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轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响

浙江大学学报（工学版） 2022年第9期56卷 1772-1779页

作者：张斌关庆华李伟周亚波温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了综合分析轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响机理,采用动力学试验与数值仿真相结合的方法展开研究.测试车辆晃动的横向振动加速度、轮轨廓形及轨道不平顺,掌握车辆晃动、不同轮轨匹配特征,分析轨道不平顺及轮轨匹配对车辆晃... 详细信息

为了综合分析轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响机理,采用动力学试验与数值仿真相结合的方法展开研究.测试车辆晃动的横向振动加速度、轮轨廓形及轨道不平顺,掌握车辆晃动、不同轮轨匹配特征,分析轨道不平顺及轮轨匹配对车辆晃动的影响.结果表明:当地铁运行线路存在周期性轨道不平顺时,将严重影响车辆平稳性;不同轮轨型面匹配引起的转向架蛇行运动频率与轨道激励频率、车体滚摆模态频率的接近程度不同,是导致车辆平稳性存在差异的原因.及时处理轨道周期性不平顺,合理控制轮轨型面匹配的等效锥度能够有效改善地铁车辆的运行品质.

关键词：地铁车辆晃动轮轨匹配轨道不平顺耦合共振

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轨道不平顺概率模型

交通运输工程学报 2018年第3期18卷 56-63页

作者：徐磊翟婉明西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 代尔夫特理工大学道路与铁道工程系

为了高效选取轨道不平顺随机样本,以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求,依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征,提出了一种轨道不平顺概率模型;采用离散概率积分和统计方法,在时域中将大量轨道不平顺检测信... 详细信息

为了高效选取轨道不平顺随机样本,以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求,依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征,提出了一种轨道不平顺概率模型;采用离散概率积分和统计方法,在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列,对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布;采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征,视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性,采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率;采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱,并反演随机不平顺序列;实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺,基于车辆-轨道耦合动力学理论,从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发,对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果,以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明:以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源,获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%,2种模型均能准确表达不平顺激扰特性;为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致,采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本,概率模型具有更高的分析效率;在给定计算工况下,轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g^0.043g(g为重力加速度),均未超过《高速铁路设计规范》(TB 10621—2014)中的限值(轮轨力为170kN,车体加速度为0.25g),表明此高速铁路轨道不平顺状态较优,行车安全性和舒适性可以得到保证。

关键词：铁道工程轨道不平顺概率模型随机振动车辆-轨道耦合动力学随机模型

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重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征

铁道学报 2023年第7期45卷 115-125页

作者：郝晓莉杨建杨飞李烨峰秦怀兵侯亚丽北京交通大学电子信息工程学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国铁路太原局集团有限公司工务部山西太原030013 国能朔黄铁路公司检测救援分公司河北石家庄062350

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2~70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征,提出重载铁路轨道不平顺的数学描述,可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条... 详细信息

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2~70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征,提出重载铁路轨道不平顺的数学描述,可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条铁路的高低、轨向、水平和轨距轨道不平顺实测数据。使用小波分析和Welch修正周期图法计算轨道不平顺谱,并与国内外标准轨道谱进行对比;使用多项式拟合算法拟合轨道不平顺谱包络,并使用国内外标准谱拟合公式进行拟合实验对比。最后,给出了发生在钢轨焊缝位置的周期不平顺表达式,并结合轨道拟合谱的逆傅里叶变换方法,对轨道不平顺空间序列进行数值模拟。研究表明:大秦和朔黄轨道不平顺谱的频率和幅度特征基本一致,因此可以使用统一的拟合公式进行拟合;提出的8阶多项式拟合公式能精确地拟合轨道不平顺谱的形状;随机不平顺和周期不平顺的共同表达使轨道不平顺拟合谱的形状和轨道不平顺的数值模拟更为合理和准确。

关键词：重载铁路轨道不平顺轨道不平顺谱多项式拟合周期不平顺数值模拟

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重载铁路轨道不平顺谱构建与分析

铁道工程学报 2022年第3期39卷 32-39页

作者：高建敏赖思成西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

研究目的:为掌握重载铁路轨道不平顺特征,基于重载轨道不平顺实测数据进行数据预处理与数字特征分析;利用Welch法对重载轨道不平顺谱进行估计;提出能表征重载不平顺谱特征的统一拟合模型,利用L-M算法对重载高低、轨向、水平和轨距不平... 详细信息

研究目的:为掌握重载铁路轨道不平顺特征,基于重载轨道不平顺实测数据进行数据预处理与数字特征分析;利用Welch法对重载轨道不平顺谱进行估计;提出能表征重载不平顺谱特征的统一拟合模型,利用L-M算法对重载高低、轨向、水平和轨距不平顺谱进行拟合,得到平均谱拟合参数;并将重载不平顺拟合谱与现有不平顺谱进行对比分析。研究结论:(1)重载铁路轨道不平顺数据具有平稳特性且基本服从正态分布;(2)所分析重载线路轨道几何状态整体较好,各类型不平顺谱的周期性波长成分不尽相同,但均含有1.90 m和1.15 m周期性成分;(3)拟合得到的轨道高低、轨向和水平不平顺谱大致与德国低干扰谱相当,轨距不平顺谱则整体差于德国高干扰谱;(4)本研究成果可为我国重载铁路轮轨动力学仿真分析和重载铁路养护维修管理提供理论参考。

关键词：重载铁路轨道不平顺功率谱密度非线性拟合

基于深度学习的轨道不平顺与车体垂向加速度映射模型

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铁道学报 2023年第6期45卷 106-113页

作者：何庆利璐李晨钟汪健辉王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

高速列车在长期服役条件下,其车辆悬挂系统等参数与设计值差异较大。多体动力学仿真模型难以模拟真实运营环境,且计算效率较低。为更加准确、快速地评价各种轨道结构以及不平顺激励下车体的垂向振动响应,根据实测轨道不平顺与车体垂向... 详细信息

高速列车在长期服役条件下,其车辆悬挂系统等参数与设计值差异较大。多体动力学仿真模型难以模拟真实运营环境,且计算效率较低。为更加准确、快速地评价各种轨道结构以及不平顺激励下车体的垂向振动响应,根据实测轨道不平顺与车体垂向加速度的时空数据传递特征,建立一种卷积长短期记忆组合模型,该模型将轨道不平顺与列车运行速度作为输入,实现对车体垂向加速度的预测。结果表明,卷积长短期记忆模型预测的平均绝对百分比误差值为5.64%,相比动力学仿真模型减少3.57%。在预测一段3 km长线路的垂向车体加速度时,动力学仿真模型需要花费约53 s,而卷积长短期记忆网络只需要花费约1.6 s,预测效率提升33倍。

关键词：高速铁路轨道不平顺车体垂向加速度深度学习卷积长短期记忆组合模型

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轨道不平顺的反演方法研究

轨道不平顺的反演方法研究

作者：周述生北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国轨道交通行业发展迅速,对铁路运输的安全、平稳性要求越来越高。轨道不平顺是引起车辆、轮轨系统振动的主要原因,对乘客舒适性影响较大,现有的轨检车成本高且周期长,不能及时反映轨道状态,需要建立一种从运营车辆振动响应反... 详细信息

近年来,我国轨道交通行业发展迅速,对铁路运输的安全、平稳性要求越来越高。轨道不平顺是引起车辆、轮轨系统振动的主要原因,对乘客舒适性影响较大,现有的轨检车成本高且周期长,不能及时反映轨道状态,需要建立一种从运营车辆振动响应反演轨道谱的方法。本文通过研究运营车辆加速度信号,推导其与轨道不平顺之间的关系,为日后进行轮轨养护、车辆动力学仿真模拟提供数据支撑。主要研究工作如下:(1)对论文可行性进行分析。根据地铁车辆实际动力学参数,在SIMPACK中建立仿真模型。对美国轨道谱及Sato谱采用Fourier逆变换法进行数值模拟,将其动力学模型的轨道输入,得到车辆各部件振动响应,为后续建立反演方法提供数据支撑。轴箱质心垂向位移与轨道垂向不平顺幅值保持一致,可以通过估计轴箱位移近似替代轨道不平顺。(2)介绍了轨道不平顺的反演方法。将车辆系统视作线性系统,根据线性系统理论的研究,推导连续状态方程的离散化,并建立线性系统能观性判断依据,基于线性最小均方误差估计原理,对卡尔曼滤波算法进行推导。简述了时域积分和频域积分的基本流程与适用范围。(3)利用拉格朗日方法,建立车辆整体振动微分方程,将其转换为连续状态方程并进行离散化,设计卡尔曼滤波器,以车辆振动加速度作为系统观测量,对轨道不平顺进行反演,卡尔曼滤波能够较好地估计车体、构架的位移、速度响应,和轨道不平顺。对轨道垂向不平顺,卡尔曼滤波可以实现全频域内的有效估计,对横向不平顺,受限于建模精度,卡尔曼滤波可以实现低频长波不平顺的有效估计。对轴箱加速度频域积分可以有效得到截止频率以上垂向不平顺,无法通过该方法获取横向不平顺。(4)对北京地铁四号线和广州地铁三号线进行实车加速度测试试验,利用建立的反演方法对实际地铁线路谱进行反演估计。反演结果显示,中长波轨道不平顺与美国谱趋势一致,而2m以下的短波则等于或高于Sato谱。对不同时刻不同车辆经过同一段轨道的振动响应进行反演,反演结果保持一致,进一步说明了反演模型的正确性。图44幅,表17个,参考文献62篇。

关键词：轨道车辆振动加速度轨道不平顺反演卡尔曼滤波

轨道不平顺激励下悬浮隧道车隧耦合振动响应分析

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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振动与冲击 2019年第1期38卷 1-7,21页

作者：林亨项贻强陈政阳杨赢浙江大学建筑工程学院杭州310058

悬浮隧道是悬浮在水下一定深度的新型封闭式交通结构物。为分析轨道不平顺激励下水中悬浮隧道车隧耦合振动特性,将行驶车辆和悬浮隧道分别抽象为弹簧-质量车和离散弹性支撑梁,并结合Morison方程考虑流体附加惯性效应和阻尼效应,建立悬... 详细信息

悬浮隧道是悬浮在水下一定深度的新型封闭式交通结构物。为分析轨道不平顺激励下水中悬浮隧道车隧耦合振动特性,将行驶车辆和悬浮隧道分别抽象为弹簧-质量车和离散弹性支撑梁,并结合Morison方程考虑流体附加惯性效应和阻尼效应,建立悬浮隧道车隧耦合振动微分控制方程。基于MATLAB采用四阶龙格-库塔法求解悬浮隧道在轨道不平顺激励下的车隧耦合振动响应。计算结果表明:悬浮隧道车隧耦合振动同时受到轨道不平顺和流体作用效应的影响。基于数值计算结果,考虑流体作用效应的结构位移响应有3%左右的增加;而在轨道不平顺激励下,考虑耦合振动的结构位移响应平均有5%～10%的增加。其次,锚索刚度对在轨道不平顺激励下结构位移响应具有抑制作用。具有较大锚索刚度的悬浮隧道对轨道不平顺更敏感,局部振动更剧烈。再者,快速行驶车辆在高干扰轨道激励下使耦合系统发生更强烈的振动,可通过控制车辆行驶轨道的平顺度以降低高速通行要求下产生的车隧耦合振动影响。

关键词：悬浮隧道轨道不平顺车隧耦合振动锚索刚度车辆速度

基于GM(1,1)模型与相关向量机的轨道不平顺区间预测

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交通运输工程学报 2023年第6期23卷 135-145页

作者：王英杰楚杭陈云峰时瑾北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学北京市轨道交通线路安全与防灾工程技术研究中心北京100044 中国铁路兰州局集团有限公司甘肃兰州730000

为开展以预防修为主的养护维修作业,联合GM(1,1)灰色模型与相关向量机(RVM)算法,提出一种预测轨道不平顺演化区间的GM(1,1)-RVM组合模型;结合轨道质量指数(TQI)的振荡演变特性,通过二次-对数复合函数平滑优化和序列权重优化改进了GM(1,1... 详细信息

为开展以预防修为主的养护维修作业,联合GM(1,1)灰色模型与相关向量机(RVM)算法,提出一种预测轨道不平顺演化区间的GM(1,1)-RVM组合模型;结合轨道质量指数(TQI)的振荡演变特性,通过二次-对数复合函数平滑优化和序列权重优化改进了GM(1,1)模型,通过粒子群优化(PSO)算法对待优化参数进行搜索确定,并在此基础上计算点的预测值;构造以点预测值为输入,以TQI实测值为输出的样本特征映射模式,引入5折交叉验证环节优化与训练了RVM模型的组合核函数;通过GM(1,1)模型与RVM模型间的输入-输出衔接机制集成了组合预测模型,并以某有砟线路中的2个区段为实例检验了轨道不平顺区间的预测效果。研究结果表明:与既有预测模型相比,改进GM(1,1)-RVM组合模型可得到预测区间的均值和方差,从而将预测结果从单点数值扩充到预测区间;2个区段实例在外推区间上的点预测结果与TQI真实值相比,平均百分比误差分别为1.53%和4.67%,较支持向量回归(SVR)模型分别降低了0.58%和0.61%,较GM(1,1)-反向传播神经网络(BPNN)模型分别降低了0.15%和1.87%;改进GM(1,1)-RVM组合模型在90%、95%和99%三种置信度下的最大平均预测区间宽度分别为0.3245、0.3879和0.5105 mm,最低预测区间覆盖率分别为91.67%、95.83%和95.83%,预测区间基本涵盖了外推区间内的TQI演化数据。可见,利用预测的均值和方差构造区间边界可有效把控轨道不平顺演变过程中的随机波动,为轨道不平顺预测提供了一种新思路。

关键词：铁道工程轨道不平顺灰色模型相关向量机粒子群优化预测区间

轨道不平顺和车轮扁疤耦合作用对高速列车动力学影响分析

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轨道不平顺和车轮扁疤耦合作用对高速列车动力学影响分析

作者：未向柳北京建筑大学

学位级别：硕士

中国高速铁路的运营里程和列车的运行速度在不断增加的同时,人们对于车辆运行安全和乘坐舒适性也更加重视。高速列车运行时间长且需要不断起动和制动,造成轮轨接触状态改变,导致车轮踏面产生磨损及扁疤等缺陷;长期运营还会造成轨道平顺... 详细信息

中国高速铁路的运营里程和列车的运行速度在不断增加的同时,人们对于车辆运行安全和乘坐舒适性也更加重视。高速列车运行时间长且需要不断起动和制动,造成轮轨接触状态改变,导致车轮踏面产生磨损及扁疤等缺陷;长期运营还会造成轨道平顺性变差,影响车辆乘坐舒适性及运行安全。本文以高速列车为研究对象,以实测轨道不平顺、线路建设条件和车辆运行状态为影响因素,针对车轮扁疤故障,分别对刚性轮对、柔性轮对及板式无砟轨道车辆动力学模型进行研究,分析高速列车在轨道不平顺和车轮扁疤共同作用时车辆动力学性能及轨道状态,本文结果能够对存在扁疤故障的车辆实际运行性能研究形成一定理论依据。本文主要研究工作如下:1.对国内外轨道不平顺和车轮扁疤相关的研究成果和现状进行调研,确定本文研究方向和内容。2.对轨道不平顺进行研究,以中国无砟轨道高速轨道谱和德国低干扰轨道谱为重点,运用逆傅立叶变换理论实现轨道不平顺模拟。对实际检测轨道不平顺功率谱密度进行了计算,并应用轨道质量指数法对线路进行评价。3.应用SIMPACK多体动力学软件,完成多刚体车辆模型建模;通过有限元软件ABAQUS实现轮对柔性化建模工作,并将多刚体模型中轮对模型进行替换,实现柔性轮对车辆模型建模;对两种模型的临界速度进行了计算验证,发现柔性轮对车辆模型的临界速度略低;实现车轮扁疤故障文件计算,并成功应用于上述两种车辆动力学模型。4.中国无砟轨道高速轨道谱作为轨道激励输入两种车辆动力学模型,分析速度和扁疤对车辆直线运行平稳性、轮轨间作用力及曲线通过安全性指标的影响;发现车速和扁疤长度增加会造成直线运行平稳性和曲线安全性等动力学指标不同程度增加,同时会引起轮轨间作用力和轮对踏面磨耗深度和范围增加;根据实际检测的轨道不平顺发现轨向和轨距不平顺幅值存在异常增大现象,研究其对车辆运行影响,发现轨向不平顺增加严重影响多刚体车辆直线和曲线动力学指标,而柔性轮对车辆指标变化较小;对两种模型研究发现在考虑轨道不平顺的条件下当车轮扁疤超过20mm时,车辆运行速度应该限制在300km/h,线路轨向及轨距不平顺二级超限时车辆运行速度应低于250km/h。5.建立了车辆柔性轨道耦合模型,分析了轮对扁疤及轨道不平顺对车辆直线运行和轨道冲击的影响。结果表明在考虑轨道柔性时车辆横向平稳性指标低于刚性轨道模型,垂向平稳性指标与车辆刚性轨道一致;随着车辆运行速度增加,轮轨作用力和钢轨速度增加,钢轨位移下降。轨向和轨距不平顺存在二级超限时,轮轨横向和垂向平稳性和轮轨间横向力增加。研究了仅考虑车轮扁疤故障时,车辆速度增加导致车辆平稳性指标、轮轨垂向力及钢轨速度增加。

关键词：轨道不平顺扁疤高速列车刚柔耦合轮对磨耗