一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的方法及系统与流程

1.本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的方法及系统。


背景技术：

2.以地铁为主导的城市轨道交通线路曲线较多、且半径小，加之客运量大、行车密度高，钢轨伤损发生及劣化速度加剧、且呈复合形式，轨道高低、水平、轨距等几何偏差程度加深，严重影响行车平稳性与轨道维养质量。尤其对于小半径曲线，由于列车行驶环境复杂，过大的横向力及轮轨蠕滑力往往导致曲线区域外股钢轨磨耗发展迅速，且随着钢轨服役时长增加，轮轨关系进一步恶化，钢轨使用寿命远低于平均水平，钢轨更换频繁，线路维修费用高居不下。虽然可通过钢轨打磨技术改善轮轨接触关系，降低轮轨接触应力，从而延长钢轨使用寿命，但是，对于地铁应用，小半径曲线行车环境复杂，钢轨断面轮廓差异较大，断面磨耗呈随机分布，打磨基准轮廓选择困难，打磨作业实施难度大。另外，考虑到地铁天窗作业时间较短，前期测量、分析到获取打磨作业量需要快速进行，以免影响施工质量及后续现场清场。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的方法，包括：获取钢轨打磨区域的外股钢轨廓形并建立钢轨廓形库；根据外股钢轨廓形获取钢轨连续断面的侧磨值和垂磨值并建立磨耗值数据表；获取打磨区域运营客车轮对的踏面廓形测量数据；通过踏面廓形测量数据获取轮对踏面廓形库；通过轮对踏面廓形库获取轮对统计踏面；根据磨耗值数据表中的侧磨值、垂磨值和轮对统计踏面以及钢轨廓形库以预设值为标准获取分级钢轨廓形库，并根据分级钢轨廓形库获取目标廓形。
4.进一步地，所述预设值包括预设侧磨值、平均垂磨值、预设工作线、预设等效锥度，所述目标廓形的获取具体包括步骤：根据钢轨廓形库利用磨耗值数据表中的侧磨值并结合预设侧磨值获取一级钢轨廓形库；根据磨耗值数据表中的垂磨值获取平均垂磨值，并通过一级钢轨廓形库利用平均垂磨值以及预设工作线获取二级钢轨廓形库；根据二级钢轨廓形库与轮对统计踏面以预设等效锥度为限定值获取三级钢轨廓形库；根据三级钢轨廓形库与轮对统计踏面进行轮轨共形度比较，选取轮轨匹配总间隙最小的钢轨廓形作为目标廓形。
5.进一步地，所述获取一级钢轨廓形库的具体方法为：
根据钢轨廓形库利用磨耗值数据表中的侧磨值筛选出侧磨值小于预设侧磨值的钢轨廓形作为一级钢轨廓形库。
6.进一步地，所述预设侧磨值为以平均侧磨值为基准根据预设磨耗指标设定的标准值，所述平均侧磨值根据磨耗值数据表中的侧磨值获取。
7.进一步地，所述获取二级钢轨廓形库的具体方法为：根据一级钢轨廓形库利用平均垂磨值筛选出垂磨值小于平均垂磨值且工作线小于预设工作线的钢轨廓形作为二级钢轨廓形库。
8.进一步地，所述获取三级钢轨廓形库的具体方法为：获取轮对统计踏面与二级钢轨廓形库中钢轨廓形的轮轨接触关系并计算等效锥度，并从二级钢轨廓形库中筛选出符合预设等效锥度的钢轨廓形作为三级钢轨廓形库。
9.进一步地，获取轮对踏面廓形库的具体方法为：通过轮对踏面采集仪采集电客车轮对踏面廓形，并根据电客车左右轮实际踏面获取轮对踏面廓形库。
10.进一步地，所述轮对踏面廓形由离散点组成，按横坐标以设定值为间隔进行插值，获取踏面廓形库中所有轮对踏面廓形每个间隔点的竖向坐标值并取平均值，通过上述数据获取轮对统计踏面。
11.本发明还提出了一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的系统，包括：钢轨廓形库模块，获取钢轨打磨区域的外股钢轨廓形并建立钢轨廓形库；磨耗值数据表模块，根据外股钢轨廓形获取钢轨连续断面的侧磨值和垂磨值并建立磨耗值数据表；轮对统计踏面模块，获取打磨区域运营客车轮对的踏面廓形测量数据；通过踏面廓形测量数据获取轮对踏面廓形库；通过轮对踏面廓形库获取轮对统计踏面；目标廓形模块，根据磨耗值数据表中的侧磨值、垂磨值和轮对统计踏面以及钢轨廓形库以预设值为标准获取分级钢轨廓形库，并根据分级钢轨廓形库获取目标廓形。
12.进一步地，所述预设值包括预设侧磨值、平均垂磨值、预设工作线、预设等效锥度，所述目标廓形模块还包括：一级钢轨廓形库获取模块，根据钢轨廓形库利用磨耗值数据表中的侧磨值并结合预设侧磨值获取一级钢轨廓形库；二级钢轨廓形库获取模块，根据磨耗值数据表中的垂磨值获取平均垂磨值，并通过一级钢轨廓形库利用平均垂磨值以及预设工作线获取二级钢轨廓形库；三级钢轨廓形库获取模块，根据二级钢轨廓形库与轮对统计踏面以预设等效锥度为限定值获取三级钢轨廓形库；廓形获取模块，根据三级钢轨廓形库与轮对统计踏面进行轮轨共形度比较，选取轮轨匹配总间隙最小的钢轨廓形作为目标廓形。
13.本发明至少具有以下有益效果：1、所建立的钢轨廓形库中所有廓形均为现场实际采集数据，择选的目标廓形同钢轨实际服役情况联系紧密，可有效的延长钢轨使用寿命；2、通过获得钢轨的侧磨值、垂磨值在以预设值为标准的基础上对钢轨廓形进行初步筛选，有效的避免了所选择的目标廓形出现打磨不到或打磨量过多的情况，极大程度的
保障了打磨作业的实际可行性；3、在钢轨服役的整个生命周期里，后续的目标廓形可以按照该流程不断的循环迭代，该方法有较好的可持续性；4、该方法无需进行复杂的理论计算和仿真建模，仅需针对现场钢轨廓形测量以及该线路运营车辆的轮对踏面测量，然后进行数学统计，流程简单清晰，利于打磨作业快速实施，利于大规模推广应用；5、所择目标廓形为现场实际存在的廓形，安全性已经通过运营车辆的多次行驶得以论证，可靠性和安全性有保障。
附图说明
14.图1为一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的方法步骤图。
15.图2为一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的系统模块流程图。
具体实施方式
16.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
17.实施例一基于列车在小半径曲线轨道行驶时横向力过大且轮轨蠕滑力引起曲线区域外轨侧面磨耗发展迅速的问题，导致钢轨服役周期减短，线路维养成本增加，为了延长钢轨服役周期，本发明提出了一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的方法，如图1所示，具体通过下述步骤实现：获取钢轨打磨区域的外股钢轨廓形并建立钢轨廓形库；根据外股钢轨廓形获取钢轨连续断面的侧磨值和垂磨值并建立磨耗值数据表；需要说明的是，侧磨值和垂磨值的获取方法具体包括: 根据线路条件采集钢轨打磨区域外股钢轨连续断面的侧面磨耗与垂直磨耗，并建立磨耗值数据表。
18.获取打磨区域运营客车轮对的踏面廓形测量数据；通过踏面廓形测量数据获取轮对踏面廓形库；通过轮对踏面廓形库获取轮对统计踏面；需要说明的是，获取踏面廓形测量数据的具体步骤为：根据预设行驶里程的等级标准获取打磨区域所有车型的行驶里程等级；获取电客车车型占比的权重数据；根据行驶里程等级以及车型占比的权重数据通过预设标准值筛选出部分电客车并获取其踏面廓形测量数据。
19.由于地铁电客车型号与数量较为稳定，统计的轮对踏面图可视为常值，在以后的目标廓形获取中可重复使用，这为目标廓形的获取中节省了大量的计算分析时间，为快速打磨钢轨打下了基础。
20.获取轮对踏面廓形库的具体方法为：通过轮对踏面采集仪采集电客车轮对踏面廓形，并根据电客车左右轮实际踏面获取轮对踏面廓形库。
21.所述轮对踏面廓形由离散点组成，按横坐标以设定值为间隔进行插值，获取踏面廓形库中所有轮对踏面廓形每个间隔点的竖向坐标值并取平均值，通过上述数据获取轮对
统计踏面。
22.根据磨耗值数据表中的侧磨值、垂磨值和轮对统计踏面以及钢轨廓形库以预设值为标准获取分级钢轨廓形库，并根据分级钢轨廓形库获取目标廓形。
23.所述预设值包括预设侧磨值、平均垂磨值、预设工作线、预设等效锥度，所述目标廓形的获取具体包括步骤：根据钢轨廓形库利用磨耗值数据表中的侧磨值并结合预设侧磨值获取一级钢轨廓形库；所述预设侧磨值为以平均侧磨值为基准根据预设磨耗指标设定的标准值，所述平均侧磨值根据磨耗值数据表中的侧磨值获取。
24.所述获取一级钢轨廓形库的具体方法为：根据钢轨廓形库利用磨耗值数据表中的侧磨值筛选出侧磨值小于预设侧磨值的钢轨廓形作为一级钢轨廓形库。
25.上述通过以平均侧磨值为基准，有效的筛选出符合预设侧磨值标准的钢轨廓形作为一级钢轨廓形库，该方法运用简单、快速。
26.根据磨耗值数据表中的垂磨值获取平均垂磨值，并通过一级钢轨廓形库利用平均垂磨值以及预设工作线获取二级钢轨廓形库；所述获取二级钢轨廓形库的具体方法为：根据一级钢轨廓形库利用平均垂磨值筛选出垂磨值小于平均垂磨值且工作线小于预设工作线的钢轨廓形作为二级钢轨廓形库。
27.上述通过以平均垂磨值为基准，初步筛选出一级钢轨廓形库中垂磨值小于平均垂磨值的钢轨廓形，然后根据打磨深度从中再次筛选出工作线小于预设工作线的钢轨廓形作为二级钢轨廓形库，该方法有效的避免了所选择的目标廓形出现打磨不到或打磨量过多的情况，极大程度的保障了打磨作业的实际可行性。
28.根据二级钢轨廓形库与轮对统计踏面以预设等效锥度为限定值获取三级钢轨廓形库；所述获取三级钢轨廓形库的具体方法为：获取轮对统计踏面与二级钢轨廓形库中钢轨廓形的轮轨接触关系并计算等效锥度，并从二级钢轨廓形库中筛选出符合预设等效锥度的钢轨廓形作为三级钢轨廓形库。
29.根据三级钢轨廓形库与轮对统计踏面进行轮轨共形度比较，选取轮轨匹配总间隙最小的钢轨廓形作为目标廓形。
30.上述步骤中，通过对轮对统计踏面与钢轨廓形进行分析与计算，就可快速筛选出等效锥度合格的钢轨廓形，无需进行复杂的理论计算和仿真建模，极大程度的缩减了经济成本、时间成本，所选择的目标廓形为最优钢轨廓形，极大程度的延长了钢轨的使用寿命，同时该种获取方法极大程度的降低了目标廓形的选择难度。
31.实施例二为了延长钢轨服役周期，本发明提出了一种基于地铁小半径曲线轨道获取目标廓形的系统，如图1所示，具体包括：钢轨廓形库模块，获取钢轨打磨区域的外股钢轨廓形并建立钢轨廓形库；磨耗值数据表模块，根据外股钢轨廓形获取钢轨连续断面的侧磨值和垂磨值并建
立磨耗值数据表；轮对统计踏面模块，获取打磨区域运营客车轮对的踏面廓形测量数据；通过踏面廓形测量数据获取轮对踏面廓形库；通过轮对踏面廓形库获取轮对统计踏面；目标廓形模块，根据磨耗值数据表中的侧磨值、垂磨值和轮对统计踏面以及钢轨廓形库以预设值为标准获取分级钢轨廓形库，并根据分级钢轨廓形库获取目标廓形。
32.所述预设值包括预设侧磨值、平均垂磨值、预设工作线、预设等效锥度，所述目标廓形模块还包括：一级钢轨廓形库获取模块，根据钢轨廓形库利用磨耗值数据表中的侧磨值并结合预设侧磨值获取一级钢轨廓形库；需要说明的是，所述一级钢轨廓形库获取模块的实现具体包括：所述获取一级钢轨廓形库的具体方法为：根据钢轨廓形库利用磨耗值数据表中的侧磨值筛选出侧磨值小于预设侧磨值的钢轨廓形作为一级钢轨廓形库；所述预设侧磨值为以平均侧磨值为基准根据预设磨耗指标设定的标准值，所述平均侧磨值根据磨耗值数据表中的侧磨值获取。
33.本实施例中以磨耗减缓30%为指标，从采集的钢轨廓形中筛选出磨耗发展值小于磨耗平均值70%的廓形建立初步的一级钢轨廓形库，本实施例中的预设磨耗指标即为平均侧磨值的70%。
34.二级钢轨廓形库获取模块，根据磨耗值数据表中的垂磨值获取平均垂磨值，并通过一级钢轨廓形库利用平均垂磨值以及预设工作线获取二级钢轨廓形库；需要说明的是，所述二级钢轨廓形库获取模块的实现具体包括：所述获取二级钢轨廓形库的具体方法为：根据一级钢轨廓形库利用平均垂磨值筛选出垂磨值小于平均垂磨值且工作线小于预设工作线的钢轨廓形作为二级钢轨廓形库。
35.在本实施例中，由于地铁打磨作业时间、打磨深度和打磨深度的限制，每晚打磨作业所产生的金属削除量一般不超过0.4mm，故从一级钢轨廓形库中筛选磨耗发展值小于（垂直磨耗最小值 0.4）的廓形建立二级钢轨廓形库。
36.三级钢轨廓形库获取模块，根据二级钢轨廓形库与轮对统计踏面以预设等效锥度为限定值获取三级钢轨廓形库；需要说明的是，所述三级钢轨廓形库获取模块的实现具体包括：所述获取三级钢轨廓形库的具体方法为：获取轮对统计踏面与二级钢轨廓形库中钢轨廓形的轮轨接触关系并计算等效锥度，并从二级钢轨廓形库中筛选出符合预设等效锥度的钢轨廓形作为三级钢轨廓形库。
37.在本实施例中，通过轮对踏面统计图以及二级钢轨廓形库中的钢轨廓形分析轮轨接触关系计算等效锥度，依据规范tb/t 3332
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2013等效锥度klingel公式对二级钢轨廓形库进行筛选，剔除等效锥度不合格的廓形，筛选后得到的廓形为三级钢轨廓形库。
38.廓形获取模块，根据三级钢轨廓形库与轮对统计踏面进行轮轨共形度比较，选取轮轨匹配总间隙最小的钢轨廓形作为目标廓形。
39.本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，
但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。