一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法。随着高速铁路运营和普速铁路提速，轨道中长波不平顺对行车性能的影响越来越显著，大型养路机械精确维修作为改善有砟线路状态的主要措施，对中长波不平顺的控制效果仍不充分，为有效改善线路状态，本方法以轨道中长波平顺性控制标准及轨道精测数据为基础，建立了基于中长波平顺性的轨道精捣调整量计算模型，结合基础优化单元分组求解的优化思路，依据非线性规划理论求解得到最优捣固方案，并利用车辆‑轨道耦合动力学模型对作业方案进行评估，实现了对轨道中长波不平顺的控制与约束。本方法可以弥补传统捣固方法的缺陷，特别是在消除中长波不平顺方面，从而有效提升有砟轨道线路质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法
本专利技术涉及铁路工程
和最优化处理，特别是涉及一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法。
技术介绍
确保良好的轨道平顺性是有砟铁路安全运营的基础与关键，而精捣综合作业质量对轨道平顺性的提升有着至关重要的作用。近年来，普遍采用大型养路机械精确维修来改善有砟铁路线路状态，作业效果受道砟密实度、起拨量比例、钢轨硬弯等因素影响，很难达到预期效果，尤其对中长波不平顺的控制效果仍不充分，往往需要增加作业遍数以达到期望值，但受到现场作业条件限制，精捣后期可调量范围有限，盲目追求平顺性目标反复进行作业，反而破坏了轨道整体稳定性引起道砟劣化，造成捣后轨道质量指数（TrackQualityIndex，简称TQI）不降反升的情况。现有线路优化及精调控制模型往往以无砟轨道验收标准为优化目标，缺乏对有砟轨道养护维修作业适用性的考虑。传统的有砟铁路线路养护维修措施，由于缺乏精确捣固数据支持，仅调整和恢复轨道几何形位的相对状况，中长波不平顺控制及线形几何参数的恢复都达不到理想效果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法，本专利技术所要解决的技术问题是：分析轨道中长波不平顺对行车性能的影响，探讨检测弦长和管理幅值，研究基于中长波平顺性的起拨量优化算法，从而为进一步提升有砟高铁精捣效果提供参考。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法，所述方法以控制轨道中长波不平顺作为调整目标计算精捣调整量，具体包括以下步骤：A.以轨道绝对精测数据为基础，掌握待调整线路的实际位置与原始设计位置在平纵断面的中线偏差大小，并确定该线路在30m、60m、300m等中长波不平顺检测弦长跨度内的中长波平顺性控制标准；B.分析轨道中长波平顺性状态，计算整段待调整线路的精捣调整量；B-1.根据步骤A得到的待调整线路的中线偏差大小，以30m、60m、300m等中长波不平顺检测弦长为基准，通过逐点移动检测弦，将待调整线路进行区域划分，设定最长检测弦为基础优化单元，基础优化单元内采用中点弦矢距法和矢距差法计算轨道中长波不平顺，移动基础优化单元遍历整段待调整线路，得到该线路在各检测弦范围内的中点矢距和矢距差，该线路在各检测弦范围内的中点矢距和矢距差为轨道中长波不平顺结果，将轨道中长波不平顺结果与步骤A中确定的中长波平顺性控制标准进行比对，判断不平顺超限位置，确定待调整点里程分布情况；B-2.采集步骤B-1得到的轨道中长波不平顺结果和待调整点里程分布情况，设计符合中长波平顺性控制标准的平纵断面优化线形，该优化线形与轨道实际线形之间的差值等于拟调整量绝对值；对基础优化单元内的各点拟调整量绝对值进行求和，以实现求和值最小作为优化线形的设计目标，目标函数为：（3）式中，i——待调整点编号；t(i)——各点拟调整量，单位为mm；n——基础优化单元内待调整点个数，；B-3.在步骤B-2建立的目标函数的基础上，建立起轨道各点拟调整量与平顺性指标相关联的函数关系，然后建立中长波平顺性约束条件，令：各待调整点i处的水平或竖直偏差为H(i)，H(i)通过与各点拟调整量t(i)代数运算得到调整后的剩余偏差，公式如下所示：（4）利用剩余偏差计算中点矢距和矢距差，然后与步骤A中确定的中长波平顺性控制标准进行比对，就能评价当前轨道中长波平顺性状态，根据评价结果更正各点拟调整量t(i)，从而建立起轨道各点拟调整量与平顺性指标相关联的函数关系，具体如下式所示：（5）式中，为最长基准弦L对应的矢距差轨道中长波不平顺，单位为mm；为检测弦l对应的中点矢距轨道中长波不平顺，单位为mm；为待调整点i调整后的剩余偏差；p为检测点编号，检测点为位于待调整点i前侧半个检测弦l远的轨道位置，，m为检测弦l内待调整点个数，；q为核算点编号，核算点为位于待调整点i后侧半个检测弦l远的轨道位置，；分别为检测点和核算点调整后的剩余偏差；Q、Z分别为最长基准弦L起终点位置，分别为最长基准弦L起终点调整后的剩余偏差；E、F分别为检测弦l的起终点位置，分别为检测弦l起终点调整后的剩余偏差；进一步实现了对轨道中长波不平顺的控制与约束，平顺性约束条件表达式为：（6）式中，μ为最长基准弦L对应的高低轨向平顺性阈值；δ为检测弦l对应的高低轨向平顺性阈值；B-4.求解基础优化单元内各点拟调整量，将步骤B-3所述的约束条件转化为矩阵不等式组：（7）式中，为各点拟调整量t(i)对应的系数矩阵，系数矩阵的行数为，系数矩阵的列数为；为各点拟调整量t(i)对应的约束矩阵，约束矩阵的行数为，列数为1；为调整量矩阵，调整量矩阵的行数为，列数为1；利用非线性规划求解上述矩阵不等式组，得到基础优化单元各点拟调整量，按照轨道待调整点里程分布情况顺序逐点移动基础优化单元，使各待调整点对应的中长波平顺性均满足约束要求，从而完成精捣调整量计算。C.评估作业目标线形，对整体精捣调整量进行改进和优化。C-1.根据步骤B计算的精捣调整量，推算精捣作业目标偏差，即平纵断面优化线形；建立车辆-轨道耦合动力学模型，利用动力学模型分析目标线形对应的轨道状态下的车体加速度、轮重减载率、脱轨系数等行车响应，评估精捣调整量优化方法对轨道中长波不平顺的控制效果；C-2.依据步骤C-1的评估结果，调整步骤A中的中长波平顺性控制标准，重复步骤B，再次计算整段待调整线路的精捣调整量，得到对应的平纵断面优化线形，将更新前后优化线形的中长波平顺性状态进行反复调整比较，最终取得满意的精捣调整方案。本专利技术的有益效果是：以铁路线路中长波不平顺控制理论为基础，实现线路精捣调整量的计算，消除中长波不平顺，为进一步提升有砟铁路精捣效果提供参考。首先，本专利技术关于精捣调整量的计算方法考虑了行车安全性、稳定性的主要影响因素——轨道中长波不平顺，能有效提高线路状态对乘客乘坐舒适性的主观感受；其次，本专利技术主要用于有砟轨道养护维修作业阶段，采用最优化理论，计算各待调整点精捣作业量，用于指导大型养路机械对轨道线形进行调整；最后，本专利技术利用动力学模型，采用模拟仿真手段，验证精捣方案的调整效果，便于进一步修正精捣方案，提高轨道平顺性。本专利技术为铁路线路消除中长波不平顺提供了一种科学的方法，研究成果具有重要科学价值，对实际线路精捣工程具有指导意义。附图说明本专利技术有如下附图：图1为基础单元逐点移动并分组优化示意图；图2为中点矢距法计算原理示意图；图3为矢距差法计算原理示意图；图4是本专利技术精捣调整量优化方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1、图4所示，一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法，该方法具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法，其特征在于，所述方法以控制轨道中长波不平顺作为调整目标计算精捣调整量，具体包括以下步骤：/nA.以轨道绝对精测数据为基础，掌握待调整线路的实际位置与原始设计位置在平纵断面的中线偏差大小，并确定该线路在30m、60m、300m中长波不平顺检测弦长跨度内的中长波平顺性控制标准；/nB.分析轨道中长波平顺性状态，计算整段待调整线路的精捣调整量；/nC.评估作业目标线形，对整体精捣调整量进行改进和优化；/n步骤B的具体步骤为：/nB-1.根据步骤A得到的待调整线路的中线偏差大小，以30m、60m、300m中长波不平顺检测弦长为基准，通过逐点移动检测弦，将待调整线路进行区域划分，设定最长检测弦为基础优化单元，基础优化单元内采用中点弦矢距法和矢距差法计算轨道中长波不平顺，移动基础优化单元遍历整段待调整线路，得到该线路在各检测弦范围内的中点矢距和矢距差，该线路在各检测弦范围内的中点矢距和矢距差为轨道中长波不平顺结果，将轨道中长波不平顺结果与步骤A中确定的中长波平顺性控制标准进行比对，判断不平顺超限位置，确定待调整点里程分布情况；/nB-2.采集步骤B-1得到的轨道中长波不平顺结果和待调整点里程分布情况，设计符合中长波平顺性控制标准的平纵断面优化线形，该优化线形与轨道实际线形之间的差值等于拟调整量绝对值；对基础优化单元内的各点拟调整量绝对值进行求和，以实现求和值最小作为优化线形的设计目标，目标函数...

【技术特征摘要】
1.一种基于中长波平顺性的精捣调整量优化方法，其特征在于，所述方法以控制轨道中长波不平顺作为调整目标计算精捣调整量，具体包括以下步骤：
A.以轨道绝对精测数据为基础，掌握待调整线路的实际位置与原始设计位置在平纵断面的中线偏差大小，并确定该线路在30m、60m、300m中长波不平顺检测弦长跨度内的中长波平顺性控制标准；
B.分析轨道中长波平顺性状态，计算整段待调整线路的精捣调整量；
C.评估作业目标线形，对整体精捣调整量进行改进和优化；
步骤B的具体步骤为：
B-1.根据步骤A得到的待调整线路的中线偏差大小，以30m、60m、300m中长波不平顺检测弦长为基准，通过逐点移动检测弦，将待调整线路进行区域划分，设定最长检测弦为基础优化单元，基础优化单元内采用中点弦矢距法和矢距差法计算轨道中长波不平顺，移动基础优化单元遍历整段待调整线路，得到该线路在各检测弦范围内的中点矢距和矢距差，该线路在各检测弦范围内的中点矢距和矢距差为轨道中长波不平顺结果，将轨道中长波不平顺结果与步骤A中确定的中长波平顺性控制标准进行比对，判断不平顺超限位置，确定待调整点里程分布情况；
B-2.采集步骤B-1得到的轨道中长波不平顺结果和待调整点里程分布情况，设计符合中长波平顺性控制标准的平纵断面优化线形，该优化线形与轨道实际线形之间的差值等于拟调整量绝对值；对基础优化单元内的各点拟调整量绝对值进行求和，以实现求和值最小作为优化线形的设计目标，目标函数为：

（3）
式中，i——待调整点编号；

t(i)——各点拟调整量，单位为mm；

n——基础优化单元内待调整点个数，；
B-3.在步骤B-2建立的目标函数的基础上，建立起轨道各点拟调整量与平顺性指标相关联的函数关系，然后建立中长波平顺性约束条件，令：各待调整点i处的水平或竖直偏差为H(i)，H(i)通过与各点拟调整量t(i)代数运算得到调整后的剩余偏差，公式如下所示：

（4）
利用剩余偏差计算中点矢距和矢距差，然后与步骤A中确定的中长波平顺性控制标准进行比对，就能评价当前轨道中长波平顺性状态，根据评价结果更正各点拟调整量t(i)，从而建立起轨道各点拟调整量与平顺性指标相关联的函数关系，具体如下式所示：

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【专利技术属性】
技术研发人员：时瑾，张雨潇，陈云峰，盛世勇，楼梁伟，王晓凯，蔡德钩，王英杰，王鹏，李再帏，
申请(专利权)人：北京交通大学，中国铁路兰州局集团有限公司，北京铁科特种工程技术有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11