基于運營車輛的鋼軌核傷病害檢測技術(shù)研究.pdf

1、鋼軌核傷病害是一種產(chǎn)生于鋼軌內(nèi)部的滾動接觸疲勞傷損，是最常見、破壞性最大的鋼軌病害之一。對于早期核傷病害，可以通過打磨鋼軌的方式進行消除，而對于中后期核傷病害，只能通過替換鋼軌的方式進行處理，否則將會導致鋼軌斷裂。因此，鋼軌核傷病害的存在對城市軌道交通的安全運營形成了極大的安全隱患，盡早發(fā)現(xiàn)鋼軌核傷，提高鋼軌核傷的檢測命中率、減少鋼軌核傷的產(chǎn)生，已然成為當前一項相當緊迫的工作。目前對于鋼軌核傷的檢測工作主要是基于軌檢車和鋼軌探傷儀進行，

2、存在檢測不及時、檢測周期長、檢測設(shè)備投入資金大、檢測精度不高、所能檢測到的核傷類型受探傷儀限制等弊端。為了彌補現(xiàn)有檢測方法的不足，本文提出了一種基于運營車輛轉(zhuǎn)向架加速度進行鋼軌核傷檢測的新方法。
　　為了提取鋼軌核傷病害的特征，本論文首先利用SIMPACK多體動力學軟件搭建了基于運營車輛的車輛-軌道動力學模型，并在鋼軌上實現(xiàn)了各種典型核傷病害的建模;然后對從仿真模型中得到的轉(zhuǎn)向架加速度信號進行時頻分析，分析結(jié)果表明與正常鋼軌上的檢

3、測信號相比，基于核傷病害的檢測信號時域波形及功率譜的特征頻帶均有較為明顯的區(qū)別;為了同時得到檢測信號的空間域位置信息和頻域信息，又對檢測信號分別進行了小波分析及希爾伯特分析，結(jié)果表明基于核傷病害的檢測信號的特征頻帶分別為0～50Hz和300Hz，此外，通過希爾伯特黃變換還得到了核傷病害的“W”形固有振動波形;最后對上海地鐵1號線的實際鋼軌不平順數(shù)據(jù)進行以上分析，在分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了0～50Hz和300Hz的特征頻帶及“W”形振動波形，因此

4、，驗證了基于運營車輛轉(zhuǎn)向架加速度進行鋼軌核傷檢測的可行性。
　　具體研究工作如下。
　　(1)介紹了鋼軌核傷病害的產(chǎn)生機理、擴展形式及其幾何輪廓擬合模型。
　　(2)利用SIMPACK多體動力學軟件搭建了包含核傷病害的城市軌道交通車輛-軌道動力學模型，具體包括城市軌道交通車輛的動力學模型、輪軌接觸模型、包含多種輪廓核傷病害的彈性軌道模型，并采集轉(zhuǎn)向架的振動加速度作為檢測信號。其中，重點介紹了鋼軌核傷病害及彈性軌道的建模

5、。
　　(3)利用經(jīng)典的信號分析方法對檢測信號進行時頻分析，總結(jié)出了基于核傷病害的檢測信號的時頻特征，分析結(jié)果驗證了該仿真模型的有效性。
　　(4)介紹了小波分析及希爾伯特換變換等信號分析方法，并分別利用該分析方法對基于正常鋼軌、核傷鋼軌及不同核傷病害程度鋼軌的檢測信號進行分析，從而獲得了核傷病害信號的特征頻率及特征振動模態(tài)。
　　(5)分別利用上述分析方法對上海地鐵1號線的實際軌道不平順數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果驗證了基于運