基于概率分布推移变化的铁路轨道几何状态评价与预测方法

正确评价和预测轨道几何状态的发展与变化规律是实现铁路轨道经济维修的关键问题之一.根据轨道几何状态变化的特点,基于概率分布的基本思想,建立轨道不平顺状态推移矩阵.运用轨道不平顺状态推移矩阵计算各项轨道几何不平顺在不同时间点的推移变化规律,分析和评估轨道几何状态的现状及其发展趋势.结合大量沪宁线轨道几何不平顺数据的计算与分析表明:采用基于概率分布推移变化的方法能够很好地预测轨道几何状态的变化及其发展趋势.     

考虑轨道谱概率分布的不平顺样本模拟方法

研究目的:傅立叶逆变换法是一种简洁有效的轨道随机不平顺数值模拟方法。为精确反映轨道不平顺谱概率分布特征,在傅立叶逆变换法基础上,引入新的随机变量,本文提出一种考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法,并通过功率谱对比、频率点功率谱分布检验验证方法的准确性。研究结论:(1)本文提出的考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法模拟生成的不平顺时域样本集的均值谱、百分位谱与原轨道谱均有较好一致性;(2)与傅立叶逆变换法、三角级数法相比,本文方法生成的不平顺样本集的各频率点功率谱分布规律能更好地满足原轨道谱概率分布;(3)相同样本数情况下,本文方法生成的不平顺样本集统计精度误差优于三角级数法;(4)本研究成果可为车辆-轨道耦合动力学中轨道随机不平顺样本模拟提供一种更加精确的数值模拟方法。     

基于灰色理论的轨道几何状态中长期时变参数预测模型的研究

根据轨道几何不平顺的发展特性,在灰色预测理论的基础上,考虑模型参数随时间的变化,并优化背景值,建立以轨道几何不平顺检测数据为时间序列的非等时距灰色时变参数模型。为更好地描述轨道几何不平顺影响因素间复杂的函数关系,提高模型拟合和预测精度,基于残差分析引入周期性函数,对模型进行组合修正。应用此模型对轨道质量指数TQI数据进行分析预测,并对其精度进行检验。结果表明:模型能较好地反映轨道质量随时间发展的随机波动特征,拟合、预测精度高,适合进行中长期预测,可为了解和掌握轨道质量状态的发展规律提供新的方法。     

提速线路轨道不平顺谱拟合方法

研究了中国提速线路轨道不平顺谱估计方法,提出了中国提速线路轨道不平顺谱。为提高功率谱的精度,首先利用线性插值剔除异常值、EMD模态分解法消除趋势项并进行滤波处理。基于最大熵法和Welch法统计得到提速线路轨道不平顺谱,并对比分析了不同月份的轨道不平顺谱的特性,采用非线性最小二乘法拟合提出中国提速线路轨道不平顺谱表达式及拟合参数。研究表明,利用Welch法和最大熵法计算提速线路轨道不平顺谱,最大熵法计算得到轨道谱的分辨率和精度优于Welch法;对比基于非线性最小二乘法的3种拟合函数,nlinfit函数能较好地拟合提速线路轨道不平顺谱。提出提速线路轨道谱拟合参数,为提速线路的养护维修、优化设计等提供参考依据。     

青藏铁路轨道不平顺界限谱研究

为了给青藏铁路养护维修、动力评估提供更为科学合理的车辆-轨道系统激振源和评判依据,基于青藏铁路较为充实的实测数据(累计里程为9.23万km),对其轨道不平顺谱展开系统研究。采用修正的周期图法分析青藏线的实测轨道不平顺数据,提出能够表征青藏线不平顺特征的统一谱密度函数拟合公式,得到了青藏线轨道平均谱的特征参数。基于谱密度的概率分布特性,给出了直接通过谱密度转换系数获得任意累计概率水平下轨道谱的方法。经过与国外常用轨道谱密度分布特征和动力仿真结果进行比较,论证了青藏线轨道不平顺统计平均谱的保守性,结合车辆-轨道耦合动力学理论,提出了轨道不平顺界限谱的动力学制定方法,计算获得了行车速度-动力指标限值下的青藏铁路界限谱及其参数。     

轨道质量状态预测方法

对轨道不平顺进行预测可以监控轨道质量状态的发展,合理安排养修计划,降低养修成本,保证线路安全性和平顺性,同时也是开发和研究轨道辅助决策系统的关键性技术。因此,预测轨道不平顺的发展规律是近代轨道力学的基本课题,一直是国内外研究的重点。一般来说,轨道不平顺的预测从需求上可分为局部轨道不平顺预测和区段轨道不平顺预测。局部轨道不平顺预测偏重对轨道个别     

基于非等时距加权灰色模型与神经网络的轨道不平顺预测

对轨道不平顺的发展趋势进行有效预测,可以提高铁路线路养护的维修效率,保障行车安全。根据轨道不平顺的发展特性,提出一种基于非等时距加权灰色理论和神经网络法的组合预测方法。该方法通过构建非等时距加权灰色预测模型,将原始TQI序列的平均值作为累加序列初值,将连续累积函数的积分面积作为背景值,对累加序列进行加权处理,较好地反映了时间序列对轨道不平顺预测结果的贡献。在此基础上,引入BP神经网络模型对TQI预测的残差序列进行修正,较好地克服了单一模型预测精度偏低的不足。分别对沪昆线上行两段线路的轨道不平顺进行预测,结果表明该预测方法相对误差平均值分别为2.76%和2.08%,预测结果的后验差比值分别为0.121和0.151,精度等级达到1级。     

用于铁路轨道不平顺预测的综合因子法

根据轨道结构存在的不平顺特征及其形成原因,提出基于数字统计理论、信号处理理论和轨道不平顺检测数据的综合因子法,对各类轨道不平顺的发展趋势进行预测,为铁路线路的维修提供参考依据。方法的核心思想是基于对同一地段轨道不平顺变化规律相近的认知,即轨道在线路脆弱的地方会更脆弱,在不平顺幅值较大的地方其不平顺发展也相应较大。综合考虑影响轨道不平顺发展的众多因素,如轨道系统各部件的材料影响、铁路施工以及各种运营条件、环境因素等,将这些影响因素共同作用后的整体效果反映在构建的预测模型中,给出相应的综合因子和随机量的参数矩阵,并建立轨道不平顺管理的分级概念。计算结果表明,综合因子法能够较好地预测轨道不平顺的变化。     

基于BP神经网络的铁路轨道几何不平顺预测方法

设备密集型重载铁路对轨道平顺状态预测技术十分重视,受限于数据挖掘分析技术,轨道检测车在养护维修计划决策支持方面还未完全发挥应有的作用。本文根据轨道不平顺的变化特点,采用神经网络方法对重载铁路轨道不平顺7项参数进行预测,从而为养护维修策略的决策提供支持。将某重载铁路K420+000~K426+000区段长达18个月的轨道不平顺检测数据用于模型训练并进行预测分析,结果显示:双隐层、单隐层BP网络模型和多元回归分析模型的均方预测误差平均值分别为0.065 2、0.068 9、0.105 1,平均相对误差分别为8.03%、8.65%、11.57%。双隐层BP网络模型模型精度更高,该模型为重载铁路轨道不平顺发展预测的研究提供了新的思路。     

基于支持向量机的轨道不平顺预测研究

利用支持向量机的预测方法建立轨道质量指数预测模型,采用京九线下行100个轨道单元区段的实际轨检车检测数据对模型进行验证,并将预测结果与递推合成BP网络方法进行对比。研究结果表明:该方法建立的模型所得TQI预测值的平均相对误差为0.85%,预测精度与递推合成BP网络方法相比有所提高,说明将支持向量机技术引入到轨道不平顺预测中能够取得良好的预测效果,可以有效地反映轨道质量指数的发展趋势,对轨道不平顺预测研究具有一定的参考价值。     

基于地铁轨检波形不平顺控制的轨道技术探讨

轨道不平顺性是引起列车产生振动和轮轨作用力增大的主要根源,对列车运营安全性、平稳、舒适度、使用寿命及环境噪声等都有重要影响。基于地铁轨检车波形数据,从高低、轨向、水平、轨距四类不平顺方面考虑,采用归类方法分析不同的轨道类型不平顺性特点,探讨提高轨道平顺性、舒适性措施及思路,介绍轨道精密定位的基础控制网技术提高轨道初始平顺性,轨道润滑技术,分析减振地段平顺性、全线轨枕间距控制,以及介绍消除轨道不平顺影响降低车内噪声提高乘客舒适度的轨道吸声板技术。     

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。     

改进的轨道质量指数线性预测模型研究

针对轨道不平顺的发展,提出轨道质量指数(TQI)变化的线性预测模型.该模型使用平均法计算出一个适用于某一线路区段轨道不平顺的斜率 K 值,利用该 K 值建立线性预测模型,对轨道不平顺发展TQI值进行预测.影响轨道不平顺发展的因素复杂,不平顺的发展趋势表现出一种非线性变化的特点,俗称"浴盆型"曲线.提出改进的轨道质量指数TQI预测模型,即多阶段轨道不平顺线性预测模型(MPLM).     

轨道不平顺分析程序

轨道不平顺是引起车体振动加速度、轮轨作用力和轮轨噪声增大的主要因素之一。车体振动加速度的大小与轨道不平顺具有密切的关系。随着列车速度的提高,对车辆振动影响的轨道不平顺不利波长也随之增长。轮轨噪声中的滚动噪声与轨面短波连续不平顺具有密切关系。轨道不平顺分析程序对轨检车测得的轨道不平顺数据进行处理,得到功率谱密度分布函数。利用此分布函数分析轨道不平顺在各波长的分布;根据测得的车体振动加速度,对轨道不平顺与车体振动加速度进行相干分析,确定引起车辆振动加速度增大的不利波长,以便有针对性地对这些波长的轨道不平顺作重点养护。     

有砟轨道与无砟轨道动刚度特性差异研究

轨道动刚度是不同激振频率的荷载作用下,轨道抵抗变形的能力,由于有砟轨道与无砟轨道两种轨道的组成差异造成两者间存在较大动刚度差异。随着行车速度的提高、中高频段激振荷载的增加,有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异逐渐增大,这对于行车平顺性与结构耐久性会造成较大影响,但目前缺乏轨道动刚度的相关研究。为研究有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异,根据两种轨道的结构特点,建立相应的ANSYS有限元模型,通过对比分析,得出两种轨道的轨道动刚度在中低频段存在较大差异,轨下动刚度在全频段存在较大差异。为保证有砟-无砟轨道过渡段的行车平稳性与结构耐久性,需要考虑两种轨道间的动刚度过渡设计。此外,轨道动刚度特性分析可以指导高速铁路高低不平顺控制,从而保证行车平顺性。     

既有线轨道质量指数的分布与不平顺权重系数统计分析

利用轨检车在沪宁线苏州—南京段线路上检测的不平顺数据,计算既有沪宁线的轨道质量指数(TQI),运用统计方法对轨道质量指数的频数分布和里程分布进行分析。结果表明,线路90%以上的TQI数值处于13以下。通过对单项不平顺占轨道质量指数权重进行统计分析,得到单项不平顺的管理值。分析表明,对沪宁线而言,左、右高低不平顺和水平不平顺在TQI中占的比重较大,对轨道质量的影响较大。根据统计得到的TQI管理值和各项不平顺所占权重,各项不平顺小于管理值之内的里程均大于78%。说明将沪宁既有提速线路的TQI管理值定为13基本能保证线路的质量状态。     

重载铁路轨道高低不平顺预测研究

轨道不平顺严重威胁铁路行车安全和设备的使用寿命。研究轨道高低不平顺的变化特点和劣化规律对重载铁路轨道维修管理有重要指导作用。基于灰色区间预测建模理论,研究重载铁路轨道高低不平顺变化特点和劣化规律,预测轨道高低不平顺未来的发展情况。为验证预测模型的有效性,采用神朔铁路上行10个高低超限病害高发单元区段的共17个月的历史轨道高低不平顺检测数据进行验证。结果表明:该模型拟合和预测效果良好,对神朔铁路轨道的养护维修管理有着重要意义。     

基于改进GM(1,1)与WOA-LSSVM组合预测模型的轨道不平顺预测

在保障列车行车安全的前提下对轨道不平顺的发展趋势进行预测,可以提高线路维护效率。根据轨检车的历史轨检TQI数值进行分析,提出一种基于非等时距近似非齐次的GM(1,1)模型与鲸鱼算法优化的最小二乘支持向量机的组合预测模型。对非等时距GM(1,1)模型的灰作用量进行优化,并设置加权矩阵,对不同检测时间的数据赋予不同权值,建立非等时距近似非齐次的GM(1,1)模型,得到初步预测值。在此基础上,利用鲸鱼算法优化的最小二乘支持向量机(WOA-LSSVM)对残差进行修正,得到最终预测值。分别对某线上行两段线路的轨道不平顺TQI值进行预测,结果表明:该预测方法相对误差平均值分别为2. 316%和1. 67%,后验差分别为0. 093和0. 068,精度等级达到1级,实现了轨道不平顺较高精度的预测。     

曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究

研究目的:本文旨在通过现场实测和仿真计算研究曲线轨道不平顺对车辆动力特性的影响。首先,利用轨检车实测数据对我国提速线路轨道不平顺与车辆振动加速度之间的关系等进行了统计分析及相关分析,对武九线曲线段的轨道谱也进行了初步估计。其次,采用动力学仿真软件Adams/Rail建立车辆-轨道动力学模型,并以实测数据作为验证手段,分析了轨道不平顺类型、幅值和波长对车辆运行平稳性和安全性的影响,提出了对行车运行有不利影响的不平顺波长范围。研究结论:高低不平顺对列车垂向振动影响显著,轨向不平顺对列车垂向、横向振动均有显著影响,当列车以110 km/h运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对2.5 m、3.72 m、20 m和28 m波长的轨道不平顺进行控制。