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钢轨波磨区段高速轮轨瞬态滚动接触高频动态特性

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中国铁道科学 2018年第5期39卷 58-66页

作者：于淼王卫东刘金朝中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

考虑轨道—车辆系统耦合振动以及轮轨几何非线性,建立高速轮轨瞬态滚动接触三维有限元模型,利用隐式与显式相结合的方法模拟高速轮轨瞬态滚动接触过程,轮轨接触采用面—面接触算法。基于列车通过频率和钢轨Pinned-Pinned频率,分析非稳... 详细信息

考虑轨道—车辆系统耦合振动以及轮轨几何非线性,建立高速轮轨瞬态滚动接触三维有限元模型,利用隐式与显式相结合的方法模拟高速轮轨瞬态滚动接触过程,轮轨接触采用面—面接触算法。基于列车通过频率和钢轨Pinned-Pinned频率,分析非稳态载荷作用下钢轨短波波磨区段轮轨间相互作用以及列车通过频率对波磨区段轨道—车辆系统动态响应的影响。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨瞬态接触力和牵引比随钢轨波磨几何不平顺的变化呈周期性波动,且牵引比与钢轨波磨几何不平顺呈反相位;当列车通过频率与钢轨PinnedPinned频率相近时引起轮轨系统共振,轮轨接触力出现"拍"振特性,在轨枕附近整体振动较大,加速钢轨扣件伤损,而在2个轨枕跨间整体振动较小;在牵引扭矩作用下,轮轨接触存在周期性黏滑振动,轮轨系统共振时,轨枕附近波磨波谷处的钢轨滑动磨损加剧,加速钢轨波磨的发展。

关键词：钢轨波磨高速轮轨接触瞬态有限元仿真 Pinned-Pinned频率黏滑振动

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行车环境下钢轨轮廓自动配准方法

北京航空航天大学学报 2018年第11期44卷 2273-2282页

作者：王昊王胜春王卫东中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

针对行车环境下列车晃动和环境噪声对钢轨磨耗测量的影响,提出了一种轨腰小圆弧自动提取方法,实现了钢轨轮廓的高精度配准。首先,提出了基于截断残差直方图的多项式拟合方法,寻找廓形最优拟合曲线,降低了噪声对轮廓拟合的影响;然后,针... 详细信息

针对行车环境下列车晃动和环境噪声对钢轨磨耗测量的影响,提出了一种轨腰小圆弧自动提取方法,实现了钢轨轮廓的高精度配准。首先,提出了基于截断残差直方图的多项式拟合方法,寻找廓形最优拟合曲线,降低了噪声对轮廓拟合的影响;然后,针对拟合曲线的曲率分布特征,提出了基于动态窗口的最大曲率熵区间搜索算法实现轨腰小圆弧的自动分割;最后,基于两侧轨腰小圆弧拟合2个圆心作为匹配基准点,实现钢轨测量轮廓与标准设计轮廓的对齐配准。静态实验结果表明,该方法的系统测量误差均值和标准差都控制在0. 01 mm之内,具有较小的测量误差和良好的重复性。现场动态测量也验证了该方法在行车环境下的重复性精度,多次测量结果的重复性良好,钢轨磨耗动态测量偏差控制在0. 2 mm以内。

关键词：钢轨磨耗轮廓配准曲率熵结构光行车环境

不同时速列车振动荷载下衬砌拱圈振动响应传递规律

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工程力学 2018年第5期35卷 143-151页

作者：田甜雷洋齐法琳黎国清中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式... 详细信息

通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式算法对不同车速列车荷载作用下的隧道衬砌拱圈振动响应问题进行了理论分析,得出以下结果:有限元数值计算结果与实测结果基本吻合,可用作对实际测量数据的补充与预测;隧道振动响应随列车速度的增加而呈现增大趋势;不同车速引起的衬砌振动加速度响应传递规律一致;不同车速引起的衬砌竖向振动加速度幅值在拱顶位置较小,且随列车时速增大而变化不明显;衬砌拱顶横向振动明显随列车速度的增大而增大,但不同车速引起的衬砌横向振动在隧道圆心水平位置(即0°与180°)随列车时速变化不明显,且振动幅值较低;拟合了不同时速列车引起的隧道衬砌横向与竖向振动加速度的经验公式。

关键词：不同列车荷载衬砌拱圈振动响应现场试验数值模拟

评判高铁轨道短波不平顺病害的轨道冲击指数法

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中国铁道科学 2016年第4期37卷 34-41页

作者：刘金朝陈东生赵钢刘伶萍孙善超郭剑峰梁志明中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

基于轴箱垂向振动加速度能有效刻画轨道短波不平顺引起轮轨之间高频冲击的特性,提出基于带通滤波后轴箱垂向振动加速度的轨道冲击指数,评判高速铁路轨道短波不平顺病害;相对以轴箱垂向振动加速度幅值为指标的传统评价方法,用轨道冲击指... 详细信息

基于轴箱垂向振动加速度能有效刻画轨道短波不平顺引起轮轨之间高频冲击的特性,提出基于带通滤波后轴箱垂向振动加速度的轨道冲击指数,评判高速铁路轨道短波不平顺病害;相对以轴箱垂向振动加速度幅值为指标的传统评价方法,用轨道冲击指数评判轨道的短波不平顺病害,可以有效减少钢轨接头焊缝、道岔以及钢轨不均匀磨耗、波浪和波纹磨耗等各种随机因素对评判结果的影响。针对传统的轴箱垂向振动加速度移动有效值计算方法效率低的问题,通过挖掘相邻2个移动有效值的递推关系,设计出轴箱垂向振动加速度移动有效值快速计算方法。采用轨道冲击指数法和实测的轴箱垂向振动加速度评判轨道短波平顺状态,并与轮轨力检测结果对比。结果表明:用轨道冲击指数能更有效评判轨道短波不平顺病害,而且具有很好的重复性;用给出的轴箱垂向振动加速度移动有效值快速算法有效解决了传统算法计算量过大的问题,满足了工程在线应用的要求。

关键词：轨道冲击指数轨道短波不平顺轴箱垂向振动加速度移动有效值高速铁路

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基于车辆系统稳定性分析的晃车现象研究

中国铁道科学 2012年第2期33卷 82-88页

作者：孙善超王卫东刘金朝李海浪中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

基于多体动力学软件***的Rail模块建立CRH2高速检测车的动力学仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,结果表明所建立的动力学仿真模型准确。利用该模型对CRH2高速检测车进行稳定性分析的结果表明:CRH2高速检测车上心侧滚振型的阻尼... 详细信息

基于多体动力学软件***的Rail模块建立CRH2高速检测车的动力学仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,结果表明所建立的动力学仿真模型准确。利用该模型对CRH2高速检测车进行稳定性分析的结果表明:CRH2高速检测车上心侧滚振型的阻尼因子绝对值随着车速的提高先增大后减小,在100km.h-1附近达到最大;随着车速的提高,转向架整体蛇行振型的阻尼因子绝对值也呈先增大后减小的趋势,在运行速度为230km.h-1时达到最大,表明此时CRH2高速检测车稳定性最佳。分析晃车现象的结果表明:轮轨关系不匹配使转向架整体蛇行振型的阻尼因子过小,导致晃车现象,在仿真中将轮对内侧距由1 353mm改为1 360mm后,晃车现象消失;当速度为200km.h-1时,CRH2高速检测车上心侧滚振型的振动频率为1.6Hz,阻尼因子为负且非常接近0,导致上心侧滚振动衰减较慢,从而也会产生晃车现象。晃车现象与车辆系统的蛇行失稳不是同一概念,在实际的应用中应加以区别。

关键词：车辆系统动力学模型稳定性晃车特征根现场测量

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基于深度学习的铁道塞钉自动检测算法

中国铁道科学 2017年第3期38卷 89-96页

作者：杜馨瑜戴鹏李颖程雨王胜春韩强王昊中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

根据高铁巡检车所采集轨腰图像中铁道塞钉图像的特点,在既有计算机视觉的目标检测算法的基础上,提出基于深度学习的铁道塞钉自动检测算法。在目标检测的区域选择阶段,借鉴显著性检测的思路,提出余谱区域候选(Spectrum Residual Region P... 详细信息

根据高铁巡检车所采集轨腰图像中铁道塞钉图像的特点,在既有计算机视觉的目标检测算法的基础上,提出基于深度学习的铁道塞钉自动检测算法。在目标检测的区域选择阶段,借鉴显著性检测的思路,提出余谱区域候选(Spectrum Residual Region Proposal,SRP)算法,即利用含塞钉的轨腰图像与不含塞钉的轨腰平均图像之间的频谱差异,通过快速傅里叶变换,得到两图像间的幅度谱差的绝对值(余谱),再通过快速傅里叶反变换及后处理,得到候选目标区域;然后在目标检测的特征提取阶段,设计塞钉卷积神经网络(plug Convolution Neural Network,pCNN),该网络通过4个卷积层、3个池化层、3个非线性变换层、3个规范化层、2个全连接层和1个泄露层,自动从候选目标区域逐层提取最能表现塞钉特征的特征图像;最后基于特征图像采用支持向量机(SVM)的分类器判断候选目标区域是否含有塞钉,从而实现塞钉的自动定位。大量实际测试以及与其他算法比较的结果表明,该算法的检测效果最优。

关键词：塞钉轨道电路目标检测图像识别深度学习卷积神经网络高速铁路

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关节式电分相处的弓网动态特性

中国铁道科学 2014年第2期35卷 46-51页

作者：时菁杨志鹏张文轩孙忠国中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

根据高速综合检测列车接触网检测系统实测得到的我国高速铁路和既有提速线路弓网最大接触压力、最小接触压力、平均接触压力、接触压力标准偏差、接触压力极差和接触线高差等弓网动态特性参数,运用相关性分析和多因素综合评价方法研究... 详细信息

根据高速综合检测列车接触网检测系统实测得到的我国高速铁路和既有提速线路弓网最大接触压力、最小接触压力、平均接触压力、接触压力标准偏差、接触压力极差和接触线高差等弓网动态特性参数,运用相关性分析和多因素综合评价方法研究不同类型关节式电分相处的弓网动态运行特性。结果表明:对于短分相类型关节式电分相,其弓网接触压力极差峰值出现在机车驶入方向的电分相锚段关节转换跨处;而对于长分相类型关节式电分相,在机车驶入、驶出方向的电分相锚段关节转换跨处均有弓网接触压力极差峰值出现;电分相处的弓网接触压力极差与接触线高差呈显著性正相关,因此在日常养护维修工作中需加强对锚段关节转换跨处等高点的调节,使其符合设计标准和相关技术规程的要求,从而显著改善弓网间的相互作用关系;由于6跨关节式电分相的弓网动态作用关系较为优良,建议在我国新建高速电气化铁路上优先采用。

关键词：关节式电分相弓网作用关系动态特性多因素综合评价

综合评价车辆/轨道系统动态特性的广义能量法

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中国铁道科学 2009年第5期30卷 22-27页

作者：王卫东刘金朝梁志明中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

以轨道质量指数评价轨道区段的平顺状态,不能反映具体的运营车辆相对轨道的动力学响应。因此,借鉴能量集中率的思想,提出综合评价车辆/轨道系统动态特性的广义能量指标,并引入能量权系数表征不同波长成份不平顺对输入车辆/轨道系统总能... 详细信息

以轨道质量指数评价轨道区段的平顺状态,不能反映具体的运营车辆相对轨道的动力学响应。因此,借鉴能量集中率的思想,提出综合评价车辆/轨道系统动态特性的广义能量指标,并引入能量权系数表征不同波长成份不平顺对输入车辆/轨道系统总能量有不同的权重。在能量权系数相同的情况下,利用离散Parseval定理证明广义能量指标可简化成轨道质量指数,并通过实测的轨道不平顺数据验证这一结论。通过对车辆动力学响应与轨道不平顺之间的传递函数的幅值曲线规一化后,计算得到能量权系数。利用广义能量指标评价钢轨波浪弯曲不平顺。数值计算结果表明:广义能量指标比轨道质量指数能更好地评价钢轨波浪弯曲不平顺。评价结果的合理性通过是否会引起车体"抖振"得到检验。

关键词：广义能量指标轨道质量指数能量权系数钢轨波浪弯曲 Parseval等式车辆/轨道系统

基于半监督深度学习的无砟轨道扣件缺陷图像识别方法

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中国铁道科学 2018年第4期39卷 43-49页

作者：戴鹏王胜春杜馨瑜韩强王昊任盛伟中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

提出基于置信图的扣件子图快速定位算法,即基于概率图模型构建扣件子图邻域纹理图和初始引导图与被定位图之间的置信图,并通过计算置信图的最大极值点实现对扣件子图中心点的快速定位。在此基础上,针对无砟轨道扣件缺陷样本相对稀缺的问... 详细信息

提出基于置信图的扣件子图快速定位算法,即基于概率图模型构建扣件子图邻域纹理图和初始引导图与被定位图之间的置信图,并通过计算置信图的最大极值点实现对扣件子图中心点的快速定位。在此基础上,针对无砟轨道扣件缺陷样本相对稀缺的问题,提出基于半监督深度学习的扣件缺陷图像识别方法,即首先采用稀疏自编码(SAE)网络在无标签的数据集进行迭代学习获得扣件子图稀疏表征,然后将训练好的SAE网络连接softmax层组成分类网络,最后在有人工类别标注的小数据集进行二次训练及参数微调获得最终的识别模型。通过在装配WJ-7型扣件的CTRS-Ⅰ和WJ-8型扣件的CTRS-Ⅱ型无砟轨道图像进行应用测试和方法验证。结果表明:该方法可快速精确定位扣件并识别扣件缺失、弹条折断、弹条移位3类缺陷,有效检出率达95%以上。

关键词：扣件缺陷图像识别半监督深度学习置信图纹理图稀疏自编码