基于高速动车组实测轮轨力的轨道缺陷评价方法

高速铁路轨面低塌、波磨以及各类轮轨型面匹配不良问题均会影响旅客乘坐舒适度,甚至威胁动车组运行安全。上述轨道缺陷在实践运用中不易发现,但长期存在会造成轮轨接触关系极度恶化,严重影响车辆及轨道结构使用寿命。文中基于安装有连续测力轮对的高速铁路综合检测列车,在日常巡检中取得的覆盖全国高速线路的轮轨力实测数据,进行了深入的统计分析及现场对照,提出了一种全新的轨道缺陷评价方案,能够准确给出轨道缺陷类型、缺陷严重程度、具体里程等信息,为工务部门日常检修和维护提供了重要依据,在实践运用中效果良好。

城市轨道交通基于连续测量法的车辆曲辐板测力轮对组桥方案

目的:轮轨力是评价城市轨道交通车辆动力学性能的重要指标。为了提高轮轨力的测量精度,提出采用连续测量法对车辆曲辐板测力轮对组桥方案进行研究。方法:设计了测力轮对1/4电桥应变响应静载试验,分析了测力轮对的最优组桥半径。根据梯度下降算法原理和1/4电桥应变响应旋转试验中获得的应变周期曲线,采用对称组桥和正交双桥组合的方式对连续测量法测力轮对的应变片布置角度进行优化,并对曲辐板测力轮对进行组桥试验。结果及结论:静载试验表明:横向力、垂向力电桥最佳应变片粘贴半径分别为170 mm和300 mm,且两者耦合作用最小。组桥试验表明:当组桥的应变片组数为7组时,横向力电桥与垂向力电桥输出SRSS(平方和开平方根)波形的方差均为最小;横向力、垂向力电桥组桥输出波形的最小平均误差分别为0.918%和0.822%;输出的SRSS波形较为平稳,故横向力电桥与垂向力电桥均采用7组应变片的组桥方式。通过标定试验台分别对测力轮对施加横向力和垂向力时,其获取的轮轨力与实测轮轨力吻合良好,且两者的平均误差分别为1.27%和3.81%。优化组桥方案下测力轮对具有较高的精度,验证了该方案的可行性与准确性。

动力学测试平台在高速铁路联调联试中的应用

新建高速铁路线路开通运营前的联调联试,是采用高速综合检测列车对轨道、接触网、通信信号等各类基础设施进行测试,并依据测试结果对缺陷进行整改,直至各系统以及整体满足高速运行及动态验收要求的全过程。动车组动力学专业在联调联试中,通过连续测量测力轮对以及不同位置的振动加速度传感器,实时获取不同速度级下的轮轨力及振动加速度信号,在去除零点漂移和滤波后,计算得到各项平稳性及稳定性指标。脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、平稳性指标等动力学参数均关系到动车组运行安全、轮轨系统磨耗以及乘坐舒适度,因此,动力学测试保证着联调联试全过程的安全底线。介绍高速铁路联调联试中所使用的动力学测试平台及其未来无人值守方向的发展趋势,分析可知旋转遥测技术是未来轮轨力测试的首选方案。依托动力学测试平台在钢轨缺陷诊断及联调联试过程中保障安全的实例,充分证明采用动力学指标阈值对各类短波不平顺及钢轨波磨进行判断准确有效,具有较高的工程应用价值。

测力轮对连续测量的理论与实践

轮轨力测量是车辆动力学理论与实践的重要环节。利用现车辐板轮制作连续测力轮对是当今轮轨力测量的一个趋势。由于辐板轮应变复杂，没有直观的有效分析方法，测量组桥存在一定的盲目性，有交叉干扰以及接触点偏移影响等问题。本文从数学、力学、控制论等角度对测力轮对原理进行阐述，引入谐波分析建立辐板轮应变的有效分析方法，创造性地将测量组桥归结于数字滤波器设计，从而提出测力轮对连续测量新方法，在大大降低对贴片点位置要求的同时，较好地解决了以上问题，为提高现车辐板测力轮对的精度开辟了新途径。

连续测量轮轨力的测力轮对技术

本文介绍了用标准的机车车辆轮对作为力传感器来连续测量轮轨相互作用力的测力轮对技术，并以作者研制的测力轮对为例，介绍了选择最佳贴片位置的方法、电桥设计的一般原则及试验结果处理等技术。

在线连续测量轮轨接触点的神经网络方法

尽管轮轨力测量的测力轮对技术已相对成熟,轮轨作用点位置的测量却一直很困难。作用点位置的在线连续测量对脱轨机理的研究、机车车辆性能的研究有十分重要的意义。在常规测力轮对的基础上,增加一个电桥感应作用点位置的变化。采用神经网络拟合轮轨作用力位置变化与电桥输出间复杂的非线性映射关系,用不同作用点位置下各种横、垂向力的组合来训练神经网络,从而达到由电桥输出值得到作用点位置的目的。实验结果表明,网络不仅训练精度好,而且预测能力也令人满意。

测力轮对状态估计计算方法研究

对轮轨间相互作用力的准确测量是监测列车运行安全状况的前提和基础。分析了测力轮对间断测量和连续测量方法,通过研究轮轨接触状态的变化特征,建立了轮轨接触力估计状态空间模型,提出基于状态估计的测力轮对轮轨力计算方法;在此基础上进行了仿真计算验证了算法的有效性,并在线路试验中以简单的间断测量测力轮对实现了轮轨力的连续测量。

高速动车组连续测力轮对仿真分析

通过有限元仿真的手段对400 km/h高速动车组的车轮进行了静态载荷模拟计算,并根据计算结果对测力轮对连续测量方案进行了初步设计,同时对离心力引起的测量误差以及测力轮对的动态频响特性进行了评估,为高速动车组连续测力轮对的设计和使用提供参考。

轮轨力测量在高速铁路轨道检测中的应用研究

随着世界高速铁路的快速发展,高速铁路轨道检测技术已突破传统的轨道几何检测,朝着综合检测的方向发展。结合安装在我国新一代高速综合检测列车CRH380B-002的轮轨力检测系统在高速铁路轨道检测中的实际应用情况,介绍了我国在高速铁路轨道综合检测领域的最新研究进展———基于轮轨力测量的高速铁路轨道检测技术,并提出了一种基于轮轨力测量的高速铁路轨道状态评判方法。基于轮轨力测量的轨道检测技术通过安装在固定车辆(一般为轨道检查车)的连续测量测力轮对测量轮轨之间的相互作用力,从对车辆运行安全性和轨道疲劳寿命影响的角度对轨道状态进行检测,指导轨道日常养护。该技术是高速铁路轨道综合检测的重要组成部分,是对传统轨道几何检测的有效补充和完善,它的投入运用将更好的保障高速铁路的安全运营。

高精度高速连续测量轮轨动态作用力的研究

采用高精度高速连续测量测力轮对是高速铁路联调联试、安全评估、轮轨关系及系统动力学仿真研究的重要技术手段。本文系统地论述高速测力轮对的基本原理以及基于综合误差最小化的设计方法、基于可靠性的制造工艺、基于精度的动静态标定等关键技术,介绍其在0号高速综合检测列车上的应用情况。结果表明,运用该技术的高速测力轮对,可在复杂运用条件下连续得到包括垂向力、横向力、纵向力及轮轨接触位置在内的完整的轮轨作用力学参数,为轮轨动态作用的深入研究创造条件。本文还就如何利用测力轮对改进高速铁路轮轨系统动力学仿真技术进行探讨。

基于UKF-KF的测力轮对解耦

直辐板连续测力轮对在计算过程中,存在着轮轨力的耦合及噪声的干扰,大大降低了测量精度。针对测力轮对的特点,在数据处理方面将无迹卡尔曼滤波引入测力轮对轮轨力解耦计算中。根据无迹卡尔曼滤波在测力轮对中的传统计算模型,分析其误差形成机理。在此基础上,对算法进行改进,避免了无迹变换产生的概率密度近似误差对线性状态变量的影响,从而形成无迹卡尔曼滤波-线性卡尔曼滤波（UKF-KF）的计算方法。仿真实验结果表明,改进后的算法轮轨力计算精度优于改进前,证明了算法改进的可行性和有效性。

地铁车辆连续测力轮对仿真与试验研究

连续测力轮对作为轨道车辆线路测试中有效的轮轨力测量方法一直是国内外轨道车辆动力学研究的热点。利用某地铁车辆测力轮对,在有限元仿真和数字分析的基础上,进行了连续测力轮对的贴片、组桥和标定工作,得出以下结论:通过相同半径径向布置的四片应变片组成的全桥,从而消除应变随角度变化函数的偶次及三次谐波值,实现近似余弦变化特性,形成余弦桥。在标定试验中采用模拟钢轨与三向测力传感器相结合,作为车轮的支撑装置,可以更加真实准确地模拟实际轮轨接触作用力,提高标定测试精度。全桥输出电压随载荷变化系数均呈余弦特性,且90°布置的两个全桥间的应变系数余弦曲线相位相差90°。只需要测试出四个全桥的输出电压即可计算出轮轨接触垂向力和横向力,实现连续轮轨力测试。完成的连续测力轮对有限元分析、数值计算和标定试验可以为其他测力轮对研究人员提供一定的经验指导。

不同线路条件下高速列车轮轨力的试验研究

轮轨作用力是考量高速列车运行安全性和平稳性最关键的参数。随着运行速度的不断提高,高速列车动力学性能和走行部可靠性问题不断增多,开展高速状态下轮轨载荷特征、分布规律和安全性的研究显得愈发重要。采用连续测量测力轮对测量某高速列车在不同线路状况、运用速度下的轮轨作用力,分析研究直线、曲线、不同型号道岔等工况下的轮轨力时频特性、统计分布规律。结果表明,有砟轨道的轮轨力频响范围部分大于无砟轨道。轮轨力样本普遍呈正态分布,垂向力分布离散程度与速度正相关,而曲线工况下,横、垂两向力的分布均值取决于曲线的欠超高量。脱轨系数和轮重减载率最大值均出现在侧向过岔时,18号、42号道岔脱轨系数分别为0.49、0.37,两种型号道岔轮重减载率分别为0.20和0.23,满足安全要求。上述结论为轮轨动力学试验提供了参考,也为高速铁路设计给出建议。