高速铁路道岔动态特性分析及评价方法研究

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高速铁路运输在我国交通运输体系的地位越来越重要,而高速道岔作为高速铁路的重要固定设备,又是设备管理单位的检修的重中之重。高速道岔因其结构和轮轨关系复杂,列车高速冲击使其病害主要集中在轨道几何尺寸超限、尖轨及心轨降低值超标、工电结合部间隙过大、尖轨侧磨和联结零件松动断裂等方面。高速道岔的轨道几何尺寸、间隙、钢轨表面伤损、联结零件和标志标记等问题可通过传统的保养质量评定或人工静态检查发现并处理,但对道岔通过状态下的性能难以检查与评估。利用综合检测列车检测的轨道几何和轴箱加速度等数据分析列车过岔时的动态特性,可以科学地评价道岔通过状态综合性能。然后,利用评价结果科学合理的编制年度、月度维修计划,实现综合维修和单项病害整治相结合,有利于道岔设备质量的常态保持和均衡提升,对成本最优目标的控制具有非常重要的意义。道岔区的短波和中长波病害是影响列车安全性、稳定性和平稳定的关键因素,而轴箱加速度、车体横向加速度、车体垂向加速度和构架横移等动态响应数据又是核心的关键因素。通过对综合检测列车采集的动态数据进行时频分析,分别探索轴箱加速度、车体横向加速度、车体垂向加速度和构架横移与高速道岔静态病害之间的关联关系。经过大量数据类比分析和现场复核,得到道岔区接头、钢轨擦伤掉块和波磨等是影响轴箱加速度的关键因素,高低不平顺病害对车体垂向加速度的影响较大,而轨向不平顺是车体横向加速度和构架横移的核心影响因素。通过对列车过岔的动态响应数据进行短时傅里叶变换和处理,得到了轴箱垂向振动加速度、车体横向及垂向加速度的时频分布,获得了轴箱加速度的主频及对应的道岔短波病害,验证了利用轨道冲击指数(TII)评价短波病害的可行性,获得了横向加速度和垂向加速度的主频及对应的不同波长的中长波病害,并验证了利用加权综合指标(WCI)评价中长波病害的可行性。在综合分析的基础上,利用层次分析法开展了包含短波及中长波病害的道岔状态综合性能评价。最后,利用道岔状态综合性能评价结果对道岔单元管理和检修任务的制定进行了优化。提出利用评判短波病害的轨道冲击指数(TII)和评判中长波病害的加权综合指标(WCI)得到道岔通过状态综合指数(TPCI),并以此评判道岔的通过状态。通过国产客专18号道岔的静态病害和整治复核验证了该方法的实用性。本文的研究成果对高速道岔的检修和成本控制具有较强指导意义,同时也为道岔动态单元管理和年度生产计划、月度维修任务和周维修重点的制定提供科学的数据支持。另外,该成果对有砟道岔的通过状态性能综合评价也具有较强的借鉴意义。
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