基于轴箱垂向加速度中高频轮轨垂向力软测量模型.pdfVIP

第34卷 ，第2期 中 国 铁 道 科 学 VoL34 No．2 2013年 3月 CHINA RAILWAY SCIENCE March，2013 文章编号：1001—4632 (2013)02—0100—06 基于轴箱垂向加速度中高频轮轨垂向力软测量模型 王卫东，牛留斌 ，刘金朝 (中国铁道科学研究院基础设施检测研究所，北京 100081) 摘 要：利用谱方法和相干函数分析轴箱垂向加速度与轮轨垂向力的频率特性 。根据轴箱垂向加速度与轮 轨垂向力在波形上具有相似性的特点，采用H1传递函数估计方法和傅立叶变换及傅立叶逆变换，导出轴箱垂向 加速度与中高频轮轨垂向力关联的传递函数 ，建立用于预测中高频轮轨垂向力的软测量模型，并根据相干系数 确定了轮轨垂向力软测量模型的适用频率范围为55~90Hz。利用实测的轴箱垂向加速度和轮轨垂向力数据对轮 轨垂向力软测量模型进行验证的结果表明，基于轴箱垂向加速度的中高频轮轨垂向力软测量模型具有较高的预 测精度，而且简单实用，为诊断和控制轮轨垂向力大值提供了新的分析手段。 关键词：轮轨垂向力；轴箱垂向加速度；传递函数；相干函数 ；软测量模型 中图分类号 ：U216．3；U260．111 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1001—4632．2013．02．17 轮轨之间的作用力 (简称轮轨力)是评判铁道 道不平顺波长、轴箱垂向加速度与轮轨力的关联模 车辆运行安全性和诊断轨道病害的重要参数。测量 型[4制，并对预测的大值轮轨力进行管理。但是， 轮轨力的最直接方法是采用测力轮对测量技术。但 国外这些预测模型和软件的使用需要有相应轨道几 是测力轮对的制作工艺要求高，使用成本高，日常 何不平顺数据的支持，否则，不能对轮轨力进行预 维护繁琐。因此国内外铁路只有在情况比较复杂、 测。另外，在实际铁路线路维护工作中，大值轮轨 需对轨道不平顺的影响直接确认时才使用测力轮对 力对轨道的破坏作用更大，因此受到更高的关注。 进行轮轨力的直接测试。 本文通过挖掘轴箱垂向加速度与轮轨间垂向力波形 鉴于测力轮对测量技术在使用上受限，考虑到 数据的内在关系，提出利用两者之间的传递函数， 轴箱与轮对在结构上相连，可近似地将轮对看做刚 建立用于中高频轮轨垂向力预测的软测量模型，为 体，从而由轴箱垂向加速度能够直接反映出轨道不 诊断和控制轮轨垂向力大值提供新的技术手段。 平顺所引起的外界激扰力对车辆动力学性能的影 响。因此国外学者开展了轮轨力间接测量法的研 1 基础数据 究，即通过测量其他参数，如轴箱垂向加速度、轨 道不平顺波长等，进而建立与轮轨力相关的关联模 本文所使用的数据来源于SY998799综合检测 型，并通过计算从而间接得到轮轨力。 车在中国铁道科学研究院国家铁道实验中心环形试 英国DeltaRail公司利用动力学仿真的方法建 验线及京九线上行的检测数据。其中，轮轨垂向力 立了轨道不平顺波长与轮轨力之间的关联模型[1]， 通过采用连续式测力轮对技术获得，并且对轮轨垂 并基于动力学仿真软件 VAMPIRE开发了利用动 向力数据进行了滤除趋势项处理；轴箱垂向加速度 态响应辅助评判轨道状态的VIM 软件。美国运输 是通过安装在测力轮对上面轴箱上的加速度传感器 技术中心 (TTCI)利用神经网络方法建立了轨道 获得的。轮轨垂向力与轴箱垂向加速度的采样频率 不平顺波长与轮轨力的关联模型，并开发了预测轮 均为500Hz。本文所使用的数据分为两部分：轮 轨力的PBTG软件_l2]。日本铁道综合技术研究所