基于惯性基准法地铁钢轨波磨检测方法研究
基于轨道振动特征的地铁钢轨波磨成因研究
基于轨道振动特征的地铁钢轨波磨成因研究彭华;汤雪扬;蔡小培;孙天驰【期刊名称】《铁道工程学报》【年(卷),期】2021(38)11【摘要】研究目的:钢轨波磨是地铁线路中常见的钢轨伤损形式,本文以某地铁线路短枕式整体道床地段出现的钢轨波磨为研究对象,现场测试钢轨波磨特征和轨道动力响应,基于轨道振动理论和有限元方法,建立轨道结构频域分析模型,研究波磨地段的钢轨位移导纳特性和轨道结构模态振型,从轨道振动角度揭示钢轨波磨的形成原因,为地铁线路的设计及养护维修提供借鉴与参考。
研究结论:(1)钢轨波磨主波长在40~80 mm之间,其通过频率为278〜556 Hz,60 mm左右波长最为显著,其通过频率为370 Hz;(2)实测的轨道系统垂横向动力响应在主波长通过频率278〜556 Hz范围内均有峰值,钢轨波磨的产生可能与轨道系统的垂向和横向振动有内在联系;(3)导致40〜80 mm波长波磨的轨道振动,在垂向上主要表现为310 Hz、408 Hz频率处钢轨和轨道板的扭转共振以及两者在341 Hz处的同向弯曲共振和449 Hz处的反向弯曲共振,横向上主要表现为钢轨相对于轨道板在304 Hz、370 Hz、439 Hz、522 Hz处的弯曲振动,其中370 Hz频率处钢轨相对于轨道板的横向振动是导致该地段60 mm显著波长出现的主要原因;(4)本研究成果可为地铁钢轨波磨形成机理的研究提供理论依据。
【总页数】7页(P41-46)【作者】彭华;汤雪扬;蔡小培;孙天驰【作者单位】北京交通大学【正文语种】中文【中图分类】U213.42【相关文献】1.地铁钢轨波磨对轨道结构振动及减振特性影响2.基于梯形轨枕轨道振动特性的钢轨波磨研究3.地铁直线轨道钢轨波磨影响参数研究4.地铁轨道曲线半径与钢轨波磨的相关性研究5.基于轨道振动理论的梯形轨枕轨道钢轨波磨研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
论文：运用惯性法测量波磨的实践及应用
论⽂：运⽤惯性法测量波磨的实践及应⽤论⽂：运⽤惯性法测量波磨的实践及应⽤ 【摘要】基于当前检测⽅法，弦测法的传递函数不恒等于1，不能正确反应轨道的不平顺性，惯性基准法受速度影响较⼤，低速时加速度信号⽐较微弱，信燥⽐低，要做积分运算，且低频信号容易引起积分饱和，考虑积分稳定性问题，误差较⼤。
因此当前检测⽅法还有许多不⾜之处。
随着光电技术的发展，在弦测法和惯性基准法基础上需开发⼀种采⽤光电位移计或光电摄像技术获得位移信号的检测⽅式，检测精度会⼤⼤提⾼。
本⽂在朔黄铁路应⽤波磨检测系统基础上，指导钢轨铣磨，探索铣磨周期。
【关键词】波磨 RMS值铣磨 波磨是出现于铁路线路钢轨顶⾯呈波浪型的磨耗，轨⾯光带忽明忽暗。
它有波长和⾕深两种属性。
波长是相邻的两波峰之间的纵向距离，⾕深是相邻的波峰与波⾕间的垂直距离。
1 钢轨波磨对列车运⾏的影响 1.1 增加⼯务部门的维修费⽤，破坏轨道 （1）加速⽯砟粉碎。
当轨道受垂向作⽤⼒加⼤后，⽯砟受挤压，换砟及补砟⼯作增多。
（2）空吊、泛⽩接头、翻浆冒泥的增多。
接头空吊会使⽩⾊底砟翻到轨道表⾯，是空吊的典型特征，长期空吊加上⾃然灾害的影响会使轨道形成翻浆冒泥。
（3）枕⽊裂纹、失效增多。
在波磨地段，波峰对枕⽊载荷和垂向作⽤⼒加⼤，对轨道压溃增加，多处枕⽊会形成裂纹、甚⾄失效。
2 组成及功能 波磨检测系统由软件和硬件两部分组成，硬件主要包括左右轴箱加速度计、实时采集计算机、前置预处理装置、波磨波形机等。
软件主要包括钢轨波磨实时检测软件、数据接收软件、超限编辑和报表⽣成软件以及波形分析软件。
2.1 系统各部件功能 （2）前置预处理装置。
前置预处理装置由±15V和±5V集成⼀体化稳压电源、左（L）右（R）加速度处理板组成。
前⾯板设有调试和检测孔，可在此监视各路传感器的原始信号及经过处理板进⼊A/D采集板的信号。
左（L）右（R）加速度信号处理板分别对左右加速度信号进⾏预处理，包括调零点、调增益、抗混叠滤波等。
北京地铁钢轨波磨测试分析
的叶Ⅵ２扣件和ＤＴｌｌ！扪件轨道．时它们也进行了ｔＩｆＩ
同的轨道结掏填志测试． 奉改模忿测试晕川由链人ｌ。锤．☆的宵式进行测 试长度６ ８７５ｍ．Ｈ范ｆＨ内ＪＥ卉１１自Ｉ扣件．拒制轨上均
扣件．祚列车ｉ诎速度为６【ｌ－７０ ｋ，Ｊｈ的Ｍ段．出现渡晰
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收祷日期：２０１１－０３・１６ 作者简介：刘维宁，男，教授。轨道减振与控制试验室、隧道与地下工 程系主任．长期从事地铁列车振动影响的机理与控制研 究。ｗｎｌｉｕ＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 基金项目：北京市科委课题（Ｚ１０１
特征；通过对轨道结构的模态测试，可以确定轨道结构 的刚度以及阻尼的频率特征，从而找到钢轨波磨与轨 道结构的关系。
ｌ钢轨振动加速度测试
２００７年１１月期间，课题组对剐开通运行的北京地 铁５号线大部分减振轨道的钢轨振动加速度进行了现 场测试，主要目的是调查减振轨道的减振效果。这些 轨道包括：地下段的ＤＴＶｌ２扣件轨道、Ⅲ型减振器扣件 轨道、钢弹簧浮置板轨道；高架段的ＤＴＶｆｌ２扣件轨道、 Ⅳ型减振器扣件轨道和梯式轨道试验段。测试中，竖 向加速度传感器安装在钢轨底板上（见图１），用于测 试列车通过时钢轨的竖向加速度响应。各个测试断面 列车的通过速度均为６０—７０ ｋｍ／ｈ。图２和图３显示 了地下段和高架段各种轨道、扣件形式下典型的振动 加速度频谱，为了比较，图中还一同绘制了相同车速下 将ＤＴⅥ２扣件普通橡胶垫板更换为高弹聚氨酯垫板的 测试结果。 从图２和图３中可以看出，在Ⅲ型和Ⅳ型剪切型
叠ｏ
２列车车腑内噪声测试
２０１０年１０月课题组对北京地铁４、５号线全线进 ｝，ｒ列车＾肼内噤Ｊ“测试．噪声仪童装枉乍胄ｌＩ地板上． 从『自测试ｒ ４、５号缦全线各种轨道结恂形式Ｆ舯乍内
地铁钢轨波浪形磨耗的研究分析
中再次 出现。通过对近几年相 关资料的 总结， 分析 钢轨 波
些地铁线路在 圆曲线及缓和 曲线区域 内轨 的轨顶 面 缓措施， 以期为地铁钢轨波磨的研究和减缓提供技术参考。 Ｉ 上 出现 了严重 的波 磨 ， 图 １所示 。这种 现象 一般 发 如
产生一定影 响 ， 加剧 并
了轮 轨 的磨 耗 ， 运 行 对 安 全 构 成 一定 的威 胁 。 图 １ 严重钢轨波磨
件损伤严重 ， 直接影响地 铁运行安全。虽然陆续对钢轨 进行了打磨 、 涂油 ， 噪声有所降低 ， 但持续时间不长。 钢 轨的波浪形 磨损 ， 指钢 轨 沿纵 向表 面 出现周 期
点研 讨” 目， 栏 将城 市轨 道 交通的波磨 问题提 出， 并编译汇 集 了国外针对 波磨 问题 的研 究论 文， 希望能 对解决
新 建线路异 常波磨 问题 、 改进 在建线路减振 降噪措施 以及 新 建城 市轨 道 交通 注 意预 防 波磨 现 象起 到警 醒和促
进作 用。
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ７ ６ ７ ． ０ ０ ０ ． ０ ｏ ： ３ ６ ／ ．ｓ ． ６ ２— ０ ３ ２ １ ． ２ ０ １ ０ ｓ
｛ 势 。波 磨 不 仅 增 大 了 车 辆 的运 行 噪声 ， 且 而 对转 向架 的结构 强度 、
１ 钢轨的波浪形磨耗
我 国许 多城市地 铁线路 出现钢轨 波 浪形磨 耗 （ 简
称 “ 磨 ” ， 致钢轨高频振动 加剧 、 营噪声增 大、 波 ）导 运 扣
车辆 的乘 坐舒 适 度 都
状， 介绍 当前在波磨研究方 法 、 分类特 征 、 因机理 、 成 影
响 因素 和减缓 措施方 面 的各种观 点 ， 点讨 论波 磨 的 重 形成机 理 、 响 因素 和 减缓 措 施 ， 地铁 轨 道 波磨 的 影 为
惯性基准法在地铁轨道检测中的应用
惯性基准法在地铁轨道检测中的应用
曹志;高洪清;王威;刘华云
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2024(32)2
【摘要】地铁的使用寿命与地铁轨道的损耗状况有关,及时地发现轨道问题,并加以修复可以有效提高地铁使用寿命;为了提升城市地铁的使用寿命,研究构建了一个基于惯性基准法的地铁轨道波磨损耗检测系统;该系统以惯性基准法为核心,配合加速度计,及检测车辆,对地铁轨道的波磨损耗情况进行检测;结果显示,惯性基准法的检测标准差,总是低于弦测法的检测标准差,检测长度为400 m时,弦测法的检测标准差为0.79 mm,而惯性标准法的检测标准差为0.72 mm;基于惯性基准法的检测系统的检测结果与实际情况基本一致;研究构建的地铁轨道波磨损耗检测系统的检测成本更低,且检测精度符合实际应用需求。
【总页数】6页(P99-104)
【作者】曹志;高洪清;王威;刘华云
【作者单位】中车南京浦镇车辆有限公司;南京航空航天大学经济管理学院;南京轨道交通产业发展有限公司;成都唐源电气股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U231
【相关文献】
1.基于惯性基准法地铁钢轨波磨检测方法研究
2.基于惯性基准法的轨道短波不平顺检测系统
3.基于惯性基准法的轨道高低不平顺检测与预警系统
4.基于惯性基准法的非接触式轨道不平顺检测系统
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钢轨波磨检测系统及方法[发明专利]
![钢轨波磨检测系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3a192488ddccda38366baf27.png)
专利名称：钢轨波磨检测系统及方法
专利类型：发明专利
发明人：杨飞,孙宪夫,赵一馨,魏子龙,孙善超,李国龙,柯在田,田新宇,刘贵宪
申请号：CN202011306881.1
申请日：20201120
公开号：CN112556627A
公开日：
20210326
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种钢轨波磨检测系统及方法，其中，该系统包括：时空同步单元，用于接收运营列车的里程信息和速度信息，将里程信息和速度信息发送至数据采集单元；数据采集单元，用于接收里程信息和速度信息；采集运营列车的设定车厢的设定轴的左轴箱和右轴箱的垂向加速度信息；将里程信息、速度信息和垂向加速度信息发送至数据处理单元；数据处理单元，用于根据接收的里程信息、速度信息和垂向加速度信息，获得钢轨波磨信息。
本发明可以在不影响线路正常运营组织的前提下，实现在运营列车运行期间，高效准确地进行钢轨波磨检测，进而可以较早地发现线路存在钢轨短波病害的区段，为现场养修维护提供依据。
申请人：中国铁道科学研究院集团有限公司,中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所,北京铁科英迈技术有限公司
地址：100081 北京市海淀区大柳树路2号
国籍：CN
代理机构：北京三友知识产权代理有限公司
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地铁钢轨波磨形成机理研究的开题报告
地铁钢轨波磨形成机理研究的开题报告一、选题背景和意义地铁钢轨的波磨问题一直是地铁运营中的一个难点问题，不仅增加了地铁列车的振动，影响了乘客的舒适度，还增加了维修成本和安全风险。
因此，研究地铁钢轨波磨形成的机理，对于改善地铁运营质量和安全性，降低运营成本具有重要的意义。
二、选题目标和研究内容目标：通过对地铁钢轨波磨形成的机理进行深入分析，找出波磨产生的根本原因，为地铁钢轨的保养和维护提供科学依据。
研究内容：1. 地铁钢轨波磨问题的现状和影响分析；2. 地铁钢轨波磨形成的机理，包括轨道力学特性、列车运行动态特性等方面的分析；3. 地铁钢轨波磨的预测和检测技术，包括现有的波磨检测方法和技术的优缺点分析；4. 地铁钢轨波磨的防治措施和维护方法，包括地铁公司日常保养措施和钢轨更换等方面的分析。
三、研究方法和技术路线方法：本研究采用文献调查、数据分析、数值模拟和实验分析等方法，对地铁钢轨波磨形成的机理进行深入研究。
技术路线：1. 文献调查和数据分析：收集和分析国内外关于地铁钢轨波磨形成机理和防治措施的相关文献和数据，并建立相应的数据库；2. 数值模拟：使用有限元分析软件建立地铁钢轨的数学模型，通过数值模拟的方式分析轨道受力情况和列车运行特点等方面的问题；3. 实验分析：通过实测数据和现场实验等方式，验证数值模拟结果的可靠性，找出道路波磨形成的详细机理。
四、预期成果和创新点预期成果：1. 建立地铁钢轨波磨形成的机理模型，找到波磨产生的根本原因；2. 提出有效的预测和检测方法，及有效的防治措施和维护方法；3. 报告、论文等形式的研究成果，为地铁公司提供科学的决策支持。
创新点：1. 本研究围绕地铁钢轨波磨形成的机理进行研究，对现有问题进行科学的分析与解决；2. 采用数值模拟和实验分析相结合的方式，使得研究结果更加准确和可靠；3. 提出了一整套的防治措施和维护方法，为地铁运营提供了科学的指引。
五、研究计划和进展情况研究计划：1. 前期调研和资料收集（2个月）；2. 地铁钢轨数值模拟和实验分析（6个月）；3. 结论分析和论文写作（4个月）。
基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析
第 54 卷第 11 期2023 年 11 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.11Nov. 2023基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析王志强，雷震宇(同济大学 铁道与城市轨道交通研究院，上海，201804)摘要：为阐明地铁直线轨道上的异常波磨现象，从轮轨滚动接触层面研究钢轨波磨特性。
首先，调研实测线路波磨特征，并建立三维轮轨滚动接触有限元模型；然后，分析轮轨黏滑特性以及轮轨接触和钢轨磨耗特征，以期从微观瞬态角度解释钢轨波磨的演化过程；最后，结合系统稳定性分析，从宏观上表征钢轨波磨的发展趋势。
研究结果表明，在无波磨工况下，轮轨接触未出现黏滑过程，因而钢轨波磨不会形成；在波磨工况下，轮轨接触出现了轻微的黏滑运动，进而促使初始波磨继续发展。
对于轨面接触区域中的固定节点，其所在断面的应力和应变最大值会随着车轮运行逐渐从次表面转移至表面，由于断面损伤易发位置与应力和应变最大值密切相关，因此，损伤易发位置也会在次表面首先形成并逐渐转移至表面，这从微观角度说明波磨断面波峰/波谷的形成是一个由下而上的损伤累积过程；在车轮单次运行后，波磨区域发生了明显的不均匀相对滑移，进一步说明初始波磨仍处在发展过程中；轮轨系统不稳定振型对应频率与实测波磨通过频率相近，表明初始波磨将随着车轮运行逐渐加剧。
关键词：地铁线路；钢轨波磨；瞬态动力学；接触黏滑；系统稳定性中图分类号：U231.2 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）11-4338-11Characteristics analysis of track corrugation on metro straightline based on transient contactWANG Zhiqiang, LEI Zhenyu(Institute of Rail Transit, Tongji University, Shanghai 201804, China)Abstract: In order to clarify the abnormal corrugation phenomenon on the metro straight track, the occurrence and development characteristics of rail corrugation were studied from the aspect of wheel-rail rolling contact. Firstly, the corrugation characteristics on the measured line were investigated and the three-dimensional wheel-rail rolling contact finite element model was established. Then, the wheel-rail stick-slip characteristics, wheel-rail contact and rail wear features were analyzed in order to understand the evolution process of rail corrugation from the micro transient point of view. Finally, combined with the system stability analysis, the development trend ofrail收稿日期： 2023 −02 −12； 修回日期： 2023 −04 −01基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(11772230) (Project(11772230) supported by the National Natural ScienceDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.11.012引用格式： 王志强, 雷震宇. 基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(11): 4338−4348.Citation: WANG Zhiqiang, LEI Zhenyu. Characteristics analysis of track corrugation on metro straight line based on transient contact [J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(11): 4338−4348.第 11 期王志强，等：基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析corrugation was characterized from the macro perspective. The results show that, under the condition of no corrugation, there is no stick-slip process in the wheel-rail contact, and so rail corrugation will not be formed;under the corrugation condition, the wheel-rail contact has a slight stick-slip motion, which further promotes the initial corrugation to continue to develop. For the fixed node in the contact area on the rail surface, the maximum stress and strain of the section where it is located will gradually transfer from the sub-surface to the surface with the wheel running. Since the damage prone position of the section is closely related to the maximum stress and strain, the damage prone position will also first form on the sub-surface and gradually transfer to the surface. It is shown that from the micro point of view the formation of wave crest/trough in the corrugation section is a bottom-up process of damage accumulation. After a single operation of the wheel, the uneven relative slip occurs in the corrugation area, further indicating that the initial corrugation is still in the process of development. The corresponding frequency of unstable vibration modes of wheel-rail system is close to the passing frequency of measured corrugation, demonstrating that the initial corrugation will tend to intensify with the wheel running.Key words: metro line; rail corrugation; transient dynamics; contact stick-slip; system stability钢轨波磨是地铁系统中普遍存在的结构性损伤现象，表现为轨面上的周期性波浪状磨耗。
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·30·测量与检测技术机械 2018 年第 8 期 第 45 卷基于惯性基准法地铁钢轨波磨检测方法研究刘力，赵晓男，陈光雄（西南交通大学 摩擦学研究所，四川 成都 610031）摘要：为了检测钢轨波磨，不同于传统波磨检测方法，在 MATLAB 环境下处理车辆轴箱振动信号得到钢轨波磨波形。
对传统惯性基准法原理做出改进，提出一种新的信号处理计算方法。
在列车轴箱上安装加速度传感器，采集北京地铁波磨轨道轴箱垂向振动加速度信号，针对轨道振动信号非平稳、非线性的特点，提出运用 EMD 与小波阈值去噪方法相联合对振动加速度进行降噪处理，然后设计积分器对重构振动信号进行积分，为保证检测精度，再将积分结果通过一高通滤波器。
结果显示，该检测计算方法能准确有效地计算出钢轨波磨。
关键词：波磨检测；惯性基准法；EMD；小波阈值去噪；数值积分；高通滤波中图分类号：U211；TN911.4文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1006-0316.2018.08.007文章编号：1006－0316 (2018) 08－0030－05Research on Detection of Metro Rail Corrugation Based on Inertial Reference Method LIU Li，ZHAO Xiaonan，CHEN Guangxiong( Tribology Research Institute, SouthwestJiaotong University, Chengdu 610031, China ) Abstract：In order to detect railcorrugation, the waveform of rail corrugation was obtained by processing vibration signals of axle box in MATLAB environment.A new method of signal processing was proposed to improve traditional inertial reference method.The acceleration sensor was installed on the axle box of the metro,andthe vertical vibration signals produced by the corrugation of Beijing Metro were collected.In view of the non-stationary and nonlinear characteristics of the signals, EMD and wavelet threshold was combined to denoise the acceleration.An integrator was designed to integrate the reconstructed vibration signals,thenpassed through a high pass filter.The results showed that this detection method can accurately and effectively calculate the rail corrugation. Key words：corrugation detection；inertial principle；EMD；wavelet threshold denoising；digital integration； high pass filter钢轨波浪形磨耗是指存在于钢轨轨头表 面，具有一个或多个特征波长的规律性磨耗现 象。
当前，我国运营的地铁均有不同程度的波 磨现象出现，尤其是当线路曲线半径 R≤350 m，几乎百分百会发生钢轨波磨[1]。
波磨有两种属性特征：波长和波深。
DnaldR. Ahlbeck 等[2] 对城市轨道交通钢轨波磨的研究表明：波磨波 长介于 50～200 mm 之间；波深与波长相关， 短波波磨的波深一般小于 0.2 mm，最大波深达 0.9 mm。
如图 1 为北京地铁波磨现场图。
———————————————收稿日期：2018－01－11 基金项目：国家自然科学基金项目（51775461） 作者简介：刘力（1990－），男，四川广元人，硕士研究生，主要研究方向为轮轨摩擦学；赵晓男（1990－），男，山东聊城人，博士， 主要研究方向为轮轨噪声、车辆系统动力学。
机械 2018 年第 8 期 第 45 卷测量与检测技术·31·波磨的产生加剧了车辆转向架及轨道部件 的损坏、增加了养护维修费用、由波磨引起的 列车高频振动降低了乘车的舒适度，严重时甚 至可能危及列车安全。
鉴于波磨的危害性，要 从根本上消除波磨对行车和轨道养护造成的不 利影响，制定合理的钢轨打磨依据，必须对钢 轨波磨检测方法做出系统研究。
动信号直接反映出轨道的不平顺状态，积分所得垂向位移 Z 为波磨值，为：Z = ∫∫ Zdtdt（1）此时，惯性参考基准线为轴箱，故积分值Z 即为轨道波磨。
车体弹簧阻尼图 1 北京地铁波磨现场图Z加速度传感器轴箱波磨轨道图 2 惯性基准法原理图1 检测原理2 检测系统结构目前，轨道高低短波不平顺的检测方法主 要有两类：弦测法与惯性基准法[3-4]。
弦测法的 传递函数不恒等于 1，不能正确反映轨道的真 实的不平顺情况[5]，本文采用惯性基准法。
传 统惯性基准法原理是在列车车体上安装加速度 传感器，当轴箱上下振动频率很高，且远高于 由车体、车轮轴箱等组成的质量弹簧系统的自 振频率时，根据惯性原理，车体不能随轴箱上 下运动而静止，车体便成了可用作测量的静止 基准。
于是，在车轮不脱离钢轨的条件下，轴 箱相对于车体的位移就是轨道不平顺。
然而， 轨道波磨引起轴箱上下振动的频率并不都是大 大高于系统自振频率的，当波长较长或行车速 度较低时引起轴箱震动频率不够高，车体会随 之运动，测量基准便会丧失。
为此，提出另一 种基于惯性原理似乎更简便易行的轴箱加速度 积分法，即对采集到的列车轴箱垂向加速度二 次积分，即轴箱的垂向位移等于轨道钢轨波磨， 其检测原理图如图 2 所示。
安装于轴箱上的加速度计采集的加速度振系统结构如图 3 所示。
加速度传感器测量 车辆轴箱振动加速度，通过信号放大器调理进 行模拟处理进入数据采集卡量化，速度传感器 采集列车速度。
再利用数字处理技术对采集到 的轴箱加速度信号处理，包括降噪、数字积分、 高通滤波，最终得到波磨波形。
加速度传感器速度传感器信号放大调理器数据采集卡积分信号降噪计算机高通滤波波形打印图 3 检测系统结构图3 EMD 去噪由加速度传感器采集到的轴箱振动信号为 非线性、非平稳信号，包含了大量信息。
而在 测试信号中往往因加速度计安装不垂直而产生 直流量，还有高频噪声测试仪器温度变化造成·32·测量与检测技术机械 2018 年第 8 期 第 45 卷的零点漂移含有长周期趋势项[6]。
为此，有必 要采用滤波器进行滤波预处理，除去信号中的 趋势项和噪声干扰成分，提取出原信号特征信 息[7]。
传统的去噪方法是把某几个频率段的 IMF 分量完全去除，这种强制去噪的方法破坏了信 号的完整性[8]，对轨道不平顺这类非平稳信号 的处理存在一定的局限性，本文采用经验模态 分 解 方 法 （ Empirical Mode Decomposition， EMD）与小波阈值去噪相结合的方法处理轨道 不平顺振动加速度信号。
3.1 经验模态分解（EMD）EMD 方法基于信号的局部特征时间尺度， 能把复杂的信号函数分解为有限的内禀模态函 数，imf 分量必须满足两个条件[9]：（1）在整个数据段内，极值点个数和过零点个数必须相等或相差最多不超过一个；（2）在任意时刻，由局部极大值点形成的上包络线和由局部极小值点形成的下包络线的平均值为零，即上、下包络线相对于时间轴局部对称。
原始信号分解为：n∑ x(t) = ci + rn i =1（2）式中：ci 为第 i 个 imf 分量；rn 为残余函数，代表信号的平均趋势。
以采样频率 Fs＝16384 Hz 采集到北京地铁波磨段振动信号，经过 EMD 分解处理后得到 8个 imf 分量，随着分解阶数的增加，各 imf 分量的频率逐渐减小，各个 imf 包含轨道振动的信息，列举前 6 个分量 imf1～imf6 及其频谱图如图 4 所示。
imf1imf2imf3imf4200 0-200 0200 0-200 0500 0-500 0500 0-500 0100 0-100 050 0-50 00.02 0.04 0.06 0.08 0.1 时间/s0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 时间/s0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 时间/s0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 时间/s0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 时间/s0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 时间/s幅值幅值幅值幅值幅值幅值2010002000 4000 6000 8000频率/Hz105002000 4000 6000 8000频率/Hz4020002000 4000 6000 8000频率/Hz200100002000 4000 6000 8000频率/Hz105002000 4000 6000 8000频率/Hz2010002000 4000 6000 8000频率/Hz图 4 imf1～imf6 及其频谱图imf5imf63.2 小波阈值滤波本文采用 EMD 与小波软阈值去噪相结合 的方法，即对 EMD 分解后的几个高频分量进 行小波软阈值去噪，再将做过阈值门限处理后 的信号与其他低频 imf 分量信号重构。
该方法 既利用了 EMD 自适应处理非平稳、非线性信号的特点，也规避了小波基函数选择不当对去 噪效果的影响。
轨道短波不平顺波长范围在几毫米至几十 毫米，可能出现的幅值范围在 1 mm 以内[10]。
地铁线路实际发生波磨的频率在 200～550 Hz 之间[1]。
而前三个 imf 分量中为高频分量，其包机械 2018 年第 8 期 第 45 卷测量与检测技术·33·含高频噪声，imf8 分量为趋势项。
对前三个 imf 分量进行软阈值处理，使用‘heursure’启发式 阈值选择，然后再与其它低频 imf 分量重构， 得到去噪后的重构信号如图 5 所示，原信号中 噪声大部分被滤掉，降噪效果比较理想。