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。

两种轨道谱激励下某宽轨货运机车动力学研究

以某宽轨货运机车为研究对象建立动力学分析模型,采用美国AAR5级谱和AAR6级谱作为轨道随机激励,研究了其相关动力学性能。通过在直线轨道上施加两种不同轨道谱激励仿真计算出不同的非线性临界速度并加以对比分析;采用Sperling指标评价该机车的平稳性;采用轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力来评价该机车的曲线通过能力。结果表明:两种轨道谱激励下该机车仿真非线性临界速度均远大于实际最高限速,具有良好的运行稳定性;其垂向和横向平稳性指标均满足相关标准,机车具有良好的运行平稳性;三个曲线通过性能指标说明该机车具有良好的运行安全性。

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。

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。

无碴轨道谱的初步分析

无碴轨道在我国将获得广泛的应用,其轨道谱的研究还没有引起重视。基于最大熵谱分析方法,计算了秦沈客运专线上沙河、狗河和双河特大桥之无碴轨道的不平顺检测数据,获得了初步的无碴轨道的轨道谱,并建立了相应的反演模型,采用非线性最小二乘优化算法获得了模型参数。分析结果认为,长枕埋入式无碴轨道的平顺性好于板式无碴轨道,无碴轨道的平顺性远远好于有碴轨道。

考虑轨道谱特征的高铁列车地震安全性评估

研究目的:轨道不平顺是高速列车运行过程中产生垂向振动的主要根源,利用轨道谱能从波长和幅值两方面描述轨道不平顺特征和规律。为分析不同轨道谱对我国高铁列车在地震作用下行车安全性的影响,本文建立高速铁路车-轨耦合分析模型,分别采用中国高速铁路轨道谱和德国低干扰谱数值模拟的轨道不平顺样本作为轨道系统激励,选取典型地震动作为外部激励,基于车轨耦合动力学原理,计算不同地震动强度下列车运行的安全性指标。研究结论:(1)采用德国低干扰谱进行高速铁路地震安全性评价相对于中国高速铁路轨道谱偏于保守,但两者的差异随地震动强度的增大而逐渐减小;(2)建议完善我国高速铁路轨道统计谱并应用于高铁列车地震安全性评估研究中,在保证安全的同时提升高铁运输效率;(3)本研究对评估我国高速铁路行车安全性以及合理确定我国高速铁路地震报警阈值具有借鉴意义。

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。

用于高速车辆动态仿真的轨道谱分析

在阐述了用于高速车辆动态仿真的轨道谱特征基础上,着重分析了美国轨道谱与高速轨道谱之间的关系,论证了后者是在前者的基础上发展起来的,提出了实物振动试验台可用美国6级轨道谱缩减系数方法实现高速轨道谱对机车车辆的激振,这一方法已在实物试验中应用。

中国干线铁路轨道谱的拟合方法

为获得能够合理表征中国干线铁路轨道不平顺特征的轨道谱,提出了一种轨道谱拟合方法。根据轨道不平顺检测数据计算实测轨道谱,对实测轨道谱进行平滑与插值预处理,采用直接剔除法、三点逐段平均法和包络平均法消除计算轨道谱波形上出现的较大凸凹波形,应用3次样条插值法提高拟合的精度,利用非线性最小二乘优化算法拟合轨道谱。拟合结果表明:所提出的拟合方法是可行的,拟合谱能够较好地反映中国干线铁路轨道的不平顺特征。

我国干线轨道谱理论分析及试验研究

运用车辆、轨道耦合大系统思想,将轨道高低、水平、方向和轨距四种不平顺视为平稳的各态历经随机过程,进行了车辆、轨道系统的动力学分析,仿真计算了250 km/h速度的高速铁路轨道不平顺管理的安全目标值。同时利用线路试验和滚动振动台试验探讨我国干线轨道谱与国外典型轨道谱的区别与联系。

高速铁路无砟轨道谱统计分析

依据京沪和哈大高速铁路轨道不平顺实测数据,采用改进的welch周期图法计算得出原始高速铁路轨道不平顺谱密度;基于频域功率谱等效法进行轨道不平顺的时域样本数值模拟,得到了高速铁路无砟轨道轨道不平顺模拟轨道谱。研究结果表明:中国高速无砟轨道原始谱整体上优于德国高低干扰谱,更优于美国5,6级谱,可见中国高铁线路实际线路几何状态良好;适当的拟合参数和拟合模型可以使轨道随机不平顺的时域仿真结果与实测结果和频域仿真结果较好相符,能够较好地反映我国高速铁路无砟轨道不平顺特征,从而为高速列车-轨道(桥梁)时变系统随机振动分析提供良好的激振源以及为我国轨道几何形位的维修养护提供一定的理论指导。

不同地铁线路条件下轨道谱的特性分析

研究目的:轨道不平顺直接关系着地铁列车运行的平稳性和舒适性,本文对高架线路无砟轨道、地面线路有砟轨道以及地下线路无砟轨道等三种地铁线路的轨道不平顺谱特点进行拟合计算,分析其相应分布特性,为铁路轨道质量管理和轨道动力学计算提供技术参考。研究结论:(1)采用我国干线七参数公式作为拟合模型、改进Levenberg-Marquardt方法作为非线性拟合方法所得轨道拟合谱可以较好地表征轨道原始谱特征;(2)地铁轨道谱具有宽带和窄带随机波的谱特征,各种类型的线路轨道谱特征频段有所不同;(3)现有线路轨道的高低不平顺与轨向不平顺的状态控制水平较好;(4)该研究成果可用于轨道结构设计及线路轨道养护维修。

武广客运专线通用轨道谱及其反演简化算法

基于铁路轨道精细化管理的需要,针对武广客运专线2013年全年的轨道不平顺检测数据进行功率谱密度的计算与统计处理,采用新的4参数拟合公式,建立武广客运专线上、下界限谱和建议谱的通用谱结构及拟合参数。同时,出于车-轨(桥)系统动力仿真的需要,基于国内已较为成熟的谱密度反演算法,考虑谱密度时频域转化的统一性,提出在获得谱密度结构及拟合参数的基础上,直接模拟任意波段及长度的轨道不平顺空间序列的简化算法。

秦沈客运专线轨道谱与德国轨道谱的比较

从轨道谱的功率谱密度、时间样本幅值及对动力学性能影响的角度，对比了秦沈线轨道谱和德国轨道谱．秦沈线无碴轨道谱密度介于德国高干扰谱和低干扰谱之间，其中高低谱与德国高干扰谱接近，在30-45m波长范围内方向谱优于德国低干扰谱．秦沈线有碴谱和德国高干扰谱互有优劣，方向和高低谱的分界波长分别是20m和30m．从时间样本来看，秦沈线无碴谱方向不平顺与德国低干扰谱非常接近，明显小于高干扰谱；有碴谱方向不平顺度略小于德国高干扰谱，但明显大于低干扰谱；无碴谱和有碴谱的高低不平顺均介于德国低干扰和高干扰之间．引起轮重减载的可能性大小依次是秦沈线有碴谱、德国高干扰谱、秦沈线无碴谱和德国低干扰谱．导致车体振动大小依次是德国高干扰谱、秦沈线有碴谱、秦沈线无碴谱和德国低干扰谱。

中德高速铁路轨道谱在车桥耦合中的应用对比

德国低干扰谱已在车桥耦合动力仿真中得到广泛应用,随着中国高速铁路的大规模运营,依据实测几何参数研究编制的中国无砟轨道高速谱也处于推广应用之中。为探究2种高速轨道谱在车桥耦合中的适用性,以某主跨280 m的高速铁路斜拉桥方案为工程背景,基于通用有限元软件,采用CRH3动车组在300~500 km/h速度区间分别以2种轨道谱转换的不平顺进行车桥耦合动力仿真分析,以高速铁路设计规范为依据,对比分析车辆和桥梁的动力响应结果,获得了2种不平顺对车辆与桥梁各控制指标的影响差别。研究成果可为2种典型轨道谱在高速铁路大跨桥梁车桥耦合分析中的适用性提供参考。

基于不同轨道谱的车桥动力相互作用指标对比分析

为了分析不同轨道谱对车桥动力相互作用指标的影响,以德国低干扰谱、德国高干扰谱和秦沈线轨道谱为对比对象,分析了三种轨道不平顺功率谱密度的差异,并用三角级数法获得了三种谱的时间样本。以其作为车桥系统的外加激励,计算车桥系统耦合振动响应,选用动力学指标轮重减载率、车体振动加速度、桥梁跨中动位移及桥梁跨中振动加速度进行分析,结果表明:轮重减载率大小受高低不平顺中较短波长成分的影响较明显,其规律与高低不平顺功率谱密度较短波长范围内的值相似;车体横向和竖向振动加速度则主要分别受轨道方向和高低不平顺较长波长成分影响,不平顺方向和高低功率谱之差异正好反映出了车体横向和竖向振动加速度的差异;桥梁动位移受不平顺激扰影响很小,三种轨道谱作用下的桥梁动位移非常接近;桥梁振动加速度受轨道不平顺影响较大,德国高干扰和秦沈线轨道谱明显大于德国低干扰谱作用下的桥梁振动加速度;研究结果还表明相对于桥梁竖向振动加速度,轨道不平顺对桥梁横向振动加速度的影响更显著。

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。

基于轨道谱的铁道车辆主动悬挂轴间预瞄控制

针对铁道车辆二系主动悬挂,考虑了轨道不平顺谱及轮轴时延的输入;依据最优控制理论,设计了整车的主动悬挂控制规律,并在整车垂向动力学模型上进行了仿真分析.分析表明,依据轨道不平顺谱以及轮轴时延能实现最佳的控制性能;但随着速度的提高,其相对于仅依靠轨道谱信息而设计最优控制规律的收益大幅下降;相对而言,铁道车辆依据轨道谱信息设计主动悬挂控制规律非常重要.

基于循环统计量分析方法的我国干线轨道谱研究

轮轨相互作用产生的振动信号 ,二阶统计特性呈现周期性 ,是循环平稳信号。本文利用循环平稳统计理论 ,分析了二阶统计量循环自相关函数和循环谱密度的特性 ,将其应用于轨道谱特性的研究 ,并与传统方法进行比较 ,显示其在轨道谱数据处理中的优越性。

仿人工模拟地震波的方法模拟轨道谱

应用人工模拟地震波的方法模拟轨道谱,仿人工地震波的原理,根据三角级数法并结合轨道谱的一些知识,自编程序,求得轨道几种不平顺的功率谱密度函数即轨道谱,并与其本身的目标谱进行比较,说明其优点,得出一些结论.