确定高速铁路钢轨磨损的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种确定高速铁路钢轨磨损的方法和装置。其中，该方法包括：获取车辆模型数据；对车辆模型数据进行计算得到轮轨接触参数；根据轮轨接触参数得到轮轨接触斑内的磨损深度；根据轮轨接触斑内的磨损深度确定钢轨型面的磨损速率。本发明专利技术解决了现有技术无法对钢轨磨损量进行定量预测的技术问题。

Method and Equipment for Determining Rail Wear of High Speed Railway

The invention discloses a method and device for determining rail wear of high-speed railway. Among them, the method includes: acquiring vehicle model data; calculating wheel-rail contact parameters from vehicle model data; getting wear depth in wheel-rail contact spot according to wheel-rail contact parameters; and determining wear rate of rail profile according to wear depth in wheel-rail contact spot. The invention solves the technical problem that the existing technology can not quantitatively predict the rail wear amount.

【技术实现步骤摘要】
确定高速铁路钢轨磨损的方法和装置
本专利技术涉及动力学领域，具体而言，涉及一种确定高速铁路钢轨磨损的方法和装置。
技术介绍
铁路是国民经济发展的大动脉，高速铁路是现代化铁路运输的必然选择和核心技术。目前，我国高速铁路的发展正逐渐从大规模建设向长期安全运营转变。随着高速铁路运营时间的增长，钢轨出现了磨损现象。钢轨的磨损引起钢轨轨头型面的改变，进而导致轮轨接触状态和车辆轨道系统动力响应发生变化，对列车高速运行的稳定性、安全性以及车辆轨道系统各个部件的使用寿命都产生了很大的影响。在现有技术中，可通过数值仿真计算的方式来预测高速铁路钢轨磨损，然而现有的计算方法大多是针对车轮磨损的，并且对于轨道条件的考虑通常过于简化。此外，现有的计算方法一般将车辆设计为以固定速度在一段直线轨道或曲线轨道或由直线段曲线段组成的复合轨道上运行。而在实际运营中，列车的运行条件往往比较复杂，可能会以多种速度形式，并且轨道也是由多种不同轨道条件地段组成。上述现有计算方法的缺陷影响了对钢轨磨损进行预测的合理性和数值方法的实用性。另外，现有的大部分预测方法采用特定运行距离作为车轮型面更新步长，即列车运行固定距离后，车轮型面进行更新。这种型面更新方法虽然在一定程度上可以提高计算效率，但可能会在计算过程中引起磨损的偏差，并且偏差可能会不断累积、放大甚至直接导致错误发生，由此可见，现有的预测钢轨磨损的方法很难确保数值计算的可靠性和稳定性。而对于钢轨的磨损问题，目前国内外仍多采用磨损指数、接触斑磨损功率等指标对磨损情况进行评定。这些评定方法虽然具有不同的出发点，并能在一定程度上反映磨损的影响因素和规律，但不能对钢轨磨损量及分布情况进行定量预测。针对上述现有技术无法对钢轨磨损量进行定量预测的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种确定高速铁路钢轨磨损的方法和装置，以至少解决现有技术无法对钢轨磨损量进行定量预测的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种确定高速铁路钢轨磨损的方法，包括：获取车辆模型数据；对车辆模型数据进行计算得到轮轨接触参数；根据轮轨接触参数得到轮轨接触斑内的磨损深度；根据轮轨接触斑内的磨损深度确定钢轨型面的磨损速率。根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种确定高速铁路钢轨磨损的装置，包括：获取模块，用于获取车辆模型数据；计算模块，用于对车辆模型数据进行计算得到轮轨接触参数；处理模块，用于根据轮轨接触参数得到轮轨接触斑内的磨损深度；确定模块，用于根据轮轨接触斑内的磨损深度确定钢轨型面的磨损速率。根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，程序执行确定高速铁路钢轨磨损的方法。根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行确定高速铁路钢轨磨损的方法。在本专利技术实施例中，采用车辆-轨道耦合动力学和材料磨损理论计算钢轨磨损的方式，通过获取车辆模型数据，并对车辆模型数据进行计算，得到轮轨接触参数，然后再根据轮轨接触参数得到轮轨接触斑内的磨损深度，进一步根据轮轨接触斑内的磨损深度确定钢轨型面的磨损速率，达到了对钢轨磨损量进行定量预测的目的，从而实现了减缓钢轨磨损发展的技术效果，进而解决了现有技术无法对钢轨磨损量进行定量预测的技术问题。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的一种确定高速铁路钢轨磨损的方法流程图；图2是根据本专利技术实施例的一种可选的高速车辆模型的示意图；图3是根据本专利技术实施例的一种可选的单点接触的轨道模型的示意图；图4是根据本专利技术实施例的一种可选的两点接触的轨道模型的示意图；图5是根据本专利技术实施例的一种可选的轮轨接触斑离散化的示意图；图6是根据本专利技术实施例的一种可选的磨损深度的计算模型的示意图；图7是根据本专利技术实施例的一种可选的钢轨磨损速率的示意图；图8是根据本专利技术实施例的一种可选的钢轨型面磨损叠加的示意图；图9是根据本专利技术实施例的一种可选的迭代更新的示意图；以及图10是根据本专利技术实施例的一种确定高速铁路钢轨磨损的装置结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例1根据本专利技术实施例，提供了一种确定高速铁路钢轨磨损的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图1是根据本专利技术实施例的确定高速铁路钢轨磨损的方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：步骤S102，获取车辆模型数据。需要说明的是，车辆模型数据可以为但不限于接触力、蠕滑率、接触应力、蠕滑应力、滑动速度等。其中，车辆模型数据为可在高速铁路上运行的车辆的模型数据。在一种可选的方案中，在获取车辆模型数据之前，可基于多体动力学理论，建立如图2所示的高速车辆模型。其中，对车体、构架、轮对、轴箱等均采用6自由度刚体模拟，基于对车辆的实测数据精确模拟二系横向减震器20、牵引拉杆21、抗蛇形减振器22、二系空气弹簧23、一系弹簧24及一系垂向减振器25、横向减振器(图2中未示出)、横向止挡(图2中未示出)等结构部件间的非线性连接耦合作用，通过精细化建模确保模型尽可能与实际相符。还需要说明的是，轮轨接触作用力与下部轨道结构密不可分，本申请还考虑到了轨道的弹性和阻尼特性，其中，刚度阻尼参数取值基于实测结果，轨道模型如图3和图4所示，其中，图3为单点接触的轨道模型，图4为两点接触的轨道模型。Nr、Nf分别为走行面接触点和轮缘接触点位置处的法向接触力，Tr、Tf分别为两接触位置处的蠕滑力，Ry、Rz分别为扣件系统对钢轨的垂横向约束反力，Ky、Kz、Dy、Dz分别为扣件系统的垂横向刚度和阻尼。可选的，在得到高速车辆模型以及轨道模型之后，可基于接触理论以及FASTSIM算法计算车辆模型数据，其中，主要包括接触点位置探测计算、整体接触力学量计算以及接触斑局部接触力学量计算。步骤S104，对车辆模型数据进行计算得到轮轨接触参数。需要说明的是，上述轮轨接触参数至少包括轮轨接触斑几何特征、接触斑内滑动区和粘着区分布以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定高速铁路钢轨磨损的方法，其特征在于，包括：获取车辆模型数据；对所述车辆模型数据进行计算得到轮轨接触参数；根据所述轮轨接触参数得到轮轨接触斑内的磨损深度；根据所述轮轨接触斑内的磨损深度确定钢轨型面的磨损速率。

【技术特征摘要】
1.一种确定高速铁路钢轨磨损的方法，其特征在于，包括：获取车辆模型数据；对所述车辆模型数据进行计算得到轮轨接触参数；根据所述轮轨接触参数得到轮轨接触斑内的磨损深度；根据所述轮轨接触斑内的磨损深度确定钢轨型面的磨损速率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮轨接触参数至少包括：蠕滑速度的分布函数，其中，对所述车辆模型数据进行计算得到所述蠕滑速度的分布函数，包括：对所述轮轨接触斑进行离散化处理，得到多个离散单元；分别计算所述多个离散单元中的每个离散单元的蠕滑速度；根据所述每个离散单元的蠕滑速度以及所述每个离散单元的位置信息，得到所述蠕滑速度的分布函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述轮轨接触参数得到轮轨接触斑内的磨损深度，包括：获取所述每个离散单元的位置信息；基于材料磨损模型确定所述每个离散单元的磨损体积；根据所述每个离散单元的磨损体积以及所述每个离散单元的位置信息确定所述每个离散单元的磨损深度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述每个离散单元的磨损体积以及所述每个离散单元的位置信息确定所述每个离散单元的磨损深度，包括：根据所述每个离散单元的位置信息计算所述每个离散单元的法向应力；根据所述每个离散单元的位置信息确定所述每个离散单元与轮轨表面的相对滑动速度；根据所述相对滑动速度确定轮轨的相对滑动距离；根据所述法向应力、所述相对滑动距离以及所述磨损体积计算所述每个离散单元的磨损深度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述轮轨接触斑内的磨损深度确定钢轨型面的磨损速率，包括：在所述钢轨型面上确定多个断面的断面位置；计算每个断面在预设时间步长内的磨损深度；根据所述每个断面的磨损深度确定所述钢轨型面的磨损深度分布函数；根据所述磨损深度分布函数计算在所述预设时间步长内的磨损平均值；根据所述磨损平均值得到所述磨损速率。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算每个断面在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，王树国，李伟，葛晶，王猛，司道林，徐良善，杨亮，钱坤，杨东升，赵振华，曾瑞东，
申请(专利权)人：中国铁路总公司，中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11