【摘 要】
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有砟轨道是铁路轨道结构的主要结构形式之一。铁路运营总里程和列车运营量不断增加导致有砟道床的养护作业任务日益繁重,而道床养护的结果需要人工根据铁路行业标准规定的检测方法进行离线抽样检测。但离线检测方法效率低下,且会破坏轨道结构。针对以上问题,本文提出了有砟轨道道床质量在线检测方法的基本原理,建立了在线检测系统。对有砟轨道道床质量在线检测系统中轨排横向振动位移在线检测算法和道床质量评估指标的在线辨识算
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有砟轨道是铁路轨道结构的主要结构形式之一。铁路运营总里程和列车运营量不断增加导致有砟道床的养护作业任务日益繁重,而道床养护的结果需要人工根据铁路行业标准规定的检测方法进行离线抽样检测。但离线检测方法效率低下,且会破坏轨道结构。针对以上问题,本文提出了有砟轨道道床质量在线检测方法的基本原理,建立了在线检测系统。对有砟轨道道床质量在线检测系统中轨排横向振动位移在线检测算法和道床质量评估指标的在线辨识算法进行了研究。本文的主要研究内容如下:1、综合分析了现行有砟轨道道床质量状态评估指标之间的相关性,确定以道床横向阻力作为反映道床整体质量状态的指标。通过研究分析道床横向阻力的形成机理及检测方法,提出以有砟道床等效横向刚度和等效横向阻尼作为评估道床质量状态的新指标,以此提出了有砟轨道道床质量在线检测方法的基本原理。2、基于有砟轨道道床质量在线检测方法的基本原理,确定了在线检测系统的总体方案,对主要设备进行了选型和性能介绍。在试验现场完成在线检测系统硬件设备的安装,并进行了线路试验。3、针对有砟轨道道床质量在线检测系统中轨排横向振动位移直接测量难度大、成本高等问题,基于状态估计理论,利用卡尔曼滤波设计了位移估算算法。并针对噪声方差变化会影响卡尔曼滤波精度,甚至导致滤波结果发散等问题,设计基于小波变换与协方差匹配联合改进的卡尔曼滤波算法。通过线路实测数据验证了该算法可实现位移的精确估计,并根据位移对比结果对在线检测系统进行了优化。4、针对有砟轨道道床质量状态在线检测系统中有砟道床等效横向刚度和等效横向阻尼的在线辨识问题,通过将检测系统传递函数离散差分化,建立等效横向刚度和等效横向阻尼的在线辨识离散差分方程。基于最小二乘理论,引入现代信号处理方法中的“窗函数”概念,设计了加窗最小二乘辨识算法,实现有砟道床等效横向刚度和等效横向阻尼的实时、在线辨识,并将辨识结果与离线测量得到的道床横向阻力进行对比分析,最终确定以道床等效横向刚度代替道床横向阻力作为评估有砟轨道道床质量状态的新指标。
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