对于铁路交叉道口过往车辆行人的安全防护和铁路维修维护施工人员的人身安全保障问题,提前预报接近的列车是解决该问题较好的一种方法。目前国内外在短轨铁路上已研制多种预报列车接近的报警系统,主要是针对铁路中大桥、隧道、矿山等特殊地段,但是造价相对较高,并且难以适应我国现在的长轨铁路的要求。 本文依据对轮轨激励声和轨中固体声传播规律的研究,提出了一种利用测量钢轨中固体声变化来预报运行列车的方法,该方法不受长短轨的限制可以在我国铁路系统中推广使用。 1.车轮和钢轨的振动激励轮轨声。车轮的径向振动与钢轨的垂向振动耦合,根据Remington模型可以得到钢轨垂向振动速度的功率谱与轮轨表面粗糙度谱之间的关系,用导纳测量及频率扫描方法获得我国常用的60kg/m的钢轨垂向振动的特征频率值:一阶为150Hz,二阶为300Hz。钢轨的横向振动简化成棒振动模型来计算,根据两端固定棒的振动方程,计算出60kg/m钢轨的横向振动特征频率值:一阶为155Hz,二阶为310Hz。证明钢轨在低频段是整体振动。 2.轮轨激励声通过两个途径传播:一是向周围空气辐射的空气声;二是钢轨中传播的固体声。在空气中传播时近似于是在无限介质中的传播,且空气对声波的阻尼大,使得空气中的声能因扩散半径增大和阻尼的作用而衰减很快,另外空气中的干扰声源多,难以根据空气中的声来判断列车的驶近。固体声在钢轨中传播时,由于钢轨的形状尺寸固定而具有“波导效应”,通过计算其截止频率可以看出钢轨中不存在高次谐波,钢轨中传播的固体声频率是和轮轨激励源的频率一致,且钢轨对固体声的阻尼小利于固体声的远距离传播。钢轨的阻抗和空气阻抗相差很大,空气中的干扰声很难影响钢轨中的固体声。说明测量钢轨中的固体声可以获得列车的行使信息。 3.钢轨中固体声测量用的传声器和空气中声测量的传声器有区别,但