关于共振解调技术的高速铁路焊接接头状态评判方法.pdf

第32卷，第5期 中 国 铁 道 科 学 V01．32No．5 201 1年9月 CHINARAII。WAYSCIENCE 1 September，201 文章编号：1001-4632(2011)05—0090-06 基于共振解调技术的高速铁路 焊接接头状态评判方法 康 熊，黎国清，王卫东，刘金朝 (中国铁道科学研究院，北京100081) 摘要：基于广义共振原理，利用共振解调方法将钢轨焊接接头对车辆一轨道系统的低频周期性冲击特征的 分析转换为对其高频共振的分析。对轴箱垂向加速度实测数据进行带通滤波，然后利用希尔伯特变换得到轴箱 垂向加速度包络，并采用离散时间傅里叶变换对包络进行分析得到细化包络谱。利用细化包络谱第1主频能量 与其o～5Hz内的总能量之百分比反映钢轨焊接接头对车辆一轨道系统的周期性冲击特性，并根据该百分比与 滤波频率的关系曲线的峰值确定带通滤波截止频率，由此得到带通滤波的频率范嗣是20～450Hz。结合钢轨焊 接接头处轴箱垂向加速度有效值出现大值的位置和钢轨焊接接头周期性间距近似为100ITI的性质，对钢轨焊接 接头进行精确定位。根据300km·h-1速度级高速铁路钢轨焊接接头处轴箱垂向加速度移动有效值的分布规律， 确定其阈值为50m·s～，依此作为评判钢轨焊接接头状态的依据。在此基础上，给出了300km·h1速度级高 速铁路焊接接头状态动态评判方法和实现方式。 关键词：钢轨焊接接头；状态评判；共振解调；轴箱加速度；移动有效值；高速铁路 中图分类号：U213．46文献标识码：A 轨道的状态直接决定轨道一车辆系统运行的安 动力学的影响[z-s]。 全性和舒适性。高速铁路对轨道的平顺性提出了更 国内外虽然在利用轴箱加速度诊断钢轨磨耗方 高的要求。目前，国内外对轨道不平顺的管理主要 面开展了大量的研究工作[7‘9]，但是利用轴箱加速 采用幅值管理和区段管理。此外，有些国家还利用 度评判钢轨焊接接头状态尚处于探索之中。与不均 车辆动态响应(包括轴箱加速度、车体加速度或轮 匀磨耗、波浪和波纹磨耗相比，钢轨焊接接头处的 轨作用力)辅助评判轨道状态[1]。 短波不平顺既具有高频冲击特性，同时又具有低频 轨道不平顺包含许多不同的波长成分，波长范 周期特性。根据傅里叶变换原理，在钢轨焊接接头 m波长的不平顺， 处产生的瞬时冲击从频域来看是一无限带宽信号， 围很宽，常见的是0．01～120 可将其划分为短波、中波和长波不平顺3类。波长 理论上存在所有频率成分，并且沿整个频率轴均匀 1m以下短波不平顺的幅值很小，多在0．1～2．0分布，因此必然含有轮对一轴箱系统固有振动频率 m，主要由钢轨接头焊缝、不均匀磨耗、波浪和波 成分，从而也必然引起系统的固有振动，产生广义 纹磨耗等因素所致。由于轨道几何检测系统的检测 共振。 m范围内，难以评判由钢轨焊 共振解调技术由于具有对应性、选择性、放大 波长通常在3～120 接接头、道岔、磨耗引起的轨道短波不平顺对高速 性、比例性、展宽性等诸多良好的特性而得到了广 铁路轨道一车辆系统运行安全性和舒适性的影响， 泛的应用[10-13]。本文基于广义共振原理，利用共振 所以需要研究其他辅助评判手段。轴箱直接与轮对 解调技术将钢轨焊接接头对轮对一轴箱系统的低频 相连，轨道不平顺通过轮对直接传递到轴箱上。假 冲击特征的分析转换为对其高频共振的分析，从带 设将轮对近似地看成是刚性结构，则轴箱加速度应 通滤波后的轴箱垂