高速铁路轨面不平顺演变机理及影响因素研究

With the increase of operation time, high speed railway rail surface irregularities constant evolution, is likely to produce the problem such as waveform abrasion, impact of train operation safety, increase the line maintenance and repair costs. This study is based on vehicle/track interaction, the contact of wheel and rail and wheel/rail friction abrasion theory in the High-speed railway. The calculation method will be researched in the evolution of the rail surface irregularity in this study, and a calculation model will also be established for forecasting the evolution of the rail surface irregularity. Experimental research will be used in analysis high-speed railway rail surface irregularity and influencing factors. Finally, a rail surface irregularity evolution mechanism will be raised for China High-speed railway.

随着运营时间的增加，高速铁路轨面不平顺不断演化发展，有可能产生波形磨耗等问题，影响列车的运营安全，提高线路养护维修成本。本项目在高速铁路车辆-轨道相互作用、轮轨接触、轮轨摩擦-磨损理论的基础上，拟针对我国高速铁路的车辆、线路及轨道特性，对轨面不平顺演变的计算方法进行研究，建立考虑材质的轨面不平顺演变的计算模型；利用现场测试和室内试验结果对模型进行优化和修正；利用计算模型对高速铁路轨面不平顺的演变过程进行模拟，分析轨面不平顺的演变机理和影响因素，寻找其演变规律、确定其演变条件和特征，从而提出我国高速铁路条件下的轨面不平顺演变预测方法。

如果运行中的列车车轮有扁疤或多边形等病害，会对轨道结构产生巨大的冲击力。强冲击车轮是造成轨道结构伤损、服役性能退化的主要原因之一，研究表明强冲击轮轨力有可能造成车辆的损伤、加快轨道结构性能退化、引起轨道结构的破坏，同时还会造成能量的损失。.因此，深入分析强冲击轮轨力对轨道结构的影响，研究和开发轮轨力监测系统，从而提出强冲击轮轨力的控制方法对保护轨道结构，提高结构服役寿命，减少养护维修成本有着重要的意义。.课题组围绕轮轨荷载监测技术展开了大量的研究工作，主要内容及重要结论如下：.（1）由有限元法分析结果可知，通过测试钢轨应变来反推轮轨力是可行的。在所有可能的监测点中，距离轨枕100mm左右附近顺轨平面的剪应变是力/应变比最大的，即该点是最适合轮轨力监测的。移动荷载作用下，顺轨平面剪应变变化具有周期性特点，通过动力有限元分析可知这种周期性特征可以采用锯齿波函数的形式模拟。.（2）基于移动轮载下钢轨应变的分布规律，提出了轮轨垂向力连续测试方法。将虚拟试验和实验室缩尺模型试验相结合，验证了方法的可行性和准确性，并提出了使用锯齿波函数作为标定曲线的标定方法。.（3）提出了采用轮轨力垂向测试识别车轮扁疤的方法。利用钢轨应变信号反演了轮轨力时域曲线，分析了扁疤引起的轮轨垂向力特征。.（4）针对轮轨力测试中常见的基线漂移和粗大白噪声，提出了基于小波变换的综合去噪法。比较了不同小波基阶数对去除基线漂移效果的影响，确定了合适的小波基。讨论了硬软阈值函数下小波基和阈值规则的降噪性能，确定了用于降噪的小波基和阈值规则的组合。.（5）提出了基于颗粒材料压力计的道砟应力监测方法。在实验室验证了该压力计的精确性和可重复性。通过重载铁路线试验，获得了道砟压力纵向分布规律。.（6）提出了“智能轨枕”的设计思想并制作了样品在重载铁路进行了试验。利用“智能轨枕”对道砟捣鼓作业的效果进行了评价。