高速道岔轨道几何状态评价与规律研究

高速道岔的轨道几何不平顺状态能够直观反映其服役性能,开展高速道岔区段轨道几何不平顺状态管理是道岔检养修体系中的重要一环。以高速综合检测列车2023年1月—5月采集得到的检测数据为研究对象,从道岔结构、管理速度、道岔型号、辙叉号角度进行分类,分析当前高速正线道岔铺设概况。以道岔区轨道质量指数为基础,提出能够量化一定检测周期内道岔区段轨道几何整体状态与变化情况的道岔轨道状态指标与波动率指标。最后,以铺设最广的1/18道岔为研究对象,分析主型1/18道岔的轨道几何不平顺状态规律。研究结果为后续应用TQI-T评价高速正线道岔动态轨道几何不平顺状态以及指导道岔区段养护维修等工作奠定基础。     

基于动静态检测数据的轨道弹性状态评估及平顺性调整方法

轨道刚度检测是识别轨道弹性不良区段,评估轨道、桥梁和路基等结构动力性能的关键技术之一。为解决现有轨道弹性状态检测方法在检测效率与检测投入之间的不平衡,基于周期性动静态检测数据,提出基于动静态轨道几何不平顺差异的轨道弹性状态检测方法。此外,为解决弹性不良区段静态调整与有载不平顺不匹配问题,充分发挥动态检测数据的作用,提出基于动态数据的轨道弹性不良区段平顺性调整方法。通过刚度加载车试验和现场复核验证基于动静态高低不平顺峰值差来评判轨道弹性状态的有效性,在分析11条典型有砟轨道线路的动静态高低不平顺差异特征的基础上,提出动静态高低不平顺差超过2 mm的区段即可以判定存在轨道弹性不良病害。基于某条弹性不良线路区段的动态检测数据,采用本文提出的平顺性调整方法指导人工起道作业,结果表明动态高低不平顺幅值和标准差分别降低42%、51%,波长为32 m的周期性不平顺特征也得到明显改善。     

城市轨道交通轨道几何不平顺检测数据的应用分析

随着检测技术的不断深化,轨道交通工务管理部门已开始采用各种先进的检测设备对轨道几何状态进行监控。介绍了国内外对轨道几何不平顺动态与静态检测数据的分析。在已建立的现场试验观测段进行数据采集的基础上,对静态检测和动态检测的轨道几何不平顺数据进行相关性分析。分析结果表明,轨道动静态几何不平顺间存在一定的相关性,可结合静态管理值标准和现场的养护维修能力进一步制定动态管理值标准。     

轨道几何动静态检测分析

通过介绍轨道几何静态检测的绝对测量型、相对测量型轨道检查小车以及动态检测惯性基准法的基本原理,分析单波不平顺的弦测输出、仿真弦测法的畸变影响,得出应采用大于轨道不平顺波长的弦长进行测量以减小弦测法幅值畸变的结论。将轨道几何的动态空间曲线转化为轨道几何动态弦测值,同时按轨道几何静态空间里程对轨道静态空间坐标进行最优化筛选,输出轨道几何静态弦测值,并将轨道几何动静态弦测值统一为10 m弦长、20 m弦长的弦测输出。对比轨道几何动静态弦测输出,结果表明动静态检测数据一致性较好,二者偏差95%,分位数小于1 mm,相对于轨道几何静态检测,动态检测无需人工设站,粗大误差小。     

朔黄铁路线路设备状态检测模式分析

通过现场调研、数据整理和统计分析,研究朔黄铁路的线路设备病害及线路设备状态检测模式。朔黄铁路线路设备病害主要是线路钢轨伤损和线路几何状态不平顺。朔黄铁路钢轨伤损主要集中在上行线,钢轨伤损的主要类型为轨头核伤,现有探伤周期基本可以及时发现大部分轨头核伤。朔黄铁路上行线测量区段内轨道几何状态不平顺(轨距、水平、三角坑)动、静态波形趋势重合较好,但是幅值有一定差异,动静态幅值最大差异在3.0 mm以内,静态值与动态平均值具有较强的相关性,可适当采用动态检测替代静态检测。     

高速铁路道岔区几何不平顺动态管理限值研究

以高速铁路18号道岔为研究对象,利用京广、京哈高速铁路的动态检测数据对道岔区与正线区轨道几何不平顺和轮轨力的差异进行统计分析,发现道岔区的轨道几何和轮轨力比正线更恶劣,道岔区不宜和正线采用相同的不平顺管理限值标准。通过建立车辆-道岔系统刚柔耦合动力学模型,研究道岔区几何不平顺对车辆动力学性能的影响规律,提出道岔区轨道几何不平顺限值。结果表明：对于350 km/h速度等级的18号道岔,建议水平不平顺管理标准严于正线,偏差等级Ⅰ—Ⅳ级对应限值3、5、6、8 mm;对于250 km/h速度等级,建议轨向、水平不平顺管理标准严于正线,轨向不平顺偏差等级Ⅰ—Ⅳ级对应限值5、6、8、9 mm,水平不平顺偏差等级Ⅰ—Ⅳ级对应限值3、5、9、13 mm。     

道岔轨下刚度不均匀对轮轨系统动力特性的影响分析

本文应用刚柔多体混合建模理论,建立道岔区车辆和钢轨动态空间仿真模型,在模型中考虑了道岔区尖轨和心轨部位轨道的几何不平顺,考虑了由于道岔区钢轨断面分布不均匀、道岔结构特征产生的结构不均匀以及轨枕长度的变化、轨下基础弹性分布等参数变化引起的轨道竖向刚度不均匀,研究了这种轨道竖向刚度不均匀和几何不平顺对列车不同速度下的轨道结构系统动态刚度的影响,以及在不同的速度下对列车通过道岔时车辆的振动响应、轮轨作用力和道岔区轨道结构各部分振动的影响,并分析竖向刚度不均匀对列车运行通过道岔区平稳性变化的影响规律,为研究道岔区轨道结构刚度优化提供理论依据.     

千米级大跨度桥上线路动态与静态轨道不平顺的关系

为了明确千米级大跨度桥轨道不平顺状态的分布规律,以某千米级大跨度桥上线路轨道不平顺检测数据为例,分析了动态和静态高低、轨向及轨距不平顺的时域分布特征,并进行了相关性分析,确定了动态和静态波形匹配参数,在此基础上提出了移动窗相关系数的里程匹配算法;给出了基于尺码法的轨道不平顺分形维数计算流程,分析了短波、中波和长波区段的动态和静态轨道不平顺分形维数及其分布规律特征。结果表明：以轨距作为对准参数项,采用滑动相关系数法可以实现动态与静态不平顺数据的有效对准;高低不平顺的分形维数可以作为诊断线路道砟服役状态的有效工具;大跨度桥的轨向及高低不平顺长波成分稳定,不因轮载动态作用而显著变化。     

无砟轨道不平顺静态值与轨检车160km/h动态检测结果的相关性研究

在无砟轨道上预先设置轨道不平顺,动态检测采用五型高速轨检车,静态测试利用手推轨检小车测量,将轨检车以160 km/h速度检测的轨道不平顺结果与静态检测值进行了比较,探讨了轨道不平顺动态与静态值之间的关系。分析结果显示,无砟轨道不平顺参数动态值均比静态值偏小,预测轨道状态变化趋势应把动态检测值与静态值结合分析。     

基于三维线形坐标系的轨道静态平顺性数据处理方法研究

采用三维线形坐标系统作为轨道静态平顺性评价的坐标基础,研究基于三维线形坐标系的轨道静态平顺性检测数据处理方法,主要包括工程坐标系与三维线形坐标系的转换方法、三维线形坐标系下轨道几何参数偏差计算方法以及基于三维线形坐标偏差的轨向与高低不平顺值计算方法。并通过实例计算,验证了方法精度和可行性。     

基于A-INS组合导航的现代有轨电车轨道几何状态快速精密测量

铁路轨道是现代有轨电车运行的基础,其几何状态对于车辆的运行安全、行车速度、平稳舒适性起着决定性的作用。传统轻型轨道几何状态测量仪(轨检小车)以高精度全站仪为核心测量设备来检测轨道几何平顺性,测量效率低,难以满足线路维护的需求。提出基于带有辅助信息的惯性导航系统(A-INS),通过获取轨道的高精度三维坐标和姿态的方法,来实现有轨电车轨道几何平顺性的快速检测与准确评估。在武汉现代有轨电车轨道几何不平顺测量应用结果表明,轨向不平顺和高低不平顺重复测量误差小于0.2 mm,超高和轨距偏差的重复测量误差小于0.2 mm。实测结果说明:基于A-INS组合导航的轨道几何状态测量系统,可以满足现代有轨电车轨道不平顺检测的精度要求。     

基于GBDT的轨道不平顺状态评价模型研究

基于轨道几何动态检测数据和车载式线路检查仪(晃车仪)数据,通过随机森林模型分析轨道几何特征与水平、垂直晃车相关性,并结合车辆动态响应利用迭代决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)算法建立轨道不平顺状态评价模型,利用该模型对一客运专线实测轨道几何数据和晃车仪数据进行数据训练和预测。结果表明,模型能够识别超出现有幅值评判标准对车辆运行有显著影响的轨道病害区段,有益于完善轨道几何不平顺评价体系及工务设备养护维修。     

基于刚柔结合建模技术的道岔区轮轨动力学仿真分析

采用刚柔结合建模技术,将轨道视作柔性体,车辆视作刚性体,结合有限元软件和多体动力学软件联合仿真,研究在动荷载作用下,轨道几何及刚度不平顺对道岔区轮轨动力特性的影响。结果表明,道岔区刚柔结合体模型基本反映了道岔轨道在车辆经过时产生的振动规律以及轨下不平顺对轮轨系统振动特性的影响;由计算得到的轨道动刚度分布规律也可为道岔区轨下刚度平顺化设计提供参考。     

道岔健康状态综合评估方法

为了更好地指导道岔大修更换，提出一种整组道岔健康状态评估方法。根据道岔结构特征和使用特性确定了整组道岔健康状态评估的9个当前状态项点，包括道岔静态几何尺寸、动态平顺性、轨件磨耗、轨件伤损、扣件性能、尖轨降低值、工电接口、岔枕状态、道床状态，并考虑道岔轨件更换、道床捣固等维修减扣项点的影响；明确了各项点的评分规则，采用层级分析法确定了各当前状态项点的权重系数；通过计算道岔健康评估指数（Turnout Health Assessment Index,THI）综合评定整组道岔健康状态。根据计算结果将道岔状态分为优秀、良好、一般、失格4个等级。现场应用结果表明，该方法得出的评估结果与现场技术人员的判断一致，可作为道岔健康状态评估与养护维修决策的技术指导。     

增加道岔尖轨轨下弹性对轮-岔动力性能的影响

通过建立道岔垂向几何及刚度不平顺激扰模型，运用车辆一轨道耦合动力学理论，模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。比较了提速道岔尖轨轨下增加弹性后提速列车对道岔的动力作用，并进行了现场测试。结果表明提速道岔尖轨轨下增加弹性后能减轻基本轨至尖轨区过渡段轮一岔垂向相互作用，有效地改善道岔的动力性能，延长滑床板及道岔的使用寿命。     

解析轨道几何尺寸静态测量不确定度对＂轨控＂的应用

通过介绍轨道几何静态测量不确定度及轨道不平顺类型和轨道几何尺寸的允许偏差,进行采用不同检测方法对轨道几何尺寸测量结果不确定度影响的分析。论述了轨道几何尺寸测量结果不确定度在轨道状态控制中的作用和应用。     

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。     

高速铁路近景影像轨道边缘提取与匹配方法

近景摄影测量应用于铁路轨道几何平顺性检测具有较大潜力,为获得轨道几何状态参数,需对轨道数字影像进行定向与建模,本文探索一种高速铁路近景影像轨道边缘提取方法并构建轨道边缘线的同名点坐标映射模型。根据轨道数字影像的灰度信息与点位分布特点,利用Canny算法和概率Hough变换提取铁路轨道的内边缘特征,采用ORB算法与KNN算法匹配轨道表面同名点,建立轨道表面同名点的坐标对应关系。利用边缘线与轨道表面几何关系,构建轨道边缘线的多项式映射模型以匹配出边缘同名点。试验结果表明,该方法在轨道边缘识别与同名点匹配方面有较高的可靠性,可为高速铁路轨道几何状态检测提供影像处理技术支持。     

基于动静态检测数据的轨道精测精调评价技术

高速铁路无砟轨道不平顺的整修主要是通过精调作业来完成,轨道精调分为静态精调和动态精调。为优化轨道精调作业组织,提高轨道精调效率,可采用轨道测量仪和轨道检查仪协同工作组织轨道精调,从而提升作业效率和质量。采用多个矩形窗级联的方法优化滤波器和FIR带通滤波器滤波,将静态检测数据与动态检测数据关联起来,实现评价标准的通用、精调效果的静态评估,以及预测精调作业的动态评估结果,促进精调作业快速满足静动态轨道几何不平顺检测标准。通过算例分析可知,轨道精调对轨道几何不平顺的单项高低改善较为明显,轨向只是稍有变化,且目前单项高低标准差最大改善量约为1.0 mm。     

解析轨道几何尺寸静态测量不确定度又对"轨控"的应用

通过介绍轨道几何静态测量不确定度及轨道不平顺类型和轨道几何尺寸的允许偏差,进行采用不同检测方法对轨道几何尺寸测量结果不确定度影响的分析,论述了轨道几何尺寸测量结果不确定度在轨道状态控制中的作用和应用.