CN108482420B - 轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，在轮轨耦合(30)条件下，分别对钢轨轨头(24)和车轮轮缘(13)施加激励力(41)，测量轨道系统(20)和轮轴系统(10)的动态响应，对激励力和动态响应进行特征分析获得轮轨耦合动态特性参数；所述的轮轨耦合动态特性参数包括：由激励力和动态响应测量分析获得相应的频率响应函数及由频率响应函数获得的轨道系统(20)及轮轴系统(10)的动态特性参数。与现有技术相比，本发明具准确的反应了车轮载荷的情况下轮轨耦合状态的轨道系统的动态特性，达到了较高的测试精度等优点。

Description

轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法

技术领域

本发明涉及一种轨道交通技术，尤其是涉及一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法。

背景技术

近年来轨道交通得到了飞速发展，铁路公里数成倍增长。轨道交通既包括客运也包括货运重载；轨道交通客运既包括高铁、城际铁路也包括地铁以及有轨电车等等。在轨道系统的运行过程中，其动态特性对轨道交通的影响是多方面的，包括行车安全性和舒适性、车辆和轨道的维护管理、运输经营成本和经济效益等；同时轨道交通所带来的环境振动噪声污染也和轨道系统的轮轨耦合动态特性有密切的关联。

但是轨道交通带来的轨道诸多问题，例如钢轨波浪形磨耗、扣件弹条断裂等伤损。钢轨波浪形磨耗是在轨面沿纵向一定长度范围内出现的周期性不平顺，运营过程中在钢轨接触面出现了类似波浪形的不均匀磨损。钢轨波磨不仅会直接引起车辆、轨道结构的激烈振动，环境噪音污染，影响旅客乘坐舒适度，也限制了运营列车车速的进一步提高，给行车安全带来隐患。钢轨波磨越严重，轮轨相互作用越激烈，车辆运行的稳定性越差。扣件弹条断裂直接导致扣压力的流失，会引起轨距的变化。大面积弹条断裂不仅危害列车行车安全，严重的会导致重大安全事故。

对于车辆系统的另一个问题是车轮多边形磨耗，车轮多边形磨耗是沿车轮踏面圆周方向的波状磨损，当车轮多边形磨耗较大时，会引起严重的车辆振动和噪声。

线路轮轨磨耗问题直接影响到线路日后养护维修的工作量，特别是高速列铁路车运行速度的不断提高，轮轨系统的工况日趋复杂，轮轨接触相互作用愈加激烈，轮轨磨耗问题也日益严重，大大增加了铁路的运输成本，降低了行车质量，每年都会给铁路运输业造成巨大的经济损失。如何降低轮轨磨耗，是铁路轨道养护维修的重要研究工作。

但是轮轨磨耗产生和发展的原因和机理尚不清楚，长期以来不少学者对轨道特性做了大量的试验研究和理论研究，由于轮轨系统的复杂性及非线性特性等，理论研究仍需要基本的“轨道-车辆”系统物理参数等输入，而目前“轨道-车辆”系统物理参数的试验获得还局限在“轨道”及“车辆”各自子系统的独立试验，“轨道-车辆”耦合系统的实际物理参数与系统在分别采用无耦合条件下的物理参数存在很大的区别，特别是不同轮轨接触界面条件下的轨道横向动态特征的变化。因而制约了对复杂的轮轨磨耗产生和发展机理的研究。

在轨道系统动态特性的研究中，对轮轨的相互作用及耦合关系的研究非常重要。由于轮轨耦合关系的复杂性，对轨道系统动态特性的研究很大程度上还是以实验研究为主导，理论模拟还不能够完全替代实验研究。通过对轨道系统进行实验研究，可以深化对其动态特性的理解，为建立更接近实际状况的理论模拟提供依据。轮轨耦合实验研究包括轨道现场测试和实验室模拟测试，其中现场测试包括非运行状态和运行状态。前者是在没有车辆运行的条件下，通过对轨道施加激振力来测量轨道的振动响应特征，而后者是在车辆运行的条件下测量轨道系统在车轮激励下的响应，但试验的难度及可操作性受到运营车辆及轨道的限制，有些特征参数例如轮轨接触在不同方向的动态接触力在现有的技术和方法条件下的测试精度还不能满足需求。

目前对轨道动态特性的实验研究，特别是实验室和没有车辆运行的现场实验，都是在轨道无车轮载荷的情况下进行，所测的结果不能完全反映轮轨耦合状态下的轨道系统的动态特性。

“轨道-车辆”耦合系统的实际物理参数与系统在分别采用无耦合条件下的物理参数存在很大的区别，特别是不同轮轨接触界面条件下的轨道横向动态特征的变化。如果能解决“轨道-车辆”耦合系统的动态试验方法，可以：1)识别实际轨道交通中轨道系统在车辆载荷条件下的动态特性，从而使试验研究获得的系统动态参数更真实地反映实际运营条件下的工作状况及对轨道系统技术性能指标的影响；2)识别轨道系统的非线性特性，更准确地获得不同载荷例如不同轴载条件下轨道系统的特征参数，从而为不同运载线路例如轻轨、地铁、高铁客运及重载线路合理的轨道设计提供参数依据；3)提供分析研究复杂的轮轨关系的试验数据，研究不同运载条件下轮轨关系出现的问题及问题产生机理，例如车轮多边形磨耗问题、轨道钢轨波浪磨耗产生机理等难题；4)不同复杂的轮轨界面条件下的界面耦合特性识别及研究，为轨道交通安全及维护等方案设计提供可靠的真实数据；5)为轨道交通特别是高速铁路的理论研究及设计和计算模型仿真参数输入、仿真验证等提供必要的支持。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

在实验的设置上考虑了车辆轮轴载荷，轨道系统在激励力的作用下同时测量轨道和车轮的动态响应，同时考虑轮轨接触面之间不同接触介质对其响应特性的影响。通过合理设置激励点和响应点的位置，实现对轮轨耦合状态下轨道系统动态特性的更深入的理解；实验设置同时包括轮轨结构关键部件的实验模态分析、轨道振动衰减率、轨道边噪声响应及道床振动响应等。

一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，在轮轨耦合条件下，分别对钢轨轨头和车轮轮缘施加激励力，测量轨道系统和轮轴系统的动态响应，对激励力和动态响应进行特征分析获得轮轨耦合动态特性参数；所述的轮轨耦合动态特性参数包括：由激励力和动态响应测量分析获得相应的频率响应函数及由频率响应函数获得的轨道系统及轮轴系统的动态特性参数；所述的动态特性参数包含模态频率、模态形状、模态阻尼、振动衰减率及噪声衰减率。

进一步地，所述的轮轨耦合是指轨道系统承受车辆轮轴载荷形成的耦合系统，轮轨耦合位置包括使用不同接触介质的轮轨接触界面及垂直于轨道方向的横向接触位置。所述的接触介质是正常干态空气介质，或不同浓度湿态雨水介质，或不同摩擦系数润滑液体介质，或不同摩擦系数润滑固体介质；所述的轮轨接触界面是车轮与钢轨相接触变形形成的椭圆形接触面，椭圆形的长轴和短轴尺寸及接触面的位置取决于车轮和钢轨的几何参数、踏面角度和位置、轮轨接触力的大小，动态响应测量包含接接触界面的压痕迹大小及位置、车轮和钢轨廓形；所述的垂直于轨道方向的横向接触位置是车轮垂直于钢轨，并与钢轨在横向上的接触位置。

所述的轨道系统的动态响应包括钢轨及扣件系统和承轨台在不同位置及不同方向的振动响应，所述的承轨台设置在轨枕或道床板上。所述的轮轴系统动态响应包括车轮及轮轴和转向架在不同位置及不同方向的振动响应。所述的车辆轮轴载荷沿轨道方向在轨道系统的耦合位置包括扣件系统的扣件支承上方及扣件系统的扣件支承跨中。

所述的激励力由激励器提供，激励器带有激励传感器，用来测量激励力，激励传感器是力传感器直接测量激励力、或加速度计通过等效质量间接计算出激励力。

进一步地，所述的激励力的大小、方向和频率范围分别采用不同质量锤体及不同材质的锤头的激励锤在钢轨垂直方向即车轮半径方向和钢轨水平方向即车轮轴向进行激励获得，锤体质量范围在0.1-50kg，锤头材质分别为橡胶、尼龙、铝、铜或软钢，覆盖频率范围1-5000Hz，所述的激励锤装有用来测试激励力的激励传感器。

所述的动态响应由响应传感器测量，响应传感器是加速度计、或速度计、或位移计、或麦克风，响应传感器是接触式或非接触式。相应的频率响应函数及由频率响应函数获得的轨道系统及轮轴系统的动态特性参数通过专用的数据采集分析系统获得。

进一步地，所述的数据采集分析系统将激励传感器、响应传感器通过信号调节器输出的连续电信号采集转换为信号数字，然后进行专用软件分析计算，输出轮轨耦合动态特性结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明是一套包括多个实验项目的综合实验方法，重点考虑了轨道系统的轮轨耦合特性，验证了车辆对轨道动态参数的影响，包括对轨道动态系统等效参振质量、约束刚度参数、约束阻尼参数等；获得相同车辆条件下不同轨道结构和不同接触界面条件下轨道参数，以及对轨道振动的衰减和轨道边噪声影响等，从而为揭示轮轨波浪磨耗机理研究提供可靠的依据。通过多项实验研究项目的综合结果，全面透彻的了解了各个部件对轮轨耦合动态特性的影响，从而可以有的放矢的解决轨道系统运行中所出现的问题，如振动噪声污染的治理，轨道波浪磨耗的形成的原因、降低波磨发展的速度或抑制波磨产生的方法等，同时轨道系统的动态特性也对车厢的状况和乘客的舒适度的提升提供了理论依据。

附图说明

图1为本发明中轨道交通轨道系统的轮轨耦合特性研究实验方法设置示意图；

图2为无轮轴载荷，轨道传递响应函数测试，垂向和横向激励，激励点和响应测量位置选择示意图—轨道上视图；

图3为无轮轴载荷，轨道传递响应函数测试，垂向激励，激励点和响应测量位置选择示意图-轨道横截面视图；

图4为无轮轴载荷，轨道传递响应函数测试，横向激励，激励点和响应测量位置选择示意图-轨道横截面视图；

图5为麦克风位置示意图；

图6为扣件弹条振动测量传感器(加速度计)布置；

图7为钢轨衰减率测试锤击点的分布示意图；

图8为无载轨道垂向及横向传递函数；

图9为无载扣件弹条的传递函数；

图10为无载道床和承轨台的传递函数；

图11为无载下轨道结构钢轨的衰减率；

图12为有轮轴载荷，轨道传递响应函数测试，垂向激励，激励点和响应测量位置选择示意图-轨道横截面视图；

图13为有轮轴载荷，轨道传递响应函数测试，垂向激励，激励点和响应测量位置选择示意图-轨道侧视图；

图14为有轮轴载荷，轨道传递响应函数测试，横向激励，激励点和响应测量位置选择示意图-轨道横截面视图；

图15为有轮轴载荷，轨道传递响应函数测试，横向激励时，响应测量位置选择示意图-轨道侧视图；

图16为钢轨在无载及有载条件下垂向传递函数；

图17为钢轨在无载及有载条件下横向传递函数；

图18为弹条模态试验响应函数及模态试验模态频率结果；

图19为有载条件下钢轨的衰减率。

图中：10、轮轴系统，11、车轮，12、轮轴，13、车轮轮缘，20、轨道系统，21、钢轨，22、扣件系统，23、承轨台，24、钢轨轨头，25、扣件支承上方26、扣件支承跨中，30、轮轨耦合，31、轮轴载荷，32、轮轨接触界面，40、激励器，41、激励力，42、激励传感器，43、锤体，44、锤头，50、响应传感器，60、信号调节器，70、数据采集系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1、3、12和14中所示，一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，在轮轨耦合30条件下，分别对钢轨轨头24和车轮轮缘13施加激励力41，测量轨道系统20和轮轴系统10的动态响应，对激励力和动态响应进行特征分析获得轮轨耦合动态特性参数；所述的轮轨耦合动态特性参数包括：由激励力和动态响应测量分析获得相应的频率响应函数及由频率响应函数获得的轨道系统20及轮轴系统10的动态特性参数；所述的动态特性参数包含模态频率、模态形状、模态阻尼、振动衰减率及噪声衰减率。

如图1、12、13和14中所示，轮轨耦合30是指轨道系统20承受车辆轮轴载荷31形成的耦合系统，轮轨耦合30位置包括使用不同接触介质的轮轨接触界面32及垂直于轨道方向的横向接触位置。所述的接触介质是正常干态空气介质，或不同浓度湿态雨水介质，或不同摩擦系数润滑液体介质，或不同摩擦系数润滑固体介质；所述的轮轨接触界面32是车轮11与钢轨21相接触变形形成的椭圆形接触面，椭圆形的长轴和短轴尺寸及接触面的位置取决于车轮11和钢轨21的几何参数、踏面角度和位置、轮轨接触力的大小，动态响应测量包含接接触界面32的压痕迹大小及位置、车轮11和钢轨21廓形；所述的垂直于轨道方向的横向接触位置是车轮11垂直于钢轨21，并与钢轨21在横向上的接触位置。

如图1、2、3、4、12和13中所示，轨道系统20的动态响应包括钢轨21及扣件系统22和承轨台23在不同位置及不同方向的振动响应，所述的承轨台23设置在轨枕或道床板上。所述的轮轴系统10动态响应包括车轮11及轮轴12和转向架在不同位置及不同方向的振动响应。所述的车辆轮轴载荷31沿轨道方向在轨道系统20的耦合位置包括扣件系统22的扣件支承上方25及扣件系统22的扣件支承跨中。

如图3、4、12、13和14中所示，激励力41由激励器40提供，激励器40带有激励传感器42，用来测量激励力41，激励传感器42是力传感器直接测量激励力41、或加速度计通过等效质量间接计算出激励力41。所述的激励力41的大小、方向和频率范围分别采用不同质量锤体43及不同材质的锤头44的激励锤在钢轨垂直方向即车轮半径方向和钢轨水平方向即车轮轴向进行激励获得，锤体43质量范围在0.1-50kg，锤头44材质分别为橡胶、尼龙、铝、铜或软钢，覆盖频率范围1-5000Hz，所述的激励锤装有用来测试激励力41的激励传感器42。

图1和4中所示的动态响应由响应传感器50测量，响应传感器50是加速度计、或速度计、或位移计、或麦克风，响应传感器50是接触式或非接触式。相应的频率响应函数及由频率响应函数获得的轨道系统20及轮轴系统10的动态特性参数通过专用的数据采集分析系统70获得。所述的数据采集分析系统70将激励传感器42、响应传感器50通过信号调节器60输出的连续电信号采集转换为信号数字，然后进行专用软件分析计算，输出轮轨耦合动态特性结果。

如图1所示，本实施例的实验为耦合条件的特例，即耦合载荷为零的条件下进行，即轨道上无轮轴载荷，轨道为无砟轨道。测量项目包括：

1)轨道振动频率响应函数：了解轨道在激振力41的作用下的动态特性；

2)轨道边噪声频率响应：研究轨道振动噪声辐射及衰减特性；

3)扣件弹条频率响应函数：研究不同的扣件系统22结构对轮轨动态特性的影响；

4)轨道振动衰减率：研究轨道系统不同方向的阻尼特性。

采用的激励器40为激励锤。激励锤由锤体43、锤头44和激励传感器42组成，锤体43的重量和锤头44的材料根据测量需要的频率范围和激振力幅值来选择，激励传感器42采用力传感器。

所选用的轨道系统20的振动响应测量响应传感器50采用加速度计，轨道边噪声响应测量响应传感器50采用麦克风，为保证测量结果的精确性，要根据所测振动的幅值和频率范围及被测量部件的特点来选择合适的加速度计及麦克风，包括其灵敏度等。

1)轨道振动频率响应函数测量

1.1)轨道垂直激励

如图2所示，测点布置在相邻的三个轨枕位置和轨枕中间位置。轨道垂直激励实验装置设置如图3所示，锤体43在钢轨轨21顶部施加垂向力，垂向力使用力传感器测量。钢轨和道床的振动响应用加速度计测量，测量点位置如图2和图3所示。测量位置包括轨头、道床和承轨台。

1.2)轨道横向激励

轨道横向激励实验装置设置如图4所示，激励锤在钢轨轨头施加横向力，横向力使用力传感器测量。测量点位置如图2和图4所示。钢轨和道床的振动响应用加速计传感器。

2)轨道边噪声频率响应

噪声实验装置设置如图5所示，在轨道外侧边设置两个麦克风测量轨道振动时产生的噪声，对钢轨21的顶部施加垂向力Fv，对其侧面施加横向力fl，两个麦克风的位置(M1与M2，M3)相对于钢轨中心线的水平距离分别为3m和6.75m，相对于钢轨上表面的高度分别为0.53m和1.20m，。

3)扣件弹条频率响应函数

加速度传感器的设置如图6所示，加速度传感器布置在弹条两端弹臂的最高点和后跟位置，传感器测量方向分别为水平和垂直方向；弹条的响应也可采用近场麦克风测量对应的声辐射响应，或者在弹条表面贴应变片测试应变。

4)轨道振动衰减率

实验装置设置、激励力方向及响应测量点位置与上述的“轨道振动频率响应函数测量”相同(图2、图3和图4)。不同之处是如图7所示沿轨道方向共设置有28个激振点，在轨头上如图3和图4依次分别施加垂直和横向方向激励力，同时测量响应测量位置的振动响应。

上述所有测量项目的测量频率范围选用轨道振动噪声主要频段0-5000Hz，为保证在整个频率范围内的测量精度，测量重复两次，即分别用两个不同锤头质量的激励锤激(即大锤4-10kg和小锤0.5-2kg)。数据分析时500Hz以下的低频率段采用大锤激励的结果，800Hz以上的高频段使用小锤激励的结果，500-800Hz的过渡段采用两次测量的平均结果。

轨道上测量的垂向及横向传递函数见图8。扣件弹条的传递函数见图9，图10给出的是道床板和承轨台的垂向响应函数。

耦合条件为无载时轨道结构钢轨的衰减率测试分析结果如图11所示。

本实施例展示了本发明的基本实验方法和部分实验项目，给出多项实验项目之间的内在联系，多项实验结果之间交叉验证，才能够准确深入了解轨道系统中各个部件对整个轨道系统动态特性的影响和其量化描述。

实施例2

本实施例是轮轨耦合条件为有载的实验，即在上述实施例1的实验设置基础上，引入轮轴作用力，在轨道的支承(扣件)位置即扣件支承上方25或两个扣件中间(L/2)即扣件支承跨中26设置转向架轮对系统，在轮轴静载力和附件动态激励力的作用下，测试轮轨耦合有载条件下的动态特性和对轨道传递函数的影响。

基本的实验装置和测量设备安排如图2所示，采用锤击激振方法，激励和响应在轨道扣件支承上方25和扣件支承跨中26分别进行；车轮轴重作用位置也在支承上方25和扣件支承跨中26分别进行，其中Nh1到Nh3为相邻三个扣件支承跨中26的位置编号(Number athalf span 1to 3)，Np1到Np3为相邻三个扣件支承上方25的位置编号(Number at plate1to 3)。

道床板加速度，轨道边麦克风等传感器位置与上述实施例1相同(如图1至图5所示)，但同时增加4个传感器在轮对结构上，即轮轨接触处车轮径向、轴向，轮顶径向、车轴径向和90度处垂向，图12和图13以及图14和图15分别示出垂向和横向激励时轮轴上安排的4个传感器的方向和位置。

垂向激励时激励锤的激励点在车轮上方的边缘上方或接近轮轨接触处的车轮边缘位置和钢轨轨头位置(图12)，横向激励时激励点在接近轮轨接触处的车轮边缘和钢轨轨头位置(图14)，测量锤击力和轮轨响应得到的传递函数包含钢轨垂向、钢轨横向响应、轮轴径向和轮轴轴向响应。测量频率的上限为5000Hz，其中低频段的上限为800Hz用大激励锤，高频段(800Hz-5000Hz)用小激励锤，500-800Hz段取两者平均值。

为了解车轮与钢轨接触面的介质对轮轨动态特性的影响，本实验同时考虑了三种不同的轮轨接触条件，实验重复进行三次。三种不同接触界面条件下为：

1)干态-干燥界面

2)湿态-湿润界面

3)润滑-油类界面

图16为轴载作用于扣件支承上方25时，无载和轮轨耦合干态条件下钢轨垂向传递函数，激振分别发生在扣件支承上方25及扣件支承跨中26。由图可知轮轨耦合(干态)条件下，钢轨垂向的传递函数相比无载条件变化较大，且激振位置变化对有载钢轨垂向的传递函数影响也较大，最明显区别是耦合条件下由于轮轴的附加等效质量使轨道扣件主导的固有频率由原来垂向180Hz左右降到57Hz，轨道质量控制线相应下移。

图17是轴载作用于扣件支承上方25时无载和轮轨耦合干态条件下钢轨横向的传递函数频谱图，激振分别发生在扣件支承上方25及扣件支承跨中26。由图可知轮轨耦合条件下，钢轨横向传递函数在整个分析频率段内都变化很大，且激振位置变化对有载钢轨横向的传递函数影响也较大，耦合条件下由于轮轴的附加等效质量使轨道扣件主导的固有频率下移，由原来的横向119Hz左右降到32Hz，同时由于轮轴对轨道的附加横向约束使轨道的刚度控制线下移。

上述结果充分显示了有载状况下，因为轮轴载荷的引入为无载系统加入了质量和约束，从而改变了系统的特性，轮轴载荷会影响整个轨道系统的动态特性。

实施例3

上述实施例中所示的钢轨传递函数，通过利用轨道系统部件的模态分析结果，有效的确认了相关的频率峰值及模态形状和阻尼特性等。

实验模态分析可以发现轮轴结构和扣件弹条的固有频率、模态振型以及模态阻尼。

本发明提供的是一研究轨道系统动态特性的综合实验方法，包括多个实验项目，本实施例所展出的是耦合系统的模态分析方法。

下面以扣件弹条为例介绍模态分析：

采用激励锤激励方式，加速度传感器测量弹条响应，使用的是固定响应移动激励点的方式进行测量，依次激励分布在弹条表面上的29个测点并采集激励及响应信号，激励及响应均为垂直方向。

各个测点的传递函数集成及前5阶模态频率和阻尼见图18。所示的前4阶模态形状是以弹拱的垂向弯曲变形为主，其次为弹跟的变形，这与图9所示的弹条传递函数吻合。

实施例4：

本实施例主要介绍钢轨衰减率的测量和技术方法。

钢轨振动衰减率的测试标准根据欧洲标准“BS EN 15461:2008+A1:2010”进行，测试采用力锤来锤击钢轨的方式，根据规范要求，沿着钢轨的走向设置至少27个锤击点，具体设置见图7，而如果钢轨振动衰减率过低，则视情况可以在第27个锤击点以外再设置若干个锤击点。加速度传感器布置在如下两点：

1)规范要求的0点处，即第1组扣件间距的正中位置；

2)作为校核的测点，布置在从0点算起第5个锤击点处，即相邻的第二组扣件间距的正中位置。钢轨振动衰减率的测试包括竖向和横向两次测试。

钢轨振动衰减率是一个重要的钢轨动态参数，是钢轨振动沿钢轨前进方向能量(振幅)传递的变化率，以dB/m为单位。它可以表示被测试区段的轨道结构在某频段内抑制钢轨振动的能力。如果钢轨振动衰减率过低(小于0.1dB/m)，表示钢轨有脱离扣件约束进行自由振动的趋势。钢轨振动过大可能引发和加剧波磨损害，严重时可能会使扣件松脱及弹条断裂。钢轨振动衰减率越大，说明轨道系统的阻尼越大。

钢轨衰减率如图11和图19所示，计算分析的1/3倍频程主要是在12.5Hz到2500Hz之间。

上述实施例介绍了本发明所涉及的一种轨道交通轨道系统的轮轨耦合特性研究的综合实验方法的具体实施方法，其中给出的测量结果分析说明了该综合实验方法在研究轨道系统的动态特殊的必要性和实用性。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，无需经过创造性劳动就能够联想到的技术特征，还可以做出若干变型和改进，这些变化显然都应视为等同特征，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，在轮轨耦合(30)条件下，分别对钢轨轨头(24)和车轮轮缘(13)施加激励力(41)，测量轨道系统(20)和轮轴系统(10)的动态响应，对激励力和动态响应进行特征分析获得轮轨耦合动态特性参数；所述的轮轨耦合动态特性参数包括：由激励力和动态响应测量分析获得相应的频率响应函数及由频率响应函数获得的轨道系统(20)及轮轴系统(10)的动态特性参数；所述的动态特性参数包含模态频率、模态形状、模态阻尼、振动衰减率及噪声衰减率。

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的轮轨耦合(30)是指轨道系统(20)承受车辆轮轴载荷(31)形成的耦合系统，轮轨耦合(30)位置包括使用不同接触介质的轮轨接触界面(32)及垂直于轨道方向的横向接触位置。

3.根据权利要求2所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的接触介质是正常干态空气介质，或不同浓度湿态雨水介质，或不同摩擦系数润滑液体介质，或不同摩擦系数润滑固体介质；所述的轮轨接触界面(32)是车轮(11)与钢轨(21)相接触变形形成的椭圆形接触面，椭圆形的长轴和短轴尺寸及接触面的位置取决于车轮(11)和钢轨(21)的几何参数、踏面角度和位置、轮轨接触力的大小，动态响应测量包含接触界面(32)的压痕迹大小及位置、车轮(11)和钢轨(21)廓形；所述的垂直于轨道方向的横向接触位置是车轮(11)垂直于钢轨(21)，并与钢轨(21)在横向上的接触位置。

4.根据权利要求1所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的轨道系统(20)的动态响应包括钢轨(21)及扣件系统(22)和承轨台(23)在不同位置及不同方向的振动响应，所述的承轨台(23)设置在轨枕或道床板上。

5.根据权利要求1所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的轮轴系统(10)动态响应包括车轮(11)及轮轴(12)和转向架在不同位置及不同方向的振动响应。

6.根据权利要求2所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的车辆轮轴载荷(31)沿轨道方向在轨道系统(20)的耦合位置包括扣件系统(22)的扣件支承上方(25)及扣件系统(22)的扣件支承跨中。

7.根据权利要求1所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的激励力(41)由激励器(40)提供，激励器(40)带有激励传感器(42)，用来测量激励力(41)，激励传感器(42)是力传感器直接测量激励力(41)、或加速度计通过等效质量间接计算出激励力(41)。

8.根据权利要求7所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的激励力(41)的大小、方向和频率范围分别采用不同质量锤体(43)及不同材质的锤头(44)的激励锤在钢轨垂直方向即车轮半径方向和钢轨水平方向即车轮轴向进行激励获得，锤体(43)质量范围在0.1-50kg，锤头(44)材质分别为橡胶、尼龙、铝、铜或软钢，覆盖频率范围1-5000Hz，所述的激励锤装有用来测试激励力(41)的激励传感器(42)。

9.根据权利要求1所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的动态响应由响应传感器(50)测量，响应传感器(50)是加速度计、或速度计、或位移计、或麦克风，响应传感器(50)是接触式或非接触式。

10.根据权利要求9所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，相应的频率响应函数及由频率响应函数获得的轨道系统(20)及轮轴系统(10)的动态特性参数通过专用的数据采集分析系统(70)获得。

11.根据权利要求10所述的一种轨道交通轨道系统轮轨耦合动态特性试验方法，其特征在于，所述的数据采集分析系统(70)将激励传感器(42)、响应传感器(50)通过信号调节器(60)输出的连续电信号采集转换为信号数字，然后进行专用软件分析计算，输出轮轨耦合动态特性结果。

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