無(wú)砟軌道幾何狀態(tài)靜態(tài)評(píng)價(jià)方法與平順性控制技術(shù)研究

本計(jì)劃圍繞高鐵無(wú)砟軌道精測(cè)、精調(diào)的適用方法與技術(shù)進(jìn)行研究。 關(guān)于精測(cè)方法，研究了絕對(duì)測(cè)量及其對(duì)高鐵無(wú)砟軌道平順性控制的作用，結(jié)果表明，絕對(duì)測(cè)量“原理正確”，但不僅存在測(cè)量效率低、環(huán)境適應(yīng)性差等適用性問(wèn)題，理論上其平順性控制能力也無(wú)法滿足要求，而其用于評(píng)價(jià)高鐵長(zhǎng)波平順性的150m/300m矢距差校驗(yàn)方法的空間頻域特性混亂且存在幅值增益為0的死區(qū)。圍繞擁有效率、平順性檢測(cè)精度和環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)的相對(duì)測(cè)量方法，研究了用于消除其里程累積誤差的軌枕定位技術(shù)，比150m/300m矢距差校驗(yàn)方法物理意義更清晰、頻域特性更理想的用于速算長(zhǎng)波平順性的中點(diǎn)弦測(cè)“以小推大” 加密采樣逐點(diǎn)遞推算法，為了實(shí)現(xiàn)相對(duì)測(cè)量線路中線坐標(biāo)控制和提高長(zhǎng)波測(cè)量精度的“相對(duì) 絕對(duì)”復(fù)合測(cè)量技術(shù)，形成了一套適用于無(wú)砟軌道平順性控制的幾何狀態(tài)靜態(tài)評(píng)價(jià)方法。 關(guān)于精調(diào)方法，研究了傳統(tǒng)的相對(duì)測(cè)量調(diào)軌算法，結(jié)果表明，基于漸伸線原理的繩正法等對(duì)數(shù)據(jù)擾動(dòng)敏感，存在無(wú)法克服的累和問(wèn)題，不能滿足高鐵無(wú)砟軌道的平順性作業(yè)要求。研究并揭示了絕對(duì)測(cè)量“坐標(biāo)法調(diào)軌”的本質(zhì)是“偏差法調(diào)軌”和“原位法調(diào)軌”，即測(cè)量方法必須能夠保證線路中線橫、垂向偏差與軌枕位置對(duì)應(yīng)且體現(xiàn)準(zhǔn)確的線路線形，同時(shí)調(diào)軌算法必須能夠保證將該偏差消除在原位而不向相鄰軌枕傳遞。研究了依據(jù)相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)識(shí)別線路曲線四大特征點(diǎn)、曲線半徑等關(guān)鍵參數(shù)和基于奇異濾波及穩(wěn)健回歸的軌道曲線主點(diǎn)定位方法，解決了因里程累積誤差或?qū)嶋H曲線特征點(diǎn)位移等所導(dǎo)致的實(shí)測(cè)、設(shè)計(jì)曲線失配及其引起的線路中線偏差異常問(wèn)題，使相對(duì)測(cè)量具備了應(yīng)用“偏差法調(diào)軌”和“原位法調(diào)軌”的必要條件。最后，研究了基于相對(duì)測(cè)量中點(diǎn)弦測(cè)模型的精調(diào)量迭代求解問(wèn)題，可得到累和最小、對(duì)線路線形擾動(dòng)最小、能在不超出高鐵無(wú)砟軌道扣件可調(diào)范圍顯著改善線路平順性的最終調(diào)整方案。 本計(jì)劃研究成果已產(chǎn)業(yè)化，在大幅提高精測(cè)效率、降低精調(diào)工作量和成本的同時(shí)，使我國(guó)無(wú)砟軌道TQI控制水平從單純依賴絕對(duì)測(cè)量調(diào)軌的3.0左右降低至2.0以下，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。 2100433B

目前無(wú)砟軌道的內(nèi)部幾何尺寸的表達(dá)與控制主要是通過(guò)外部幾何尺寸測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，其成本與效率難以平衡。弦測(cè)法作為軌道平順性測(cè)量主要方法之一，受限于其幅頻特性，理論價(jià)值未得到應(yīng)有的重視。本研究從其以小推大算法出發(fā)，就弦測(cè)法的長(zhǎng)波特性、偏矢測(cè)量等問(wèn)題進(jìn)行理論研究，為無(wú)砟軌道正線及道岔的平順性有效監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供解決方案。另，鑒于高鐵無(wú)砟軌道的特殊結(jié)構(gòu)與高平順性要求，既有的基于外部幾何尺寸的養(yǎng)修技術(shù)存在著適用性問(wèn)題。為此，本研究在全面分析繩正法、坐標(biāo)法技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，認(rèn)為開發(fā)一種基于軌道平順性的整正技術(shù)，是解決目前效率與精度矛盾的理性選擇。該技術(shù)的主要特征包括：以恢復(fù)高鐵無(wú)砟軌道的平順性為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)軌道平順性數(shù)據(jù)建立向量模型，構(gòu)造迭代解法，獲得在慣性坐標(biāo)系下的整正量的數(shù)值解。前期現(xiàn)場(chǎng)試用證明，該方法整體優(yōu)化軌道平順性，且無(wú)需外部標(biāo)志物的信息，或能為無(wú)砟軌道的平順性控制提供一套創(chuàng)新的理論與方法。

軌道平順性是輪軌系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一，其狀態(tài)直接影響列車行車安全和乘坐舒適性。軌道平順狀態(tài)的合理控制一直是鐵路工務(wù)業(yè)務(wù)的重要內(nèi)容?！镀账勹F路輪軌系統(tǒng)軌道平順狀態(tài)控制》以作者主持或參與的多項(xiàng)科研課題、系統(tǒng)試驗(yàn)和多年的成果為主體，并收集整理了美、英、法，德、日、俄等國(guó)鐵路的相關(guān)資料，經(jīng)過(guò)數(shù)年的沉淀、思考，匯總而成。

《普速鐵路輪軌系統(tǒng)軌道平順狀態(tài)控制》著重從車輛一軌道相互作用的角度來(lái)闡述與軌道平順性有關(guān)的重要問(wèn)題，幫助讀者用輪軌系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)理解和審視軌道平順性問(wèn)題?！镀账勹F路輪軌系統(tǒng)軌道平順狀態(tài)控制》既有理論闡述，又有實(shí)際應(yīng)用的介紹，對(duì)軌道及車輛專業(yè)的研究設(shè)計(jì)人員、線路施工與維修養(yǎng)護(hù)管理人員都具有指導(dǎo)與借鑒作用，也可供軌道、機(jī)車車輛等專業(yè)師生教學(xué)參考。

第一章 軌道不平順的類型

第一節(jié) 按激擾方向分類

第二節(jié) 按軌道不平順波長(zhǎng)特征分類

第三節(jié) 按軌道不平順形狀特征分類

第四節(jié) 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)軌道不平順

第二章 軌道不平順的特征描述

第一節(jié) 軌道不平順的隨機(jī)性

第二節(jié) 軌道不平順?lè)档慕y(tǒng)計(jì)特征

第三節(jié) 揭示軌道不平順波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的功率譜密度

第四節(jié) 局部軌道不平順波形特征的近似描述

第三章 軌道不平順以及車輛一軌道的相互作用

第一節(jié) 考查軌道不平順影響的動(dòng)測(cè)試驗(yàn)

第二節(jié) 軌道不平順影響的簡(jiǎn)化分析

第三節(jié) 車輛一軌道動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算

第四節(jié) 軌道不平順對(duì)車輛的影響

第五節(jié) 軌道不平順波形特征的影響

第六節(jié) 不同軌道不平順的影響

第四章 軌道不平順的發(fā)生、發(fā)展及惡化

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 軌道不平順的起源

第三節(jié) 軌道平順狀態(tài)的惡化

第四節(jié) 列車荷載對(duì)軌道不平順發(fā)展的影響

第五節(jié) 運(yùn)輸條件對(duì)軌道不平順發(fā)展的影響

第六節(jié) 維修作業(yè)

第七節(jié) 影響軌道平順狀態(tài)發(fā)展變化的其他因素

第八節(jié) 國(guó)外軌道平順性惡化的研究成果

第五章 軌道平順狀態(tài)的檢測(cè)

第一節(jié) 檢測(cè)設(shè)備的基本要求

第二節(jié) 軌道不平順的檢測(cè)方法

第三節(jié) 對(duì)測(cè)量方法和檢測(cè)系統(tǒng)的檢驗(yàn)

第四節(jié) 軌道幾何檢查車（軌檢車）的應(yīng)用

第五節(jié) 輔助檢測(cè)設(shè)備

第六章 軌道平順狀態(tài)的評(píng)定及診斷

第一節(jié) 基于局部軌道不平順?lè)档脑u(píng)定

第二節(jié) 連續(xù)軌道不平順的評(píng)定

第三節(jié) 采用軌道譜評(píng)定軌道平順狀態(tài)

第四節(jié) 采用車輛振動(dòng)加速度評(píng)定軌道平順狀態(tài)

第五節(jié) 采用輪軌作用力評(píng)定軌道平順狀態(tài)

第七章 軌道不平順功率譜

第一節(jié) 國(guó)外研究概況

第二節(jié) 國(guó)內(nèi)的早期研究

第三節(jié) 軌道譜計(jì)算方法

第四節(jié) 我國(guó)干線的軌道譜

第五節(jié) 軌道譜的應(yīng)用

第六節(jié) 重要結(jié)論和發(fā)現(xiàn)

第八章 軌道平順狀態(tài)的管理體系

第一節(jié) 軌道不平順管理體系概述

第二節(jié) 軌道不平順的安全管理（緊急補(bǔ)修和限速管理）

第三節(jié) 軌道不平順的預(yù)防性計(jì)劃維修管理

第四節(jié) 軌道平順性的養(yǎng)護(hù)管理（優(yōu)良目標(biāo)管理和舒適性目標(biāo)管理）

第五節(jié) 控制初始軌道不平順的作業(yè)質(zhì)量驗(yàn)收管理

第六節(jié) 運(yùn)營(yíng)過(guò)程中控制軌道不平順的主要措施

第七節(jié) 軌道平順狀態(tài)科學(xué)管理展望

第九章 國(guó)外鐵路軌道平順性管理

第一節(jié) 日本既有鐵路軌道平順性管理

第二節(jié) 俄羅斯鐵路軌道平順性管理

第三節(jié) 法國(guó)國(guó)有鐵路SNCF軌道平順性管理

第四節(jié) 德國(guó)鐵路軌道平順性管理

第五節(jié) 英國(guó)鐵路軌道平順性管理

第六節(jié) 美國(guó)鐵路軌道平順性管理

第七節(jié) 瑞典鐵路軌道平順性管理

第八節(jié) 加拿大國(guó)鐵CN和太平洋鐵路公司CP的管理

第九節(jié) 波蘭鐵路軌道平順性管理

第十節(jié) 歐亞鐵路聯(lián)運(yùn)線標(biāo)準(zhǔn)（建議案）

參考文獻(xiàn)

本書針對(duì)影響高速鐵路軌道平順性的檢測(cè)與評(píng)價(jià)的若干關(guān)鍵問(wèn)題，在總結(jié)現(xiàn)有軌道幾何狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)、軌道剛度檢測(cè)方法、無(wú)縫線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)理論、無(wú)砟軌道病害檢測(cè)方法和高速道岔狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了我國(guó)高速鐵路軌道平順性檢測(cè)與監(jiān)測(cè)方面面臨的主要挑戰(zhàn)；系統(tǒng)研究了軌道靜態(tài)不平順的高效檢測(cè)理論與方法、軌道不平順的動(dòng)力學(xué)控制理論及評(píng)估技術(shù)、軌道寬頻動(dòng)剛度的檢測(cè)理論與方法、基于模態(tài)的無(wú)砟道床傷損檢測(cè)理論與方法、影響高速鐵路高平順性的無(wú)縫線路斷軌與溫度力監(jiān)測(cè)技術(shù)，及高速道岔鋼軌裂紋監(jiān)測(cè)技術(shù)等；提出了加強(qiáng)我國(guó)高速鐵路軌道平順性檢測(cè)、監(jiān)測(cè)與評(píng)估的若干建議。