基于结构振动响应的长型浮置板轨道隔振器失效检测方法

目前钢弹簧浮置板轨道的隔振器失效判别主要依赖于人工巡检或视觉成像系统,但此类方法效率低、检测滞后且成本高昂。本文提出了一种自动化的检测方法,该方法利用残差学习思想和卷积神经网络基本理论构建数据分类器,并通过列车动荷载作用下的结构动力响应对现役某常见的长型浮置板轨道进行隔振器失效的检测识别。首先,基于车-轨垂向耦合动力学建立考虑隔振器不同服役状态的地铁车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学仿真分析模型,进而生成多种运营工况下的数据集,用于网络的训练和性能测试;其次,进一步研究了传感器布置方式对网络检测性能的影响,以决定适宜的传感器布置方案;最后,在实际地铁线路中开展试验,对所提出的方法进行了验证。结果表明:通过对传感器布置位置进行优化,深度残差网络模型的检测准确性显著提升;合理设置传感器的数量也可以提高本文方法的检测性能;此外,通过适当选取传感器布置方案,本文提出的基于深度残差网络的隔振器失效检测方法在仿真数据中实现了98.99%的准确度,并在试验数据中实现了96.33%的准确度。该方法具有较高的可行性和应用潜力,可为地铁浮置板隔振器智能运维提供参考,并有望在未来用于隔振器失效的自动化检测。

轨道几何不平顺检测数据里程偏差精细化校正方法

为了更好地分析轨道几何不平顺的长期演变规律进而评估轨道结构状态,针对轨道几何不平顺相对里程偏差,在现有校正技术的基础上提出了一种多尺度精细化校正方法。首先利用灰色关联分析法从大尺度层面对轨道几何不平顺数据的整体相对里程偏差进行估计,完成粗略校正;随后将灰色关联分析法与窗口法相结合,构建移动窗口,利用移动窗口从小尺度层面对基准数据和待校正数据完成遍历扫描,进而对整段轨道几何不平顺中每个数据点的局部相对里程偏差进行估计,完成精细化校正。利用一组重载铁路轨道高低不平顺实测数据开展了里程校正测试,对本文方法进行性能评估,并讨论了移动窗口宽度对校正性能的影响,确定了最佳的窗口宽度。结果表明:本文方法可有效消除轨道几何不平顺数据中的整体相对里程偏差和局部相对里程偏差,具有较好的校正效果;窗口宽度过大或过小均会导致不良结果,窗口宽度宜取100 m或125 m。

基于一维卷积神经网络的浮置板钢弹簧损伤检测方法

钢弹簧浮置板轨道可有效缓解地铁带来的环境振动问题,但目前针对钢弹簧损伤检测方法的研究尚十分匮乏。本文提出了一种基于一维卷积神经网络(1D-CNN)的钢弹簧损伤检测方法,利用轨道板垂向加速度构建数据集,通过1D-CNN对经简单预处理的原始数据进行特征提取并对损伤情形下的数据和正常情形下的数据进行分类。为评估该方法的性能,基于车辆-浮置板轨道耦合动力学仿真生成了数据集,分析了不同运行工况对网络性能的影响,结果表明该方法具有良好的数据分类准确性。

基于残差卷积网络的浮置板轨道钢弹簧损伤检测

针对传统故障诊断方法难以有效检测浮置板轨道钢弹簧损伤这一挑战性问题,提出了一种基于一维残差卷积网络的损伤检测方法;建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,得到了多种工况下列车通过导致的浮置板振动响应数据集;利用残差卷积网络对不同损伤情形下的振动响应进行特征提取和数据分类,实现了对损伤钢弹簧的准确定位;研究了残差卷积网络在不同传感器布置方案上的检测性能,分析了损伤钢弹簧和传感器之间的复杂位置关系对检测性能的影响规律,优化并确定了经济可靠的传感器布置方案。研究结果表明:传感器的位置越靠近浮置板中部,残差卷积网络对不同损伤情形下的数据分类准确性和鲁棒性越好;传感器的布置数量增多,损伤检测方法的性能也随之改善,但传感器过多地集中于浮置板中部并不会带来显著的性能提升;在浮置板中部的钢弹簧损伤比在浮置板端部的钢弹簧损伤更难识别;损伤检测方法在全覆盖式布置方案下达到了99.11%的分类准确率,对复杂多变的检测情景具有良好适应性,而优化后双传感器布置方案和三传感器布置方案的分类准确率分别达到了98.23%和98.96%,优化后传感器布置方案具有良好的检测性能,同时也保持了损伤检测方法对复杂情景的适应性。

基于调谐黏滞质量阻尼器的浮置板轨道低频减振方法

本文运用调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)控制系统的力学特征和工作原理,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了车辆-TVMD浮置板轨道的垂向耦合动力学模型,仿真分析了车辆-TVMD浮置板轨道垂向耦合系统的动力响应特征,并与传统钢弹簧浮置板轨道系统对比,探明了TVMD系统对浮置板轨道减振性能的影响规律.结果表明,应用TVMD系统使浮置板轨道在2~8 Hz频段的加速度振级明显降低,且原钢弹簧浮置板轨道在固有频率10 Hz处附近的振动放大行为得到有效缓解,即在保证中高频段减振性能的同时,TVMD系统提高了既有隔振器以及轨道系统的隔振频率范围和低频减振效果;增加惯性放大系数可提高TVMD系统的低频减振效果,但过大的惯性放大系数会使TVMD系统内部振动的回复速度降低,产生滞后位移,从而导致钢轨和浮置板位移后峰值的放大.