类型、幅值和波长对车辆运行平稳性和安全性的影响,提出了对行车运行有不利影响的不平顺波长范围。研究结论:高低不平顺对列车垂向振动影响显著,轨向不平顺对列车垂向、横向振动均有显著影响,当列车以110 km/h运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对2.5 m、3.72 m、20 m和28 m波长的轨道不平顺进行控制。     

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。     

桥上无砟轨道竖向动力特性分析

根据桥上CRTSⅡ型轨道结构形式,考虑高速列车与无砟轨道、桥梁之间的相互作用,建立基于新型车辆单元和无砟轨道-桥梁单元的车辆-无砟轨道-桥梁纵垂向耦合振动模型。运用有限元方法和Lagrange方程,分别推导车辆单元、无砟轨道-桥梁单元的刚度、质量和阻尼矩阵,建立有限元数值方程。考虑轨道平顺和轨道不平顺两种工况,求解有限元数值方程,分析梁端和跨中动力特性。计算结果表明,该模型及程序能够反映轨道结构的竖向振动响应。施加轨道不平顺,轮轨作用力增大了50%左右,梁端处钢轨的竖向加速度增加了6.5倍左右,跨中处从10 m/s~2增加到30 m/s~2。每种工况下,梁端和跨中处轨道结构的竖向位移、竖向加速度分别逐渐减小,梁端处轨道结构的振动及其位移变化都比跨中处大。     

高速铁路轨道平顺性静态长弦测量矢距差法数学模型推导及特性分析

我国高速铁路采用从德国引进的矢距差法对轨道长波不平顺进行静态管理,并在实际应用中对测量方法进行了简化。本文通过理论推导,分析矢距差法及简化矢距差法的检测原理和特性。矢距差法测量结果受测弦起算点的影响,且传递函数与起算点位置及轨道不平顺波长有关;简化矢距差法测量结果只受轨道不平顺波长的影响,计算可控性优于矢距差法;当路基出现较大局部不均匀变形时,矢距差法和简化矢距差法在评判结果上相差很大,不宜用简化矢距差法;对比检测原理与实际检测结果表明,这2种方法与车体加速度响应匹配性较差,在目前的验收管理限值下并不适用于直接对运营期高速铁路长波不平顺进行评价。     

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。     

基于经验模式分解的钢轨波浪弯曲不平顺提取方法

钢轨波浪弯曲不平顺隐藏在轨道不平顺中。采用小波分析和经验模式分解相结合的方法,对钢轨波浪弯曲不平顺进行识别和提取分析。利用对称双正交小波对轨检车监测到的车体垂向加速度响应和高低轨道不平顺信号进行小波变换,滤除波长1 m以下成分后,基本可以保证用经验模式分解得到的第1个固有模态函数包含全部钢轨弯曲不平顺信息。对提取得到的钢轨波浪弯曲不平顺的分析表明,不同钢轨上存在的弯曲不平顺不同,钢轨存在的波浪弯曲不平顺是波长在3 m附近变化的准周期不平顺;钢轨波浪弯曲不平顺是引起车体颤振的原因。建议在提速线路和客运专线上应限制波浪弯曲钢轨上道。     

有砟高铁大机捣固质量相关性及敏感波长研究

研究目的:我国设计速度为250 km/h的新建高速铁路以有砟轨道为主,在联调联试前通过精捣作业能够有效改善线路几何形位,满足轨道平顺度要求.本文通过分析某新建高速有砟高铁精捣作业数据,研究精捣作业下大机捣固各捣次作业质量的相关性规律,在此基础上借助带通滤波及中点弦测法分析不同波段下的作业质量相关性,揭示波长对精捣作业质...     

轨道不平顺激励下高速铁路桥上列车走行性研究

用车桥耦合动力学的理论,对长波不平顺和短波不平顺激励下桥上列车的走行性进行了研究。着重研究了横向不平顺激励下列车的轮轨力、脱轨系数和横向加速度的变化规律。并以列车的安全性和旅客的舒适性为标准,得出短波不平顺主要影响列车运行安全性,而长波不平顺主要影响列车运行舒适性的结论。     

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。