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。     

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。     

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。     

基于车辆响应的高速铁路轨道几何状态评估方法

轨道几何状态科学评估对保障高速铁路列车平稳、安全运行具有重要意义。基于高速综合检测列车多次检测数据，利用卷积神经网络、注意力模块和长短时记忆网络，分别学习数据的波形特征、注意力权值、长距离空间依赖关系特征，建立CBAM-CNN-LSTM车辆动态响应预测模型。该模型通过输入轨道几何、运行速度和车型预测不同工况下的车辆动态响应，进而利用预测的车辆动态响应评价轨道几何状态。研究结果表明，建立的模型能够有效预测车体振动响应，根据我国某高速铁路两种车型综合检测列车检测数据的验证结果，车体横向、垂向加速度的均方根预测误差分别为0.004g、0.009g,相关系数分别为0.608、0.793;利用预测的车辆动态响应评估轨道状态，能够有效识别引起车体振动加剧的轨道几何不利状态或隐形病害。此外，模型内部的注意力权值有助于分析挖掘导致轨道状态不良的轨道几何参数类型和位置信息。     

不同速度条件下高速铁路动车组振动响应和平稳性分析北大核心

动车组车体振动加速度是表征车辆运行状态的重要参数,也是评价车辆平稳性的关键指标。本文基于实车试验和仿真计算数据,研究不同速度条件下动车组车体振动加速度分布及时频域响应特征,得出了车体振动加速度和出现频次之间的函数关系,获取了轮对周长、轨道板长度、简支梁跨度等车体及线下基础设施周期性不平顺激励引起的车体振动响应与动车组运行速度的相关性特征。通过平稳性分析,得出了动车组平稳性和舒适度指标随动车组运行速度提升的变化规律。研究成果可为线路全程舒适性评估和线路方案优化提供支撑。     

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。     

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。     

高速综合检测列车头车气密性评估

以高速综合检测列车头车为研究对象,根据车体上不同类型的开孔型式所采取的不同密封方式,研制了1台可以对不同密封开孔进行试验的设备,并根据试验数据以及气密性评估方法对高速综合检测列车车体密封进行了评估.车体气密性评估表明:通过测试压力变化可得到不同开孔部位和整车的允许泄漏面积;高速综合检测列车头车的气密性符合相关标准要求.     

高速铁路竖曲线参数取值与动力学分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用仿真软件研究不同运行条件下高速列车通过竖曲线起点时的动力学性能,并计算得出高速铁路竖曲线的最小半径和最小长度的推荐值。结果表明:车体垂向振动加速度随竖曲线半径的增大而下降,与纵坡坡度的关系不明显;为保证旅客的舒适度,运行速度250,300,350 km/h分别对应的最小竖曲线半径推荐值为14,21,29 km;竖曲线起点引起的车体振动衰减时间服从正态分布,与竖曲线半径、纵坡坡度以及运行速度的关系不大;为避免车体振动叠加,行车速度为350 km/h时,竖曲线最小长度应不小于110 m,在线路条件较好时应不小于120 m。     

青藏铁路空调列车车体围护结构非稳定传热分析

考虑青藏铁路沿线的特殊气候条件及运行列车车体围护结构的热惰性,利用非稳定传热理论编程计算列车运行中车内外相关参数及车体围护结构的传热量,并与不同计算基准温度下稳定传热计算结果进行比对.对青藏铁路,太阳辐射对车体围护结构外表综合温度影响显著,而且不同车次各朝向的车体围护结构外表综合温度波的变化趋势差异较大,这主要是由于车体不同部位在不同时刻接受到的太阳辐射强度不同;对青藏铁路绝大部分区段,用非稳定传热计算方法所得到的车体围护结构传热量均大于同样计算条件下用稳定传热计算方法得出的结果,说明原设计中采用稳定传热计算方法按照设计日最高温度确定的车体围护结构传热最冷负荷偏小,这虽然有利于空调制冷节能,但却增大了供暖能耗.采用非稳定计算方法分析车体围护结构传热,可为列车空调制冷系统的运行调节、改进供氧系统与空调系统的协作方式以及能耗分析、提高青藏铁路列车车内环境参数的控制精度提供更准确的依据.     

地震作用下基于场地条件的高速列车行车安全性

针对地震作用下高速列车行车安全性问题,基于多体动力学理论,采用多体动力学软件SIMPACK建立高速铁路车辆模型。采用日本实测地震数据,以脱轨系数、动态轮重减载率、轮轴横向力作为安全性评价指标,从车辆动态行为角度分析不同场地条件下列车速度、横向加速度峰值、垂-横向峰值加速度比对列车行车安全性的影响。研究结果表明:地震作用下列车行驶速度、横向加速度峰值、场地条件对列车行车安全性有显著影响;列车在Ⅲ类场地上行车安全性最差,而在Ⅰ类场地上最好;垂-横向峰值加速度比超过0.67以后,垂向激励对列车行车安全性有显著影响。建议高速铁路地震报警阈值的选取应基于场地条件,且应考虑近场地震作用下垂向激励的影响。     

大风环境下动车组行车车载控制参数研究

由于车体轻量化设计和运行速度的提高,与普速列车相比气动载荷对动车组的扰动效应更强,动车组在大风环境下的运行稳定性问题凸显。分析大风环境下动车组运行稳定性,结合实车试验和仿真计算,研究车体振动参数与运行稳定性指标的关联性,提出以车体横向加速度导数和侧滚角速度作为大风环境下动车组车载关键控制参数,二者在很大程度上能够反映大风环境下动车组爬轨安全性和倾覆安全性。考虑到一定的安全裕量,动车组车体横向加速度导数和侧滚角速度的限值分别确定为8 m/s3和5°/s。     

隧道竖井对车体压力的作用机理及影响因素分析

采用数值模拟方法,对有无竖井条件下列车高速通过隧道时车体压力的变化过程进行模拟,研究竖井对车体压力的作用机理,基于车体压力变化幅值对竖井面积、数量和列车速度等因素进行分析.结果表明,设置竖井后隧道内的压力波及其传播体系以竖井为界分为前后2个不同的阶段,列车在不同阶段内行驶时车体压力独立地遵循各自的变化规律.减小竖井面积和增加怪井数量均有助于降低车体压力的变化幅度,当竖井面积小于0.5倍隧道有效断面面积时,竖井可有效降低车体压力的变化幅度;增加竖井数量虽然能降低车体压力,但会增多车体压力的变化次数;竖井对车头的降压效果最为显著,其次为车中和车尾;对于不同的列车速度,竖井对车体都有一定的降压作用,且竖井的降压效果随着列车速度的提高而增强.     

重载机车垂向振动特性分析

随着重载列车运行速度和轴重的增加,列车对轮轨激扰的敏感性增强,深入研究重载机车振动特性及频率分布规律对确保重载列车的安全运行具有重要意义。基于重载机车双机牵引万吨列车线路试验,获得重载机车轴箱、构架以及车体的垂向振动加速度,分析重载机车在实际运行中各关键部件振动加速度峰值、振动频率分布和振动传递规律。研究结果表明:轨枕间距引起的垂向振动在轮对、构架和车体振动中均有明显体现;从轮轴、构架到车体的传递过程中,高频振动衰减明显。     

客运专线板式轨道动力反应分析

研究目的:根据板式轨道的受力特点,建立高速列车作用下板式轨道动力反应模型.利用Fourier变换,在频率-波数域内求解振动微分方程,再通过Fourier逆变换,得到列车在匀速和变速情况下轨道、轨道板及底座动位移在时域-空间域内的计算公式.结合算例,分析列车在不同速度、正加速度和负加速度下,轨道、轨道板及底座动位移的变化特性.研究结论:通过对板式轨道动力反映的分析表明:轨道结构存在一个临界速度,列车在匀速运行情况下,沿轨道方向的钢轨、轨道板及底座的动位移随列车轮对作用位置达到最大值;在变速运行情况下,钢轨、轨道板及底座动位移在不同速度与加速度处出现峰值;在减速运行情况下,轨道结构动位移仍在不同速度与负加速度处出现峰值;且在正加速度增加与负加速度减小的情况下,各结构动位移随之减小,反之亦然.     

400 km/h高速铁路线路长波不平顺敏感波长及控制效果分析

随着高速铁路不断发展,400 km/h及以上高速铁路已成为铁路科技创新的重大需求,在更高速度运行条件下将面临着一系列车线动力学问题。为探讨更高速度条件下高速铁路线路长波不平顺敏感波长及线路平顺性管理控制问题,基于车线动力学理论,针对某一高速铁路车型,分别就高低不平顺对车体垂向加速度的影响、轨向不平顺对车体横向加速度的影响进行相干性分析与功率谱密度分析,得到了300～400 km/h速度条件下车体长波不平顺敏感波长;通过轨道静态中点弦实现了对特定速度条件下敏感波长的有效控制并提出对应的中点弦控制标准。综合对比发现：此高速动车组列车在300～400 km/h速度条件下,高低不平顺敏感波长范围为114～147 m,轨向不平顺敏感波长范围为60～79 m;线路长波不平顺对轮轨作用力影响较小,对车体振动加速度影响显著,可以通过静态中点弦测量管理有效控制轨道不平顺敏感波长;在400 km/h速度条件下,高低不平顺推荐采用80 m中点弦进行控制,Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ级矢高管理建议值分别为5,11和17 mm;轨向不平顺推荐采用60 m中点弦进行控制,Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ级矢高管理建议值分别为4,6和10 mm;在实际线...     

基于GASF-CNN的高速列车转向架关键部件劣化状态识别研究

为研究高速列车转向架关键部件劣化状态的识别方法，通过统计抗蛇行减振器服役性能参数的分布特征，同时考虑阻尼和节点刚度变化组合形成5种劣化抗蛇行减振器试验工况，选取新踏面廓形和旋修后运行15万km、25万km的磨耗踏面廓形，进行了劣化状态下车辆动力学响应线路测试。基于实测数据，设计并构建基于GASF-CNN的转向架关键部件劣化状态分类辨识模型，以实测车体和构架横向加速度数据作为模型的训练集和测试集进行分类辨识模型训练，并对模型的泛化能力和识别准确度影响因素进行分析。通过优选数据构造方式、数据滤波、滑动窗口长度和数据通道数量，模型达到了较高的分类准确度，且对列车不同运行方向、不同速度级、不同运行环境等也达到了较好的泛化能力。     

高速铁路曲线地段允许欠超高取值研究

欠超高是影响曲线地段列车安全性和舒适性的关键参数,确定其合理值可为高速铁路超高设计或标准修订提供参考。基于大西高铁和赣龙铁路的曲线超高现场试验,对高速列车以不同速度通过曲线地段时列车和轨道的动力学行为进行统计分析,得到欠超高对列车平稳、安全运行的影响规律。通过与现有规范中的安全性和稳定性指标进行对比,提出了曲线地段欠超高合理取值范围建议。结果表明:欠超高对列车运行安全性和轨道正常受力影响较小,对旅客乘坐舒适性指标——车体横向加速度的影响较大;欠超高每增加10mm,横向加速度增加0.01g;当欠超高超过130mm,未被平衡的车体横向加速度会超过0.10g,严重影响乘坐舒适性。鉴于现场试验与实际运营的区别,考虑预留一定的安全冗余量,建议欠超高一般不应大于60mm、困难条件下不大于90mm、特殊困难条件下可用110mm、试验可用130mm。     

列车舒适度和平稳性测试仪的设计与实现

根据UIC513标准和GB5595-85标准，采用数字信号处理器（DSP）计算列车舒适度和平稳性，设计出便携式列车舒适度和平稳性测试仪。测试仪的基本工作原理是：DSP通过计算列车车体在一段时间内3个方向振动加速度的加权均平方根值的综合值，得到列车车体综合乘坐舒适度指标值；将测得的加速度按频率分组，统计每个频率段中不同加速度的平稳性指标值，然后对各频率段的平稳性指标值进行加权处理，得到列车的横向和垂向平稳性指标值。把测试仪采集到的列车上的原始振动加速度信号传输给计算机进行检验计算。将计算结果与测试仪检测结果进行对比分析可知：测试仪能准确测量列车的舒适度与平稳性。且测试仪还具有稳定性好、携带和使用方便的持点。     

横风条件下跨座式单轨车辆曲线通过稳定性研究

研究了不同横风风速下,列车在通过曲线道路时空气动力性能并进行仿真分析。根据计算得到的数据,分析了不同横风速度时相应的车体纵、横向气动力变化和列车的倾覆系数。参照有关高速列车曲线通过稳定性评定标准,给出了9级横风风速下单轨列车安全运行的速度限值,为今后单轨列车在横风作用下的运行安全性提供一定的依据。