高速铁路实测钢轨廓形数据分析与平滑处理方法

实测钢轨廓形的局部畸变点对轮轨接触参数计算结果有较大影响。针对该问题,首先将实测钢轨廓形与标准钢轨廓形对齐。其次,求解实测钢轨廓形与标准钢轨廓形的法向距离曲线,并结合FFT(快速傅里叶变换)和逆FFT、边界延拓等方法将该曲线的局部畸变点消除。最后,将平滑处理后的法向距离曲线与标准钢轨廓形叠加,得到平滑处理后的实测钢轨廓形。通过对比廓形处理前后计算得到的轮轨接触点、左右滚动圆半径差以及等效锥度,验证了处理后的钢轨廓形数据更有利于轮轨接触参数计算。     

钢轨轮廓全断面检测中的快速高鲁棒性匹配方法研究

采用激光摄像技术对钢轨全断面廓形进行检测,为保证检测数据的准确性和实时性,其关键在于钢轨廓形的快速高鲁棒性匹配算法。在分析国内外钢轨轮廓检测、匹配现状的基础上,对钢轨廓形匹配方法进行了系统研究。根据标准钢轨不同半径滚动圆空间几何分布特性,提出利用钢轨廓形的斜率切线值来对钢轨原始廓形轨腰曲线部分进行自动分段,结合最小二乘拟合算法,处理分段后的钢轨廓形,快速完成钢轨廓形初匹配。通过改进ICP算法,完成钢轨廓形二维点云的精确匹配,缩减了匹配时间,提高了匹配鲁棒性。最后,将该方法应用于轨道检测设备的数据采集中,验证了该方法的有效性。     

基于动态测量的钢轨廓形打磨智能分析系统的研发

开发了一套基于动态测量的钢轨廓形打磨智能分析系统。该系统由钢轨廓形动态测量子系统、打磨策略子系统和接口子系统3个子系统构成。钢轨廓形动态测量子系统采用线结构光视觉技术对钢轨廓形进行动态测量;打磨策略子系统根据钢轨廓形动态测量子系统获得的现场钢轨廓形数据,实时生成可供钢轨打磨列车使用的打磨策略;接口子系统通过TCP/IP协议与打磨策略子系统通信,将打磨策略子系统生成的打磨策略传输给钢轨打磨列车的作业控制系统,从而控制钢轨打磨列车作业。     

基于动态参考的钢轨轮廓失真校准方法

有效修正车体运行过程中轮轨振动引起的廓形检测误差是钢轨廓形动态检测的关键。本文对轮轨振动的多个要素进行系统分析,指出引起廓形失真的点头和摇头振动是检测误差的主要来源;与标准轮廓相比,实测正常轮廓更适合作为曲线校准时的参考轮廓,因此本文提出一种参考轮廓构建方法,并通过在参考轮廓与待校准轮廓轨腰曲线上分别构造凸壳,实现特征点对的快速提取与仿射参数的求解。为验证本文方法的有效性,在室内基于二维激光位移传感器搭建钢轨轮廓测量平台,并进行模拟振动试验。试验结果表明:该方法能有效修正轮轨振动引起的廓形检测误差,检测速度可达225 km/h,具有一定的理论及工程应用价值。     

钢轨截面曲线圆弧圆心精确求取方法

0引言铁路工务部门在对钢轨打磨过程中,首先需要通过各种测量手段获取钢轨截面的廓形,然后将该廓形与标准钢轨截面廓形进行对比,从而求取钢轨的磨损值。国产钢轨的截面廓形由3段圆弧构成,以60kg/m钢轨为例,钢轨截面廓形有R300、R80和R13等3段圆弧组成(见图1)。因此,对钢轨截面廓形上的某点而言,求取在该点的磨损值需要求取钢轨截面廓形圆弧的圆心,然后根据圆心求取钢轨截面廓形在该点处的法线,进而求得该点的磨损值。考虑到当前在求取钢轨磨损值时,采用AutoCAD作图     

钢轨轮廓全断面检测中的匹配方法研究

采用激光视觉测量技术对钢轨全断面廓形进行检测,在动态测量过程中由于车辆的随机振动,会影响钢轨轮廓数据的检测精度。因此,在高速动态条件下实现检测钢轨轮廓与标准廓形高精度自动匹配,是当前轨道廓形检测中面临的关键问题。在分析国内外钢轨廓形检测、廓形匹配现状的基础上,通过对目前采用最多的迭代最近点ICP(Iterative Close Point)算法进行简化,同时优化匹配过程中的对应点搜索策略,在保证匹配精度的前提下,解决了钢轨廓形检测中的匹配问题,达到实时性检测的需求。将该算法运用在地铁轨道检测设备中,验证了该方法的有效性。     

基于钢轨实测廓形的智能打磨策略

针对现有钢轨打磨策略存在打磨结果不可控和依赖人为经验设定打磨参数的缺点,提出基于钢轨实测廓形的智能打磨策略。首先根据实测的钢轨廓形确定钢轨的目标廓形,然后根据实测廓形与目标廓形的差异得到终止打磨的阈值;基于三角形面积法和钢轨打磨车单个砂轮的作业能力,计算打磨车的作业速度和功率;定位实测廓形与目标廓形之间差值最大的点,计算打磨该点时砂轮所需的偏转角度,进而再计算单个砂轮以固定功率打磨实测廓形之后得到的新廓形;将新廓形与目标廓形比较,定位新廓形和目标廓形之间差值最大的点,若该点的差值小于阈值则终止打磨,否则继续重复上述过程,直到打磨后得到的新廓形与目标廓形的最大差值小于阈值;从而得到将实测廓形打磨成目标廓形所需的每个打磨砂轮的偏转角度,并形成打磨方案。试验验证了基于钢轨实测廓形的智能打磨策略的有效性。     

地铁曲线段钢轨非对称性廓形研究

提出多弧段钢轨廓形拟合方法:以圆弧半径以及圆弧相切点横坐标为设计变量,以轮轨接触点横向分布密度函数、轮轴横向力最小为目标函数,采用统计方法设定参数边界条件,建立非对称性钢轨廓形设计模型,并运用遗传算法对该模型进行求解,得到地铁曲线段外轨非对称性钢轨廓形.建立车辆系统动力学及轮轨接触力学模型,对设计的非对称钢轨廓形进行动力学性能评价以及磨耗分析.结果 表明,与采用TB60型面钢轨廓形相比,非对称性钢轨廓形基本不影响车辆动力学性能;同时,非对称性钢轨廓形改善了轮轨接触关系;钢轨顶面横坐标为0-25 mm区间内的轮轨接触斑分布密度为86.18％,非对称性廓形钢轨较TB60型面增加了35.21％;在通过车次分别为5.0×105次和1.0×106次的条件下,非对称性廓形钢轨的磨耗深度最大位置较TB60型面向轨顶中心移动5 mm,降低了钢轨的非正常磨耗.     

钢轨温度力检测设备量值溯源方案及其验证

钢轨温度力大小是我国铁路工务部门评判线路是否安全的重要指标之一。我国常用的钢轨温度力检测方法有多种。为了研究通用、有效的方法评定各检测设备测量结果的准确性和可靠性,提出一种量值溯源方案,构建一个能够准确模拟钢轨温度力大小,并且可以向更高准确度等级计量标准溯源的校准装置,来验证不同检测设备测量结果的准确性与可靠性。经过不确定度评定和实际试验验证,量值溯源方案能够评定不同钢轨温度力检测设备测量结果的准确性。     

普速铁路繁忙干线钢轨服役现状的调查分析

针对普速铁路繁忙干线,测试了累计通过总质量800～1100 Mt线路钢轨的硬度、廓形、磨耗和锈蚀深度、焊接接头平直度,调研了钢轨使用和伤损情况.结果表明:钢轨踏面中心硬化率不大于7％;打磨后钢轨实测廓形与60N标准廓形在轮轨接触区域竖向偏差不大于0.2 mm;钢轨垂直磨耗在3.0～5.7 mm,轨底角边缘厚度在8.35...     

钢轨焊接接头平直度测量方法及效果研究

钢轨焊接接头平直度的测量一般采用电子平尺或钢板尺进行。根据中华人民共和国铁道行业标准规定,钢轨焊接接头平直度测量位置分别为轨顶面纵向中心线、轨头侧面工作边上距轨顶面16 mm处的纵向线。在实践中,由于钢轨轨头部位廓形由多个弧面衔接而成,因此,行业标准中对于钢轨焊接接头轨距角处纵向平直度测量尚无要求。轨距角是与车轮匹配的关键位置,其平直度直接关系到车轮运行的平顺性,通过对60N新廓形钢轨轨头廓形弧面和工作面平直度测量结果研究,提出钢轨焊接接头平直度测量的新方法——四位置测量法。对测量效果进行比较,为完善钢轨焊接接头外观质量测量标准及提高钢轨焊接接头质量提供参考。     

钢轨轮廓全断面检测中轨廓动态匹配方法研究

钢轨轮廓匹配是钢轨廓形检测的关键步骤,决定轨道几何参数检测精度。在高速动态条件下实现检测钢轨轮廓与标准钢轨轮廓高精度自动匹配,是轨道几何参数高精度动态测量面临的重要问题。本文对钢轨轮廓高精度自动匹配方法进行了研究。首先,根据标准钢轨轮廓曲线曲率固有特征信息,对检测获取的轨腰和轨底廓形中不同圆弧、线段之间切点进行自动识别,实现不同圆弧、线段自动分割;然后,对获取的不同圆弧添加半径约束进行非线性拟合,准确提取各圆弧圆心坐标;最后,针对道岔处钢轨廓形复杂特点,提出采用Kalman滤波器对检测获取的标准轨腰和轨底特征点进行连续在线跟踪和预测,并根据结果构建道岔钢轨虚拟标准轨腰和轨底,以解决道岔处钢轨轮廓匹配问题。将该方法已在轨道检测车中进行实际应用,证明其是切实可行的。     

30 t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究

论述国外重载铁路钢轨技术体系及标准,分析我国重载铁路钢轨使用现状,开展30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究.针对轨型/单重研究、轨头廓形优化及新廓形75N钢轨的研发、重载铁路用新钢种钢轨研究、维修养护策略研究、30t轴重钢轨的选用、重载铁路钢轨标准研究进行分析,提出30t轴重铁路钢轨使用单重75 kg/m钢轨,直线铺设钢轨强度等级为980 MPa或1080 MPa,曲线铺设钢轨强度等级为1300MPa及以上;钢轨廓形选用新廓形75N钢轨廓面.建议设置试验段,对技术体系进行试验验证.     

基于轮轨关系的钢轨打磨代表廓形计算方法研究

钢轨廓形打磨能有效延长钢轨使用寿命,打磨过程中的一个重要步骤是从多个实测钢轨廓形中选取或计算一个代表廓形,与目标廓形对比后对打磨电机磨石角度进行排列安排。针对实测钢轨廓形数据中均存在的周期性或偶发脉冲干扰问题,利用Savitzky-Golay平滑法能很好地保持曲线形状,同时又达到较好的平滑效果。基于轮轨接触几何关系及接触点位置的概率分布,分析采用算术平均、加权平均、最小二乘距离法和散点拟合法计算得到的钢轨代表廓形与实测钢轨廓形组的轮轨接触点分布曲线相关性。结果表明:无论是在直线还是曲线区段,算术平均法的结果均最贴近实测数据结果,其次是散点拟合法的结果,加权平均、最小二乘距离法的结果相符程度较低。     

基于3D移动测量系统点云数据的钢轨信息自动提取方法

为实现铁路基础设施智能化管理运维,利用3D移动测量系统高效获取高精度点云数据,并对点云数据进行智能化处理。钢轨作为铁路基础设施中最基本的单元,是几何参数计算的基础,对其信息进行自动提取具有重要意义。因此,提出了一种基于3D移动测量系统点云数据的钢轨信息自动提取方法。首先利用点云数据中的角度信息快速实现道床区域的分割,有效减小计算量;然后利用精细栅格划分和动态阈值实现地面点与非地面点的分离;最后利用DBSCAN聚类算法与RANSAC算法完成钢轨点云数据的最终提取。为验证该算法的有效性,以国铁场景钢轨点云数据和隧道场景钢轨点云数据为试验对象,验证结果显示国铁场景和隧道场景的钢轨点云提取准确度分别为96.32%和97.54%,完整度分别为92.14%和94.87%,准确度和完整度均高于90%。试验结果表明:该方法具有操作简单,提取结果准确的优点。     

铁路专用计量器具单向允许误差的检定结果分析

运用概率统计方法,分析在铁路计量中,使用双向误差计量标准器量值传递单向允许误差被检计量器具时,测量结果不确定度和待定区间及误判概率的关系。在运用蒙特卡洛法不确定度评定软件加以验证后,提出降低误判的剔除待定区间法、标准器修正法、提高测量准确度法3种方法,从而保障铁路在用计量器具的量值准确可靠。     

地铁大修钢轨廓形及其对等效锥度影响分析

地铁钢轨达到大修周期需进行更换,为探究大修期废旧钢轨的磨耗水平与轮轨匹配关系,实测了大修期钢轨的廓形,并仿真计算轮轨匹配等效锥度,并进一步分析大修钢轨廓形对等效锥度的影响。研究结果表明：(1)选用UIC519积分法,利用多体动力学软件UM计算轮轨匹配等效锥度合理可行,计算结果可靠;(2)达到6亿t换轨期后,直线段钢轨磨耗量普遍小于3 mm,远小于维修规则中侧磨16 mm、垂磨14 mm的限值要求;(3)大修所换钢轨廓形的磨耗对轮轨等效锥度影响均未超标准限值,说明钢轨磨耗对轮轨动态影响较小;(4)钢轨廓形垂磨中扁平状的磨耗对等效锥度影响相对较大,说明轨顶扁平状不利于行车舒适性和安全性。     

误差、概率和分布密度

1　误差　　严格地讲 ,被测量的绝对值永远是不知道的 ,随着科技的发展 ,测量手段的不断改进 ,人们对真值的认识逐渐加深 ,即越来越近绝对真值。因此 ,我们通常说的真值 ,实际上都是相对真值 (亦称实际值 ) ;有时 ,在多次测量中 ,亦可用测量的算术平均值作为相对真值。1.1　绝对误差对某一量进行测量以后 ,用被计量的量结果ｘ减去真值ａ而得的差值 ,叫做绝对误差 (也简称误差 )δ即δ =ｘ- ａ。1.2　相对误差是绝对误差与被计量的量的真值之比 ,可用公式δＲ =δ ａ1.3　误差来源设备误差 :由于所用计量器具示值不准引起的误差。环境误差 :…     

智能化钢轨廓形打磨方案设计研究及应用

根据钢轨打磨磨削理论和钢轨实测廓形数据，建立单遍和多遍最优打磨方案设计模型，提出一种基于个性化模式库的钢轨廓形打磨方案设计方法，开发了智能化钢轨廓形打磨方案设计系统，并开展现场钢轨打磨作业应用。结果表明：将钢轨等效偏差指数作为最优打磨方案设计的优化目标函数，能够较好实现打磨后钢轨廓形逐步向目标廓形贴合；开发的智能化钢轨廓形打磨方案设计系统，能够根据现场实测钢轨廓形进行批量打磨方案设计，并能预测打磨后的钢轨廓形，可显著提升打磨方案设计效率；采用该打磨方案设计方法开展现场打磨作业，打磨后钢轨实测廓形与模拟廓形基本吻合，主要轮轨接触区域钢轨廓形与目标廓形较打磨前贴合程度明显提升，打磨后钢轨廓形GQI指标均达到优良等级且钢轨表面状态良好，能够较好地满足打磨作业要求。研究的相关成果可显著提升钢轨廓形打磨方案的准确性和设计效率，为铁路钢轨打磨作业提供直接、有效的指导。     

基于响应面模型的钢轨打磨廓形预测方法

由于钢轨初始廓形及打磨工况的差异,现有方法难以准确预测多个砂轮组合打磨形成的钢轨打磨廓形。为此,提出一种基于响应面模型的钢轨打磨廓形预测方法。通过采集钢轨廓形的离散数据点,引入3次样条插值方法对打磨前的钢轨廓形进行数学描述。以打磨功率和砂轮倾角为设计变量,构建以打磨量为响应量的3阶响应面模型。基于钢轨打磨廓形成形机理,设计打磨廓形的数值计算方案,实现多个砂轮组合作用下的钢轨打磨廓形预测。通过工程实例,结合现行钢轨打磨验收标准,验证上述方法的准确性和可靠性。