[发明专利]一种轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法

权利要求书

1.一种轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）将加速度传感器安装于钢轨底部，记录列车通过时钢轨的竖向加速度时程曲线，利用FFT变换将竖向加速度时程曲线上的振动数据转换为加速度频谱；

（2）提取列车离开测点后钢轨的竖向加速度时程，计算出钢轨在不同频率下的振动衰减率，建立衰减率曲线，根据此衰减率曲线，估算钢轨上的扣件刚度和阻尼参数；

（3）根据钢轨参数，结合步骤（2）中计算得到的扣件刚度和阻尼参数，建立钢轨-路基功率流数值模型，若有桥梁结构，则应建立钢轨-桥梁功率流数值模型，计算钢轨在不同频率单位简谐荷载作用下的振动速度幅值，即钢轨导纳；

（4）根据轮轨位移协调条件，计算不同波长单位粗糙度下的轮轨力，再结合步骤(3)得到的不同频率单位简谐力下的钢轨振动速度幅值，得到列车以某一速度运行时单位粗糙度下单轮激起的钢轨振动加速度谱，接着按能量叠加原理计算单节编组列车激起的钢轨空间平均振动加速度谱；

（5）根据钢轨振动加速度与轮轨组合粗糙度的线性关系，将步骤（1）中得到的实测钢轨振动加速度频谱除以步骤（4）中得到的单位粗糙度下钢轨的振动加速度谱，即得到实际的轮轨组合粗糙度谱。

2.如权利要求1所述的轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法，其特征是：所述步骤（2）中所述钢轨的振动衰减率是钢轨振动波数的函数，所述振动波数是扣件刚度、扣件阻尼、钢轨密度和钢轨抗弯刚度的函数，在确定的钢轨条件下，可通过钢轨的振动衰减率曲线推算得到扣件刚度和扣件阻尼。

3.如权利要求2所述的轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法，其特征是：所述步骤（2）中所述，钢轨的振动衰减率计算公式为：

其中：为衰减率，与频率有关，单位为dB/m；为振动波数k的虚部，其关于扣件刚度和扣件阻尼的公式为：

其中：K为单位长度扣件刚度，j为虚数单位；为圆频率，C为相应的阻尼系数，m为钢轨线密度，EI为钢轨抗弯刚度。

4.如权利要求2所述的轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法，其特征是：所述步骤（2）中，先根据扣件类型选择合理的扣件刚度和阻尼参数范围，然后以逼近不同频段下的钢轨振动衰减率为目标优化扣件刚度与阻尼参数。

5.如权利要求1所述的轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法，其特征是：所述步骤（3）中，功率流数值模型中，钢轨用无限长欧拉梁模拟，钢轨与地面或钢轨与桥梁之间的扣件采用弹簧单元模拟，以回复力和阻尼力为基本未知量建立钢轨-路基或钢轨-桥梁系统力法方程，计算不同频率单位简谐荷载作用下钢轨的振动速度幅值。

6.如权利要求5所述的轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法，其特征是：所述步骤（3）中，在钢轨上某车轮位置作用竖向单位正弦荷载，各弹簧处的位移协调方程为：

其中：为单位正弦荷载圆频率；为未知弹簧力列向量；为单位正弦荷载引起的弹簧压缩位移列向量；为结构动柔度矩阵；为弹簧动柔度矩阵；解此方程得各弹簧力，进而可求出各弹簧节点的位移；然后，根据位移和速度的关系，计算出钢轨上与弹簧相连的各节点得速度，即钢轨导纳。

7.如权利要求1所述的轨道交通轮轨组合粗糙度识别方法，其特征是：所述步骤（4）中，不同波长单位粗糙度下的轮轨力计算公式为：

其中：j为虚数单位；为圆频率；为单位轮轨组合粗糙度；、、分别为车轮速度导纳、轮轨接触导纳和轮轨接触点钢轨速度导纳。