城市轨道交通轨面短波不平顺谱实测研究

针对城市轨道交通诱发的振动噪声问题,对轨面短波不平顺进行研究.首先,对上海市轨道交通线路轨面短波不平顺实测数据进行零均值化、剔除异常值、消除趋势项等预处理.其次,利用改进的协方差法计算得到轨面短波不平顺功率谱,分析轨道类型、曲线半径及钢轨接头对轨面短波不平顺功率谱分布规律的影响.然后,基于非线性最小二乘法对轨面短波不平顺谱进行拟合.最后,提出我国城市轨道交通轨面短波不平顺统计谱表达式.研究结果表明:直线段接头区轨面短波不平顺功率谱密度曲线在整个分析波长范围内具有较多特征峰值;直线段接头区上、下行短波不平顺功率谱密度值随波长的分布特征和数值相差不大,说明上、下行的轨面不平顺状态基本相同;钢轨的磨耗程度与曲线半径呈负相关,内、外轨面不平顺功率谱密度的差异随曲线半径的增大而减小,曲线半径是影响轨面不平顺状态的主要因素之一;线路类型对轨面短波不平顺功率谱的影响不大,不同曲线半径、焊接接头影响明显,在对轨道进行维护和养护时需关注小曲线半径区段以及焊接接头区段的不平顺状态.

非均衡数据下基于注意力网络和代价敏感学习的轨面状态识别

准确识别轨面状态,可为列车牵引/制动性能提升提供关键依据。重点针对传统代价敏感学习应用在非均衡轨面状态识别中存在的同类别样本重要性不同和多数类精度下降等问题,提出一种基于注意力网络和代价敏感学习的轨面状态识别方法。该法首先利用迁移学习思想将均衡数据集的特征迁移到非均衡轨面状态数据集,减轻少数类样本误分类影响;其次在骨干网络ResNet18中引入卷积注意力机制模块,增强网络对目标区域的特征学习能力和全局特征信息的感知性能,调整优化网络权重参数;最后构造依据轨面状态样本重要性大小的自适应加权平衡损失函数,降低决策边界对困难样本中多数类的过拟合,获得更加平滑的决策边界。非均衡数据下的实验结果表明,在3种非均衡比下,所提方法的准确率和召回率分别达到96.00%、90.67%、86.33%,与目前常用的方法Focal相比,分别提升了7.00%、2.34%、3.00%。此外,该方法在提高少数类召回率的同时可有效维持多数类的召回率,并且降低了网络训练时间成本。

高速铁路线路轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法及应用研究

为揭示高速铁路线路纵断面参数变化,以及和轨道不平顺、路基大桥沉降关系,针对国内尚无轨道纵断面参数动态检测装备,提出基于惯组的轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法。首先,建立转向架构架及惯性坐标系,并以重力加速度、水平加速度极小相关性为基准对齐两坐标系;其次,基于转向架构架纵向加速度解算轨面坡度,并补偿列车俯仰运动及与轨道平面纵向倾角误差;然后,以坡度测量值为基础解算竖曲线半径;最后,以高速综合检测列车为平台,在国内某新建高速铁路实车试验。结果表明:坡度和竖曲线曲率重复性偏差绝对均值分别为0.07‰、0.71×10^(-3)rad/km,极差分别为0.22‰、0.005 rad/km。

轨面埋深制约下的徐州市地铁小杨庄站设计策略研究

小杨庄站的设计与建设,不仅深刻影响着徐州市交通的便捷程度,更直接关系到整个城市的规划布局与经济发展。本文以徐州小杨庄站为研究对象,提出了因受地形条件及各类外部因素制约,地铁轨面埋深无法满足标准层高地铁站设置要求时的几种解决思路,列举两层站、三层站、局部三层站几种方案,从安全、适用、经济性几方面综合分析对比各设计优缺点,推出最适合的方案。

铁路列车作用下桥上轨面纵向力率取值研究

针对我国铁路桥梁采用单一轨面纵向力率(0.164)与现有荷载图式不匹配的现状,运用MATLAB软件,进行不同荷载图式对应的铁路桥梁轨面纵向力率取值研究。结果表明:对应不同荷载图式,桥梁轨面纵向力率应按轨面制动、牵引力率分别取值;ZK和ZC荷载图式对应的轨面制动力率可分别取为0.075和0.09;ZKH和ZH (z=1.3)荷载图式对应的轨面制动力率在桥梁长度小于18 m时分别取0.25和0.20,大于100 m时分别取0.06和0.047,[18,100]m时取0,且轨面制动力分别取534和567 kN;ZK荷载图式对应的轨面牵引力率在桥梁长度小于14 m及[220,360]m时分别取0.33和0.03,在[14,220]m和大于等于360 m时取0,且轨面牵引力分别取440和710 kN;ZC荷载图式对应的轨面牵引力率在桥梁长度小于12 m及[12,60],[60,140]m时分别取0.12,0.07和0.05,大于等于140 m时取0,且轨面牵引力取360 kN;ZKH荷载图式对应的轨面牵引力率在桥梁长度小于25 m时取0.32,大于等于25 m时取0,且轨面牵引力取850 kN;ZH (z=1.3)荷载图式对应的轨面牵引力率在桥梁长度小于等于29 m时取0.25,大于等于29 m时取0,且轨面牵引力取950 kN。

基于线扫激光传感器的轨面巡检方案设计

该文针对轨道交通领域轨面巡检的需要,设计一种改造方案,实现在自动化移动平台上加载线扫激光传感器,实现对于轨道道面的自动化巡检,减少人员投入,提高巡检效率。

客运专线有砟轨道轨面凹坑整治措施研究

道砟击伤形成的轨面凹坑已成为客运专线有砟轨道轨面伤损形式之一。通过对合武客运专线有砟轨道道砟击伤形成的轨面凹坑特征进行统计分析,认为检测区段轨面凹坑的深度符合正态分布,轨面凹坑深度平均值为0.33 mm。借鉴欧洲铁路在研究轮轨噪声时制定的轨面粗糙度水平标准和钢轨打磨、铣磨作业标准,利用1/3倍频和各波长范围的幅值统计,对铣磨后轨面不平顺状态进行评价。结果表明铣磨是消除轨面凹坑的有效措施,并且极大的改善了轨面的不平顺状态。

列车荷载作用下有砟轨道轨面沉降与路基不均匀沉降间的相关关系

有砟轨道路基发生不均匀沉降时,在列车荷载作用下,轨面会产生相应的沉降,进而影响列车运行的安全性和舒适度。在已有室内试验研究的基础上,采用二维颗粒流方法建立钢轨、轨枕和道砟的离散元模型,分析了路基不均匀沉降及列车荷载变化对轨面沉降的影响。结果表明:在路基不均匀沉降的波长一定时,随着波幅的增大,轨面沉降的波幅先逐渐增大而后稳定,并最终引起轨枕空吊;而轨面沉降的波长基本不受路基沉降波幅变化的影响,并且可按路基沉降波长以25°向上扩散至轨面进行简化计算;轨枕未出现空吊时,轨面沉降波长受列车轴重、动荷载大小及频率变化的影响很小,轨面沉降波幅受动荷载频率变化的影响很小,但受动荷载大小和轴重变化的影响显著。

路基沉降与双块式无砟轨道轨面几何变形的映射关系

针对土质路基上双块式无砟轨道典型结构,分别建立Winkler弹性地基叠合梁解析模型和考虑层间接触非线性的轨道-路基空间有限元模型,对路基不均匀沉降引起的无砟轨道轨面几何变形特征及其与路基沉降波长、幅值之间的对应关系开展了研究。结果表明:余弦型路基不均匀沉降向上传递至轨面时,变形形式基本不变,在沉降边缘区域钢轨存在微小的局部上拱,变形范围相对于路基有所扩散;轨面几何变形曲线可由波长、波深和局部上拱幅值3项特征确定,且各项特征受路基不均匀沉降波长和幅值的综合控制,均可描述为路基沉降波长和幅值的函数;当路基不均匀沉降较平缓时,上部轨道与路基结构能保持较高的跟随性,轨面与路基变形差异很小;随着沉降幅值增大或范围缩小,双块式无砟轨道因较强的整体性而极易与路基表面出现离缝,轨道结构与路基之间会形成明显的沉降差,此时,轨面不平顺和轨下空吊同时存在,给无砟轨道的服役寿命和列车的安全平稳运营造成隐患。

板式无砟轨道轨面变形与路基沉降的映射关系

为研究路基沉降对板式轨道轨面几何变形的影响,基于无拉力Winkler地基叠合梁理论,针对纵连式、单元式两种板式轨道,提出了考虑板底脱空的路基沉降与轨面变形间静态映射关系的计算方法,并对由不同沉降型式引起的两种轨道轨面变形特征及变化规律进行了对比分析.结果表明:纵连板式轨道对基础变形的适应力较单元板式轨道欠佳,底座板与路基间易形成大范围脱空;自重效应下沉降引起的两种轨道轨面变形随基础沉降量的增大差异加剧,且对路基沉降波长极为敏感,当沉降波长达到20 m后,轨下板底脱空现象明显缓解,轨面几何不平顺基本可与路基变形保持一致;路基折角型沉降对轨面平顺性的影响相对平缓,错台型沉降不仅使轨面剧烈弯折,还会导致板底严重脱空,10 mm差异沉降即可引发轨道与路基结构间约8 mm的空吊,给列车运营质量和轨道结构疲劳特性均造成不利影响.

轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性影响试验研究

针对轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性的影响进行现场试验,分别从时域和频域对比分析不同轨面不平顺状态下轨道结构的振动响应,重点考虑10～1 000Hz频率范围内的振动。分析结果表明:轮轨冲击力和轨道结构振动加速度幅值随轨面不平顺幅值的增加而增大,同时也受到轨面不平顺类型和波长分布的影响;轨面不平顺引起的钢轨振动频率主要分布在50～1 000Hz的范围内,承轨台、桥面板垂向振动频率分布在40～200Hz的范围内,轨面不平顺的波长分布是影响轨道结构振动频率分布特性的主要因素之一;降低谐波型轨面不平顺幅值0.2mm,可以减小钢轨垂向振动水平14.1dB。建议将轨面不平顺谱加入轨道质量的评价指标中。

三点偏弦法复原轨面不平顺波形的理论及研究

弦测法是目前常用的轨面不平顺检测方法之一,通过研究30 mm+300 mm弦三点偏弦法的传递函数特性,给出幅频及相频关系,并利用傅立叶级数展开、合成的数学模型,实现弦测法对轨面不平顺波形的复原。单一频率下的正弦波调试验证了传递函数及傅立叶变换思路的准确性;通过比较正矢法及上海地铁波磨小车数据,分析其复原精度及可靠性,并针对弦测法中所存在的问题提出相应的改善措施,为三点偏弦法的运用及推广提供了理论依据。

基于四点弦测法的轨面不平顺检测及复原方法

为了实现轨面不平顺的在线连续检测,并进一步提高弦测法的检测精度,提出了一种四点弦测法。通过理论推导其传递函数,并基于快速傅里叶(FFT)变换利用MATLAB建立了其自动复原算法。为更加合理地确定四点弦测法各参数,用20个随机产生的正弦波叠加模拟轨面不平顺并选用复原误差的最大值、平均值和标准差3个指标来进行复原精度比选。在最优参数的基础上,对上海地铁一段长30 m的实测数据进行复原,其结果与对应形式下三点弦测法的复原结果对比,结果表明四点弦测法的复原精度能控制在微米级,且相对于三点弦测法误差平均值和标准差均改善了50%以上,最大值改善了70%以上。

铁路桥梁轨面制动力的动态研究

通过对我国现行机车车辆制动参数的研究，提出了以可靠度理论为基础的列车最大轨面制动力动态计算方法并完成了验证，在国内外首次建立了列车轨面制动力率与列车长度的关系，及作用于铁路桥梁的制动力时程曲线，为制动力作用下道、桥结构共同作用和墩台动态响应的研究奠定了基础。

接头区轨面短波不平顺与P_1、P_2力关系的试验研究

通过测试接头区轨面平顺性状态不同的两测点的轮轨力,研究分析轨面短波不平顺与高频瞬时冲击力P1、低频冲击力P2之间的关系.在对轨面不平顺数据进行小波分析和三分之一倍频分析得出不平顺差异的基础上,对两测点的P1、P2力进行对比分析.研究表明:轨面短波不平顺是引起轮轨力变化的主要原因;在轨面平顺性状态较好时P1、P2力大小相当,当轨面短波不平顺状态较差时P2明显大于P1;因此轨面短波不平顺状态的恶化主要对P2力产生明显影响,而对P1力影响则相对较小.

高铁钢轨预打磨效果及轨面不平顺分析

高铁的高平顺性要求在线路开通前要进行钢轨预打磨,以沪宁城际高铁为样本,通过分析钢轨打磨前状态,发现新轨上道后存在光带不在轨顶中部,甚至有两点接触等问题,借鉴欧洲铁路在研究轮轨噪声时制定的轨面粗糙度水平标准和钢轨打磨、铣磨作业标准,利用1/3倍频和各波长范围的幅值统计,对钢轨预打磨后轨面不平顺状态进行评价,结果表明钢轨预打磨能够有效改善了轨面的不平顺状态。

基于里兹法的高速铁路桥梁横向变形与轨面变形解析模型研究

针对高速铁路32 m简支梁桥-CRTSⅢ板式无砟轨道系统,结合桥梁-轨道层间相互作用机制,推导考虑路基约束效应的梁体横向变形与轨面几何形态的通用映射解析表达式。基于该解析模型,定量化研究梁体横向变形幅值以及扣件横向刚度变化对钢轨映射变形的影响规律和影响机制。研究结果表明:在不同梁体横向变形模式(横向错台、横向转角)下,钢轨的变形形态不一样,钢轨几何形态与梁体横向变形形状基本保持一致;钢轨变形幅值与梁体横向变形幅值和扣件横向刚度呈正相关关系;扣件内力幅值与梁体横向变形幅值和扣件横向刚度呈正相关关系;在变形区域进出口处,层间扣件内力发生突变;在非梁缝区域内,层间扣件内力几乎为零;扣件横向刚度对钢轨变形和扣件内力影响不明显,总体呈正相关关系。

基于轨面辨识的电力机车粘着控制仿真研究

针对避免因轨面粘着条件变化而造成车轮空转,提出了基于模糊理论的轨面辨识控制方法,将实时蠕滑速度和全维状态观测器实时估计,并利用粘着系数通过模糊逻辑推理判断的当前轨面与标准轨面的相似度,快速、准确地辨识出当前轨面的粘着峰值点。最后通过对牵引电机的输出转矩动态调整,以实现充分利用当前轨面轮轨间接触力的目的。在MATLAB/Simulink中建立四轴电力机车模型进行仿真研究。仿真结果表明:基于模糊理论的轨面辨识粘着控制方法有效的防止了车轮空转,提高了列车运行的稳定性和铁路运输效率。

提速线路钢轨轨面短波不平顺实测分析

研究目的:随着列车速度的提高,线路诱发的振动噪声问题越来越明显,其根源之一在于轨面短波不平顺。由于车辆轨道类型、运营和养护方式等因素的差异,相应的轨面短波不平顺分布状况与特性也不同,在开展减振降噪研究时,对提速线路短波不平顺的分布规律和平顺度进行调查分析也是十分必要的。本文基于沪昆线跨区间无缝线路轨面不平顺现场实测,通过最大幅值统计分析和1/3倍频分析等方法对测试数据进行分析处理。研究结论:(1)钢轨焊接接头的轨面平顺度普遍较差,即使是接触焊焊接接头,其轨面平顺度也远差于非接头区,在一般情况下,焊接接头的轨面不平顺达0.5 mm/m以上;(2)非接头区的轨面平顺度一般较好,大多数测点的轨面不平顺小于0.15 mm/m,个别达到0.2 mm/m左右;(3)根据1/3倍频程分析,钢轨焊接接头的轨面不平顺在各波段都大于ISO 3095:2005标准值,最大轨面不平顺水平超过标准值15 dB,一般情况下为5 dB;(4)非接头区的轨面平顺性都较好,轨面不平顺值都小于标准值,一般较标准值小5 dB,最大的要小于10 dB;(5)通过对提速线路轨面短波不平顺的幅值分布特性及平顺度评价,可为提速线路的减振降噪研究提供数据支持和参考。

城市轨道交通轨面短波不平顺测试分析

通过对上海城市轨道交通和部分提速线路的轨面短波不平顺进行现场实测,在对测试数据进行平稳性检验的基础上进一步分析了轨面短波不平顺的幅值分布特性,采用BS EN ISO3095对轨面平顺度进行了分析和评价。研究表明,轨面短波不平顺幅值总体上满足显著性水平为0.05的平稳性检验要求,轨道交通1号线、2号线、3号线及沪宁线和沪昆线焊接接头区的轨面平顺度分别较ISO3095限值高出25.3,21.7,22.2,17.8,10.2 dB,轨道交通3号线、沪宁线及沪昆线的非接头区的轨面平顺度与ISO3095限值的差值分别为10.8,-4.2,-8.3 dB,城市轨道交通轨面不平顺状态劣于提速线路,相同线路条件下焊接接头区的轨面状态要差于非接头区。