铁路工务、电务、供电检测装备发展现状综述

从铁路工务、电务、供电检测装备的类型、检测对象等角度,梳理了各国检测装备的发展概况,分析了综合检测车、专业检测车、搭载式检测装置的发展历史、技术特点与应用情况,比较了国内外同类型检测装备在设计理念、功能集成、运用维护等方面的差异,分析了中国检测装备存在的不足;在此基础上,借鉴国外先进经验并结合中国实际情况,凝练了中国检测装备的发展趋势。研究结果表明：中国铁路工务、电务、供电检测技术取得了长足进步,部分领域达到或接近世界先进水平;但与实际运营需求相比还存在一定差距,主要表现在检测项目不充足,检测设备自动化和智能化水平较低,检测数据利用不充分,检测成本较高等;针对上述问题,检测装备的发展应朝着检测功能综合化、检测装备小型化与模块化、检测过程智能化与无人化的方向发展,形成可靠性高、检测项目齐全、检测数据精准的现代化检测装备体系,以期实现对铁路基础设施的状态维修和全生命周期管理。     

基于高低的高速铁路简支梁徐变上拱识别方法

研究目的:现有监测手段难以高效经济地测量高速铁路全线简支梁的徐变上拱量,但可以通过分析轨道动态检测数据实现有效识别。因此,本文选取我国某高速铁路长达7年的检测数据,结合小波分解、极值点搜寻和概率分布拟合,对每一跨简支梁的高低波形进行识别,然后通过波形关键点识别简支梁徐变上拱量,并研究其发展规律。研究结论:(1)波形识别算法对24 m梁和32 m梁的识别准确率分别为94.3%和96.4%;(2)简支梁徐变上拱与混凝土徐变的发展规律相近,利用最小二乘法拟合得到了上拱量发展曲线;(3)在线路开通运营6年后,24 m梁上拱量的中位数在1.5~2.0 mm之间,32 m梁上拱量的中位数在2.0~2.6 mm之间,简支梁徐变上拱的发展趋于平缓,未来的发展空间有限;(4)本研究成果对掌握高铁桥梁变形状态和指导线路养护维修具有参考价值。     

钢轨擦伤形成机理、检测与防治综述

针对铁路运营过程中存在的钢轨擦伤问题,从擦伤的深度、裂纹扩展角度、尺寸等方面总结了擦伤的具体形态特征,论述了钢轨擦伤的扩展过程;系统分析了钢轨擦伤的形成机理,从塑性变形和热致相变2个成因角度分析了轮轨接触压力、接触区应力应变、接触区温度变化在擦伤形成过程中的作用机制;从机车车辆性能、线路参数、轨道类型等方面明确了影响钢轨擦伤发展的主要因素;调研了基于轴箱加速度等不同方式的钢轨擦伤现场检测方法,对比分析了各种方法在擦伤检测方面的适用性;结合擦伤的形成机理与影响因素,从车辆牵引/制动控制、钢轨打磨等角度分析了擦伤防治的有效措施与策略。研究结果表明：目前对于钢轨擦伤形成机理及发展过程的研究主要采用现场调研、样本试验模拟和数值仿真等手段;由轮轨之间的大蠕滑、滑动状态所引起的钢轨母材极限变形、热致相变是钢轨擦伤形成的主要原因,列车运行状态、线路平纵断面参数和线下基础类型等因素会影响轮轨之间的接触状态,从而诱发擦伤的形成和发展;按照钢轨擦伤的检测方式划分,目前主要可采用轴箱加速度响应法、频响函数法与涡流探测法等,但各类检测方法的精度对于不同程度的擦伤有一定差别;针对钢轨擦伤的防治方面,在擦伤形成之前,控制列车牵引/制动过程中的轮轨黏着超限对于预防擦伤较为有效,在擦伤形成后,根据擦伤的不同程度可通过分级打磨或换轨等方式来降低安全隐患。     

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。     

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。     

轨道不平顺数字特征分析

通过轨道不平顺数字特征研究轨道不平顺的平稳性和正态性。首先定义检验轨道不平顺平稳性和正态性的统计量,然后提出检验轨道不平顺的平稳性和正态性的方法,在此基础上,利用实测轨道不平顺数据对轨道不平顺随机过程数字特征进行详细分析,得到轨道不平顺平稳性和正态性的特征。     

一种新轨道质量指数

轨道质量指数是区段轨道质量的评价方法之一。本文对比分析了多种归一化方法对于轨道质量指数的适用性,并基于中国干线铁路实测轨道不平顺数据对中国、荷兰、加拿大、法国和日本的五种既有轨道质量指数进行对比分析;提出了一种新的轨道质量指数NTQI(New Track Quality Index),用以表征区段轨道质量控制情况。结果表明：五种轨道质量指数根据计算方法的不同可以划分为三类,基于标准差的轨道质量指数可以更好地表征区段轨道质量状态;NTQI具有可平均性,能够实现不同速度等级线路轨道质量状态的横向对比,以及多速度等级线路的轨道质量评价。通过计算NTQI的平均值可实现不同速度等级区段轨道质量状态的整体量化。     

高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30 ℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^-1、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明：在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55 ℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89 ℃增大至402.79 ℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93 ℃增大至519.25 ℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52 ℃和362.10 ℃增大至700.46 ℃和819.61 ℃,相同滑滚比条件下,牵引工况引起的钢轨最大温升大于制动工况引起的钢轨最大温升,其中在滑滚比增大至40%时,制动和牵引状态下钢轨踏面最高温度分别为700.46 ℃和819.61 ℃,钢轨最大温升均超过相变温度,可导致钢轨踏面产生马氏体白蚀层,从而形成钢轨踏面擦伤。     

朔黄铁路基于车辆动力响应的轨道状态评估方法研究北大核心

基于轨道几何检测数据和动力学仿真模型计算的轮轨力、车体加速度等动力响应数据,首先利用相干函数分析轨道几何与车辆响应的相关性,然后利用深度学习中的长短时记忆网络建立预测模型,自动学习轨道几何与车辆响应的复杂关系,最后利用模型预测的车辆响应来识别轨道病害和评估轨道状态。结果表明:车体加速度、轮重减载率、脱轨系数主要与高低、轨向、超高的相关性显著;预测模型能够有效预测货车动力响应,预测值与仿真值的相关系数在0.8以上,为强相关;预测模型能够有效识别一些轨道几何不超限、但车辆响应超限的轨道几何隐形病害,实现基于车辆响应评估轨道状态。     

客货共线无砟轨道钢轨焊接接头不平顺测量分析

作为轨道结构的薄弱环节之一,钢轨焊接接头的平顺状态对列车运行的安全性、平稳性具有重要影响。基于客货共线隧道内无砟轨道焊接接头不平顺的现场测量数据,总结了接头不平顺的主要波形类型,并分别从时域和频域角度分析了接头不平顺幅值与短波不平顺水平的变化规律,然后研究了钢轨打磨对接头平顺状态的影响。结果表明:接头不平顺幅值发展速率与线路年运量呈正相关关系; 50～400 mm波长范围的短波不平顺水平具有趋势性发展规律;钢轨打磨能够显著改善焊接接头的不平顺状态。