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。     

钢轨焊前断面廓形参数检测方法研究

钢轨断面的廓形参数对钢轨焊接后的平直度、焊后打磨、钢轨品质等影响重大。针对钢轨焊接前的轨端廓形检测,在激光传感器采集的廓形数据基础上,详细论述数据的处理方法和过程,主要包括数据的预处理、数据的融合、分段拟合、廓形的计算等,分析不同方法针对该研究目的的可行性、适应性以及准确性,最终选择移动平均法进行数据的预处理,采用矩形标准块和圆柱标准块标定进行数据融合,基于协方差矩阵的特征值选取分段点,最小二乘法进行分段拟合。试验数据表明,该方法对数据处理的效果良好,可以高效精确地检测出钢轨焊前断面的廓形尺寸。     

钢轨廓形测量系统准确度的验证方法

钢轨廓形测量系统已被工务部门广泛使用,为了进一步提高其现场应用水平,本文提出了可验证钢轨廓形测量系统准确度的新方法。首先制作钢轨标准模块,给出钢轨廓形的对比约定真值;由于系统的测量结果与钢轨标准模块的计量结果相互独立,二者不能直接比对,给廓形测量系统准确度的验证带来困难,因此接着提出一种基于迭代最近点的廓形对齐方法,在系统测量的与标准模块计量的廓形数据点集之间建立匹配关系;最后使用均方根误差来衡量测量值与计量真值之间的偏差,以及使用系统多次测量结果的标准差来描述测量的离散程度,从而验证廓形测量系统的准确度。由试验结果可知,测量的平均均方根误差为0.132 mm,平均标准差为0.035 mm,为制定钢轨廓形测量系统准确度的评定标准提供了参考。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

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。     

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     

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。     

高速铁路钢轨廓形磨耗发展规律及打磨周期研究

针对高速铁路钢轨打磨过程中周期制定的问题,对京广高速铁路郑武(郑州—武汉)段钢轨廓形进行了长期跟踪观测,选取长10 km、年通过总质量21 Mt的观测区段,计算分析了钢轨廓形磨耗速率和实测廓形的等效锥度变化.结果表明:观测区段在打磨后28个月内,钢轨廓形垂直磨耗增加速率为0.09 mm/年,钢轨廓形面积磨耗速率为2.5...     

高速铁路60N廓形钢轨适应性研究

针对60N廓形钢轨在高速铁路的适应性问题,对铺设60N廓形钢轨的高速铁路线路开展长期跟踪测试,分析60N廓形钢轨服役性能及养护维修情况;利用仿真手段,采用基于层次分析法的轮轨型面匹配综合评价方法,评价铺设60N廓形钢轨线路的标准及实测轮轨型面匹配状态.结果表明:铺设60N廓形钢轨的高速铁路钢轨服役状态良好,钢轨磨耗较小...     

个性化钢轨廓形打磨在北京地铁的应用分析

在北京地铁6号线草房站—物资学院路站区间选择一段曲线段作为试验段,基于钢轨廓形和车轮踏面数据调查,借助动力学仿真软件计算钢轨打磨最佳设计廓形.在钢轨铣磨和个性化打磨后设置观测点进行定期观测,计算分析钢轨廓形变化、疲劳伤损发展、波磨发展等情况,对比钢轨铣磨和钢轨廓形打磨的质量效果.试验结果表明:钢轨廓形打磨减缓了钢轨疲劳伤损及波磨的发展速率,将打磨周期从3个月延长至6个月;地铁采用个性化钢轨廓形打磨是合理且必要的.     

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。     

通霍铁路钢轨廓形打磨效果分析

随着重载铁路高速发展,钢轨磨耗快、疲劳伤损增加等问题严重困扰铁路工务部门。为解决通霍铁路钢轨磨耗、伤损发展、焊缝低塌等问题,针对通霍铁路货车、客车、机车车轮踏面及钢轨廓形情况,设计适合通霍铁路的钢轨廓形,根据个性化设计的钢轨廓形对通霍铁路廓形进行修正,有针对性地解决钢轨疲劳伤损及焊缝低塌等问题,并基于CONTACT数值计算程序对打磨前后轮轨接触情况进行分析。结果表明,通过廓形打磨可改善轮轨接触关系,降低钢轨磨耗速率,有效控制钢轨病害的产生和发展,延长钢轨使用寿命,降低维护成本。     

基于多层级特征融合的钢轨表面伤损检测方法

现有的钢轨表面伤损检测方法存在鲁棒性差、误检率高和容易漏检小面积伤损区域的问题.为此,提出一种基于多层级特征融合的钢轨表面伤损检测方法.首先,利用高速综合检测车搭载轨道图像采集系统,在实际的铁路线路采集轨道图像,并对表面伤损进行人工标注;然后,在钢轨图像数量有限的情况下,利用钢轨表面伤损数据集构建策略,提升训练样本图像...     

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.     

光电式钢轨磨损实时检测系统

采用近红外线状光源、CCD及计算机图像处理等技术,实现钢轨磨损检测系统的软硬件设计。应用三圆柱光学透镜联合对一点式激光进行色散,得到光强分布较均匀的线状激光光源。用高分辨率(752×782)CCD面阵摄像机实时采集钢轨扫描图像,经过A/D变换输出给图像处理系统。图像处理系统根据钢轨的形状和特点,选用最佳的模型和计算方案进行图像处理,对照标准钢轨断面图像快速、准确地计算出钢轨面的磨损值,判断钢轨受伤程度。系统在限速80 km.h-1条件下对钢轨断面的实时检测结果表明,系统符合设计要求,精度达到0.1 mm。     

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。     

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。     

面向钢轨目标廓形的多砂带磨削作业打磨模式

基于砂带打磨钢轨时的接触状态,在单条砂带磨削角度给定的前提下,推导单条砂带磨削在钢轨横向截面上的材料去除深度,建立单条砂带材料去除的廓形模型和面积模型。为在多砂带联合磨削下包络形成钢轨目标廓形,在给定首条砂带的磨削角度后,根据当前钢轨表面的剩余高度并以打磨量最大为原则设定其他砂带的磨削角度,结合工艺参数生成钢轨养护时的多砂带联合磨削作业打磨模式。以打磨质量指数评价打磨质量,确定打磨次数,评价多砂带联合磨削作业打磨模式的打磨质量。结果表明:在砂带磨削工艺参数一定时,砂带的磨削能力与钢轨表面的曲率半径相关;以最大打磨深度对应的角度进行砂带布局的打磨模式能够很好地满足钢轨目标廓形的磨削需求。