轨道表面凹陷指轨面上出现的类似肺叶形局部凹陷,并伴随有弧形裂纹的伤损,是最具破坏性的轨道伤损之一。及时准确检测轨道表面凹陷,对于保障列车行车安全、提高地铁公司运营水平具有重要意义。本文在总结国内外研究基础之上,研究基于轴箱振动信号的轨道表面凹陷在线检测技术。首先概述轨道表面凹陷在线检测的基本原理,并分析轨道表面凹陷产生机理及物理拟合模型,理论推导轨道不平顺频率和轴箱垂向振动加速度之间的相等关系。其次建立包括车辆子系统、轨道子系统和轮轨动态耦合的车辆-轨道耦合动力学仿真模型。仿真实验以谐波型轨道不平顺作为激励输入,模拟轴箱垂向振动响应,对其进行傅里叶变换,将分析结果与理论值进行对比,验证所建模型的合理性和正确性。然后研究基于小波分析的轨道表面凹陷检测方法。该方法仅需采集轴箱垂向和横向振动信号,依次进行小波能量尺度图、时间-小波能量谱以及尺度-小波能量谱分析,依据故障特征频率范围计算信号的尺度平均小波能量谱,根据其最大值是否超出阈值检测轨道表面凹陷。仿真实验对比分析轴箱垂向和横向振动信号在轨道表面凹陷检测中的适应性,以及列车轮对存在扁疤故障时振动信号的预处理方法,采用某地铁公司A型车的实测数据验证所提方法的工程适应性。最后研究基于自适应形态滤波和频率切片小波变换的轨道表面凹陷长度检测方法。介绍了自适应形态滤波和频率切片小波变换的基本形式,并对切片函数进行改进使其具有较广的适应性。分别采用模型仿真数据和某地铁公司A型车的实测数据进行频率切片小波变换,验证了所提方法的准确性和工程可行性。