动静态轨道不平顺评价差异及动态弦测法特性

中点弦测法能够有效控制影响行车安全性和舒适性的指定波段轨道不平顺,主要用于测量轨道静态不平顺,但其较低的测量效率制约着轨道“状态修”的发展.针对上述问题,将轨道动态不平顺按中点弦测输出,分析动静态弦测值差异与弦长和不平顺波长的关联关系,提出能够评价轨道动态平顺性的动态弦测法,研究动态不平顺与静态不平顺间的映射关系.研究结果表明：42 m和70 m动态高通滤波幅值分别与10 m弦和20 m弦测值变化规律相当;当不平顺波长大于70 m时,120 m动态高通滤波幅值与40 m弦测值变化规律基本对应;截止波长为42、70、120 m的轨道动态不平顺,分别与弦长为20、30～40、30～60 m的动态弦测波形相关性最优,对应的动态弦测法最大合理弦长分别为20、30、40 m,通过路基和简支梁区段实测数据验证了动态弦测法的适应性;在路基沉降区段,弦长为60 m时,静态弦测值明显朝负方向偏离动态弦测值的处所为沉降点,相邻两侧朝正方向偏离动态弦测值的处所为沉降区段起终点.     

快速线路轨道刚度合理值的研究

轨道动态几何形位直接对行车安全、轮轨作用力、车辆振动产生影响.轨道动态几何形位的变化与众多因素相关.轨道刚度变化同时影响着轮轨动荷载和轨道动态几何形位的变化.将沪宁线轨检车实测动态不平顺输入动力仿真软件,分别计算不同垂向和横向刚度时的轮轨动轮载和钢轨的垂向、横向动位移,并改变车辆速度和输入不平顺的大小,分析轨道不平顺、轮轨动荷载和钢轨动位移之间的关系.利用正态分布的原则统计不同状态下动轮载和动位移的最大值,分析对比钢轨动态变形和轮轨动荷载随刚度和速度的变化趋势,提出了合理的轨道刚度取值范围,并分析了初始不平顺大小对轨道动态位移的影响.     

动态检测波形图应用施工技术

结合额哈铁路动态检测波形图应用的施工实践,阐述轨检数据与波形之间的关系、波形图识别方法及轨道不平顺问题结合波形图的整治应用等,为类似工程提供参考。     

中国干线铁路轨道谱的拟合方法

为获得能够合理表征中国干线铁路轨道不平顺特征的轨道谱,提出了一种轨道谱拟合方法。根据轨道不平顺检测数据计算实测轨道谱,对实测轨道谱进行平滑与插值预处理,采用直接剔除法、三点逐段平均法和包络平均法消除计算轨道谱波形上出现的较大凸凹波形,应用3次样条插值法提高拟合的精度,利用非线性最小二乘优化算法拟合轨道谱。拟合结果表明:所提出的拟合方法是可行的,拟合谱能够较好地反映中国干线铁路轨道的不平顺特征。     

基于高铁轨道不平顺的车轮不圆顺识别模型

为获取高速运行车辆的车轮不圆顺幅值,并进一步研究轨道谱,建立一种基于轨道不平顺的车轮不圆顺幅值快速测量模型. 首先分析了车轮不圆顺在轨道不平顺检测数据中的分布规律,提出车轮不圆顺的密集采样方法,进而建立基于稀疏轨道不平顺数据的车轮不圆顺动态识别模型. 通过数值仿真研究发现:车轮不圆顺对基于惯性基准法测得的离散轨道不平顺数据的幅值影响较小,对频域（轨道谱）影响较大;车轮不圆顺会干扰波长小于和等于轮长的轨道不平顺检测数据,且对前者影响更大;车轮不圆顺对波长大于轮长的轨道不平顺数据也有影响,最大影响波长仅与车轮周长和轨道不平顺的采样间距有关;识别模型能有效地从轨道不平顺检测数据中提取车轮不圆顺,误差可控制在0.02 mm以内.      

基于中点弦测模型的无砟轨道精调量迭代求解

为避免无砟轨道精调对外部几何参数测量的过度依赖,提出了一种基于轨道不平顺的精调量计算方法.该方法通过对轨道检查仪的惯性轨迹建立轨道不平顺的向量模型,构造了以恢复平顺性为目标的无砟轨道精调量的逐次超松弛迭代算法,并分析了算法的收敛性和收敛速度.提出的方法已在某高速铁路精调作业中规模试用,并通过动态检查验证了方法的有效性.研究表明:该方法具有收敛性,对轨道惯性轨迹进行有限次迭代即可获得满足平顺性要求的精调量;动态检查结果轨道质量指数为2.26,与绝对测量作业效果相当.      

轨道不平顺非线性预测模型

分析了轨道高低不平顺非线性预测理论,根据广深线运量和轨、车检测数据,采用多元回归分析得到广深线轨道高低不平顺非线性预测模型,将该模型用于预测未来轨道不平顺的发展情况,并与实际检测值进行对比和误差分析.结果表明,两者图形趋势较为一致,说明用该模型预测轨道高低不平顺发展趋势是可行的.     

气隙对直线电机地铁系统动力响应的影响

应用概率统计和频域分析理论,分析了广州地铁4号线列车行驶过程中直线电机与感应板间动态气隙的实测数据;建立了车辆-轨道垂横向耦合动力学模型,研究了受气隙影响的垂向电磁力对车体和轨道系统的动力影响,并与轨道随机不平顺对系统的动力影响进行了对比。研究结果表明:92.2%的气隙在9~12mm的标准范围内,且服从均值为10.5mm、标准差为1mm的正态分布;感应板上表面与钢轨顶面的高度差是峰值气隙的决定因素,通过气隙静态测量可确定线路的最不利气隙位置;气隙的频域成分以小于0.1m~(-1)的空间频率为主,并存在0.2m~(-1)的频率尖峰,即气隙存在约为5m的周期成分;垂向电磁力对车体加速度影响较小;垂向电磁力可使轨道结构产生上升位移,在同时存在轨道不平顺的情况下,钢轨最大位移可达0.8mm,轨道板最大位移可达1.0mm;轨道不平顺是轨道结构持续振动的主要诱因,垂向电磁力只会在开始作用于轨道结构的瞬间产生较大加速度,垂向电磁力引起的轨道结构最大加速度大于轨道不平顺引起的最大加速度,轨道不平顺和垂向电磁力的共同作用效果远大于单一因素的影响,钢轨加速度可达2 200m·s~(-2),轨道板加速度可达1 500m·s~(-2);垂向电磁力对轮轨垂向力的最大影响在9kN以内;可采用动态和静态检测相结合的方法测量气隙,先应用列车上的动态检测设备测量出线路感应板超限点的大体位置,然后进行人工精确测量,维护后再次使用动态检测法进行气隙合格检验,实现快速、精确、有效维护线路感应板的目的,减小气隙对轨道结构垂向振动的影响。     

轨道不平顺的评价检测及噪声处理方法

轨道质量指数(TQI)检测数据通常为非等时距,采集的数据如缺乏修正和分类去噪处理会极大影响最终的预测精度,目前关于此类研究较少,尤其是去噪方法研究.结合T QI轨道质量指标,在对动静态检测方法进行比较的基础上,选取京广下行线开行轨检列车进行轨道不平顺动态检测.针对收集到的轨道病害检测数据,提出不良数据筛选原则及修正方法,引入卡尔曼(Kalman)滤波法对数据进行去噪,并在京广下行线验证去噪处理效果.结果表明:Kalman滤波效果较好,实时性强,能够有效去除高斯噪声及非高斯噪声,以Kalman滤波去噪为导向的线路精调后所得T QI指标优于未采用该方法的线路指标.最后,针对京广线检测到的轨道病害提出可行整修措施,为现场线路维护工作提供理论指导与依据.     

基于小波的列车加速度和轨道不平顺关系分析

轨道不平顺是引起车辆系统振动的重要激振源．为适应现代铁路的发展,提高旅客乘车的舒适性,研究轨道高低不平顺与列车垂向加速度间的关系变得越来越重要．本文利用小波分析的方法,对综合检测车采集到的轨道高低不平顺信号和垂向加速度信号进行处理,将分析的重点集中在具体的某一频段上,并对其进行了相关性分析,确定了轨道高低不平顺和列车垂向加速度间的关系．     

动态检测数据在转体桥挠曲变形监测中的应用

基于沪杭高铁转体桥的挠曲变形监测数据及上部轨道的动态检测数据,对比分析了转体桥挠曲变形幅值与动态检测长波高低不平顺幅值的关系,结果表明：挠曲变形幅值与长波高低不平顺幅值存在差异,但在主跨中心与边跨中心的变形趋势相同;在主跨中心与边跨中心处,挠曲变形幅值与长波高低不平顺幅值间的相关系数均超过0.97,呈现出高度相关性。根据动态检测长波高低数据,对转体桥主跨中心和两边跨中心处一年内的挠曲变形幅值进行估算,并与实际值对比,平均误差仅为1.7 mm。研究认为利用动态检测长波数据对转体桥挠曲变形进行推算,快速准确,是一种有效的辅助监测手段。     

轨道不平顺概率模型

为了高效选取轨道不平顺随机样本, 以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求, 依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征, 提出了一种轨道不平顺概率模型; 采用离散概率积分和统计方法, 在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列, 对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布; 采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征, 视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性, 采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率; 采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱, 并反演随机不平顺序列; 实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发, 对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果, 以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明: 以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源, 获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%, 2种模型均能准确表达不平顺激扰特性; 为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致, 采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本, 概率模型具有更高的分析效率; 在给定计算工况下, 轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g~0.043g (g为重力加速度), 均未超过《高速铁路设计规范》 (TB 10621—2014) 中的限值(轮轨力为170kN, 车体加速度为0.25g), 表明此高速铁路轨道不平顺状态较优, 行车安全性和舒适性可以得到保证。      

基于深度学习的高速磁浮轨道不平顺预估

轨道不平顺是列车振动的主要激扰源,对行车的安全性和乘客舒适性造成直接影响。以实测的轨道不平顺为基础,结合高速磁浮TR08型车辆结构特点以及深度神经网络的基本原理,利用TensorFlow构建神经网络表征轨道不平顺与车辆振动加速度的关系。提出了一种通过测量振动加速度进而构建神经网络实现对不平顺检测的方案。研究结果表明,深度神经网络预测的轨道不平顺值与真实值相对精度超过99%,且能够同时对高低和水平不平顺进行测量,为轨道不平顺测量新方法提供了理论基础。     

关于轨道谱面积与TQI指标关系的研究

根据沪昆和金温两条不同线路的轨道不平顺检测数据,利用Matlab编程分别进行功率谱和TQI分析。然后利用梯形积分公式对各项轨道不平顺谱值进行积分,得出TQI单项指数与各轨道不平顺谱面积值具有很好的相关性,特别是在高低和轨向不平顺上,相关系数达到了0．91以上,从而验证了用轨道不平顺功率谱方法来控制和管理轨道平顺性的可靠性。最后建议将轨道不平顺功率谱作为控制提速线路轨道质量的主要指标之一。     

轨道不平顺噪音去除及其评价方法

轨道动态几何不平顺数据主要采用轨检车进行检测,由于缺乏去除功能,轨检车检测数据中存在噪音成分,不利于轨道质量状态的客观评价．本文提出去除噪音的方法,并利用概率密度法,对高低不平顺幅值特征进行统计描述。比较去除噪音首后的效果。     

提速列车轮轨附加动荷载分析

针对我国现有铁路情况，分析不同速度下轮轨竖向附加动荷载。根据随机振动基本原理，引入轨道不平顺谱。建立了轮轨相互作用模型，行车速度，轨道不平顺、轨道刚度以及车体和簧下质量是影响附加动荷载的主要因素。     

轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系分析

从时域和频域两个方面来研究轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系.首先,利用轨道不平顺和轮轨动力学模型来计算轮轨间的动力荷载,加载到轨道有限元模型上得到一定运量下的道床变形和轨道不平顺分布;其次,利用傅立叶变换分别得到了一定运量后轨道不平顺的里程-功率谱、平均功率谱及其拟合谱,分析了不同波长不平顺同道床沉降之间的相关性,并同现场数据相对照.再次,结合现场轨检车的测力轮对数据,包括轨道不平顺、轮载和车体振动加速度,分别从时域和频域两个方面对三者之间的相关性进行分析,并分析了轨道不平顺状态对车轨动力响应的影响程度;最后,认为道床沉降主要影响的是轨道长波不平顺,而对短波不平顺则影响不大,而且从时域和频域来看,轨道不平顺的分布与车体振动加速度的分布相类似,而与轮载分布不同,而且波长较长的轨道不平顺引起车体的振动,它是影响车体振动和车辆运行平稳性的主要因素.     

基于组合方法的轨道不平顺预测

准确把握轨道不平顺的变化规律,对于科学制定铁路养护及大修计划具有重要意义。对此,提出了一种基于灰色模型与神经网络的轨道不平顺组合预测算法,先用传统灰色预测模型对轨道不平顺数据进行初步预测,然后用BP神经网络对初步预测值进行修正。结果表明,该预测算法与实际轨道不平顺的平均误差可控制在5%以内,预测精度高于单一算法,可应用于铁路养护工作中广泛存在的轨道不平顺趋势分析问题。     

基于放大系数和权重组合的无砟轨道TQI计算

无砟轨道是我国高速铁路普遍采用的轨道结构形式,由于无砟轨道质量状态好、不平顺幅值小,应用现行轨道质量指数(TQI)进行轨道平顺状态评价时,难以反映不同线路区间之间的差异,进而不利于无砟轨道的精细化管理。为此,文章提出了基于放大系数和不同权重组合的TQI计算方法。以某高速铁路无砟轨道不平顺检测数据为例,利用变异系数分配各单项分量在TQI中的权重,并通过放大系数将单项分量值根据管理标准进行分级处理;通过新TQI值与原TQI值的对比分析,将新TQI值计算结果分为4个区间:TQI≤600,600TQI≤700,700TQI≤800,TQI800。与现行TQI相比,文章提出的计算方法能够更为有效地识别出现严重轨道不平顺病害的处所,以期对高速铁路无砟轨道线路的平顺性进行更好地评估和管理。     

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轨道几何形状检测数据是一个随时间变化具有随机特征的时间序列,反映轨道几何状态的变化.在本文中,灰色关联度理论用于研究轨道水平不平顺时间序列数据,挖掘时间序列数据之间隐含的关系;经过普遍适应性改进和残差修正改进的灰色GM（1,1）模型预测固定测点轨道不平顺长期状态变化趋势,随机线性AR和卡尔曼滤波模型分析单元区段轨道不平顺短期变化趋势,探索轨道状态变化随机数据序列中隐藏的规律并进行预测.短期和长期预测模型验证结果表明,三种模型是有效的,能够达到预期的精度.