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采用轮轨振动加速度信号对车轮扁疤的识别研究

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机械科学与技术 2024年第2期43卷 344-350页

作者：杨丽蓉和振兴王开云刘旭麒曹子勇兰州交通大学机电工程学院兰州730070 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

实现车轮扁疤损伤的早期识别,并跟踪其发展过程,是研发轨道交通故障智能识别系统的重要内容。目前相关研究着重于分析车轮扁疤激励对车辆和轨道系统相关部件的影响,以及如何在确保行车安全的条件下确定扁疤的安全限值,缺乏通过钢轨振动... 详细信息

实现车轮扁疤损伤的早期识别,并跟踪其发展过程,是研发轨道交通故障智能识别系统的重要内容。目前相关研究着重于分析车轮扁疤激励对车辆和轨道系统相关部件的影响,以及如何在确保行车安全的条件下确定扁疤的安全限值,缺乏通过钢轨振动响应识别车轮扁疤机理的研究。因此基于车辆-轨道耦合动力学理论,通过动力学仿真计算得到车轮扁疤激励下,车辆系统和轨道系统的动力学响应。采用小波包分解算法,提取不同部件的垂向振动加速度的能量值作为评判指标,从能量特征的角度研究车轮扁疤冲击响应的评价方法。考虑了轮轨之间平顺、随机不平顺、以及叠加粗糙度3种激励状态,对车体、构架、轴箱、轮对以及钢轨的加速度时域信号特征和能量特征进行了对比分析。研究发现钢轨小波包能量值与扁疤深度之间具有线性递增关系,车轮扁疤冲击仅影响同侧钢轨的小波包能量值,因此可以利用钢轨振动响应的小波包能量值进行车轮扁疤检测。

关键词：智能识别小波包分解车辆-轨道耦合动力学扁疤检测

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高速铁路车轮扁疤智能识别算法的曲线适应性

振动与冲击 2023年第5期42卷 223-232页

作者：刘旭麒和振兴杨丽蓉兰州交通大学机电工程学院兰州730070

高速铁路曲线地段轮轨之间的动力相互作用复杂,智能识别算法在曲线地段的适应性是实现对车轮扁疤全线不间断识别跟踪的前提。考虑高速铁路车轮扁疤信号的随机性特征,提出了一种基于变分模态分解(variational modal decomposition, VMD)... 详细信息

高速铁路曲线地段轮轨之间的动力相互作用复杂,智能识别算法在曲线地段的适应性是实现对车轮扁疤全线不间断识别跟踪的前提。考虑高速铁路车轮扁疤信号的随机性特征,提出了一种基于变分模态分解(variational modal decomposition, VMD)的高速铁路车轮扁疤识别方法。考虑曲线线路不同地段以及不同轨侧的影响,对动力学计算得到的轮轨力随机响应进行变分模态分解并将信号重构,通过包络谱特征识别车轮扁疤冲击频率和对应扁疤的长度。研究表明:在曲线地段正常车轮与扁疤车轮对应的包络谱之间存在显著差异,包络谱中10 mm以上扁疤冲击倍频特征明显;倍频峰值频率特征与列车速度对应扁疤冲击频率一致;前4阶包络谱均值与扁疤长度之间呈线性关系,可以通过包络谱均值直接识别扁疤的长度。对曲线外轨侧识别的车轮扁疤长度进行修正后,可以实现车轮扁疤全线不间断识别跟踪。

关键词：车轮扁疤曲线线路故障识别变分模态分解(VMD)

流冰撞击作用下川藏铁路桥梁振动抑制及行车安全研究

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振动与冲击 2022年第8期41卷 72-78,85页

作者：李鹏浩翟婉明和振兴石广田兰州交通大学机电工程学院兰州730070 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers,DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立... 详细信息

流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers,DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果,并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明:在桥梁墩顶附加DVA后,能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动,且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小;当行车速度增大到200 km/h时,DVA对车辆动力学响应依然有较好的减振效果;保持行车速度不变,增大DVA的质量比,车辆动力学响应的减振率均增大。试验表明,桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。

关键词：铁路桥梁流冰撞击列车-轨道-桥梁动力相互作用动力吸振器(DVA) 振动抑制

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空气阻尼网孔式弹性垫减振单元理论模型研究

振动与冲击 2022年第23期41卷 94-101页

作者：和振兴白彦博包能能贠剑峰石广田兰州交通大学机电工程学院兰州730070

弹性垫在减振和隔震领域应用广泛,为了提高弹性垫的阻尼,提出一种具有空气阻尼的网孔式弹性垫结构。利用材料的弹性差异,在网孔式弹性垫不同材质层内形成主气室和附气室,两个气室之间用节流孔联通。建立了空气阻尼网孔式弹性垫减振单元... 详细信息

弹性垫在减振和隔震领域应用广泛,为了提高弹性垫的阻尼,提出一种具有空气阻尼的网孔式弹性垫结构。利用材料的弹性差异,在网孔式弹性垫不同材质层内形成主气室和附气室,两个气室之间用节流孔联通。建立了空气阻尼网孔式弹性垫减振单元的理论模型,研究发现节流孔孔径、气室体积比是影响弹性垫刚度和阻尼的关键参数。有限元计算结果表明随着节流孔孔径的增大,弹性垫的动刚度随之增大,阻尼的变化趋势与刚度相反;减小气室体积比,弹性垫的动刚度会随之减小,而阻尼比会增大。节流孔孔径和气室体积比对弹性垫阻尼的影响比刚度明显,其中气室体积比对阻尼的影响最为显著。

关键词：空气阻尼弹性垫节流孔孔径气室体积比阻尼比

侧支撑长枕式减振轨道弹性垫板垂向刚度理论研究

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铁道科学与工程学报 2022年第7期19卷 1889-1897页

作者：张鹏和振兴石广田白彦博兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

侧支撑长枕式减振轨道结构是一种新型的轨枕减振措施,其具有平衡横向动载荷、减小道床宽度和实现轨枕自动对正等诸多优点。为研究侧支撑长枕式减振轨道弹性垫板的几何特征对其垂向节点刚度的影响,结合侧支撑弹性垫板的实际结构,建立考... 详细信息

侧支撑长枕式减振轨道结构是一种新型的轨枕减振措施,其具有平衡横向动载荷、减小道床宽度和实现轨枕自动对正等诸多优点。为研究侧支撑长枕式减振轨道弹性垫板的几何特征对其垂向节点刚度的影响,结合侧支撑弹性垫板的实际结构,建立考虑弹性垫板关键几何参数的双弹簧模型,推导影响侧支撑弹性垫板垂向节点刚度的几何参数,研究相关参数对弹性垫板垂向节点刚度的影响规律。建立不同垫板几何参数下的单元结构模型,通过有限元分析软件模拟单元结构的垂向受压试验进行对比验证。研究结果表明:建立的双弹簧模型能够准确地反映侧支撑弹性垫板在不同参数条件下的受力状态和变形情况。在材料属性不变的情况下,侧支撑弹性垫板的垂向节点刚度与垫板的厚度、空间倾斜量、纵向长度和垂向高度有关,随着厚度的增大,垫板的垂向节点刚度减小,且垂向节点刚度与垫板厚度基本成反比例关系。随着空间倾斜量、纵向长度和垂向高度的增大,垫板的垂向节点刚度也随之增大。相关几何参数变化时,垫板垂向节点刚度的理论计算值与有限元模拟值相差均在±5%以内,表明所推导的垂向节点刚度计算公式可为侧支撑轨枕式减振轨道弹性垫板的结构参数优化提供理论依据。

关键词：双弹簧模型侧支撑弹性垫板垂向节点刚度有限元分析

空气阻尼对网孔式弹性垫板动力学特性的影响研究

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振动与冲击 2022年第14期41卷 24-32页

作者：白彦博和振兴贠剑峰张鹏王志璇兰州交通大学机电工程学院兰州730070

轨道交通列车走行基础采用了大量弹性垫板用于降低振动的影响。为了提高弹性垫板的阻尼,消耗更多的振动能量,提出一种空气阻尼网孔式弹性垫板。该垫板利用不同材料的弹性差异,在其弹性单元的空腔中形成主气室和附气室,两气室之间用节流... 详细信息

轨道交通列车走行基础采用了大量弹性垫板用于降低振动的影响。为了提高弹性垫板的阻尼,消耗更多的振动能量,提出一种空气阻尼网孔式弹性垫板。该垫板利用不同材料的弹性差异,在其弹性单元的空腔中形成主气室和附气室,两气室之间用节流孔联通。在列车动荷载作用下,两气室中的气体在节流孔中往复流动产生阻尼作用。研究表明,节流孔孔径和气室体积比是影响弹性垫板动力学性能的关键参数,减小节流孔孔径和气室体积比可以降低弹性垫板的刚度并增大其阻尼。空气阻尼网孔式弹性垫板的刚度和阻尼可以通过改变节流孔孔径和气室体积比灵活调整,其性能优于普通网孔式弹性垫板和填充高阻尼材料的网孔式弹性垫板。该垫板采用空气阻尼替代网孔中填充的阻尼材料,可以节省大量的生产成本。

关键词：空气阻尼弹性垫板节流孔孔径气室体积比阻尼比

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新型网孔式弹性道床垫减振性能研究

铁道学报 2023年第9期45卷 142-150页

作者：和振兴王志璇封全保苏程包能能白彦博兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730000 清华大学天津高端装备研究院天津300300

弹性道床垫减振轨道的技术核心在于设置在轨道板下的弹性道床垫。鉴于既有USM型弹性道床垫存在的自身结构特征导致材料利用率不高的缺点,提出一种材料利用率更高的新型网孔式弹性道床垫。分别建立USM型弹性道床垫、单层网孔式弹性道床... 详细信息

弹性道床垫减振轨道的技术核心在于设置在轨道板下的弹性道床垫。鉴于既有USM型弹性道床垫存在的自身结构特征导致材料利用率不高的缺点,提出一种材料利用率更高的新型网孔式弹性道床垫。分别建立USM型弹性道床垫、单层网孔式弹性道床垫和双层复合网孔式弹性道床垫有限元模型,通过对比研究发现,网孔式弹性道床垫相较于既有USM型弹性道床垫,具有应力低且分布均匀,阻尼耗能能力更强的特性。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立车辆-弹性道床垫减振轨道耦合动力学模型,评价新型网孔式弹性道床垫减振轨道的减振性能和稳定性。对比分析发现,同刚度条件下,网孔式弹性道床垫减振轨道的减振性能可以显著提升,并且对车辆的运行品质和轨道系统的稳定性不会造成负面影响,其对应的钢轨和轨道板的垂向振动加速度均有不同程度的降低。

关键词：减振轨道弹性道床垫有限元方法车辆-轨道耦合动力学减振效果稳定性

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梯形减振轨道抑振调频装置及布置方式研究

铁道科学与工程学报 2022年第12期19卷 3625-3635页

作者：和振兴王玉魁白彦博贠剑峰兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

随着城市轨道交通的不断发展,车致环境振动以及车辆与轨道结构部件的损伤问题日益突出。为提高减振轨道的稳定性与减振性能、减缓结构损伤,提出一种应用于梯形减振轨道的抑振调频装置。基于多体动力学与有限元理论,建立考虑抑振调频装... 详细信息

随着城市轨道交通的不断发展,车致环境振动以及车辆与轨道结构部件的损伤问题日益突出。为提高减振轨道的稳定性与减振性能、减缓结构损伤,提出一种应用于梯形减振轨道的抑振调频装置。基于多体动力学与有限元理论,建立考虑抑振调频装置的梯形减振轨道有限元模型和车辆-梯形减振轨道耦合动力学模型。研究抑振调频装置安装方式对梯形减振轨道固有振动特性,以及列车通过时,其对梯形轨枕和轨道基础动力学响应的影响。研究结果表明:1)安装p=3对及以上的抑振调频装置能使梯形轨枕的速度导纳峰值明显降低,并且会引起峰值对应振动频率的偏移,对梯形轨枕一阶弯曲振动的影响最为显著,其中固有频率由49.94 Hz增大至55.16 Hz,轨枕主频对应的速度导纳峰值减少了16.75%;而对竖向平动、2阶、3阶竖向弯曲振动的影响较小。2)列车载荷作用下,该装置对梯形轨枕自身的振动具有明显的抑制作用,同时轨道基础的振动明显降低,其中梯形轨枕振动加速度插入损失可达5.6 dB,轨道基础振动加速度插入损失可达4.68 dB。说明安装抑振调频装置不仅可以调节梯形轨枕自身振动频率,而且对梯形减振轨道的稳定性与减振性能均有显著提升作用。

关键词：抑振调频装置梯形减振轨道速度导纳车辆-轨道耦合动力学插入损失

新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道结构力学特性研究

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振动与冲击 2023年第17期42卷 25-34,85页

作者：曹子勇和振兴苏程包能能王玉魁贠剑峰兰州交通大学机电工程学院兰州730070

新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道和既有轨枕式减振轨道的弹性支撑方式不同,重点对新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道力学特性和关键参数展开研究。在轮载作用条件下,对比分析两种减振轨道的应力分布情况,找出道床的应力集中区域及最不利位... 详细信息

新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道和既有轨枕式减振轨道的弹性支撑方式不同,重点对新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道力学特性和关键参数展开研究。在轮载作用条件下,对比分析两种减振轨道的应力分布情况,找出道床的应力集中区域及最不利位置,研究载荷施加在新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道不同位置时部件的应力分布特征,并对道床的减振特性加以研究。针对荷载作用于轨枕正上方时的最不利位置,进行道床承轨槽折角处的应力分布分析,以及减振轨道整体道床的配筋设计与检算。采用试验与仿真相结合的方发,研究了侧支撑式弹性垫板的厚度、空间倾斜量和材料硬度对轨枕节点动刚度和垂向最大位移的影响。研究结果表明,新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道道床的最大应力出现在承轨槽两侧下部靠近折角的区域,与既有轨枕式减振轨道的最大应力出现在承轨槽底部中间区域截然不同,且减振效果较显著。道床结构参考既有纵向承轨台整体式道床的配筋方案可以满足受力要求,承轨槽两侧下端折角处不会开裂。侧支撑式弹性垫板的厚度、空间倾斜量和材料硬度是影响新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道节点动刚度的三个关键,其中厚度和材料硬度的变化对节点动刚度的影响较大,增加侧垫厚度,降低材料硬度使节点动刚度降低,载荷-位移滞回曲线的面积增大,消耗的振动能量更多;空间倾斜量的影响较小,与节点刚度之间存在正比例变化关系;在三个关键参数的研究范围内取值可以获得满足规范要求,并具有不同减振等级的节点动刚度。

关键词：减振轨道减振效果配筋侧支撑式弹性垫板节点动刚度