重载铁路轨道不平顺谱构建与分析

研究目的:为掌握重载铁路轨道不平顺特征,基于重载轨道不平顺实测数据进行数据预处理与数字特征分析;利用Welch法对重载轨道不平顺谱进行估计;提出能表征重载不平顺谱特征的统一拟合模型,利用L-M算法对重载高低、轨向、水平和轨距不平顺谱进行拟合,得到平均谱拟合参数;并将重载不平顺拟合谱与现有不平顺谱进行对比分析.研究结论:...     

低速磁浮轨道不平顺功率谱研究

轨道不平顺是磁浮列车振动的主要激扰源,直接关系到列车运行的稳定性和舒适性。文章基于唐山低速磁浮试验线实测的轨道不平顺数据,采用周期图法进行样本空间的谱估计,得到轨道不平顺在各空间波长的分布。分析结果表明,轨道本身结构参数、轨道安装精度和F轨的轧制工艺是产生轨道不平顺的主要原因。参考国内外成熟的铁路轨道谱线表达形式,得到低速磁浮轨道谱的拟合曲线公式,应用阻尼最小二乘算法拟合轨道谱表达式的参数,对于研究我国磁浮轨道不平顺功率谱有重要的参考价值。     

成都地铁7号线轨道不平顺谱特征分析

目的：为了对列车运行的平稳性、安全性、舒适性以及环境振动噪声进行更好的控制，亟需展开针对成都地铁线路进行轨道不平顺谱的分析研究。方法：采用轨检车对成都地铁7号线轨道弹性变形和永久变形的叠加状态进行动态检测，测试项目主要包括左右轨的高低不平顺、轨向不平顺、水平不平顺及轨距不平顺等。然后采用目前最常用的功率谱密度估计方法——Welch法(改进的周期图法)进行功率谱密度计算，得到统计期内被测轨道的长波高低不平顺谱、轨向不平顺谱、轨距不平顺谱及水平不平顺谱，并对计算结果进行分析，总结出成都地铁7号线轨道不平顺谱的频率特性，并与国内外典型轨道谱进行对比。基于非线性最小二乘法，采用中国三大干线谱公式对成都地铁7号线轨道谱进行曲线拟合。结果及结论：轨道板板缝会影响轨道的长波不平顺；成都地铁7号线轨道不平顺谱均存在空间频率为0.04 m^-1整数倍的窄带谱峰，该空间频率与无缝钢轨相邻2个焊缝间的线路长度吻合，焊缝不平顺已经成为了严重影响轨道状态以及列车运行的问题；成都地铁7号线轨道的平顺性优于美国、德国以及我国的普速铁路(尤其是波长大于19 m的长波频段),但不如我国的高速铁路无砟...     

轨道不平顺检测评价及预测综述

按描述参数、激扰方向以及波长的不同对轨道不平顺进行分类；根据检测原理的不同及有无轮载比较不同轨道不平顺检测方法的优缺点；梳理局部不平顺评价和区段整体不平顺评价标准；分析频域评价方法的优缺点及各国应用情况；概括轨道不平顺时频域评价方法及其局限性；按预测方法的不同分析3类轨道不平顺预测方法。研究结果表明：相较于高速铁路，城轨交通动态检测缺少轨检车及综检车的应用；既有铁路轨道谱构建较为完善，但在城轨领域仍缺少成熟的轨道谱；时频分析方法能够同时在时域和频域上对轨道不平顺进行定位，适用于非平稳性信号，但其实际应用仍受较大限制；轨道不平顺预测能提高轨道维护效率，但仍存在很大局限性，无法进一步推广。     

我国干线铁路通用轨道谱的研究

在对比和分析欧美铁路的轨道谱拟合公式及我国专家学者研究成果的基础上,结合对我国主要干线铁路大量轨道不平顺检测数据的分析和计算,研究并给出能较好表征我国干线铁路轨道不平顺特征的通用轨道谱拟合公式以及通用轨道谱的表达方式。由于我国干线铁路的建设标准差异比较大,采用平均轨道谱表达方式不能很好地表征我国干线铁路的轨道质量状况,而采用分级形式的轨道谱则能够更好地表征我国众多干线铁路的轨道不平顺特征;根据我国干线铁路的行车速度,建议将我国干线铁路轨道谱划分为3个等级,即200km.h-1等级提速线路轨道谱、160 km.h-1等级提速线路轨道谱和120 km.h-1及以下普通线路轨道谱。     

频域采样三角级数法模拟轨道不平顺信号

在对传统轨道不平顺信号数值模拟方法优缺点分析的基础上,从周期函数傅里叶级数展开原理和离散信号功率谱关系式出发,推导出直接由功率谱密度函数频域采样的三角级数法模拟轨道不平顺。该方法根据列车运行速度、需要模拟的上下限频率范围及模拟时间长度直接模拟出轨道的不平顺序列。应用该方法对美国轨道线路谱进行数值模拟,通过与传统方法的对比,反映了该方法实现容易、模拟精度高且结果可用解析式表示的优点,并能够直接给出轨道线路谱密度不同频率处的幅值大小,有利于研究列车主动控制算法在对不同频率处的控制效果;该方法还可对美国轨道线路五级谱和六级谱进行数值模拟,在随机相位一致的情况下,直观地反映出不同轨道线路谱等级在时域波形上的不平顺差异水平。     

京津城际铁路轨道不平顺谱特征分析

为提高京津城际铁路轨道不平顺谱的计算精度,基于轨道不平顺变化率和线性插值方法以及小波分析方法,给出剔除轨道不平顺异常值算法和轨道不平顺零均值化处理算法,用于京津城际铁路轨道不平顺检测数据的预处理.运用周期图法计算京津城际铁路的轨道不平顺谱.对计算结果的统计分析表明:京津城际铁路的轨道不平顺谱服从自由度为2的x2分布,可以用轨道不平顺中位数谱表示;除部分波段外,京津城际铁路的轨道不平顺谱均低于我国铁路时速200 km以上既有线路的轨道不平顺谱和德国铁路的轨道不平顺低干扰谱,说明京津城际铁路轨道平顺状态较好.     

秦沈客运专线板式无砟轨道不平顺功率谱分析

以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本，基于样本平稳性检验，采用FFT方法进行样本空间的谱估计，并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度和相关函数。通过对比分析，发现无砟轨道不平顺优于有砟轨道，高低和方向不平顺尤为突出；在8m以下波段内无砟轨道不平顺很好，无明显周期性成分；无砟轨道左右股钢轨横向不平顺控制均匀；左右两轨高低不平顺相关性较强，方向不平顺相关性较弱。基于样本的总体平均，运用非线性最小二乘拟合优化算法，得出无砟轨道不平顺谱密度拟合曲线参数值，对于研究我国无砟轨道不平顺功率谱有参考价值。     

铁路轨道不平顺模拟的一种新方法

在总结了目前应用的几种铁路轨道不平顺模拟方法的基础上，提出了一种新的模拟方法－频域法。这种方法不需要进行滤波，直接对轨道不平顺的功率谱密度函数进行采样处理，对平稳的及非平稳的轨道不平顺均可应用。数值模拟试验表明这种模拟方法简洁、实用、有效。     

基于小波和Wigner-Hough变换的轨道特征不平顺联合分析

轨道不平顺时频域分析和引起车体振动的不利波长的准确提取对运营线路的养护维修具有重要的工程意义。本文提出轨道不平顺特征(不利)波长自动提取算法:通过离散小波变换自适应提取轨道不平顺和车体振动响应各频段信号,对各信号进行Wigner-Ville和互'Wigner-Ville时频能量分析,利用Hough变换抑制多分量信号Wigner-Ville变换中的交叉干扰项,导出了轨道不平顺特征(不利)波长提取公式。以朔黄重载铁路2011年7月~2012年10月的轨检数据进行验算,证明了方法的有效性,得出的朔黄重载铁路特征波长统计值对我国重载铁路线路的运营管理和养护维修具有参考价值。     

客运专线新建线路轨道不平顺功率谱分析

通过对新建铁路轨道不平顺谱密度的分析,可以了解轨道平顺状态,有利于指导轨道施工和线路养护等作业。以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用FFT方法进行样本空间谱的估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。基于轨道高低不平顺样本的总体平均,对所得到的谱密度进行频率平滑,并与我国一级铁路干线的谱密度曲线进行了对比分析：在此基础上,对秦沈客运专线的轨道状态进行了评估。     

秦沈客运专线轨道谱的研究

基于2004年和2005年前4个月秦沈客运专线轨道不平顺检测数据,利用Welch改进周期图算法,进行了功率谱密度(Power Spectrum Density)分析计算,获得了秦沈客运专线轨道不平顺的功率谱密度。参考国内外成熟轨道谱线,提出了轨道不平顺功率谱的拟合谱,采用最小二乘拟合优化算法,求得拟合谱表达式的参数。     

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Burg法的城市轨道交通快速线路轨道不平顺谱研究

基于多尺度小波分析方法与异常值处理算法进行轨检数据的预处理,比较小波基的选取差异,通过最优小波基获得满足轨道谱估计要求的基础数据。使用现代谱估计中的Burg法进行谱估计方法上的优化,结果表明,与直接法与Welch法相比,Burg法在方差性能与分辨率上均有优势。根据大量拟合公式的比选,结合非线性最小二乘法对估计的轨道谱进行拟合,得到城市轨道交通快速线路不平顺谱表达式与相关参数。将地铁快速线路谱与国内外其他轨道谱进行比较,结果表明地铁快速线路谱与上海地铁轨道谱差异较小,与高速铁路谱及干线谱等差异明显。     

高架轨道交通无砟轨道谱特性分析

为了获取高架轨道交通无砟轨道谱的特征参数,提出采用Levenberg-Marquardt法对原始轨道谱线进行拟合。以上海轨道交通3号线检测数据作为样本、我国干线铁路7参数谱模型作为拟合公式,利用Levenberg-Marquardt法对轨道标准谱进行拟合。研究结果表明:采用Levenberg-Marquardt法对轨道谱进行拟合是可行的,轨道拟合谱线可以较好地表征原始轨道不平顺特征;得到了轨道谱以及轨道上、下极限谱的特征参数;基于轨道谱提出轨道质量判断方法,将轨道质量分为优良、合格和不合格3个类别,利用轨道谱及极限谱对轨道质量进行判定;最后,建议把轨道不平顺谱纳入轨道质量管理体系中,将其作为轨道质量的主要控制指标之一。     

轨道复合不平顺对提速列车运行影响的研究

轨道几何形位不平顺是影响轮轨动态作用力和行车平稳性的主要因素之一,是当前高速重载和提速线路的主要研究内容.利用动力模拟仿真计算多种类型轨道单一不平顺、复合不平顺和随机不平顺激扰下提速车辆的动力响应,并着重分析轨道复合不平顺对提速列车运行安全性和平稳性的影响.对各种轨道不平顺条件下车辆动力响应的计算结果进行分析对比,找出相对不利的轨道不平顺类型及其波长和幅值,为现场控制各种类型轨道不平顺、制定提速线路轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据.结果表明,方向和水平复合不平顺对车辆运行的安全性和平稳性的影响较大,是需要重点控制的轨道不平顺类型.     

秦沈客运专线轨道谱评判方法的研究

基于2004年1月至2005年4月轨道不平顺检测数据，利用Welch改进周期图算法，分析了秦沈客运专线轨道不平顺的功率谱密度，得出平均意义上的最大值、建议值和最小值。参考国内外成熟的轨道谱线表达形式，结合试算结果，得到表达秦沈客运专线轨道谱的拟合曲线公式，并应用非线性最小二乘拟合优化算法，获得拟合轨道谱表达式的参数。据此，提出秦沈客运专线轨道不平顺功率谱质量的评判方法。该方法将轨道谱图划分成A、B、C、D4个区域，依次定义为优秀、良好、合格和不合格轨道谱线区域。这样，对于一条给定的轨道谱线，就可依此方法来评定其质量，如落入A区的部分谱线为优秀轨道谱，落入B区的部分谱线为良好轨道谱等。     

我国干线铁路轨道平顺性评判方法的研究

基于近年大量轨道不平顺检测数据得出铁路线路的轨道不平顺功率谱密度（PSD）,从定性和定量2个方面对轨道不平顺性的评判方法进行研究。基于按我国干线铁路运行速度等级建立通用PSD的思路,研究并提出我国200,160 km·h^-1等级提速线路和120 km·h^-1普通线路的轨道平顺性的定性评判方法,将计算得到的线路PSD的上下包络谱定义为上下限界谱,所需评价线路的PSD谱线越靠近下限界谱,则该轨道的平顺性越好,反之,则越差。由于不同线路及不同区段的轨道质量参差不齐,PSD谱线的分布范围非常大,基于轨道谱分级管理的方法,研究并给出定量评判我国干线铁路轨道平顺性的方法,通过分析计算干线铁路5级PSD谱线,将干线铁路PSD谱图从下向上依次划分为A—F共6个区域,并对应定义为优秀、良好、较好、一般、较差和极差PSD谱线区的等级。     

考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法

轨道不平顺是轮轨相互作用的激扰源，其周期性特性是除波长、幅值外不可忽视的特征。结合大量动检数据，提出考虑周期性不平顺的高速铁路各型无砟轨道谱拟合与反演方法，结果表明：高速铁路周期性不平顺根据轨下基础结构尺寸、钢轨状态等诱因分为9类。提出采用修正的高斯函数表征周期性不平顺，基于8阶多项式拟合无砟轨道谱，结合谱反演验证周期性不平顺表征的合理性。通过拟合谱发现，CRTSⅢ型板的随机不平顺状态最优，CRTSⅠ型板最差。CRTSⅡ型板与双块式的随机不平顺状态相当，这两种板型轨道谱在大多数波段介于CRTSⅠ型板和CRTSⅢ型板之间，与高速铁路无砟轨道谱的分布特征最为接近。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。