[发明专利]基于转向架振动疲劳的钢轨波磨维护限值定义方法

说明书

本发明公开了基于转向架振动疲劳的钢轨波磨维护限值定义方法，包括采集轴箱振动加速度、钢轨波磨幅值，根据welch方法，计算转向架轴箱加速度功率谱密度；同理，根据钢轨波磨幅值得到钢轨波磨幅值功率谱密度；以钢轨波磨幅值功率谱密度为输入，轴箱振动加速度功率谱密度为输出，得到轨道、车轮、轴箱组成的轮轨系统的系统传递函数；根据设定的轴箱加速度功率谱密度，通过系统传递函数得到钢轨波磨幅值的功率谱密度；根据钢轨波磨幅值的功率谱密度，得到波磨幅值，所述的波磨幅值为钢轨波磨的打磨限值。根据本发明所提供的方法所得到限值，考虑了不同波长的影响，更加具有针对性。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体是基于转向架振动疲劳的钢轨波磨维护限值定义方法。

背景技术

现有的钢轨波磨限值研究，大部分是通过研究车辆的某个指标如轮轨垂向力和钢轨波磨幅值的映射关系，再利用相关标准对这些指标的限值，反向提出钢轨波磨的限值，这些指标主要分为三部分：车辆动力学性能指标如轴箱加速度、轮轨垂向力、脱轨系数等，还有车辆噪声和时域结构疲劳寿命。这些指标都能够反映波磨的恶劣程度，但也有不足之处：因为固定波长机理，钢轨波磨最终都会发展为某一特定波长的波浪形磨耗，所以钢轨波磨在频域或空间域上具有明显的特征，而相关标准规定的动力学指标和时域结构疲劳寿命无法反映频域信息，特别是高频信息，所以基于这两种指标提出的波磨限值无法反映波长的影响；通过车辆噪声提出的波磨限值，能够从空间域反映波磨波长信息，但噪声标准ISO3095:2013只是噪声测试前，对钢轨不平顺的要求，与钢轨维护限值没有明确关联。通过研究转向架轴箱加速度功率谱密度和钢轨波磨功率谱密度的传递关系，提出基于转向架振动疲劳的钢轨波磨维护限值定义方法，用以解决确定钢轨波磨打磨限值的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于转向架振动疲劳的钢轨波磨维护限值定义方法，包括如下步骤：

步骤一，采集轴箱振动加速度、钢轨波磨幅值，根据welch方法，取设定的窗口长度，采用haimming窗，数据分段重叠点数取50％，数据按照窗口的长度进行分段，每次分段时覆盖上一段一半的数据，计算转向架轴箱加速度功率谱密度；同理，根据钢轨波磨幅值得到钢轨波磨幅值功率谱密度；

步骤二，以钢轨波磨幅值功率谱密度为输入，轴箱振动加速度功率谱密度为输出，得到轨道、车轮、轴箱组成的轮轨系统的系统传递函数；

步骤三，根据设定的轴箱加速度功率谱密度，通过系统传递函数得到钢轨波磨幅值的功率谱密度；

步骤四，根据钢轨波磨幅值的功率谱密度，得到波磨幅值，所述的波磨幅值为钢轨波磨的打磨限值。

进一步的，所述的以钢轨波磨幅值功率谱密度为输入，转向架轴箱振动加速度功率谱密度为输出，得到轨道、车轮、轴箱组成的轮轨系统的系统传递函数，包括如下过程：

将车轮、轴箱、轨道组成轮轨系统，以钢轨波磨不平顺为输入，轴箱振动加速度为输出，根据钢轨波磨信号x(t)和轴箱振动加速度y(t)时域信号，借助于数据处理软件如Matlab等自带的自功率谱求解函数，分别求得钢轨波磨的自功率谱Pxx(f)，以及轴箱振动加速度自功率谱Pyy(f)，根据传递函数计算公式得传递函数为：

|H(f)|²＝Pyy(f)/Pxx(f)

再根据自功率谱除以频率分辨率df得到功率谱，即可得：

|H(f)|²＝(Pyy(f)/df)/(Pxx(f)/df)＝P(f)/R(f)

其中的P(f)为轴箱振动加速度功率谱密度，R(f)为钢轨波磨功率谱密度。

进一步的，所述的根据轴箱振动加速度的钢轨波磨幅值的功率谱密度，得到波磨幅值，包括如下过程：

功率谱密度和时间序列关系式为：