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。     

钢轨打磨车精细作业研究

简单介绍了轨廓打磨法及评估廓形的指标,通过试验测定和理论推导确定了钢轨打磨车的作业能力,并根据打磨车应用实际情况,在给定目标轨廓情况下,实现钢轨打磨车的精细化作业,为打磨工艺改进和提高提供了一个研究方法。     

基于赫兹接触的钢轨砂带打磨温度建模研究

钢轨砂带打磨过程会生成大量磨削热,热量堆积易导致钢轨温度持续升高而影响打磨质量。为揭示打磨温度与工艺参数间关系,针对钢轨砂带打磨弹性-曲面接触特点,从瞬时点热源温度场理论出发,结合弹性赫兹接触理论建立了单接触轮及多接触轮的磨削温度数学模型。通过数值仿真分析了温度曲线沿时间、轨向位置的变化过程。将结果与现有有限元分析结果对比,验证了模型的有效性和适用性。进一步仿真分析结果表明,砂带打磨过程各点温度呈快速升温、缓慢降温趋势;提高列车打磨速度、增加磨头接触轮数量和接触轮间距能有效缓解热量累积;以60 kg/m钢轨为例,R13弧段为易烧伤区域,须依据理论模型制定适当的打磨工艺参数避免钢轨打磨时发生轨面发蓝、灼伤等二次损伤。     

基于槽型接触轮的钢轨砂带打磨材料去除特性

为揭示槽型接触轮钢轨砂带高效打磨的材料去除机理，基于弹性赫兹接触理论，建立槽型接触轮与平型接触轮的材料去除比数学模型，掌握槽型接触轮砂带打磨周期应力变化规律，揭示打磨周期应力对打磨效率的影响机制，并基于钢轨砂带打磨专用试验平台，对比研究槽型接触轮与平型接触轮砂带打磨中的材料去除特性。结果表明：槽型接触轮打磨因其周期性的应力集中加压状态而具有较高材料去除效率；与平型接触轮相比，槽型接触轮打磨在较低压力下材料去除优势并不显著，随着打磨压力增加，槽型接触轮的材料去除效率明显提升，并在打磨压力为50 N时超越平型接触轮；在打磨表面粗糙度、振动、噪声及能耗等方面，槽型接触轮砂带打磨较平型接触轮均有明显优势，在75 N常用打磨压力下，前者较后者打磨材料去除率提高14%，表面粗糙度降低25%，振动减少17%，噪声降低4.5%，能耗降低12%。     

高速铁路钢轨廓形打磨质量评估方法及应用

在借鉴国外钢轨廓形打磨质量指数(GQI)的基础上,结合《高速铁路钢轨打磨管理办法》中的廓形验收标准,提出基于钢轨廓形打磨质量指数和廓形偏差曲线的评估方法。首先根据砂轮打磨角度对钢轨廓形打磨区域进行划分,通过德尔菲法确定各个区域的廓形权重系数,然后根据钢轨廓形与目标廓形的偏差,提出GQI值计算公式,最后辅以廓形偏差曲线,评估钢轨廓形打磨质量;并进行现场应用分析。结果表明:采用的评估方法不仅可对钢轨打磨质量进行评估,而且可对钢轨廓形状态是否会导致动车组异常振动进行预测,进而给出合理的钢轨打磨建议;提出的GQI计算公式既能评判钢轨打磨廓形是否达到要求,又能量化打磨廓形与目标廓形吻合程度;GQI值大于70且变化范围较小,可有效减轻或消除动车组构架报警、晃车等异常振动。     

基于Kriging插值的钢轨打磨温度预测

针对钢轨打磨施工过程中产生的大量磨削热会使磨削区域温度持续升高,影响钢轨打磨质量问题,基于钢轨打磨施工基本原理,建立钢轨打磨单磨粒磨削温度模型和多砂轮磨削温度模型,分别计算不同打磨参数下的打磨温度。为实现对不同打磨参数下打磨温度的实时预测,以不同打磨参数及其对应的打磨温度为样本,采用Kriging插值方法,建立钢轨打磨温度关于打磨参数的预测模型。预测误差分析结果表明,该预测方法的最大预测误差为4.5%,可以应用于钢轨打磨列车打磨参数在线优化系统中。     

钢轨打磨技术发展现状及打磨策略探讨

综述了钢轨打磨技术国内外起源以及发展现状,对现阶段钢轨打磨技术的分类进行了介绍,重点介绍了曲线和直线钢轨的打磨策略制定原则;对钢轨廓形设计的主要原则进行了归纳总结;分析研究了打磨作业中打磨量的主要影响因素;提出了钢轨打磨应根据打磨前实际钢轨使用状态,在满足目标廓形、保证打磨深度和消除病害的前提下,使打磨切削量最小;最后对今后钢轨打磨技术研究重点进行了展望。     

GMC-96x型钢轨打磨列车打磨功率参数求取方法探讨

通过对钢轨打磨机理及打磨列车运行参数的分析,对影响钢轨打磨的各种要素(包括打磨列车作业运行速度、打磨电机分布、打磨电机磨削功率及施工条件和线路条件等)进行探索,结合磨削原理深入解析钢轨打磨磨削量与打磨参数的关系,在此基础上给出打磨功率参数在打磨作业中的求取步骤。研究成果从2012年6月—2014年10月在武汉大型养路机械运用检修段得到应用验证,打磨效果良好。     

生成钢轨打磨量曲线的一种计算方法

钢轨打磨是铁路线路重要的养护维修技术,其发展方向是打磨作业智能化、数字化。其中的关键技术之一是在测量需要打磨地段钢轨既有廓形后,基于目标廓形快速形成钢轨的打磨量曲线。本文以PGM-96C型打磨列车为研究对象,基于几何学简化,结合迹线法、数值求解等方法,提出一种钢轨打磨量的计算方法,用以生成各种打磨模式下的打磨量曲线,并通过现场试验对该方法进行验证。结果表明,计算方法正确,可以满足现场钢轨打磨的需求。     

基于计算机仿真技术的钢轨打磨模式决策方法

基于计算机仿真技术的打磨模式决策方法根据目标廓形选择最优的打磨模式,避免了因打磨模式选择不当导致的打磨遍数过多的问题,有效地提高了打磨作业效率,减少了作业量,对提高钢轨打磨车的应用水平具有借鉴意义,为实现线路精确打磨的目标提供技术保障。     

城市轨道交通钢轨预打磨技术要求及验收标准

钢轨预打磨是对铺设上道新钢轨的打磨作业,可以去除钢轨表面脱碳层,消除焊缝不平顺和运输、施工过程中产生的初始缺陷,从而缩短轮轨磨合期,延长轮轨使用寿命。多条城市轨道交通线路在开通前开展了钢轨预打磨作业,然而尚缺乏城市轨道交通钢轨预打磨的技术要求及验收标准。为了提高城市轨道交通钢轨预打磨质量,加强新建线路钢轨预打磨管理,本文对钢轨预打磨的技术要求、作业要求、质量验收要求及其发展方向进行探讨,提出了城市轨道交通钢轨预打磨技术要求及验收标准。     

基于MATLAB钢轨廓形法线值计算及现场应用

钢轨廓形法线值是指导现场钢轨打磨和检测打磨效果的重要参数之一,传统方法人工干预多,计算效率低。针对现场运用现状,基于MATLAB编制了钢轨廓形法线值计算程序,运用AutoCAD对结果进行验证。现场运用表明:该方法对打磨方案的编制、现场打磨质量的"快检"具有重要的指导意义。     

基于赫兹接触的钢轨砂带打磨功率预测模型

根据钢轨砂带打磨作业原理,将钢轨与砂带的接触状态视为2个自由曲面接触;运用赫兹接触理论建立砂带与钢轨的接触模型,计算分析接触区域的形状、面积及其上的压力分布;将砂带上的磨粒简化为球顶圆锥模型,推导出磨粒切入深度与打磨压力间的数学关系,从单颗磨粒受力分析计算整个接触区域的切向力分布,进而建立钢轨砂带打磨功率的预测模型。在综合试验平台上进行36+号陶瓷磨料砂带打磨U71Mn钢轨圆环的试验,试验结果与预测模型的预测结果对比表明,打磨功率的预测值与试验值平均仅相差2.02%,证明了打磨功率预测模型的有效性和适用性。以60kg·m~(-1)钢轨砂带打磨为例,采用预测模型分析打磨功率与砂带速度配比对打磨宽度的影响。结果表明:打磨宽度虽由接触压力直接决定,但仍受打磨功率的约束,在同样打磨功率下,曲率半径为300mm弧段可调整的打磨宽度范围最广,80mm弧段次之,13mm弧段最窄。     

神朔铁路钢轨打磨技术

随着神朔铁路运量不断增加,钢轨病害呈快速发展趋势,养护维修工作量明显增加。本文基于钢轨病害特点及实际运营环境,提出适用于神朔铁路的钢轨打磨廓形和工艺。通过对比打磨前后的钢轨病害情况、轨检数据和轮缘磨耗数据发现:钢轨打磨可使小半径曲线上股钢轨磨耗速率降低53%,下股钢轨磨耗速率降低64%,并可有效去除钢轨表面接触疲劳伤损并控制其发展速率;钢轨打磨使得轮缘磨耗速率由打磨前的0.085 mm/万km降至打磨后的0.057 mm/万km,平均降幅为32.9%。因此,钢轨打磨不仅能有效去除钢轨接触疲劳伤损,而且可以明显降低钢轨和轮缘磨耗速率。     

钢轨打磨工艺在郑西高铁中的应用研究

在郑西高铁钢轨打磨实践中,先期进行了钢轨全表面覆盖打磨,打磨后光带有些出现在非正常位置,部分地段钢轨的轨顶中部磨削较为困难。进行第二次钢轨打磨,修正了钢轨轮轨关系,打磨效果达到预定作业标准。     

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。     

钢轨廓形打磨对京广线曲线磨耗速率及钢轨表面状态的影响

针对京广线曲线上股钢轨鱼鳞伤严重,下股光带不良,轨距角有明显斜裂纹等问题,分别采用传统打磨方式与廓形打磨方式消除。对打磨前后效果进行分析比对得出,采用廓形打磨后,曲线上股轨面状态较好,斜裂纹、剥离掉块等发展速率均得到控制,曲线下股光带分布合理;采用传统打磨方式,钢轨表面鱼鳞伤得到消除,但是由于轨距角处切削量太大,导致轨侧有高频次接触,不利于减缓钢轨磨耗。提出研发适用于我国线路的钢轨打磨列车,制定合理的钢轨打磨周期及打磨策略,优化钢轨廓形打磨委外服务模式和优化钢轨廓形的建议。     

周期性钢轨廓形打磨对小半径曲线寿命的影响

选取半径300 m小半径曲线作为试验曲线,从轮轨接触几何特性、车辆动力学特性、现场打磨效果3个方面分析了周期性钢轨廓形打磨对小半径曲线寿命的影响。结果表明:周期性廓形打磨后轮轨间等效锥度显著改善;列车1～4位车轮与9#钢轨接触时磨耗功、最大脱轨系数均较为理想;周期性廓形打磨后钢轨轨面未出现比较严重的病害,侧磨速率显著降低,轨道质量指数有明显改善,有助于延长钢轨使用寿命。     

钢轨打磨车作业效率评估方法探讨

对影响钢轨打磨车作业效率的主要因素进行分析,然后选取有代表性的钢轨打磨车作为目标车,考虑比磨削能,提出目标车的打磨面积公式,并与现场实测数据相结合,确定目标车的工作能力。在此基础上,根据试验得出的同类别其他打磨车与目标车的相应比值,即可得出该打磨车的工作能力参数,确定该打磨车的工作效率。该方法经维护单位现场试用,效果显著,打磨效率和质量均得到有效提升。