地铁曲线段Vanguard扣件减振效果分析

为研究Vanguard扣件在地铁曲线段的减振效果,以北京地铁5号线某曲线段为例,分别对DTVI_2扣件和Vanguard扣件下列车运行引起的地表振动响应进行现场测试.并通过建立相应的三维动力学数值模型对比分析了两种扣件在直线段和曲线段的地表动力响应特性和衰减规律.通过分析振动响应峰值、最大垂向计权Z振级及插入损失,研究了Vanguard扣件的减振效果.根据现场实测以及数值分析结果可知:列车运行引起的地铁曲线段地表动力响应高于直线段,圆曲线和缓和曲线的动力响应特性类似且量值接近;列车运行引起的地表横向及垂向动力响应随距线路中心线横向距离的增加而呈起伏式衰减;列车运行于DTVI_2扣件和Vanguard扣件的轨道上时引起的地表垂向振动响应显著的频段分别位于60Hz和30Hz附近;Vanguard扣件减振效果显著,对曲线段水平向振动响应的减振性能良好.

新型减振Vanguard扣件短轨枕轨道工程施工技术

与环境的协调是城市轨道交通实现可持续发展的生命。介绍广州地铁三号线采用的新型减振Vanguard扣件系统短轨枕轨道的减振降噪原理、结构性能和施工技术,包括组装轨排、铺设道床底层钢筋、铺设轨排、浇筑支墩混凝土、铺设上层钢筋、浇筑道床混凝土。

基于3D线激光传感器的轨道弹条扣件结构缺陷检测方法

轨道扣件缺陷是铁路安全运行的重大安全隐患,基于二维图像处理方法能检测扣件外观缺陷,但难以检测扣件结构缺陷,提出了一种3D线激光传感器的轨道扣件结构缺陷检测方法。首先,利用3D线激光传感器获取轨道点云,根据扣件高度快速定位扣件区域点云,利用PointNet++网络对扣件区域点云分割获得弹条点云;其次,将弹条点云映射至二维图像,在二维图像中提取弹条骨架,二维骨架融合至三维点云获得初始骨架,对每个初始骨架点云拟合截面圆,以各截面圆心作为弹条骨架精确表示弹条轮廓及空间结构;最后,提取弹条三维骨架的特征点,根据特征点构造扣压平面和计算弹条缝隙,基于弹条缝隙检测扣件结构缺陷。为了验证文中方法的有效性,以WJ-7、WJ-8、WJ-2型弹条扣件为对象测量弹条缝隙,并将文中方法测量的弹条缝隙与人工使用缝隙尺测量的真实值进行比较,单个扣件的测量误差在0.1 mm内,且文中方法对轨道油污、锈斑及环境有较好的鲁棒性;对批量扣件的结构缺陷检测,当测量误差允许在±0.1 mm时,扣件结构缺陷检测的准确率不低于95%。

扣件系统横向刚度及抗倾翻试验研究:以WJ-8型扣件为例

为了对扣件系统横向刚度及抗倾翻性能进行研究,首先借鉴等间隔弹性点支承梁模型分析钢轨横向力学行为;然后,考虑钢轨自身截面特性,推导扣件系统横向刚度及抗倾翻系数计算公式;最后,设计并进行1组及3组WJ-8型扣件横向加载试验,验证分析及推导的合理性。试验结果表明:当钢轨整体扭转中心为轨底中心点时,钢轨自身扭转不可忽略,钢轨横向力及扭矩的传递过程都是非线性过程;1组及3组扣件试验得到的位移相对误差不超过6.8%,转角相对误差不超过9.5%;3组扣件试验允许加载范围更大,且更适用于非对称式扣件;WJ-8型扣件钢轨横移过程可按扣件横向反力的组成划分为钢轨滑移、线性变形和非线性变形3个阶段,钢轨倾翻过程可按钢轨轨底与轨下垫板接触形式划分为钢轨脱离和整体倾翻2个阶段。扣件横向刚度及抗倾翻系数可通过横向力-位移曲线、扭矩-转角曲线确定。

地铁扣件刚度对车致轨道-隧道振动影响分析

为揭示减振扣件动力性能参数对轨道-隧道振动特性的影响规律,对减振扣件轨道与一般非减振轨道的动力响应进行现场实测,对比分析两种类型轨道的钢轨、道床与隧道壁的振动特性,同时建立车辆-轨道耦合动力学仿真模型与轨道-隧道-大地有限元模型,进行不同扣件刚度下钢轨加速度导纳、轨道振动衰减率与隧道动力响应的影响分析。对比线上实测结果发现,减振扣件轨道中钢轨、道床与隧道壁的振动均明显减弱;减小扣件刚度对车体的振动响应无显著影响,钢轨的位移与加速度会随之增大;减小扣件刚度会增强钢轨的低频振动,但会减弱钢轨的高频振动;沿钢轨纵向1~50Hz频段的振动耗散更为迅速,500~1000Hz频段的振动更容易沿着钢轨纵向传播;减振扣件对50~200Hz频段隧道动力响应有明显影响,能有效降低隧道壁测点处振动响应6~8dB。

新型有轨电车扣件系统设计及性能

针对国内有轨电车无枕式扣件调高量不足、共享路权地段扣件强度尚待加强等问题,提出了一种新型有轨电车扣件系统,并对该扣件进行了有限元分析和室内试验。该扣件系统为弹性不分开式有挡肩扣件,其中基板和调高座采用玻纤增强聚酰胺材料注塑成型,在保证承载力的前提下提高了基板和调高座的防腐蚀性和绝缘减振性;其余零部件为国铁标准件或地铁通用件。该扣件垂向调整量为0~+20 mm,轨距调整量为-12~+8 mm,调整极差为1 mm。计算和试验结果表明:本文研发的新型有轨电车扣件系统关键零部件受力和变形满足要求,结构可靠;300万次荷载循环后各零部件无损伤,无失效;能满足有轨电车对扣件系统调整量、强度和可靠性的要求,性能稳定,维修养护方便。将该扣件系统应用于实际工程,通车运营三年,服役状态良好。

扣件钢管单面支撑体系设计与施工

随着我国城市建设土地减少,新建筑大多数都紧贴用地红线而建,而且很多新建筑地下室外墙厚度越来越厚,常规双面支模无法施工,因此越来越多的地下室外墙采用内侧单面支模的方法施工。虽然扣件钢管排架斜撑在单面支模施工中有一定的应用,但相关设计计算与施工经验不足。细致剖析单侧支模支撑形式多种类型及其特点,针对某具体工程的地下室外墙单侧支模工程,创新性地引入了一种优化后的扣件排架斜撑搭设策略。通过对该单侧支撑体系的研究,构建了精细的有限元模型,并进行了深入的应力、变形及稳定性评估,可为类似单侧支模支撑体系的设计与施工提供参考。

32 m T型梁梁端变形对无砟轨道扣件受力规律研究

无砟轨道扣件实现了钢轨与混凝土道床、下部基础的连接。扣件受力除轮轨作用下的正常服役工作状态外,还包括桥梁地段梁端变形诱发扣件受力状态变化。为保障桥梁地段无砟轨道扣件正常服役状态,本文以32 m T型梁为载体,通过分析梁端转角、垂向位移、预留梁缝及扣件安装位置等变量,研究了T型梁梁端变形及接口构造对无砟轨道扣件受力的影响。结果表明:梁端变形引起的扣件上拔力与梁端转角、垂向位移及转角位移组合变形线性相关,提出了不同构造变量与扣件上拔力的线性表达式。研究成果可为客货共线桥梁铺设无砟轨道梁端变形控制及构造设计提供参考。

市域铁路无砟道岔扣件系统设计及性能试验

市域铁路一般采用无砟轨道,为此设计无砟道岔扣件系统。道岔扣件系统板下弹性垫层采用三元乙丙橡胶,实现了无砟轨道道床低刚度要求;岔枕螺栓安装处设置具有防转功能的复合偏心套和防转盖板,增大道岔轨距调整范围,同时改善岔枕螺栓受力,增强扣件系统稳定性。扣件系统性能试验研究表明,扣件系统各项指标均满足规范要求,同时具有良好的减振性能。

基于3D相机的轨道扣件部件丢失与松动智能检测

轨道扣件在运营过程中会出现松动甚至掉落、断裂等异常情况,不利于列车行驶稳定和安全,需要进行定期、及时的检查与维修。传统的人工巡检效率低,难以匹配我国轨道交通的快速发展,且对于部件松动等不易察觉的问题检测效果差。利用计算机视觉形成自动化的检测设备逐渐成为发展趋势,其中基于三角测量原理的线结构光技术因其成本低、精度高、速度快等优点得到广泛应用,且适合轨道检测场景。该技术核心设备为可以采集并分析线结构光进行三维重建的3D相机,基于成像原理设计可搭载于轨道检测车的扣件检测系统并进行现场试验,经过数据分析和处理可以分别得到高质量的图像数据和三维模型。针对图像数据利用目标检测的方法,构建数据集,搭载YOLO(You Only Look Once)v5深度学习模型,实现挡肩及扣件部件的快速识别,进行部件丢失检测;针对三维模型利用轨道扣件相对位置固定的特点,根据阈值筛选扣件数据并进一步得到弹条及螺栓等部件的坐标信息,通过边缘提取、平面拟合等方法计算位移量,进行部件松动检测。研究结果表明,检测系统可以采集高质量的扣件数据,扣件部件识别平均精准度达到99.0%,速度满足现场实时检测的要求,同时对于弹条和螺栓的松动量检测精度分别达到了1 mm和0.1 mm。该方法具有实际工程价值,可以大幅提升轨道巡检效率,对于扣件部件丢失、松动等严重问题可以及时预警指导修复,保障轨道安全服役性能。

基于机器学习的直角扣件滑移和扭转性能预测方法

直角扣件初始刚度对模板支架结构承载力有较大影响,但扣件性能的量化设计存在工程量大、计算精确度低等问题.基于一系列扣件抗滑移和扭转试验,建立带直角扣件节点的三维数值模拟并利用试验结果进行验证,通过验证后的数值方法开展大量参数分析揭示多种设计参数对扣件性能的综合影响并建立扣件承载力设计数据库,分别基于随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和K最邻近算法(K-NN)提出了扣件刚度预测模型,结合基因表达式编程(GEP)提出了抗滑移模型测点位移和扭转模型刚度预测表达式.研究表明,通过SVM和GEP能够较准确预测直角扣件抗滑移模型位移和扭转模型刚度,对指导工程模板支架结构中扣件的安全设计有着重要意义.

语义数据标注的轻量化轨道扣件故障检测方法

针对常规深度学习网络规模大、对现场设备硬件要求高且人工标注位置数据复杂费时等问题,提出了一种语义数据标注的轻量化轨道扣件故障检测方法。该方法仅对训练数据做语义标注,改进轻量化Transformer模型,嵌入梯度加权类激活映射(gradient-weighted class activation mapping,简称Grad-CAM)模块对模型输出的特征图权重作映射处理,可将模型对轨道扣件检测效果可视化。将获得的激活图进行二值化定位检测目标位置,实验结果表明,在真实铁路环境下,改进的轻量化轨道扣件模型的准确率为94.31%。

制动荷载作用下道岔区采用不同垫板的扣件适应性研究

通过试验对比扣件分别采用聚脂垫板和橡胶垫板时的纵向力学性能,基于瞬态动力分析获得制动力作用下道岔区间扣件分别采用这2种垫板时钢轨的纵向位移与受力动力响应,分析坡度对其产生的影响。研究结果表明:当列车在岔区制动且相连车辆的2个相邻转向架同时作用在尖轨上时,钢轨的最大位移和受力分别产生于尖轨尖端和跟端处;获得了道岔直、侧股线路上的最不利制动位置;钢轨纵向位移和受力随着坡度增大而呈线性增大;相较于聚酯垫板,当扣件采用橡胶垫板时,初始滑移位移和最大纵向阻力较大,而弹性阶段扣件纵向阻力-位移曲线斜率较小;各坡度下钢轨最大位移较大,最大受力较小,且受力减小幅度大于位移增大幅度,采用橡胶垫板较有利;在列车停车瞬间,钢轨纵向位移和受力突然增大,随后振幅衰减,采用橡胶垫板时振动频率和振幅比采用聚酯垫板时的稍大。

基于深度风格迁移合成数据的扣件异常状态检测

扣件系统是轨道结构中的关键基础部件,其服役状态直接影响铁路列车的正常运行。现有基于机器视觉检测方案受样本不均的影响易漏检或错检。提出一种基于图像风格迁移学习的板式无砟轨道扣件系统异常状态检测算法。该算法基于实际场景进行铁路轨道结构的正向建模,按照设计阶段的约束关系参数化生成几何构造完全相同的BIM模型,通过轻量化物理引擎渲染场景细节,并随机部署不同类型状态的扣件系统,输出虚拟巡检图像。在此基础上,利用循环对抗生成网络将虚拟巡检图像进行真实化的风格迁移,得到高仿真且正负样本均衡的合成数据集。最后利用该数据集对典型的深度目标检测网络进行充分训练,实现对板式无砟轨道结构扣件异常状态的精确化检测。实验结果表明:经过风格迁移得到的合成数据集充分训练的Faster R-CNN网络具有最佳的板式无砟轨道结构扣件异常状态检测精度,对正常、断裂、缺失和位移4种类型状态的扣件检测MAP值为94.91%,相比真实数据集高出5.39%,比虚拟BIM数据集高出2.37%。其中缺失状态扣件检测精度提升最大,比真实数据集提高10.13%,实现了扣件状态识别精度的有效提升。

基于机器视觉的大跨长联桥上无缝线路小阻力扣件纵向服役状态监测研究

以福厦高铁渔溪特大桥为例,提出一种基于机器视觉的小阻力扣件纵向服役状态监测方案,以获取大跨长联桥上无缝线路钢轨纵向变形与复合垫板窜出的时变特征;同时,结合梁轨温度与梁端位移测试结果,分析梁体温度、钢轨温度、梁端累积位移、梁轨相对位移与垫板窜出量之间的相关性。研究结果表明:根据图像识别结果,钢轨在监测阶段将随温度变化产生不同方向的伸缩,且钢轨位移略大于垫板窜出量。钢轨昼夜温差要显著大于桥面气温以及连续梁梁内气温、顶板温度、腹板温度,且梁体温度变化幅度显著比钢轨的小,其原因在于钢轨的比热容较小,在同等热量输入输出时产生的温度变化幅度较大。梁端纵向位移随温度变化幅度较小,最大日位移为0.15 mm;在监测周期内,梁端累积位移呈波动减小趋势,即梁体发生了缓慢收缩,其原因在于夏季到秋季时气温逐渐降低,且最大平均位移变化速率为0.09 mm/d。梁体温度、钢轨温度、梁端累积位移、梁轨累积相对位移和垫板窜出量之间的相关系数均大于0.8,说明其相关性较大,且均呈较好的正相关关系。通过基于机器视觉的小阻力扣件状态监测方法,可见小阻力扣件在福厦高铁渔溪特大桥区段具有较好的纵向服役状态,且监测周期内线路状态均正常,验证了此类方案在小阻力扣件现场监测中的适用性。

利用扣件位置关系定位图像边缘处不完整扣件的方法

扣件定位在扣件检测过程中具有至关重要的作用,其准确性直接关系到后续检测的可靠性。在使用线阵相机采集扣件图像时,扣件在图像中的位置并不固定,将会导致同一扣件可能横跨连续的2张图像,并在图像边缘处被截断。本文将这些被截断的扣件称为不完整扣件,其上半部分和下半部分分别出现在2张连续图像边缘处。不完整扣件由于形状缺失,难以定位其位置,从而降低了扣件检测的可靠性。为解决上述问题,本文提出一种利用扣件位置关系定位不完整扣件的方法。首先,通过像素统计法定位原始图像中的钢轨位置,并基于先验知识获得包含钢轨和扣件的原始图像子图,本文称所获得子图像为条形钢轨图;然后,拼接条形钢轨图,保证图像内存在多对扣件;接着,利用模板匹配获得与扣件模板最相似的位置,再利用该位置信息以及扣件之间的位置关系判断图像中是否存在不完整扣件并获取不完整扣件位置信息;最后,将2部分不完整扣件拼合为一张完整的扣件图像。研究结果表明,本文提出的方法能够100%定位采集图像中115对不完整扣件图像。研究结果具有实际工程价值,能够有效地解决图像边缘处不完整扣件定位问题,提高扣件检测的可靠性。

科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨形成机理研究

为研究国内地铁科隆蛋扣件直线路段钢轨表面出现的短波长波磨现象,用CAT波磨仪测试钢轨波磨静态特征,通过力锤敲击法测试轨道结构的频率响应函数以及轮轴的模态特性。考虑簧下质量用ABAQUS软件建立轮轨耦合有限元模型,并基于此建立三维瞬态滚动有限元模型,分析轮轨耦合条件下轨道的模态特性以及轮轨瞬态滚动特性。基于轨道结构振动理论与瞬态滚动理论,分析轮轨耦合系统动态特性与钢轨波磨的相关性。研究结果表明:在直线路段左右轨钢轨磨损的程度几乎一致,钢轨波磨主要波长为30~40 mm,在运营车速为80 km/h的车速下波磨波长的通过频率为555~740 Hz;轮轨耦合系统在波磨波长通过频率范围内振动的模态振型主要表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动;在25~50mm短波长凹坑的激励下轮轨垂向力差值显著频率和轮轨耦合系统的垂向弯曲振动频率与波磨波长通过频率相吻合,钢轨波磨的产生与该路段钢轨的垂向Pinned-Pinned频率关系不大,主要是轮轨耦合系统570~710 Hz内钢轨的垂向中高频固有特性被钢轨表面损伤激发导致的。轨道结构波磨的产生主要与轨道结构中高频固有特性相关,轮轨耦合中高频模态特征被激发是诱发和加剧钢轨波磨发展的根本原因。研究成果可为解释科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨的形成奠定有关理论基础。

基于扣件弹条固有频率的扣压力检测与试验验证

[目的]扣件弹条的扣压力不足,会诱发周围扣件松脱,加剧轮轨之间的动力响应,影响轨道部件的使用寿命。相对于弹条缺失和断裂,弹条松脱较难通过常规的工人巡检发现,需要研究扣件弹条扣压力的检测方法。[方法]以高速铁路的WJ-7型扣件弹条为例,建立了扣件系统的精细化模型,分析了扣件弹条在不同扣压力状态下的模态特征,得到扣件弹条扣压力与固有频率的对应关系,进而提出通过测试弹条模态频率来推算扣压力的快速无损检测方法。选取我国某国家重点实验室轨道试验基地的高铁线路作为试验现场,对该检测方法进行试验验证。[结果及结论]不同扣压力状态下,弹条第1阶模态振型特征均表现为弹条两侧肢产生垂向振动和扭转;弹条第1阶固有频率仿真值与实测值差值比例绝对值的最大值为3.24%,可以认为该试验方法具有有效性。

改进YOLOv8的轨道扣件状态检测方法

针对现有轨道扣件状态检测算法对小目标物体与复杂形状物体的检测能力差而导致检测结果异常,以及小目标层特征冗余等问题,提出了一种改进YOLOv8的轨道扣件状态检测方法。在YOLOv8网络中增加可变形空间金字塔扩张卷积模块,以提高模型对小目标物体以及形变复杂物体的检测精度。同时增加小目标空间重构单元以减少小目标特征冗余,促进小目标特征的学习。根据采集到的轨道扣件数据集进行模型的训练和测试,并与多组轨道扣件状态检测算法进行对比,实验结果表明,相较于对比算法,所提算法精确度平均提升3.20%,召回率平均提升3.34%,平均精度平均提升3.96%。实验证明所提算法能够有效进行轨道轨道扣件状态检测,并且具有较强的泛化能力,可以部署于复杂交通场景。

扣件失效对动力稳定装置-轨道系统动态响应的影响

为研究扣件失效对动力稳定作业下轨枕动态响应的影响,基于多体系统动力学理论建立稳定装置-轨道刚柔耦合系统动力学仿真模型,搭建试验平台验证仿真模型的合理性。通过改变稳定装置的激振频率和垂直下压力,研究不同作业工况和扣件服役状态下轨枕的动力学响应特性。结果表明:激振频率和下压力对扣件正常服役下的轨枕横向位移和加速度影响较大,对扣件失效下轨枕的动态响应影响较小;扣件失效数量越多,系统总能量传递效率越低,扣件失效数量为1和2时,系统总能量传递效率比扣件正常服役时低21.11%和31.19%。