基于正则化RBF的轨道不平顺在线监测系统研究

为了得到列车行进过程中准确的轨道不平顺状态,提出了一种基于以太网的轨道平顺度车载实时动态监测系统,分析了系统的结构和检测原理,通过惯性基准法利用激光位移传感器和振动加速度传感器对轨道不平顺度数据进行采集,基于两传感器数据融合时间不同步、数据率不一致的特点,提出了利用正则化RBF （径向基函数）网络拟合的算法,该方法可以将不同传感器测得的不同采样周期的数据对准到同一时间点上,得到轨道不平顺结果。将拟合值和真实值进行比较,正则化RBF拟合和常规方法拟合的平均相对误差分别为1.9％和3.7％,均方误差分别为0.41和2.35,相比之下,正则化RBF网络拟合效果更好。结果表明该系统能够更真实的反应轨道的动态不平顺。     

基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测系统

研究了基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测方法,集成激光跟踪仪、轨检小车(位移传感器和倾角传感器)、靶球及靶球支座等硬件设备,开发了轨道静态平顺性检测系统软件,建立了基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测系统(TDS).在上海地铁13号线某区间,利用TDS进行了轨道静态平顺性检测试验,并采用SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪进行了对比测量.TDS测量系统轨道检测数据结果与SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪测量结果基本一致,验证了TDS测量系统可行性.     

考虑轨道几何不平顺的钢轨裂纹萌生与磨耗共存预测

在钢轨裂纹萌生和磨耗发展共存预测方法的基础上,考虑了轨道几何不平顺对轮轨接触位置分布、磨耗和疲劳损伤的影响,引入轮轨接触点在钢轨上的分布概率,分散了钢轨的磨耗和疲劳累积.分析结果表明:考虑轨道几何不平顺的情况下,轮轨接触点的分布范围和概率随着磨耗和型面变化而变化,钢轨表面磨耗和内部疲劳损伤分布范围均加宽,而损伤速率降低.预测得到800 m曲线半径外轨在裂纹萌生前的平均磨耗发展率为3.813 1μm·万次~(-1),相较未考虑不平顺的结果降低了15.92%.裂纹萌生寿命预测结果为318 292次,相较未考虑不平顺的预测结果增大了14.66%.裂纹萌生点的位置比未考虑不平顺时略远离钢轨中心.     

基于轮轨黏滑特性的地铁线路波磨趋势分析

针对地铁线路上普遍存在的波磨问题,依据实际运营情况,建立了车辆-轨道刚柔耦合数值模型,借助实测数据验证了模型的有效性.分析了直线和曲线轨道上的轮轨黏滑特性,并利用黏着系数总体离散率衡量了钢轨波磨的发生趋势,同时分析了黏滑振动的相位同步条件.结果表明：当不考虑轨面不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小;当存在短波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生纵向黏滑振动的趋势,且振动强度相对较大;当存在长波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小.对于直线无不平顺或存在长波不平顺情况,出现波磨或波磨进一步发展的原因与轮轨横向黏着系数达到饱和有关;而对于直线短波不平顺情况,波磨进一步发展的原因则与轮轨纵向黏着系数达到饱和有关.曲线轨道上内外侧轮轨均具有发生黏滑振动的趋势,且短波不平顺的存在会加剧黏滑振动强度.内侧轮轨界面纵横向黏着系数总体离散率大于外侧对应值,表明内轨更容易发生强度较大的黏滑振动,从而促使内轨波磨形成和发展.轨面固定缺陷会导致相同位置处产生同相位的钢轨磨耗,赋予同相位的周期黏滑振动,并沿着钢轨纵向发展,最终形成钢轨波磨.     

沪昆线与金温线轨道不平顺谱的分析

首先比较了国内轨道不平顺统计谱与国外轨道标准谱的差异.根据沪昆和金温两条线路的轨道不平顺检测数据,利用Matlab编程计算功率谱(PSD)和轨道质量指数(TQI),结果表明,沪昆线路轨道不平顺功率谱要明显好于美国六级铁路的不平顺谱,而金温线轨道谱接近于美国五级铁路的不平顺谱.利用相干函数对轨道不平顺与车体的垂向和横向振动加速度进行相干分析,并结合车体加速度功率谱分析,归纳出轨道不平顺不利波长的范围,为轨道的养护维修和管理提供了理论和实践指导.然后再对各项轨道不平顺谱值进行积分,得出TQI单项指数与各轨道不平顺谱面积值具有很好的相关性,从而验证了用功率谱评价轨道质量的可靠性.最后建议将轨道不平顺功率谱作为控制提速线路轨道质量的主要指标之一.     

低接头处钢轨的弯曲应力计算

研究车轮在钢轨上的运动是确保铁路运输安全、高效的基本前提,通过编程计算出轨道不平顺处的钢轨底部弯曲应力,为预测钢轨的疲劳寿命提供了理论依据．     

沪宁线轨道不平顺谱的分析

对国外不平顺标准谱和我国轨道不平顺统计谱进行对比,根据沪宁线的线路不平顺检测数据进行谱分析,得出沪宁线的轨道不平顺谱与美国5级铁路的不平顺谱相接近,但方向不平顺谱值较大.利用相干函数分析轨道不平顺与车体垂向和水平振动之间的关系,得出垂向振动有两个主要振动频率,其中一个频率的振动与轨道不平顺相干度较高,车体水平振动加速度有一个振动主频,也与轨道的水平不平顺具有较高的相干性.最后,建议将轨道不平顺谱作为控制轨道质量的指标之一.     

重载铁路焊接接头不平顺对轮轨动态作用影响

为研究焊接接头不平顺演变对车辆-轨道动态相互作用的影响,现场跟踪测试得到不同服役时期的焊接接头不平顺数据,并利用车辆-轨道垂向耦合动力学模型,从时域和频域两个角度,分析计算了不同服役时期焊接接头不平顺对车轮、钢轨振动加速度及轮轨垂向力的影响.分析结果表明:焊接接头不平顺演变分为马鞍形凹陷形成阶段及焊缝区域内磨损加速阶段;焊接接头不平顺几何形态的演变对时域内轮轨动态响应结果影响显著,随着焊接接头不平顺几何形态演变,轮轨动态响应结果呈先增大后减小再增大的趋势;焊接接头不平顺几何形态演变对轮轨动态响应的频域分布影响较小,轮轨动态响应功率谱密度图中存在明显两个频段,分别为低频段31~35 Hz及高频段530~610 Hz,高频段具体位置和焊缝区域内不平顺几何形态联系紧密.     

轨道随机不平顺与车辆动力响应的相干分析

介绍了现场实测的轨道随机不平顺数据和根据轨道不平顺模拟的轨道不平顺随机时域函数 ,作为车辆 -轨道系统动力仿真计算的激扰输入 ,计算轮轨作用力及车辆的各种响应 .利用中国高速低干扰轨道不平顺谱、中国某干线实测轨道不平顺谱和美国六级轨道不平顺谱作为仿真计算的激扰 ,计算了各种速度下的轮轨力和车辆动力响应 ,并进行了比较 .最后通过对轨道不平顺与车辆动力响应的相干性分析 ,得出了轨道随机不平顺影响轮轨作用力和车辆运行品质的最不利波长     

铁路无缝线路流变特性初探

从流变理论角度分析了铁路无缝线路道床阻力和位移、钢轨温度力分布、伸缩区内的钢轨伸缩量及轨道横向不平顺的变化情况，对无缝线路养护维修提出了指导性建议。     

基于NARX神经网络的轨道垂向不平顺估计

轨道不平顺是影响车辆平稳性和安全性的关键因素,因此及时掌握轨道不平顺的状态对保障列车运营具有重要意义。针对单个惯性量较难达到对不同波段不平顺的检测,提出一种采用非线性自回归神经网络(Nonlinear Auto-Regressive with exogenous Input Neural Networks,NARX)的轨道不平顺估计方法。以实测高铁轨道不平顺数据作为输入,通过车辆—轨道垂向耦合动力学模型仿真得到多个惯性量数据,再将归一化的多个惯性量仿真数据作为神经网络的输入,轨道不平顺作为输出,并用均方根误差和相关系数进行网络性能评价。仿真结果表明,NARX神经网络模型估计结果的均方根误差为0.028 9,相关系数为0.939 5,优于反向传播(BP)神经网络模型的均方根误差0.086 8和相关系数0.641 8,NARX神经网络拟合效果更好,表明本文所提方法能精确有效地实现轨道垂向不平顺估计。     

铁路轨道高低不平顺的预测方法

轨道变形是有碴轨道结构无法避免的 .通过轨道不平顺的描述 ,预测轨道不平顺的变化规律是近代轨道力学的基本课题 ,也是制定养护维修计划的关键 .据此在介绍轨道不平顺的分类和分析国外有关轨道高低不平顺预测模型的基础上 ,提出一个利用特性矩阵描述轨道变形并进行预测的方法 .这一方法利用动态实测数据 ,全面反映不平顺的影响因素 ,适合于不同的线路条件     

高速铁路0.01～120 m波段轨道不平顺功率谱密度函数的构建

目前国内外铁路轨道不平顺功率谱密度(power spectral density, PSD)函数的表达式多种多样,但因检测仪器有效测量范围有限,其表征波段范围往往较窄,常以短波、中波或中长波等形式呈现,因此,开展更宽波段轨道不平顺功率谱密度函数的研究对铁道工程领域的科学研究和工程应用具有参考价值。本文对波磨小车与综合检测列车测得的高速铁路轨道(面)不平顺数据进行预处理,采用改进的周期图方法计算和分析其功率谱密度,总结其宽带和周期性成分特征;基于计算所获得的中位轨道不平顺功率谱密度,提出短波[0.01,1) m、中长波[1,120] m以及更宽波段0.01～120 m的轨道不平顺功率谱密度函数的拟合公式,并将本文提出的拟合谱与既有的典型谱进行比对分析。研究结果表明：高速铁路功率谱密度存在多个周期性成分,短波不平顺周期性成分主要与钢轨接头以及波磨相关,中长波不平顺周期性成分主要与无砟轨道结构和32 m简支梁桥的构造形式有关;所提出的短、中长波以及0.01～120 m波段的拟合公式能够很好地表征轨道不平顺功率谱密度的宽带波长特性,且参数少,形式简洁,适用性强。     

地铁轨道不平顺状态的监测与预警

在客流量和客运量高速化的背景下,轨道线路作为地铁运营的基本设施,其不平顺状态直接影响到行车的安全性和舒适性。以北京地铁9号线为例,采用光纤光栅传感器对典型区段的轨道不平顺状态进行监测,运用数理统计的方法对监测数据进行权重统计和超限分析,结合数据特征提出一种将灰色模型和粒子群算法优化Elman神经网络的组合预测方法,并利用监测的轨道不平顺七项参数对模型的效果进行验证。结果表明该模型的预测效果均优于单一灰色模型,在平均相对误差、均方根误差、决定系数和相关系数上具有较高的预测精度,可以实现对各单项指标的超限预警,更好地监控轨道质量的发展状况。     

基于本征模函数的轨道质量评价方法

为了更合理有效地评价轨道质量,将轨道不平顺波长因素纳入轨道质量评价中,提出基于本征模函数(intrinsic mode function,IMF)的轨道质量评价方法——轨道质量能量指标(track quality energy index,TQEI).通过对轨道不平顺数据进行经验模态分解得到对应波长频段的不平顺IMF,利用频谱分析的方法求得各个IMF的能量;将各个IMF的能量与总能量的比值作为特征向量,并进行量纲一化处理,从而得到轨道不平顺IMF的能量系数;利用能量系数求得TQEI通过理论推导证明了轨道质量数(track quality index,TQI)是在不考虑波长因素作用下轨道质量能量指标的特殊形式.最后,以京广提速干线轨道不平顺数据为例,对比分析了实际检测数据TQEI与TQI的关系.结果表明:轨道质量能量指标是对TQI的细化和延续,其既起到了TQI的幅值管理作用,又可以弥补TQI在波长及幅值管理方面的缺陷,可以准确有效地对轨道质量进行评价.     

焊缝不平顺对车辆-无砟轨道-路基系统振动特性的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,应用有限元方法建立车辆-CRTSIII型板式无砟轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,对高速车辆通过钢轨焊缝不平顺的动力学响应进行了仿真分析,并对比了不同形式钢轨焊缝不平顺对系统的影响。有限元计算结果表明:高速行车条件下,钢轨焊缝不平顺会引起车辆、轨道、路基系统动力学性能不同程度的变化,引起轮轨力响应增大,对与不平顺直接接触的轮对和钢轨振动产生较大影响,对行车舒适性影响有限。不同形式的焊缝不平顺对系统影响程度各有不同,凹、凸型焊缝不平顺对动力特性的影响相对接近,凹型焊缝不平顺叠加一短波不平顺后,对轮对和轨道结构振动加速度影响明显,轨道结构应力增大,受力状态恶化。在高速铁路日常运营维护中,应重视钢轨叠加焊缝不平顺引起的冲击振动作用。     

提速线路轨道不平顺波长的动力仿真

基于耦合动力学理论,利用有限元方法建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,输入不同截止波长的不平顺数据进行动力仿真计算,以确定轨道不平顺管理波长范围.高低不平顺主要影响车体的沉浮和点头运动,引起车体垂向加速度增大;轨向不平顺主要影响车体的侧滚和摇头,引起车体横向振动加速度增大.长波不平顺的影响主要体现在车体振动上,因此本文选定车体加速度作为确定不利波长的判定指标,对提速线路200km/h和250km/h速度下轨道不平顺波长管理的范围进行了探讨,并提出了提速线路轨道不平顺波长管理的建议.     

列车荷载作用下轨道动力响应的有限元分析

采用通用的结构动力学分析软件ANSYS仿真分析了双层离散轨道模型在列车荷载作用下的振动响应情况,对无轨道不平顺和有轨道不平顺两种工况进行了有限元计算,分析表明轨道不平顺对轨道结构振动和整体道床作用反力的影响很明显,轨道不平顺越高,轨枕的振动速度加剧,整体道床作用反力峰值也显著增加。     

客运专线轨道不平顺功率谱分析

轨道不平顺是车辆振动的主要激扰源,也是限制列车最高运行速度的主要因素之一,直接关系到列车运行的平稳性、安全性和舒适性。文章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。基于轨道不平顺样本的总体平均,得出了谱密度频率平滑曲线和谱密度曲线拟合表达式,并与我国重载提速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。     

轨道不平顺速度项对车桥动力响应的影响分析

轨道不平顺的速度项对车桥动力响应的影响，在以往车桥耦合振动分析中往往被忽略．首先阐述轨道不平顺速度项的概念和求解方法，然后对是否考虑轨道不平顺速度项所产生车桥振动响应的结果进行了分析比较．结果表明，两种计算差别比较显著，考虑轨道不平顺速度项的分析结果与实测数据更为接近．