轨道不平顺时频域分析及预测方法的研究

铁路轨道的平顺状态对轮轨系统有着至关重要的影响。首先，它是轮轨系统的激扰源，是引起机车车辆产生振动和轮轨动作用力的主要原因，对行车安全、平稳、舒适性、车辆和轨道部件的寿命以及环境噪声等都有重要影响，是轨道方面直接限制提高行车速度的主要因素；其次，轨道平顺性也是轨道结构综合性能和承载能力的重要体现，是铁路管理部门制订维修计划的重要指标。 因此，深入研究轨道不平顺对于保证铁路安全运营具有十分重要的理论意义和现实意义。本文在总结和吸收前人研究成果的基础上，从轨道谱、轨道不平顺的时频分析和轨道不平顺发展预测等三个方面对轨道不平顺进行了研究，主要研究内容如下： (1) 计算分析了我国铁路线路的轨道不平顺检测数据，特别是对全国铁路运营有重大作用的干线(如京广、京哈、京沪及陇海等)的不平顺检测数据进行了分析计算，同时对无碴轨道不平顺、轨道复合不平顺的轨道谱进行了初步分析。 (2) 参考国内外的轨道谱模型，在大量试验计算的基础上，提出了符合我国铁路线路不平顺特征的轨道谱拟合模型，应用非线性最小二乘优化算法，获得了轨道谱模型的拟合参数。 (3) 为了研究我国铁路轨道谱的统一表达形式，重新拟合了我国铁路既有轨道谱，分析结果表明本文提议的轨道谱拟合公式能够较好地拟合已有轨道谱。结合我国铁路轨道谱的计算结果，详细分析比较了干线铁路通用轨道谱的表达形式，最终提出了一套根据线路速度等级划分的用三级分级形式表达的符合我国干线铁路不平顺特征的建议通用轨道谱，并分别计算获得了我国200km／h、160km／h提速线路和120km／h普通线路的上下限界谱，据此来初步评判线路的轨道谱。 (4) 应用小波分析理论和局域波分解理论，从时频域角度对轨道不平顺进行了深入分析。 (5) 根据轨道不平顺的特征及其形成原因，利用概率论和数理统计学、数字信号处理等学科的相关理论，提出了一套新的轨道不平顺发展趋势的预测方法——综合因子法，其核心思想是在同一地段轨道不平顺变化规律相近，即轨道在脆弱的地方会更脆弱，在不平顺幅值较大的地方其不平顺发展也相应较大，同时考虑轨道发生的随