利用激光准直技术检测线路的长波不平顺

结合国内外轨道检测现状,介绍了利用激光准直技术开发的激光长弦检测仪.该检测仪利用激光弦作为基准弦进行线路几何参数的直接检测,从而可以直接测量轨道的长波不平顺.该设备给线路的施工作业和线路竣工验收时长波不平顺检测提供了一种可靠的手段.     

激光长弦轨道检查仪在京沪高铁病害整治中的应用

随着京沪高铁的开通运行,解决线路长波不平顺将是工务部门在线路维护中的首要任务。传统的测量手段存在精度差、劳动强度大、效率低等问题,而进口设备则过于依赖CPⅢ网,且效率偏低。激光长弦轨道检查仪利用激光准直技术,直接对轨道线路进行100～200 m波长的不平顺进行检测,检测结果既包含长波不平顺参数,又有10m弦(或20m弦)短波不平顺参数,既降低劳动强度,又提高工作效率,为工务部门解决线路长波不平顺提供新的科学手段。     

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺检测

针对中低速磁浮F轨轨道不平顺检测问题,提出基于机器视觉测量技术的中点弦测方法。由一组激光摄像式传感器检测轨道轮廓,进行图像处理、特征点提取以及世界坐标系转换后,计算得到轨道不平顺正矢值,通过"以小推大"、差值方法得到不同弦长的不平顺值,并为长沙磁浮快线研制了MTDS-1型车载非接触式中低速磁浮F轨轨道动态检测装置。选取株洲电力机车有限公司的磁浮交通系统中心试验线为试验地点,测试结果表明:在20 km/h和25 km/h的速度下测得的4 m弦和10 m弦轨道不平顺满足精度要求,验证了轨道不平顺检测数据的一致性,该检测方法能实现中低速磁浮轨道不平顺的准确测量,检测结果不受列车运行速度变化的影响。     

轨道短波检测中数据拼接方法的研究

钢轨顶面短波不平顺对噪声、振动、安全和轮轨冲击荷载均有很大影响.为严格控制钢轨顶面短波不平顺开发了轻便、高精度的轨面短波不平顺测量装置.本文简要介绍了该测量仪的系统构成、测量原理,主要针对测量过程中由于仪器测量基长的限制,不可能一次性完成规定轨道长度的测量问题,从而采取分段测量、逐步数据拼接的方法.     

轨检仪矢距测量系统的频响特性及其弦长选择

轨检仪矢距测量系统虽可通过"以小推大"实现长弦中点矢距的测量,但其频响特性及其优选弦长尚需明确。本文以矢距测量系统为研究对象,通过频响特性分析明确其在不同波长轨道不平顺激励下的增益及相位;在此基础上,以对高速铁路轨道敏感波长的响应最大为目标,通过整数规划选择矢距测量系统弦长倍率;并对相关观点进行仿真验证。研究结果表明:基弦的中点矢距的"以小推大",等效于其测量弦长扩展n倍,且依然保持严格线性相位;为保证有效检测敏感波长不平顺,扩展倍弦长应取70 m为宜。所得结论有利于指导高速铁路轨道的静态检测。     

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。     

轨道平顺性在无缝线路安全控制中的作用

文中分析了轨道不平顺对无缝线路稳定性的影响,阐述了在维修工作中防止反向弯曲不平顺的发生、加强5 m以上长度不平顺的监控、以及提高钢轨焊接平直度对保证无缝线路安全的重要意义.     

钢轨焊接接头平直度测量方法及效果研究

钢轨焊接接头平直度的测量一般采用电子平尺或钢板尺进行。根据中华人民共和国铁道行业标准规定,钢轨焊接接头平直度测量位置分别为轨顶面纵向中心线、轨头侧面工作边上距轨顶面16 mm处的纵向线。在实践中,由于钢轨轨头部位廓形由多个弧面衔接而成,因此,行业标准中对于钢轨焊接接头轨距角处纵向平直度测量尚无要求。轨距角是与车轮匹配的关键位置,其平直度直接关系到车轮运行的平顺性,通过对60N新廓形钢轨轨头廓形弧面和工作面平直度测量结果研究,提出钢轨焊接接头平直度测量的新方法——四位置测量法。对测量效果进行比较,为完善钢轨焊接接头外观质量测量标准及提高钢轨焊接接头质量提供参考。     

初始不平顺与初始弯曲的叠加方式对无缝线路稳定性影响

针对无缝线路稳定性方面的分析,研究线路初始不平顺与初始弹塑性弯曲之间的叠加方式具有重要意义。根据无缝线路稳定性有限元分析理论建立钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型,对于桥上无缝线路由于梁端相对伸缩产生的线路不平顺,分析线路不平顺幅值位置以及各弦测法对应矢度最大值位置与初始弹塑性弯曲的叠加线型对无缝线路稳定性的影响。分析表明:梁端横向伸缩引起的钢轨变形会降低无缝线路的稳定性。建议对于存在初始不平顺的线路,首先采用4 m弦长对线路初始不平顺进行测量,得到最大的矢度对应的位置,然后与钢轨初始弹塑性弯曲最大处相对应进行叠加,最后进行求解,以此作为计算无缝线路稳定性最不利的工况。     

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。     

高铁线路轨道高低不平顺激励下的钢轨挠曲特性研究

基于我国高铁线路和典型服役车辆技术参数,建立车辆-轨道耦合动力学模型,仿真分析高铁线路轨道高低不平顺激励下的钢轨挠曲位移,通过对比模型仿真结果与钢轨挠曲解析解的方式验证耦合模型的准确性;在轨道子模型中输入我国高铁无砟轨道谱反演的轨道高低不平顺和余弦型轨道不平顺样本,研究轨道高低不平顺幅值和波长对钢轨挠曲位移影响规律;采用非线性最小二乘法和有理式方程,拟合速度350 km·h-1条件下轨道高低不平顺幅值和波长的比值与钢轨挠曲位移最大值之间的函数关系。结果表明：钢轨挠曲位移主要由前4阶谐波成分组成,基频由轨道高低不平顺波长和车辆运行速度决定;轨道高低不平顺波长大于20 m时,幅值和波长的比值与钢轨挠曲位移最大值呈反比例关系,比例系数与车辆和轨道参数有关,本文模型中比例系数的计算结果为0.151。研究成果有利于从控制钢轨挠曲位移量的角度制定轨道高低不平顺养护维修措施,为轨道波长管理提供理论依据。     

基于三点激光准直原理的轨道几何参数测量技术

针对既有激光准直系统存在激光弦抖动现象和人工测量无法直接检测轨道中长波平顺性的问题,为进一步提高轨道几何参数测量精度,结合捣固车现场实际作业模式,提出发射车+接收车+接收车的“一发两收”模式,开展基于三点激光准直原理的轨道测量技术研究。通过激光弦、轨距、超高、里程计等多传感器数据融合,测量轨道内部几何参数;构建三点式激光准直矢距测量模型,解决了激光弦抖动漂移误差问题;采用接收车跟随自走行技术,提高了测量效率。现场试验结果表明：使用三点弦技术方案测量得到的轨向、高低、正矢、轨距、超高等轨道内部几何参数满足现场使用的误差要求,可为数字化、智能化捣固提供数据支撑。     

轨道不平顺历史数据里程偏差修正研究

轨道不平顺历史数据之间存在里程偏差,若直接用于轨道不平顺劣化趋势模型必将导致其预测精度低的效果,从而增加轨道预防性维修的难度。因此,解决轨道平顺状态检测数据之间的里程偏差问题是实现预防性维修的前提。既有研究假设里程偏差为常数,实际上里程偏差随机产生且随着里程增加而累加。研究建立基于钢轨接头匹配的不平顺数据里程偏差修正模型,从轨检仪右高低原始弦数据中使用均一阈值提取出钢轨接头,对齐两段数据上提取到的所有钢轨接头后利用Dynamic Time Warping(DTW)算法,修正检测数据之间的同一相邻两钢轨接头之间的不平顺指标,修正后的检测数据相关系数约为0.98,保证了历史数据运用的可靠性。     

大跨度铁路桥梁变形弦测法评价的频域理论

为保障行车舒适性，需严格控制大跨度铁路桥梁的变形。从车辆加速度频响函数与弦测法频响函数相似性出发，提出桥上轨道线形评价的最优弦长选定原则，为大跨桥梁变形控制的弦测法提供理论依据。根据随机振动理论，推导弦测法矢度峰值与车辆加速度峰值之比(峰值比)的理论公式；然后，分析弦测法矢度与车辆加速度时程样本间的波形相似性，以及峰值比对轨道不平顺波长范围和功率谱函数的敏感性；最后，采用一座大跨度斜拉桥上的轨道线形实测数据检验峰值比的理论解。结果表明，最优弦长的弦测法矢度与车辆加速度波形相似性最高；二者峰值比对轨道不平顺的波长范围和功率谱函数都不敏感；以文中车速250 km/h的高速车辆为例，推荐以40 m作为最优弦长，弦测矢度和车辆加速度的峰值比平均值为11 mm·s²/m。     

相邻墩高差对无砟轨道结构不平顺的影响研究

针对新建客运专线验收时相邻桥墩高差较大的桥上轨道结构不平顺超限现象,基于有限元分析方法结合实际桥梁工点情况,对简支梁、连续梁及连续刚构典型桥梁工点分别建立有限元分析模型,研究相邻墩高差温度效应对无砟轨道平顺性的影响;相邻墩高差温度效应对轨道10 m弦长不平顺影响很小,对轨道48a弦长不平顺有较大影响,与轨道结构既有不平顺叠加可能超限;轨道480a弦长不平顺的直接影响因素是最高桥墩的高度,与相邻墩高差没有必然关系。     

钢轨焊接接头平直度测量方法及分析

直尺+塞尺法测量焊接接头平直度有一定的局限性,有时不能真实反映焊接接头的实际平顺程度。采用SEC(Straight Edge Compact)电子平直尺(仪)测量钢轨焊接接头平直度,通过分析1m范围内的平直度曲线,得出4种典型曲线。根据不同类型的平直度曲线,可找出造成超差的原因,并制定出有效的改进焊接和打磨工艺措施。     

高铁轨道平顺性的150m/300m校验及其快速测量

研究目的:150 m/300 m矢距差校验作为一类高速铁路轨道长波不平顺控制参数,其物理意义与测量特性并不明确,且计算方法亦依赖于绝对测量,因而限制了其在工务养修中的应用。本文首先通过谐波分析讨论校验公式的测量特性,之后利用基于短弦中点弦测法的轨道矢距计算通式,推导150 m/300 m矢距差校验的快速算法并进行仿真。研究结论:(1)谐波分析表明:150 m/300 m校验可用于60 m、100 m波长的不平顺幅值的提取但存在相差,而对其他波长不平顺均存在幅频与相频的畸变;(2)150 m/300 m矢距差校验的快速算法直接利用短弦中点矢距数据,避免了横垂偏的求解,具有显著的效率优势;(3)经过对实际路段数据的计算机仿真,验证了该算法的正确性与准确性;(4)相关的分析与算法可用于高速铁路的长波不平顺评价与测量。     

钢轨平直度测量仪测试平台仿形面波形数据建模分析

目前钢轨平直度测量仪检测精度评定方法存在大量测量仪的检测数据未参与其检测精度评定的数据统计分析中,为了能精确评定测量仪检测精度,需更多千分尺测量数据而增加人工测量的工作量。采用BP神经网络基于千分尺测量得到仿形面曲线函数B0(n)建立仿形面波形数据数学模型,并基于BP模型残差分析引入周期性函数进行组合修正,以得到千分尺在各个对应的测量仪检测位置上的测量值的曲线函数B(n),通过对比分析测量仪的连续检测数据A(n)与B(n)的相似度,可更充分的对钢轨平直度测量仪的检测精度进行评定及其性能的全面验证。实验结果表明:组合模型建模方法正确可行、建模精度较高,其平均绝对误差仅为0.0218 mm,平均相对误差仅为1.09%。     

新型轨道不平顺波形检测系统研究

针对轨道不平顺波形分布的随机性和复杂性,研究具有机械滤波功能的新型轨道不平顺波形检测系统.阐述新型轨道不平顺波形检测系统的轨道长波长、短波长的检测原理和轨道不平顺波形的复原方法,以及结构组成及工作原理,并对试验检测数据的重复性、轨道不平顺波形与弦测值之间的关系和轨道不平顺波形复原进行分析;通过现场试验,复原出轨道真实不平顺波形,验证其稳定性、可靠性及检测精度.     

高铁大跨度悬索桥轨道长波不平顺测量及控制

研究目的:连镇铁路五峰山长江大桥是世界首座高速铁路钢桁梁悬索桥，采用现行矢距差法测量轨道静态高低长波不平顺时，不满足规范限值标准。在分析现有轨道不平顺静态测量方法的基础上，针对五峰山长江大桥的特点，采用理论分析与实测数据相结合的方法，提出大跨度铁路悬索桥轨道静态高低长波不平顺测量方法及控制标准，为桥梁竣工验收和养护维修提供技术支撑。研究结论:(1)推荐采用60 m弦长连续中点弦测法测量五峰山长江大桥轨道长波高低不平顺；(2)五峰山长江大桥静态长波不平顺可按照作业验收、经常保养、计划维修、临时补修四级标准进行控制，250 km/h时高低不平顺限值分别取10 mm、12 mm、20 mm、28 mm;(3)在温度荷载拟合纵断面工况下，五峰山长江大桥60 m弦长高低不平顺最大值为10 mm,满足作业验收限值要求；(4)建议加强运营监测，进一步开展桥梁线路养护维修专项研究，制定针对性的养修规则和标准；(5)本研究成果可应用于高速铁路大跨度悬索桥勘察、设计、验收及运营维护。