小样本下基于改进度量学习的轨面状态识别

为解决小样本下轨面状态识别过程中存在的关键特征信息提取不充分、区分度信息易丢失的问题,提出一种基于改进度量学习的轨面状态识别方法。该方法在特征提取网络部分引入金字塔拆分注意力机制,实现特征图空间信息多尺度提取、跨维度通道注意力与空间注意力特征交互,以解决轨面状态样本少导致的关键特征信息提取不充分的问题。利用深度局部拼接符对查询集与各类支撑集特征图进行局部特征两两拼接,代替传统度量学习的全局特征拼接,筛选背景等干扰信息,较大程度地保留有显著区分度的特征信息。在自建小样本轨面状态数据集上进行性能验证,并与常规小样本学习方法进行对比实验,实验结果表明,本文方法能够有效识别轨面状态,识别准确率、精度、召回率、F1值分别达到97.96%、98.61%、98.07%、98.34%,相比于性能较好的小样本学习方法 DN4网络,各项指标分别提升了5.75个百分点、5.83个百分点、5.95个百分点、5.89个百分点。

基于GM(1,1)-IPSO-BP的重载铁路小半径曲线钢轨磨耗预测方法

为实现重载铁路小半径曲线段钢轨磨耗量的精准预测,提出一种非等间距灰色模型GM(1,1)与改进粒子群算法(IPSO)优化BP神经网络相结合的钢轨磨耗预测方法。首先,根据积分原理优化GM(1,1)非等间距模型的背景值计算方法,基于改进的模型得到实测磨耗序列的初步预测结果;然后,利用IPSO算法对BP神经网络的权值和阈值进行自动寻优,对GM(1,1)模型初步预测序列的残差进行校正;最后,将优化后的两种模型组合构建基于GM(1,1)-IPSO-BP的重载铁路小半径曲线地段钢轨磨耗量预测模型。以某重载铁路桥上半径400 m曲线为例,利用长期的磨耗监测数据进行方法的适用性分析,研究结果表明:GM(1,1)-IPSO-BP模型克服了磨耗数据的非线性、随机性特征对计算结果的影响,预测精度优于单独使用GM(1,1)、IPSO-BP模型;背景值优化后的GM(1,1)模型预测准确性更可靠;IPSO优化算法提高了BP神经网络计算的精度和速度;预测结果和实测数据之间的相对误差不大于4%;在预测区间上的绝对误差小于0.4 mm,运用该方法能够较准确地得到钢轨磨耗的发展规律。研究结果可为重载铁路小半径曲线钢轨的精准维修和科学使用提供参考。

地铁钢轨波磨对车辆-轨道振动及噪声特性的影响

钢轨波磨作为地铁线路中最为常见的轨道损伤问题之一,始终未得到根本性的解决。为研究不同轨道结构形式产生钢轨波磨后车辆内部振动噪声以及轨道结构振动的时频域特性,探究钢轨波磨对车辆和轨道的影响,对某地铁线路进行现场动静态测试,获取了钢轨波磨激励下车辆内部的振动和噪声响应以及轨道各部件的振动响应,使用时域指标统计、1/3倍频程谱分析等方法分析轨道振动响应特征和车内振动及噪声响应特征。结果表明:在小半径曲线地段,浮置板轨道产生了特征波长约为200 mm的钢轨波磨,整体道床轨道产生了特征波长约为60 mm的钢轨波磨;浮置板轨道的钢轨、道床板、隧道壁振动加速度有效值分别是整体道床的1.8、5.8倍及0.3倍;钢轨波磨对轨道振动的影响主要体现在中高频范围,在300~400 Hz附近,浮置板轨道振级从钢轨至隧道壁共衰减66 d B,而整体道床共衰减49 d B;列车通过测试区域时,转向架上方与客室中部垂、纵向振动加速度有效值基本一致,而客室中部横向振动加速度有效值约为转向架上方的2倍;车内转向架位置处的异常振动主要来源于钢轨波磨的激励,且短波长波磨所激励的车内振动及噪声更加剧烈。因此,地铁钢轨波磨产生后在轨道及车辆的振动噪声响应中均占主要成分,应及时对钢轨进行打磨处理,研究结果可为地铁工务维修提供理论指导。

软土地区轨道交通桥梁下方灌注桩小净距施工影响

[目的]我国沿海软土地区灌注桩与运营轨道交通桥梁、桥墩间小净距的施工影响正成为制约城市轨道交通规划与建设的又一瓶颈因素,因此有必要研究小净距钻孔灌注桩施工对周围地层和桥墩的变形影响。[方法]以浙江某城市道路桩板结构形式下穿轨道交通桥梁在建工程为例,通过设计土体侧向变形监测试验和搭建既有桥梁、桥墩的位移智能监测系统,分析了深厚软土区地层与测斜孔的协同变形特性,以及钻孔灌注桩施工对周围地层及桥墩变形的影响规律。[结果及结论]为使测斜孔与地层具有较好的协同变形,软土区测斜孔施工后应稳定停留6 d;淤泥层对施工加载、卸载过程的敏感性较高,由施工引发的软土地层变形量最大;在施工条件下,桥墩3个方向的变形幅值约为未施工的2~3倍;成孔开挖和混凝土浇筑工序对桥墩深度方向的扰动影响较显著,因此已运营轨道交通桥梁下部施工的监测重点应为竖向位移。

轮轨润滑对地铁小半径曲线段外轨磨耗影响

[目的]地铁线路小半径曲线段的数量占比高、钢轨磨耗严重,通过润滑改变轮轨接触区的摩擦因数可以有效降低钢轨磨耗,因此有必要对轮轨润滑与钢轨磨耗之间的影响关系进行研究。[方法]介绍了润滑减磨理论;建立侧磨预测模型,将钢轨侧磨量为5 mm作为1个阶段,仿真计算不同侧磨阶段下的外轨磨耗规律;结合润滑减磨仿真计算结果,提出相应的外轨润滑措施。[结果及结论]钢轨上道初期,当钢轨出现侧磨后进行润滑,润滑减磨效果不显著;当钢轨侧磨量达到5~10 mm时,润滑涂敷效果差别显著,可以延缓钢轨磨耗发展时间至少3个月;外轨磨耗后期,钢轨侧磨速度明显加快,润滑涂敷效果差别不显著。建议在钢轨出现侧磨后进行润滑涂敷,当钢轨侧磨量达到5~10 mm时,对钢轨进行重点润滑涂敷。轮轨润滑可以降低钢轨磨耗速率,减缓曲线外轨磨耗发展,延长钢轨使用寿命,降低维修成本。

列车轮缘润滑材料性能分析与应用研究

通过基础摩擦磨损试验研究了干态摩擦和3种轮缘润滑棒条件下的轮箍材料试样的摩擦磨损行为,结合扫描电镜和表面测量仪观察磨损表面形貌、损伤特征和磨痕几何形状,对3种轮缘润滑棒进行能谱分析,探究了润滑成分对轮轨材料减摩的影响,并根据试验结果进行了2个月的现场机车轮缘磨耗跟踪测量.研究结果表明施加轮缘润滑棒作为润滑介质后可降低界面摩擦系数至0.15~0.50,试样表面摩擦损伤均有不同程度降低,3种轮缘润滑棒工况相比干态摩擦工况的试样磨损率分别降低17.21%、28.58%和20.50%;润滑剂成分研究表明,石墨-二硫化钼的轮缘润滑棒能在摩擦接触表面形成延展性强、覆盖率高的致密固体润滑膜,抗磨减摩性能最优;轮缘润滑棒B在DF12机车1轴轮对安装使用后轮缘磨耗有明显减缓,第1、4轴轮对轮缘磨耗之比下降50%.

温度效应下小半径曲线桥梁轨作用及扣件阻力影响研究

为研究温度效应对小半径曲线桥梁轨相互作用的影响,以某小半径有轨电车曲线桥为背景,建立考虑无缝线路线形的线-桥-墩一体化空间有限元模型并进行验证。分析并对比直线桥与小半径曲线桥梁轨相互作用规律,研究了整体升温工况与局部升温工况下小半径曲线桥钢轨伸缩附加力、桥梁墩顶横向力和纵向力的大小及其分布规律,提出3种扣件布置方案并从减小钢轨伸缩附加力的角度进行对比。研究结果表明:相较于直线桥,整体升温情况下小半径曲线桥上钢轨横向位移及墩顶横向力均较大;对于小半径曲线桥,整体升温情况下,随着桥梁温度的升高,钢轨的伸缩附加力逐渐增大;采用整体升温工况进行设计检算时,钢轨所受伸缩力及墩顶纵向力与局部升温工况相比结果偏大;相较于铺设常阻力扣件,铺设小阻力扣件可以明显减小钢轨伸缩附加力,但纵向阻力过小容易导致钢轨折断时断缝过大。研究结果可以为有轨电车小半径曲线桥上无缝线路的设计提供理论参考。

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。

轨撑加强的小半径曲线动态轨距分析

为控制小半径曲线动态轨距扩大,一般采用轨撑和轨距拉杆对轨道进行加强,但大机捣固道床时需拆除轨距拉杆,增加了养护维修工作量。为提升小半径曲线大机养护的便利性,研究小半径曲线拆除轨距拉杆只采用轨撑的可行性。建立轨撑和轨距拉杆加强的小半径曲线横向受力计算模型,分析轨撑、轨距拉杆以及两者组合使用对小半径曲线动态轨距保持能力的影响。研究表明:仅采用弹性轨撑即可有效保持小半径曲线动态轨距的稳定,建议在曲线半径R<350 m,每隔1根轨枕安装1对轨撑;350 m≤R<450 m,每隔2根轨枕上安装1对轨撑;450 m≤R<600 m,每隔3根轨枕上安装1对轨撑;R≥600 m和直线根据线路状态可适当安装。

长轨运输车极小半径曲线运行安全性分析

长轨运输车运载长钢轨通过半径R为65 m的极小半径曲线段时,由于曲线半径极小和长钢轨通过曲线段时对车辆产生支反力的共同影响,车辆的运行安全性差。为确保所设计的长轨运输车能安全通过该曲线段进行轨道作业时,首先对长轨运输车的曲线通过能力进行理论分析,然后计算所运载的长钢轨对车辆产生的支反力,建立长轨运输车动力学仿真模型,计算长轨运输车空载、重载低速动态通过曲线段的运行安全性指标,并叠加支反力后依据《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法》(GB/T 17426—1998)进行安全性评定,最后通过实车试验验证理论计算和仿真分析。结果表明:所设计的长轨运输车有通过R65 m极小半径曲线段的能力,其重载工况动态通过该曲线段时的极限速度高于空载工况,且长轨运输车空载、重载以5~15 km/h速度动态通该曲线段时运行安全性能良好,具有一定的安全裕值,满足实际轨道作业的速度需要。

小半径曲线梁桥的无缝线路有限元模型简化研究

为更简便地建立小半径曲线梁桥的无缝线路有限元模型,降低计算成本并保证计算精度的可靠性,本文比较分析不同简化程度的模型。首先,依据已有桥上无缝线路模型的形式,通过不同程度简化桥梁上部结构,由简到繁确立了单刚臂模型、多刚臂模型、准梁格模型、平面壳模型、空间壳模型、实体模型共6种模型,并通过扣件横向和纵向阻力试验取得了模型的关键参数;其次,以曲线半径为200 m的(40+50+50+40) m连续梁桥为实例,计算了桥上无缝线路在伸缩、挠曲、制动和断轨等其他组合工况下的结果;最后,以实体模型的计算结果为基准,将前5种模型的计算结果与实体模型的进行对比,通过欧几里得距离量化分析了各模型的计算精度。研究结果表明:综合考虑模型复杂程度和计算精度,多刚臂模型和准梁格模型相比于空间壳模型性价比更高,梁格法在桥梁工程中被大量用于异形桥梁计算,且支座分布以及边界条件更符合实际情况。因此,推荐在进行小半径曲线梁桥的无缝线路计算时采用准梁格模型。

小半径曲线简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道无缝线路研究

为研究小半径曲线简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道无缝线路的力学特性,根据梁轨纵向和横向相互作用原理,采用有限元法建立三维曲线简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路模型,详细分析了钢轨温度、曲线半径、高分子材料纵向阻力和横向刚度对钢轨和桥梁纵、横向受力和变形的影响规律。结果表明:(1)钢轨温度的增加会显著加剧伸缩工况中梁轨横向相互作用,故在进行小半径曲线桥上无缝线路设计时,需要考虑钢轨温度对桥墩横向受力的影响;(2)随着曲线半径的增加,钢轨伸缩力和梁轨纵向相对位移逐渐增加,梁轨横向相对位移和桥梁墩台横向受力则呈现整体减小的变化趋势;(3)当曲线半径大于300 m时,梁轨纵、横向相互作用与直线模型的计算结果逐渐趋于一致;(4)降低高分子材料纵向阻力可以显著减小桥梁墩台纵向和横向受力,对无缝线路力学特性而言,高分子材料横向刚度不是一个十分敏感的参数;(5)曲线半径对伸缩工况和断轨工况的影响较为显著,而对挠曲工况和制动工况的影响相对较小;(6)采用直线模型的计算结果进行钢轨强度和断缝值检算是偏安全的,但在检算小半径曲线地段桥梁墩台横向受力时需要采用曲线模型。

地铁钢轨波磨成因分析及工程对策研究

针对地铁钢轨波磨问题,对北京地铁14号线钢轨波磨进行调查研究,从线路通过总重、道床类型和曲线半径等方面探寻钢轨波磨产生的原因。分析得出线路通过总质量是影响钢轨波磨的主要因素之一,通过总质量为1000万~1700万t时,钢轨波磨发展速度最快;减振道床并不能从根本上解决钢轨波磨问题;曲线半径小于800 m的区段钢轨波磨最为严重,钢轨波磨的波长主要以10~50 mm短波波长为主,曲线半径越大钢轨波磨的波长分布相对离散度越小;钢轨打磨不能从根本上消除钢轨波磨,但能在短时期内控制波磨的发展。最后提出可通过动态调整钢轨打磨周期,以预防性打磨为主,矫正性与维护性打磨为辅,定期进行车轮镟修、增加轨下道床整体弹性、提升钢轨的硬度及耐磨性、合理控制轮轨摩擦等方法,延缓地铁钢轨波磨产生速率,降低地铁养护维修费用。

铁路轨道加强部件弹性轨撑研发与应用

轨撑是铁路曲线和长大坡度地段的重要轨道加强部件之一。经现场调研,既有轨撑结构存在局部刚度不均匀、调整性差、类型多等问题。既有结构的刚度不均匀会导致部分扣件不起横向支撑作用,给轨道带来较大的冲击,造成轨道状态恶劣,而调整性差则引起轨撑与轨腰间离缝、不密贴,长期使用会对轨枕和钢轨带来伤损,不利于工务运营维修。结合重载铁路、客货共线及其他铁路现场使用的需求,研制了50,60,75 kg/m专线系列钢轨用弹性轨撑,采用整体式结构,轨撑与轨腰完全贴合,增大接触面,提升抗横向性能。轨撑侧面镶嵌(硫化)弹性橡胶或聚氨酯材料,避免和钢轨硬接触,适当释放位移保证弹性,减轻轨撑抵靠钢轨轨腰带来的磨耗和伤损问题。采用有限元方法建立弹性轨撑实体模型,理论分析弹性轨撑方案受力规律,确定合理的技术参数。另制定弹性轨撑组装试验测试方法和技术要求,相同条件下与国铁弹条Ⅱ型扣件进行室内对比试验,经测试各项指标均达到预期效果,性能安全可靠。为验证弹性轨撑的实际应用效果,选取曲线半径为400 m的小半径曲线段进行现场试铺并进行观测,相关数据表明弹性轨撑能有效抵抗钢轨承受的异常横向荷载,轨距变化率小,达到设计要求,可保证列车安全运行,具有良好的推广应用价值。

重载铁路小半径曲线段钢轨焊缝不平顺安全管理限值

基于一重载铁路曲线段的线路条件与钢轨焊缝不平顺现场测试数据,通过建立30 t轴重重载货车-轨道耦合动力学模型,分析了重载铁路钢轨焊缝不平顺参数与曲线参数对重载轮轨系统动力响应的影响规律。结合轮轨动力性能安全评价指标,分析了不同类型重载线路钢轨焊缝短波不平顺的安全限值。结果表明:在小半径曲线段,钢轨焊缝不平顺对重载行车安全性威胁更大;轮重减载率和轮轨垂向力响应指标受钢轨焊缝不平顺的影响较大,可作为钢轨焊缝不平顺动力影响研究的敏感指标;曲线段钢轨焊缝不平顺短波波深限值随行车速度增加而减小,随曲线半径减小而略有减小;30 t轴重重载货车以100 km/h运行于半径400 m的曲线线路时,凸形焊缝不平顺的短波波深安全限值为0.2 mm,凹形焊缝不平顺的短波波深安全限值为0.1 mm。

电子导向胶轮系统特点及发展分析

电子导向胶轮系统是近年来我国轨道交通体系中出现的新成员,为我国轨道交通建设提供了新思路、新模式。首先,分析电子导向胶轮系统与传统轨道交通在导向模式上的区别,介绍光学导向和磁导航2种导向模式的技术原理;其次,进一步分析该系统在运能、速度、选线、路面结构、建设成本、建设周期方面的特点;随后,结合现阶段电子导向胶轮系统在株洲、宜宾、上海、盐城的应用案例,总结其功能定位,指出应重点在大城市地铁线路已连接但覆盖面积不足的区域以及有建设需求的中小城市中积极推广该系统;最后,结合现阶段的建设运营经验,针对该系统未来的发展提出6点建议,以期为后续的建设工作提供参考。

个性化设计廓形打磨钢轨在高速铁路小半径曲线波磨病害整治中的应用

我国某高速铁路半径为1 600 m曲线下股钢轨波磨病害严重,采用传统方式打磨后,波磨病害在4个月后再次产生。以现场实测钢轨廓形为基础,分别对该曲线上股、下股廓形进行个性化设计。采用个性化设计廓形打磨钢轨后,钢轨波磨产生周期延长至8个月。通过建立动力学模型和仿真计算,得出如下结论:较传统方式打磨,采用个性化设计廓形打磨钢轨,在轮对横移量为0~9 mm时的轮轨接触轮径差均得到不同程度增大;轮对横移量为6 mm时的轮轨接触锥度由0.087提升至0.133,提升了53%,车轮通过曲线能力明显增加;轮轨接触点均匀分布于轨面,在蛇行运动过程中,接触点在轨面均匀移动,跳跃少;曲线下股蠕滑率平均值的变化率下降89.6%,蠕滑率变化范围的变化率下降80.9%,轮轨运动更接近于纯滚动,轮轨接触状态更加稳定,对延长钢轨波磨病害产生周期有明显作用。

移动道岔在长距离小断面TBM隧洞中的运用

直径3~4 m的小直径TBM长距离隧洞掘进时由于断面狭窄、运距长,渣土及物料多采用单轨轨道运输,利用编组列车水平运输方式。随着洞内运输距离逐渐增加,隧洞内无法错车而编组列车之间只能在洞口道岔上错车,洞内同一时段仅能有1辆编组列车运行,洞内物料运输效率将受到很大的限制,影响TBM的正常掘进。结合南宁抽水蓄能电站自流排水洞洞内移动道岔的成功运用,总结论述长距离小断面TBM隧洞洞内移动道岔施工技术。

不同比例轮轨参数组合下钢轨磨耗演化及型面优化研究

文章研究实际小半径曲线上钢轨磨耗演化规律,设置车辆行驶速度、摩擦系数及车轮踏面类型按比例组合并分析对钢轨磨耗的影响。运用非均匀有理B样条曲线(Non Uniform Rational B-Spline,NURBS)构建钢轨参数化模型,并训练样本且基于神经网络(RBF)代理模型搭建以轮轨接触斑面积均方根ARMS和接触角差Δδ为目标函数的多目标优化模型。研究结果表明:左轨磨耗表现为侧磨,且磨耗量与通过总重线性相关;右轨磨耗表现为垂直磨耗,磨耗量也与通过重量呈线性相关;优化型面Opt1在接触斑面积均方根ARMS和接触角差Δδ两方面较原始型面均有所改善,且Opt1型面轮轨接触点分布更均匀,磨耗指数及动力学性能均有较好的改善。

基于环形试验台的钢轨短波长波磨产生机理研究

介绍一种具有小半径曲线轨道的环形试验台,并对其钢轨表面短波长波磨的形成原因进行分析。环形试验台上车辆运行6 000圈后,在低轨表面观察到钢轨波磨以3.31 mm的波长再现。通过力锤敲击对轨道动态特性进行频率响应函数测试,并在行车条件下对波磨附近处高低轨的振动加速度进行数据采样,采用短时傅里叶变换对采样数据在频域上进行分析。根据试验台的实际尺寸建立轨道三维实体有限元模型,并对其进行模态分析和频响分析。结合试验和仿真的结果分析轨道结构动态特性与钢轨波磨的相关性。结果表明,试验车辆运行速度为12 km/h时,3.3 mm波长波磨的通过频率为1 007 Hz。低轨的1阶垂向Pinned-Pinned频率为2 277 Hz,低轨的1阶横向Pinned-Pinned频率为1 015 Hz,与波磨通过频率相吻合。车辆通过小曲线半径时,低轨上的横向振动幅值远大于高轨上的振动幅值,且低轨上的横向Pinned-Pinned频率1 015 Hz容易被激发,形成与共振频率对应的波磨,且在不同行车速度下低轨被激发出来的横向Pinned-Pinned频率几乎不会受速度的影响,振动幅值随着速度的减小依次降低。低轨频率响应函数试验测试的结果和有限元仿真的结果相吻合,验证了所建立的有限元模型的准确性,且在白噪声的激励下,有限元模型中低轨的横向Pinned-Pinned频率极易被激发出来,其模态振型表现为以钢轨弹性扣件支撑点相对固定。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,钢轨横向Pinned-Pinned模态被激发加剧了钢轨的横向振动是导致小曲线半径低轨钢轨波磨形成的原因。