关键词： 高速   轮轨力   连续监测   光纤光栅  

摘要： 轮轨力地面监测系统对保障高速列车行车安全具有重要的意义。既有轮轨力测试技术和设备基于电阻应变测试,尚无成熟的基于钢轨应变的轮轨力连续测试技术,难以全面适应高速列车的复杂电磁环境,因此高速铁路轮轨力地面连续监测技术亟待研发。 本文对既有的轮轨力地面监测技术进行了深入的分析,提出了新的基于钢轨应变的轮轨力地面连续测量方法,并进行了原理试验验证及系统光纤化预研究。主要工作及成果如下： 1)利用有限元分析和虚拟组桥技术,建立轮轨力地面监测系统虚拟设计分析平台。该平台较为系统地模拟了不同钢轨约束和加载方式下钢轨的响应,相关的试验对比分析验证了分析平台的正确性。本部分工作为轮轨力测量等基于钢轨应变及变形的理论研究及产品开发创造了条件。 2)提出基于钢轨应变的轮轨力地面连续测量方案,提出垂直力连续测量的线性状态法,解决了轨枕约束影响问题；提出水平力连续测量的附加弯矩法及广义弯矩差法,解决了附加弯矩影响问题；试验证明了该方案的正确性,从原理上能满足轮轨力高精度、长周期、连续监测的要求。本部分工作为轮轨力地面连续监测的基础理论研究开创了新的方向。 3)针对高速列车轨边监测系统的需求,开展了光纤光栅轮轨力连续监测系统样机研制的前期工作。对相关技术及运用进行了调研,对样机中的光纤光栅传感系统、解调系统进行选型及初步的工装设计。

关键词： 轮轨接触   磨耗模型   半赫兹接触方法  

摘要： 到目前为止,能够可靠地预测车轮磨耗的数值仿真方法还比较少。但随着计算机计算能力的提高和车辆-轨道耦合动力学、轮轨接触力学及摩擦学等学科的发展,使运用数值方法对轮轨磨耗进行预测成为可能。本文研究的主要目的是给出一种数值仿真方案,使之能对车轮型面磨耗趋势进行数值仿真。这一仿真方案对车轮的维护、轮轨系统的参数优化以及发现并解决问题是很有用的。具体地说,还可用于估算车轮切削周期、优化轮轨型面、优化车辆走行部的悬挂参数及识别对车辆动力学响应有不利影响的型面变化等。 本论文的主要内容包括: 1.回顾了国内外关于车轮磨耗问题的研究现状,介绍了研究车轮磨耗问题的思路和仿真方法。 2.讨论了在SIMPACK中进行车辆动力学建模的处理方法及可得到的与计算车轮磨耗量有关参数,为后续的轮轨接触力的求解作准备。 3.详细分析了轮轨接触力的求解方法,包括Kalker线性理论、Vermeulen-Johnson理论、沈氏理论、Kalker简化理论(FASTSIM)、Zhang-Knothe接触理论、Polach接触理论等。在给定工况下,研究了这些理论之间的差别,并对出现差别的原因进行了分析,以找到各自的特点及适用范围。 4.对半赫兹接触理论进行了研究。这一方法基于接触物体的虚拟穿透方法来确定接触区域。它是根据赫兹理论发展起来的,可用于轮轨非赫兹接触力的求解。给出了法向力和切向力求解的具体表达式,而不采用迭代的方法,节省了计算时间。与FASTSIM仿真的结果比较可知其计算精度并没有下降。 5.对几种磨耗模型进行了研究,分析了这些磨耗模型的特点。 6.给出了车轮旋转一周接触区域内磨耗量的分布情况。把车辆动力学、轮轨接触力学和磨耗模型结合来模拟车辆运行几万公里后的车轮型面磨耗,并试图探寻减少车轮磨耗的措施。

关键词： 直线电机轮轨交通系统   道岔   车辆-道岔空间耦合模型   动力响应   气隙控制  

摘要： 直线电机轮轨交通系统是一种新型的轨道交通模式,代表了轨道交通一个重要的发展方向,具有广泛的应用前景。由于具有良好的爬坡能力、适应小半径曲线通过的能力,在日本、加拿大、美国、马来西亚、中国等国得到了较好的应用。尽管各国在直线电机选型、车辆-轨道空间耦合动力学等方面做了大量的工作,但在直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学方面尚未进行系统的研究。 直线电机轮轨交通系统道岔与传统轮轨系统道岔在受力特性上存在较大的差异,因此研究道岔与直线电机系统的相互适应性具有重要的意义。本文以城市轨道交通常用的9号可动心轨道岔为例,基于直线电机轮轨交通系统的特点,建立了直线电机车辆-道岔空间耦合动力学分析模型。该模型包括直线电机车辆动力学模型、道岔系统空间动力学模型、道岔区动态轮轨接触关系模型、道岔区直线电机与感应板电磁作用模型等。在该系统模型中,综合考虑了车体、转向架、轮对、直线电机、钢轨以及感应板等结构的参振,其中道岔模型中考虑了转辙器、连接部分、辙叉等道岔结构的振动,尖轨和可动心轨的截面变化,间隔铁与顶铁处力的传递等;其中道岔区直线电机与感应板电磁作用模型中考虑了道岔区感应板结构不连续的影响。在采用广义能量变分原理和有限元理论的基础上,建立了直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学振动微分方程组。 本文采用Newmark方法,采用Fortran语言自主开发了仿真计算程序LVTSDSS并对耦合系统的振动特性进行了研究。 为了保证仿真计算的精度和稳定性,本文对积分步长等参数进行了数值试验,得到了合理的取值范围。通过与既有分析模型的对比,验证了本文所建立的直线电机车辆-道岔动力学模型的可行性,验证了参数的可靠性、程序的合理性。并且就直线电机轮轨交通系统相对于传统轮轨系统的动力学性能的特殊性、研究的必要性进行了分析。 在此基础上,本文针对直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学模型,研究了直线电机车辆侧向、直向通过道岔系统时,车辆和道岔系统的振动特性;研究了直线电机轮轨交通系统主要车辆设计参数（如速度、轴重以及直线电机悬挂方式等）及主要的轨道设计参数（如轨下刚度的影响、道岔区感应板的布置等）的动力影响规律。 利用该模型,针对车辆运行的平稳性、舒适性、安全性的要求,对直线电机与道岔系统的相互适应性,直线电机轮轨交通系统的合理、有效控制振动的措施进行深入研究,在此基础上,就直线电机轮轨交通系统道岔的设计、施工及养护维修提出合理的建议。本文的研究将为直线电机轮轨交通系统在中国的发展、直线电机轮轨交通系统道岔的设计以及气隙控制技术、振动控制技术具有重要的参考价值。

关键词： 轮轨   小波分析   阈值去噪   神经网络   故障诊断  

摘要： 铁路运输在国民经济中占有重要的地位,列车的安全问题,尤其是高速列车的安全问题,正得到社会各界以及科研人员的广泛关注。为保障列车运行安全,排除由于列车及轨道所产生的故障是避免列车事故的关键。因此研究高速列车轮轨故障诊断技术,具有重大的意义。 论文针对列车轮轨故障诊断技术,设计了基于小波分析的神经网络故障诊断技术,并且开发出具有信号采集、数据分析,故障诊断等功能的应用软件系统。 针对轮轨振动信号的噪声干扰大等特点,论文采用基于小波分析的阈值去噪法对信号进行去噪,将软、硬阈值的去噪效果进行对比分析,并选择合适的阈值及小波函数。将振动信号变换到频率域和小波域分别分析其特征,选择合适的小波基函数和小波分解层数,提取振动信号在不同频段的能量特征向量作为神经网络的输入。利用前向反馈型神经网络(BP网络)良好的自适应性、自组织性及很强的学习功能,有效的确定网络结构模型。在BP网络的反向传播过程中采用最优梯度下降法逐步调节各层的权值,最终实现故障特征向量和高速列车轮轨故障间的一一对应。系统相应的软件开发采用模块化设计思想,以实现采集信号的数据管理、频谱分析、图形显示及故障诊断等功能。 对系统算法进行仿真及实验模拟,研究表明,设计的列车故障诊断系统可以实现轮对正常、擦伤、失圆、偏心等四种状态的判断。

关键词： 轮轨滚动噪声   板式轨道   导纳   粗糙度   频谱分析  

摘要： 随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展,铁路噪声污染日益引起人们的关注。作为铁路噪声的主要来源,轮轨滚动噪声的研究至今仍是个薄弱环节。如何降低滚动噪声是高速铁路和城市轨道交通顺利发展所无法回避的问题。 本文较为系统的总结了国内外滚动噪声和板式轨道的研究现状。滚动噪声主要由于钢轨和轮对的振动引起的。为了预测钢轨辐射的滚动噪声,本文建立了轨道系统模型计算钢轨的导纳。在模型中,钢轨采用三维实体单元模拟,轨道板采用弹性梁单元模拟。在此基础上对钢轨的垂向导纳特性进行了分析。为了预测轮对辐射的滚动噪声,本文建立了车轮有限元模型,对车轮进行了模态分析,并且运用模态叠加法计算了车轮的径向导纳。 对轮轨粗糙度谱和轮轨接触区域的滤波特性进行了分析。根据日本学者Sato提出的轮轨粗糙度谱密度公式,对不同轮轨粗糙度谱作了时域模拟,并编制了相应的计算程序。基于Remington建立的轮轨接触模型,计算了粗糙度谱激励下钢轨和车轮的振动响应特性。 利用Remington的轮轨噪声分析模型,结合我国车轮和钢轨的特性,将钢轨视为移动的线声源,车轮视为移动的点声源,对秦沈客运专线板式轨道路旁辐射噪声进行了预测。对列车速度、列车轴数、预测点位置和轮轨粗糙度谱对滚动噪声的影响进行了分析。结合本文分析,对板式轨道提出了减振降噪措施。

关键词： 轮轨疤痕检测   监控平台   ARM   VxWorks   板级支持包  

摘要： 本文以黑龙江省科技攻关项目“轮轨疤痕检测平台研究与开发”为背景,采用了目前国内外嵌入式领域中主流的软硬件技术,设计开发了基于ARM和VxWorks的嵌入式轮轨疤痕检测监控平台。此平台用来将检测出来的轮疤数据实时的上传至车站管理系统以便及时进行分析和维修,并能为现场工务人员对系统的控制和配置工作提供必要的操作手段。 本文首先通过对轮轨疤痕检测监控平台国内外研究现状的分析,结合嵌入式系统的优点,提出了一种基于ARM-VxWorks嵌入式的轮疤检测监控平台新构架。然后描述了这种监控平台的整体设计思想以及预期效果,并对处理器、操作系统以及开发环境的选择做了充分的论证。接下来,对基于ARM-VxWorks的嵌入式监控平台进行了硬件和软件两方面的设计与实现。硬件设计采用模块化的方法描述了从芯片级开始的各个模块的设计。软件设计首先完成BSP(板级支持包)的开发工作,并介绍了一些关键文件的修改过程。然后详细描述了VxWorks下用户程序代码的设计思想,并根据轮疤检测系统的功能要求,逐一对各功能模块的设计与实现进行介绍。最后,根据笔者在开发中的经验和心得,介绍了系统软硬件调试及联调的方法和过程,并通过实验中的一些结果分析,验证了本设计的合理性及可靠性。 本文将嵌入式技术应用于轮轨疤痕检测中,减小了系统的体积和成本,采用VxWorks操作系统,使得程序开发更加容易,同时增强了系统的通用性和可靠性。系统具有实时监控、操作简便、可二次开发等特点。

关键词： 轮轨接触点   在线测量   边缘检测   数学形态学处理  

摘要： 轮轨接触关系是轨道交通最基本的研究内容,研究轮轨接触关系对于机车车辆性能的研究、脱轨关系的研究以及列车安全监测都具有重要的意义。而轮轨接触点是轮轨接触状态最直接的反映,对于轮轨接触点位置的研究,各国学者都投入了大量的精力。 当机车车辆运行时,轨道状态和车轮相对轨道的位置在不断变化,使得安装接触式测量传感器测量轮轨接触点位置非常困难。考虑到目前图像检测技术在非接触测量领域的广泛使用,本文采用图像检测的方法实现了轮轨接触点位置的非接触式测量。 首先,用安装于机车车辆转向架底部的CCD摄像机获取轮轨接触图像,经图像采集卡A/D转换后,将CCD摄像机输出的模拟视频信号转换成数字图像信号,接着对轮轨数字图像进行平滑滤波滤除图像在采集和传输过程中产生的各种噪声,提高了图像的质量。对滤波后的图像用边缘检测算子提取边缘,得到轮轨边缘上的像素,通常情况下,这些像素是杂散、不连续的。经数学形态学处理以及边缘链接技术后可得到连续的单像素宽的轮轨边缘轮廓。 本文还介绍了一种摄像机标定方法用于轮轨边缘曲线的标定,将轮轨边缘轮廓曲线从像方图像坐标转换到物方尺寸坐标中,标定后的图像通过计算轮轨边缘距离最终实现了轮轨接触点位置的在线连续测量。

关键词： 铁路曲线噪声   尖叫   摩擦   有限元   复特征值   ABAQUS  

摘要： 随着高速铁路和城市轨道交通的发展,我国迎来了铁路行业发展的新纪元。但与此同时,出现了运行质量下降、线路恶化、噪声增加等问题。尤其,轮轨噪声的增加对乘客和周围居民造成严重的影响,减少和控制轮轨噪声的研究对铁路行业的发展具有十分重要的意义。 通过研究曲线尖叫噪声的机理来减少或控制轮轨曲线尖叫噪声对研究者和工程师们说是一个活跃的课题。在文献中,对铁路曲线噪声的研究手段十分有限。本文根据陈光雄教授提出的曲线噪声预测方法,运用有限元方法对轮轨系统进行了轮轨系统的运动稳定性分析,发展了轮轨曲线尖叫噪声的分析技术,大大提高了对轮轨曲线尖叫噪声的认识。 论文首先建立了包括车轮、钢轨和钢轨支撑弹簧的有限元动力学模型。根据车轮通过小半经曲线时横向蠕滑力饱和的实际情况,假设横向蠕滑力等于摩擦系数乘以法向力,通过摩擦力耦合建立车轮和钢轨耦合的动力学方程。对此动力学方程进行稳定性分析,得出耦合系统动力学特征方程的复特征值。根据是否存在实部为正的复特征值,从而判断系统是否有发生曲线尖叫噪声的趋势。计算结果显示,当轮轨摩擦系数比较大时,系统存在实部为正的复特征值,说明此时轮轨系统存在发生曲线尖叫噪声的可能性。论文还探讨了摩擦系数、支撑弹簧刚度、载荷、约束条件等参数变化对轮轨曲线尖叫噪声的影响。仿真计算结果表明: (1)本文用有限元方法分析了由车轮、钢轨和钢轨支撑弹簧组成的轮轨系统曲线噪声问题,计算预测到的曲线噪声频率与线路实测的噪声频率在同一个范围,说明本文的方法可用于曲线尖叫噪声的预测分析。 (2)摩擦系数对轮轨曲线尖叫噪声的产生有重要的影响,当摩擦系数越大时,出现复特征值的正实部越大,说明产生曲线尖叫噪声的倾向就越大。 (3)轮轨曲线尖叫噪声的产生具有模态耦合特点,即在复特征值实部开始出现正值的时候,与该特征值对应的模态频率曲线重合在一起,即发生了模态耦合现象。 (4)轨道结构参数对轮轨曲线尖叫的产生有一定的影响,轨道整体刚度不是越大越好,也不是越小越好,对于不同的轮轨系统对应不同的轨道刚度,选择合理的轨道刚度能够很好地控制曲线尖叫噪声的产生。 (5)载荷对轮轨曲线尖叫噪声的影响较小,计算结果显示不同载荷下出现的复特征值正实部相差不大。

关键词： 高速铁路   铁路噪声   滚动噪声   轨道   车轮  

摘要： 随着经济和社会的发展,铁路作为一项重要的交通工具日益得到快速发展。多条高速客运专线的开工建设与运行,大大加速了我国铁路高速化的进程。随着铁路速度的提高,铁路噪声污染急剧增加,高速铁路的噪声问题日益受到各方关注,如何降低铁路环境噪声对敏感点的影响一直是环境保护工作者的重要任务之一。本文的主要研究工作有： (1)通过对既有高速铁路实际的监测工作,结合实际城际快速列车线路上均采用无缝焊接长轨,曲线半径普遍大于2200m的事实,分析轮轨噪声中滚动噪声、冲击噪声和尖啸声的产生原因以及各自不同的数字频谱特征,得出轮轨滚动噪声是高速铁路轮轨噪声的主要噪声源； (2)考虑到实际情况下障碍物对声波的声反射及反射损失,声衍射及衍射损失等声辐射情况,建立轮轨噪声辐射模型,推导了实际条件下的各声辐射构件的声辐射的噪声能量级公式； (3)以高速铁路实际的运行条件为基础,综合考虑高速铁路的主要噪声源,优化现有的铁路轮轨噪声预测模式,并对优化的预测模式进行路堤和桥梁的验证。结果表明,本研究论文所优化的轮轨噪声预测模型在实际应用中是比较合理的,在一定程度上更能够反应实际的城际高速铁路的噪声情况； (4)讨论了不同的轨道结构和车轮等主要参数对轮轨噪声的影响,提出降低轮轨噪声的相应措施,以探求从声源上降低高速铁路噪声的可行性。

关键词： 客运专线   提梁机   双门   轮轨式  

摘要： ME450+450双门轮轨式提梁机是根据哈大铁路客运专线施工梁场的具体情况设计制造的高速铁路施工设备。提梁机采用双门轮轨式结构,运梁车可在纵、横两个方向上从提梁机下穿行,能满足不同长度运梁车的装车需求。提梁机还可实现自预定转向位置完成90°转向后在纵、横向轨道上的走行,能够提升、搬运预制梁场所有梁体。介绍提梁机的基本结构、工作原理、性能特点和关键技术等。