第7期
学术专论
(见图3)虽然表面上看不出有明显的周期性痕迹,但采用FFT技术分析这些波形,发现其有效谱线分布具有某种规律性。如:有效谱线按等间隔分布或阶段性扩大间隔分布,而周围的谱线取零值,其能量纳入有效谱线中,从而出现空白频段现象(见图4(a))。这样的时域信号对平稳性指标计算的误差影响不大,但在计算轮轨接触力及对具有强非线性的车辆模型进行仿真计算时会出现一些不合理的现象。将该不平顺时域信号作为仿真国内某轨道车辆线路运行的输入信号,并对仿真得到的转向架中部的垂向加速度响应信号做功率谱密度,仿真结果见图5(a)。图中出现了孤立的谱线和空白频段。对比图4的输入信号和图5的输出信号可知,这种现象产生的原因与输入信号本身存在孤立谱线和空白频段有关,是三角波反演法自身的缺陷造成的。本
文所使用的反演方法能避免这种缺陷。
本文利用DADISP软件平台所编信号处理软件反演生成了中国干线轨道空间域信号和美国5级轨道功率谱的空间域信号(见图1)。由对比知道,美国谱在1~10m波处与中国谱基本一致,但在长波处比中国谱幅值大;而中国谱在短波段波幅有不合理的上升趋势(在短波段,中美两国的钢轨表面都是非常平整的)。总体来说,我国干线与重载专用线的状态与美国的5级功率谱比较接近。从长波状态来看,美国线路维护状态略差。目前国内提出的轨道谱来源相对简单,而美国的轨道谱源自大量线路检测后统计分级形成,因而更具代表性。本文采用美国的轨道谱反演生成动力学性能仿真使用的时域
信号。
图2
含有明显周期性的轨道不平顺
图1 中国谱和美国谱垂向时域比较
2 几种轨道不平顺反演方法分析
为了满足仿真计算与试验台激励的需要,应真实地再现符合实际线路的空间不平顺状态。这是计算和试验结果能否反映实际运行情况的关键。目前,国内外常用的轨道不平顺反演方法有二次滤波法、三角级数法及白噪声滤波法等。
为了对不同方法反演出的轨道不平顺的适用性进行比较,分析了一些单位从随机轨道不平顺功率谱公式反演的轨道不平顺时域激励波形信号。结果表明,我国目前发表的轨道不平顺不少含有明显的周期性痕迹(见图2)。
对目前国内使用三角波反演法生成的轨道不平顺波形进行频谱分析,发现有些反演的不平顺波形
图4 反演出的线路不平顺功率谱图3
三角波反演法生成的线路不平顺波形