关键词： 钢轨焊接接头不平顺   车辆-轨道耦合动力学模型   希尔伯特-黄变换   完备总体经验模态分解   轮轨垂向力  

摘要： 在中国的城市化进程加速中,城市的交通系统正迅速发展,地铁作为便捷的公共交通工具,已成为城市居民日常生活中不可或缺的一部分。然而,随着地铁网络的扩张,地铁系统维护和检测工作的负担也在不断增加,其中焊接的轨道接头不平顺的检测变得愈发重要。如果接头不平顺过大,列车经过时会产生巨大的荷载冲击,从长远来看,这可能会损坏车轮,并减少其使用寿命。因此,及时诊断并修复轨道接头的不平顺对于保障轨道系统的长期安全运行至关重要。本文使用数值仿真、理论分析和现场实测方法研究了轨道接头的不平顺特征,并基于模态分解法提出了不平顺的识别方法,并验证了该方法的正确性。具体工作内容如下: (1)通过UM仿真软件构建了一个车辆-轨道耦合动力学模型。利用UM仿真软件对模型进行了数值实现,将仿真计算结果与动力学响应实测数据进行对比分析,结果表明实测数据与仿真结果吻合性良好。验证了模型仿真计算结果的准确性。 (2)基于动力学车轨耦合模型进行钢轨接头不平顺的特征研究。设置不同波长和波深的焊接接头不平顺复合不平顺组合工况,共计算了81个的模型组合,得到不同类型的轨道接头处不平顺和轮轨垂向力之间的关系。通过构建精细的仿真模型,深入分析了列车在不同焊接接头不平顺组合工况下的动力学响应。通过对仿真数据的系统分析,揭示了焊接接头不平顺与车辆动力学特性之间的内在联系。 (3)提出了钢轨焊接接头不平顺识别方法。利用对轮轨垂向力检测数据进行时域、频域及时频域分析,选取时域中的均值、方差、有效值、最大值和最小值五个指标来表征轨道焊接接头的不平顺程度。基于此,采用完备总体经验模态分解(CEEMD)技术对轮轨垂向力信号进行分解,进而应用希尔伯特-黄变换技术在时间轴上进行积分,从而绘制出边际谱。通过这一系列处理,总结出了一种识别钢轨焊接接头不平顺的新方法。 (4)通过对北京地铁某条线路的真实轮轨垂向力数据进行工程性应用。利用时域、频域和时频域分析来处理轮轨垂向力信号,去除低频干扰信号的同时保留与焊接接头不平顺相关的特征频率峰值。通过对轮轨垂向力数据进行分析,去除无关的干扰项,得到焊接接头不平顺的具体里程位置。最后通过现场验证,证明了该方法能够准确识别出焊接接头不平顺的里程位置。

关键词： 轮轨力识别   深度学习   车辆动力学   轨道车辆  

摘要： 保障车辆行车安全是轨道车辆运行的基本要求,其中车辆系统状态检测对车辆安全行驶起着至关重要的作用。而轮轨力的变化不仅关乎乘车舒适度,更直接关系行车安全。因此轮轨力的实时监测是非常重要的。针对现有轮轨力识别方法数据采集困难、使用成本大、无法识别复合线路条件下的轮轨力等问题,本文提出了一种基于深度学习的轮轨力实时识别方法。主要研究内容如下: (1)研究了动力学数据与轮轨力数据的相关性。首先,依据振动理论推导了车辆部件的运动方程。然后,根据运动方程和车辆参数在SIMPACK中建立多体动力学仿真模型,并通过试验采集的振动信号与仿真信号进行比对,验证了模型的可靠性和准确性。最后,通过计算动力学数据的斯皮尔曼相关系数、概率密度分布和皮尔逊相关系数研究了动力学数据与轮轨力数据的相关性。为后续轮轨力识别研究提供了数据基础。 (2)建立了面对复合线路工况的实时轮轨力识别方法。首先,对SIMPACK仿真数据进行归一化、离散化和图像化等前处理工作。然后,在MATLAB中依据卷积神经网络建立了实时轮轨力识别网络。最后验证了网络的识别效果。研究结果表明:网络对各工况下的轮轨力均能实现较好的识别效果,且一系弹簧的垂向位移数据在复合线路条件下具有其他动力学数据没有的规律性变化。使得网络能在复合线路工况下进行轮轨力识别。 (3)建立了实时多边形轮轨力识别方法。首先,依据迁移学习理论设计了多边形轮轨力识别方案。然后,针对最优微调问题设计了不同的网络微调方案。最后,验证了实时多边形轮轨力识别网的效果。研究结果表面:微调网络能够实现多边形轮轨力的实时识别,并且效果良好。此外,网络在间隔使用不同阶次多边形轮轨力进行微调时,网络识别效果最好。 文章所提出的方法进一步探索了深度学习在轮轨力识别领域的应用,可为车辆系统状态检测提供有力支持。

关键词： 轮轨关系   地铁运营   侧磨病害  

摘要： 随着城市化进程的加速和公共交通需求的持续增长，地铁交通作为一种高效、快捷、安全的出行方式，在全球各大城市得到了广泛应用。然而，随着地铁运营里程和列车运行频率的增加，地铁钢轨的磨损问题也会日益严重，尤其是侧磨病害。钢轨侧磨不仅会导致列车运行时的噪声和振动增大，影响乘客的舒适度，还会缩短钢轨的使用寿命，增加维护成本，甚至威胁到地铁列车的运行安全。因此，本文基于轮轨关系，对地铁钢轨侧磨病害进行了深入分析，并探讨了相应的维护方法。

关键词： 六轴重载宽轨电力机车   重载铁路   刚柔耦合   轮轨谐波磨耗   柔性轮轨   动力学性能  

摘要： 随着现代社会经济的高速发展,对物流效率要求的提高,使得重载铁路运输载重量和速度不断增加,这样会加剧轨道车辆轮轨系统的磨损,其磨损形式又会作为激励引起轨道车辆的振动,导致其关键部件加速磨损和相关零部件的提前失效。目前对于电力机车的研究大多是对于轨道磨损和车轮磨损的单独研究,并未考虑两种磨耗综合作用下对机车动力学性能的影响;同时,在机车的刚柔耦合模型中,并未考虑轨道和轮对均为柔性体时对机车动力学影响,柔性轮轨更接近于轨道车辆的实际运行情况。 本文以六轴重载宽轨电力机车为研究对象,建立了包含车体、C0-C0转向架、轮对等主要部件的多刚体动力学模型;运用谐波函数建立了车轮多边形磨耗和钢轨波磨的数学模型,并作为激励施加到后续的刚柔耦合模型中;运用有限元方法,建立了柔性轮对和Timoshenko梁单元轨道,通过替换模型中相应刚性体结构,建立机车的刚柔耦合模型;选取典型车轮谐波磨耗和钢轨波磨进行了分析,对比了包含全刚性体、柔性车轮、柔性轨道、和柔性轮轨的4种刚柔耦合模型在无轮轨谐波磨耗、车轮谐波磨耗、钢轨波磨和轮轨谐波磨耗等4种磨耗下的最大轮轨力;并研究了柔性轮轨下轮轨谐波磨耗综合作用下对机车动力学性能的影响。 通过对包含柔性轮轨的刚柔耦合模型分析后得出了以下结论: （1）相比较刚性体来说,柔性轮对会弹性变形,以及车轴质心和几何中心会出现偏移等现象,从而使轮轨力的幅值变大,而均值变小。相比较刚性轨道,柔性轨道会发上明显的纵向位移和振动。 （2）在相同仿真模型下,相比无轮轨磨耗、轮对磨耗和钢轨波磨来说,轮轨谐波磨耗的垂向轮轨力更大;在激扰频率接近轨道的固有频率时,柔性轨道的最大垂向轮轨力比刚性轨道大;不引起模态共振的条件下,柔性体最大垂向轮轨力小于刚性体。 （3）通过分析不同磨耗值下的机车动力学特性,钢轨波磨波长和波深对机车动态特性、运行平稳性和安全通过性等有明显的影响,车轮谐波磨耗对其影响较小。 本文研究轮轨谐波磨损对重载货运机车动力学特性的影响,以期对这类现象及其产生的后果引起足够的重视并提供分析研究方法。

关键词： 车辆-轨道耦合动力学   悬挂参数校正   钢轨波磨   轮轨相互作用力  

摘要： 重载列车轴重大、编组长且其运行线路情况复杂,导致曲线段轮轨动态相互作用关系易发生剧烈变化,进而造成曲线钢轨波磨问题突出。通过实地调研发现,重载线路曲线处钢轨波磨现象尤为突出。因此深入研究曲线钢轨波磨处的轮轨力变化规律,对于确保货车安全运行至关重要。目前国内外学者大都利用车轨耦合动力学方法对曲线段波磨处轮轨相互作用进行分析,然而,在理想情况下建模悬挂参数往往与实际车辆悬挂参数存在较大差异,进而导致仿真结果与实测结果严重不符。因此,论文基于重载车线耦合动力学悬挂参数校正模型,深入探讨了车辆在不同关键参数下经过曲线波磨区域时轮轨力的变化规律,旨在为重载车辆在钢轨波磨路段的安全运行提供理论支持。论文主要研究内容如下: (1)基于车辆-轨道耦合动力学原理,通过详细分析车辆子结构、轮轨接触子结构及轨道子结构中的非线性环节,利用SIMPACK多体动力学软件,搭建C80重载货车车线耦合多体动力学基础模型,并经过最大残余加速度与货车非线性临界速度两个指标对基础模型进行初步验证。实验结果表明,所建立车线耦合基础模型满足车线耦合动力学建模要求。 (2)针对重载车辆悬挂系统老化等因素造成参数变化的问题,提出基于径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neyral Network,RBFNN)代理模型的重载货车悬挂参数校正方案。该方案基于实测轨道不平顺与车线耦合基础模型,利用仿真与实测数据间的功率谱密度皮尔逊相关系数,构建RBFNN代理模型;利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对代理模型进行单目标优化,获取适合工况下的悬挂参数,将优化后的悬挂参数估计值代回车轨耦合模型中。结果表明,悬挂参数校正后的仿真车体振动与实测车体振动在时域与频域上更加吻合。 (3)利用车线耦合动力学悬挂参数校正模型,分析在理想路况下与模拟实际波磨路况下,关键参数对轮轨力的影响规律。仿真结果表明:在理想路段下,关键参数对缓圆点附近极值影响较大,其中曲线半径参数影响最大,随着曲线半径的增大,低轨侧垂向力峰值降低22.38%,高轨侧垂向力峰值降低23.93%。模拟波磨路况下,曲线半径参数对钢轨波磨下横向力的影响比垂向力的影响大,其中随着曲线半径的增大,低轨侧横向力最大增长率降低22.26%,高轨侧横向力最大增长率增大10.07%;缓和曲线长度和超高的增加都会使横向力最大增长率增加;增加车辆行驶速度会明显降低波磨区域各指标最大增长率,但是随着速度的增加,轮轨力也随之增大。