基于轴箱振动加速度的钢轨波磨评价方法及应用 被引量：10

1

作者 徐晓迪 牛留斌 +2 位作者 孙善超 刘金朝 张茂轩 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期18-26,共9页

通过分析匀速和变速区段不同钢轨波磨状态下轴箱振动加速度数据特征,发现匀速区段轴箱振动加速度响应频率恒定、变速区段响应频率曲线与车辆经过该区段的速度曲线波形呈现相关性。在此基础上,提出基于时间-能量信息的波磨指数和能量因... 通过分析匀速和变速区段不同钢轨波磨状态下轴箱振动加速度数据特征,发现匀速区段轴箱振动加速度响应频率恒定、变速区段响应频率曲线与车辆经过该区段的速度曲线波形呈现相关性。在此基础上,提出基于时间-能量信息的波磨指数和能量因子双指标联合评价方法,用于评价高速铁路钢轨波磨。首先,将轴箱振动加速度进行高通滤波,去除焊接接头区域数据,根据波磨波长分布范围计算钢轨波磨指数;其次,通过钢轨波磨指数筛选出高频振动区段,计算其能量因子;然后,采用1-范数计算钢轨波磨波长;最后,采用快速傅里叶变换对轴箱振动加速度进行滤波,通过频域积分计算钢轨波磨幅值。应用此方法评价某高铁线路钢轨波磨,结果表明:轴箱垂向加速度采样频率在5~10 kHz时,该评价方法对钢轨波磨波长、幅值的定量评价与地面静态测量结果吻合较好。 展开更多

关键词 轴箱振动加速度 波磨时频特征 钢轨波磨指数 波磨幅值计算 频域积分

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基于轴箱垂向振动加速度的波磨谷深值估算方法及应用 被引量：2

2

作者 牛留斌 祖宏林 +1 位作者 徐晓迪 王韫璐 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期25-38,共14页

针对利用轴箱垂向振动加速度虽可定性、但不可定量评价波磨的问题,结合中国以波磨谷深值作为波磨整治依据的现状,基于中国高铁线路和典型服役车辆参数建立轮轨动力学模型,并采用实测轴箱垂向振动加速度数据进行验证;定义波磨谷深值与波... 针对利用轴箱垂向振动加速度虽可定性、但不可定量评价波磨的问题,结合中国以波磨谷深值作为波磨整治依据的现状,基于中国高铁线路和典型服役车辆参数建立轮轨动力学模型,并采用实测轴箱垂向振动加速度数据进行验证;定义波磨谷深值与波长比值为轨面变化率ξ,统计轴箱垂向振动加速度上包络线累积概率99.73百分位数作为波磨状态表征量A,采用非线性最小二乘法和有理式方程,拟合300 km·h^(-1)速度下40~180 mm波长波磨激励下A与ξ关系式;推导基于高速综合检测列车轴箱垂向振动加速度的谷深值估算式,并在高铁线路上应用谷深估算值评价波磨状态。结果表明:基于实测轴箱垂向加速度得到的谷深估算值与谷深实测值相关系数为0.95,两者均方误差为0.016 mm;采用谷深估算值进行波磨整治决策时的误判率约为9.73%;应用基于高速综合检测列车轴箱垂向振动加速度估算的谷深值既能定性、又能定量地评价波磨状态,还能为波磨整治决策提供技术手段。 展开更多

关键词 钢轨波磨 轨道管理 轴箱垂向振动加速度 打磨策略 曲线拟合

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基于深度残差收缩网络的地铁车轮扁疤故障诊断

3

作者 梁红琴 姜进南 +4 位作者 龙辉 陶功权 卢纯 温泽峰 张楷 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1234-1248,共15页

针对地铁实际运营环境恶劣的问题,本文以轴箱振动加速度作为监测信号,基于深度残差收缩网络(DRSN),提出1种适用于强噪声背景的车轮扁疤故障严重程度辨识方法。首先,基于地铁车辆-轨道刚柔耦合动力学模型生成车轮扁疤故障数据集,并采用... 针对地铁实际运营环境恶劣的问题,本文以轴箱振动加速度作为监测信号,基于深度残差收缩网络(DRSN),提出1种适用于强噪声背景的车轮扁疤故障严重程度辨识方法。首先,基于地铁车辆-轨道刚柔耦合动力学模型生成车轮扁疤故障数据集,并采用数据增强技术提升数据集的多样性,同时满足深度学习对数据规模的要求。其次,设计1种结构合理的深度残差收缩网络,能够自适应地提取轴箱振动加速度信号的特征,从而实现车轮扁疤故障程度的智能分类。研究结果表明:在无噪声条件下,所提方法对正常车轮及轻度、中度和重度扁疤车轮的平均诊断精度达到99.88%(标准差为0.05);同时,在不同噪声等级下,该方法的平均诊断精度仍稳定保持在95%以上。与遗传算法结合支持向量机(GA-SVM)、卷积神经网络(CNN)、宽深度卷积神经网络(WDCNN)以及深度残差网络(ResNet)相比,所提方法具有更优异的辨识能力和鲁棒性。 展开更多

关键词 车辆-轨道耦合动力学模型 车轮扁疤 深度残差收缩网络 轴箱振动加速度 数据增强

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基于频响函数的车轮多边形磨耗车载定量诊断方法

4

作者 许文天 梁树林 +3 位作者 池茂儒 蔡吴斌 陶公权 吴兴文 《中国机械工程》 北大核心 2025年第5期942-953,共12页

车轮多边形磨耗问题对我国高速动车组安全运营造成困扰,目前车轮多边形磨耗车载监测的准确率仍远不尽如人意。传统二次积分方法在诊断车轮多边形时存在局限,这主要是因为它们未能有效地排除来自钢轨粗糙度的干扰,同时也没有充分考虑轮... 车轮多边形磨耗问题对我国高速动车组安全运营造成困扰,目前车轮多边形磨耗车载监测的准确率仍远不尽如人意。传统二次积分方法在诊断车轮多边形时存在局限,这主要是因为它们未能有效地排除来自钢轨粗糙度的干扰,同时也没有充分考虑轮轨系统固有模态对测量结果的影响。提出一种基于频率响应函数的车轮多边形磨耗定量诊断方法,利用梳状滤波器滤除钢轨粗糙度的影响,留下更“纯”的车轮多边形响应成分,然后利用频率响应函数修正了结构固有模态的影响,从而由轴箱振动信号定量诊断多边形阶次和粗糙级。经过仿真与实测数据验证,相比于二次积分方法,所提方法面对各阶次时均能取得更佳的诊断效果,对车轮粗糙级的平均估计误差不高于3.5 dB,明显小于二次积分方法的最高估计误差14 dB。研究结果表明,所提方法适应范围更广、准确性更高,具有一定的科学和工程意义。 展开更多

关键词 车轮多边形磨耗 轴箱振动加速度 车载诊断 频响函数 梳状滤波器

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基于多结构数据驱动的车轮扁疤定量识别方法

5

作者 钱新宇 谢清林 +1 位作者 陶功权 温泽峰 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第4期688-697,共10页

为了快速、准确检测车轮扁疤,提出以不同结构数据为驱动载体的车轮扁疤定量识别方法.将合成的扁疤车轮数据作为车轮不圆激励输入地铁车辆−轨道刚柔耦合动力学模型,获取不同工况下的轴箱振动响应.对轴箱振动响应进行数据规整,制成不同结... 为了快速、准确检测车轮扁疤,提出以不同结构数据为驱动载体的车轮扁疤定量识别方法.将合成的扁疤车轮数据作为车轮不圆激励输入地铁车辆−轨道刚柔耦合动力学模型,获取不同工况下的轴箱振动响应.对轴箱振动响应进行数据规整,制成不同结构形式的样本集,将它与速度信号融合输入多输入卷积神经网络(MCNN)模型进行训练,探究MCNN模型在不同数据结构输入下的性能差异.结果表明:相较于设置的其他输入数据结构,输入数据结构为时域、频域和时频域组合的MCNN模型识别性能最佳,平均绝对百分比误差与拟合度(R2)分别为1.947%和0.9978,耗时相对较低,单个样本为0.1579 ms.经典模型对比实验、速度信息消融实验和实测数据迁移学习实验的结果表明,输入数据结构为时域、频域和时频域组合的MCNN模型具有工程应用价值. 展开更多

关键词 车轮扁疤 定量识别 多结构数据样本集 多输入卷积神经网络 轴箱振动加速度

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基于小波包能量熵的钢轨波磨检测方法 被引量：10

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作者 董伟 黄文 +1 位作者 邢宗义 龙静 《铁道标准设计》 北大核心 2018年第1期52-58,共7页

针对目前轨道波浪型磨损检测效率慢、成功率低等问题,提出一种基于小波包能量熵的轨道波磨检测技术。首先建立轨道波磨简化模型及车辆集总化参数模型并搭建SIMPACK仿真动力学模型,其次创新性地将小波包和能量熵相结合应用在轨道波磨检... 针对目前轨道波浪型磨损检测效率慢、成功率低等问题,提出一种基于小波包能量熵的轨道波磨检测技术。首先建立轨道波磨简化模型及车辆集总化参数模型并搭建SIMPACK仿真动力学模型,其次创新性地将小波包和能量熵相结合应用在轨道波磨检测领域,再通过仿真模型得到不同波磨分组下的轴箱振动响应,然后对振动加速度信号进行4层小波包分解并计算各节点的小波包能量和小波包能量熵,最后通过对比分析仿真结果确定轨道波磨故障类型。 展开更多

关键词 钢轨 波浪型磨损 故障诊断 轴箱振动加速度 小波包 能量熵

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扣件弹性垫层劣化对高速列车-道岔系统动力特性的影响 被引量：3

7

作者 侯明扬 徐井芒 +2 位作者 王平 闫正 马前涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第21期101-109,共9页

随着高速铁路运营时长的增加,道岔区扣件弹性垫层会发生劣化,对列车过岔的动力学性能产生不利影响。为研究扣件弹性垫层劣化对高速列车道岔系统动力特性的影响,考虑道岔区钢轨的柔性变形,以高速铁路18号无砟道岔为研究对象,建立车辆-道... 随着高速铁路运营时长的增加,道岔区扣件弹性垫层会发生劣化,对列车过岔的动力学性能产生不利影响。为研究扣件弹性垫层劣化对高速列车道岔系统动力特性的影响,考虑道岔区钢轨的柔性变形,以高速铁路18号无砟道岔为研究对象,建立车辆-道岔刚柔耦合动力学模型,通过时域和频域分析,研究扣件弹性垫层劣化位置、劣化程度、劣化个数及行车速度对列车道岔系统动力特性的影响。研究结果表明:扣件弹性垫层劣化位置影响较大,其中尖轨顶宽40 mm处为扣件弹性垫层劣化的最不利位置;随劣化程度的增加,车岔系统各动力学指标呈增大趋势,其中垂向指标影响更为显著;扣件弹性垫层劣化个数的增加对尖轨尖端的横向动力学指标产生不利影响,9组扣件连续劣化时横向力较1组扣件弹性垫层劣化时增大21.3%;当车辆以250 km/h速度过岔时,扣件弹性垫层劣化对列车道岔系统动力特性的影响最为显著。轴箱振动加速度对扣件弹性垫层劣化较敏感,可在一定程度上反映扣件弹性垫层的劣化。研究成果可为道岔区刚度优化和养护维修提供一定的理论指导。 展开更多

关键词 扣件弹性垫层劣化 高速道岔 刚柔耦合动力学 动力特性 轴箱振动加速度

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基于CEEMDAN–MPE算法的地铁短波长钢轨波磨识别 被引量：4

8

作者 马添翼 李伟 +2 位作者 陈建政 赖伊雯 杨吉忠 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第2期120-126,153,共8页

针对地铁钢轨波磨检测效率低、准确率低等问题,提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解–多尺度排列熵的地铁短波长钢轨波磨识别方法。首先采用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)方法将轴箱振动加速度信号逐级分解为多个不... 针对地铁钢轨波磨检测效率低、准确率低等问题,提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解–多尺度排列熵的地铁短波长钢轨波磨识别方法。首先采用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)方法将轴箱振动加速度信号逐级分解为多个不同特征时间尺度相对平稳的固有模态函数(IMF);引入多尺度排列熵(MPE)分析各IMF在不同尺度上的熵均值,计算各IMF的相关系数,然后将随机程度较大或信噪比较低的分量剔除,计算剩余IMF的能量值及总能量值,通过设定阈值判断是否存在钢轨波磨,最后对能量值超过阈值的分量进行小波包时频分析,提取振动中心频率确定钢轨波磨波长。结果表明:(1)基于CEEMDAN–MPE算法可通过轴箱振动加速度准确识别短波长钢轨波磨及发生区域;(2)该方法在识别短波长波磨的准确性上优于EEMD能量值和小波包能量熵方法,并且能够较为准确地提取短波长波磨不平顺导致的振动响应,便于针对波磨的波深做进一步分析。 展开更多

关键词 故障诊断 地铁钢轨波磨 自适应噪声完备集合经验模态分解 多尺度排列熵 轴箱振动加速度

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变速工况下基于WSST的地铁钢轨波磨检测 被引量：2

9

作者 王思维 姚德臣 +1 位作者 杨建伟 魏明辉 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第16期7080-7086,共7页

地铁列车由于制动和启动较为频繁会出现钢轨波磨,对列车运行造成安全隐患,有效地检测变速工况下钢轨波磨的产生有助于提升地铁轨道车辆的安全性和运营舒适性。利用多体动力学仿真软件SIMPACK构建地铁车辆动力学分析模型,并将钢轨波磨仿... 地铁列车由于制动和启动较为频繁会出现钢轨波磨,对列车运行造成安全隐患,有效地检测变速工况下钢轨波磨的产生有助于提升地铁轨道车辆的安全性和运营舒适性。利用多体动力学仿真软件SIMPACK构建地铁车辆动力学分析模型,并将钢轨波磨仿真信号输入轨道,以获得变速工况下的轴箱加速度数据。针对变速工况下波磨产生的非平稳调频信号,采用优化的同步压缩连续小波变换(wavelet synchrosqueezing transform,WSST)的方法对该数据进行时频分析。通过使用钢轨波磨仿真信号进行分析验证,结果表明:所提出的诊断方法可以有效对牵引及制动工况下的钢轨波磨进行诊断,实现故障频率的准确定位,且具有较高的频率分辨率以及抗干扰性能,具有一定的普适应用价值。 展开更多

关键词 轨道车辆 钢轨波磨 轴箱振动加速度 同步压缩连续小波变换(WSST) 检测数据分析

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评判高铁轨道短波不平顺病害的轨道冲击指数法 被引量：38

10

作者 刘金朝 陈东生 +4 位作者 赵钢 刘伶萍 孙善超 郭剑峰 梁志明 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期34-41,共8页

基于轴箱垂向振动加速度能有效刻画轨道短波不平顺引起轮轨之间高频冲击的特性,提出基于带通滤波后轴箱垂向振动加速度的轨道冲击指数,评判高速铁路轨道短波不平顺病害;相对以轴箱垂向振动加速度幅值为指标的传统评价方法,用轨道冲击指... 基于轴箱垂向振动加速度能有效刻画轨道短波不平顺引起轮轨之间高频冲击的特性,提出基于带通滤波后轴箱垂向振动加速度的轨道冲击指数,评判高速铁路轨道短波不平顺病害;相对以轴箱垂向振动加速度幅值为指标的传统评价方法,用轨道冲击指数评判轨道的短波不平顺病害,可以有效减少钢轨接头焊缝、道岔以及钢轨不均匀磨耗、波浪和波纹磨耗等各种随机因素对评判结果的影响。针对传统的轴箱垂向振动加速度移动有效值计算方法效率低的问题,通过挖掘相邻2个移动有效值的递推关系,设计出轴箱垂向振动加速度移动有效值快速计算方法。采用轨道冲击指数法和实测的轴箱垂向振动加速度评判轨道短波平顺状态,并与轮轨力检测结果对比。结果表明:用轨道冲击指数能更有效评判轨道短波不平顺病害,而且具有很好的重复性;用给出的轴箱垂向振动加速度移动有效值快速算法有效解决了传统算法计算量过大的问题,满足了工程在线应用的要求。 展开更多

关键词 轨道冲击指数 轨道短波不平顺 轴箱垂向振动加速度 移动有效值 高速铁路

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基于车辆响应的高速铁路周期性轨道短波病害时频特性分析 被引量：12

11

作者 晏兆晋 高翠香 +2 位作者 徐晓迪 刘金朝 孙善超 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期10-17,共8页

对基于同步压缩小波变换提取瞬时频率的方法进行改进,使之可完整、准确地提取振动信号的瞬时频率曲线,避免因时频聚集性较差以及交叉项的干扰带来的问题。采用该方法对高速综合检测列车轴箱加速度数据进行时频分析,提取钢轨短波不平顺... 对基于同步压缩小波变换提取瞬时频率的方法进行改进,使之可完整、准确地提取振动信号的瞬时频率曲线,避免因时频聚集性较差以及交叉项的干扰带来的问题。采用该方法对高速综合检测列车轴箱加速度数据进行时频分析,提取钢轨短波不平顺的瞬时频率,根据其变化特性精确定位钢轨疑似波磨和打磨痕迹区段。结果表明:轴箱加速度波形均呈现周期性;分析区段的振动数据中包含150和75mm 2种波长呈现倍数关系的强振动数据,现场测试发现该处存在较强的钢轨波磨现象,波磨波长为150mm,同时现场还存在波长为75mm的钢轨周期性打磨痕迹;75mm的钢轨周期性打磨痕迹引起轮轨系统的非线性振动,振动频率达到1 125Hz,与扣件固有频率562Hz呈倍频关系,导致扣件产生强烈的共振,从而引发轮-轨接触共振,造成钢轨表面产生塑性变形,形成塑流性波磨,在列车的反复作用下,该处产生150mm波长的波磨。 展开更多

关键词 钢轨波磨 打磨痕迹 车辆动态响应 轴箱振动加速度 钢轨短波病害 检测数据分析

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高速铁路轨道短波健康状态动态诊断模型和方法 被引量：13

12

作者 刘金朝 徐晓迪 +3 位作者 牛留斌 孙善超 张二永 赵钢 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期69-74,共6页

高速铁路钢轨波磨、焊接接头凸凹、翼轨堆高等短波病害虽然幅值较小,但会产生较大的振动冲击响应,增加轮轨系统部件的损伤。结合轴箱加速度和轮轨力高频车辆动态响应,提出集成轨道冲击指数(TII)和波磨指数(RCI)的高速铁路轨道短波健康... 高速铁路钢轨波磨、焊接接头凸凹、翼轨堆高等短波病害虽然幅值较小,但会产生较大的振动冲击响应,增加轮轨系统部件的损伤。结合轴箱加速度和轮轨力高频车辆动态响应,提出集成轨道冲击指数(TII)和波磨指数(RCI)的高速铁路轨道短波健康状态动态诊断方法,以及基于改进同步压缩短时傅里叶变换(SSTFT)的时频特征挖掘算法和轨道-轮对系统高频仿真模型。新的动态诊断方法利用安装在高速综合检测列车上的传感器采集的车辆动态响应数据,计算带通滤波后数据的加窗能量信号用以代替原始振动信号,在保留轨道短波病害引起的高频振动特性的前提下,将轨道短波冲击引起的振动特性从高频解调到低频,保证了结果的高稳定性,解决了利用幅值进行评判时诊断结果随机性较强的难题。分析结果和现场复核结果表明,新的评判方法能有效诊断钢轨波磨、焊接接头凸凹等短波病害。 展开更多

关键词 轨道冲击指数 波磨指数 轨道短波不平顺 轴箱振动加速度 高速铁路

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CR400AF型高速列车车轮擦伤引起的轮轨冲击台架试验研究 被引量：3

13

作者 蔡园武 常崇义 +1 位作者 陈波 林鹏飞 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期114-120,共7页

由于轮轨滚动接触的复杂性,在有限的建模精度下用数值仿真很难指导实际运营,且现场试验成本太高。为解决这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,采用CR400AF型高速列车真实车轮和一系悬挂,在车轮踏面滚动圆处预制不同长度、宽度和深度... 由于轮轨滚动接触的复杂性,在有限的建模精度下用数值仿真很难指导实际运营,且现场试验成本太高。为解决这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,采用CR400AF型高速列车真实车轮和一系悬挂,在车轮踏面滚动圆处预制不同长度、宽度和深度的擦伤,进行不同车轮擦伤下0~400 km·h^(-1)速度范围内的轮轨冲击试验,分析车轮擦伤长度、运行速度对轮轨垂向力和轴箱振动加速度的影响规律。结果表明:轮轨垂向力最大值随车轮擦伤长度的增加而增加,在0~35 km·h^(-1)速度范围内随速度的增加逐渐增加,并在约35 km·h^(-1)速度时达到最大,然后随速度的增加逐渐减小;在车轮擦伤冲击下,轴箱振动加速度最大值的变化规律与轮轨垂向力最大值基本一致;从车轮擦伤安全限界分布发现,危险区为舌状分布,车轮擦伤后速度要尽可能避开25~70 km·h^(-1)速度区间,擦伤长度大于60 mm时不建议上线运行。 展开更多

关键词 车轮擦伤 高速轮轨关系试验台 轮轨垂向力 轴箱振动加速度 速度限制

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高速铁路钢轨接头动态响应特性研究 被引量：15

14

作者 徐晓迪 肖炳环 +1 位作者 刘金朝 孙善超 《中国铁路》 2021年第1期46-53,共8页

随着高铁运营速度的提高,对轨道平顺性的要求也越来越高。钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于钢轨接头的存在,列车通过时会出现高频冲击和振动。以钢轨接头为研究对象,对车辆动态响应数据进行分析,得到其响应数据特性。提出基于EEMD分... 随着高铁运营速度的提高,对轨道平顺性的要求也越来越高。钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于钢轨接头的存在,列车通过时会出现高频冲击和振动。以钢轨接头为研究对象,对车辆动态响应数据进行分析,得到其响应数据特性。提出基于EEMD分解的自适应同步压缩短时Fourier变换(E-ADSSTFT)方法,利用E-ADSSTFT方法进行数据分析。研究不同高度的焊接接头处的车辆动态响应数据特性,从时域、频域以及时频联合分析几个方面分别对数据进行分析。研究表明,随着钢轨接头的伤损程度增加,高速列车轴箱加速度振动幅值越来越大,且能量分布的频带范围越来越窄,最终引起车辆-轨道耦合系统的非线性振动;长时间的耦合振动作用,在钢轨缺陷接头后方表面易形成钢轨波磨。 展开更多

关键词 钢轨接头 动态响应 轴箱振动加速度 焊缝不良 钢轨波磨 轮轨耦合振动

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