[發明專利]軌道不平順狀態的安全性評判方法

有效

• 申請號: 201110370022.3
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102521432A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 秦勇;程曉卿;周惠娟;賈利民;衛緯;龐學苗;邢宗義
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于鐵路安全運行控制技術領域，尤其涉及一種軌道不平順狀態的安全性評判方法。

背景技術

在鐵路路基、橋梁、道床等設計與施工過程中，不可避免會帶來工后沉降及變形等問題。在鐵路運營過程中，軌道在列車載荷的反復作用下，也會產生幾何形位的位移變化，這些問題都會導致軌道不平順的產生。當軌道不平順超過一定范圍時，就會影響列車運行的安全性。因此，為保障鐵路行車安全，鐵路部門定期采用軌道檢測車測量軌道不平順狀態，包括高低、水平、軌距和軌向等，然后按照已頒布的鐵道線路維修規則評判軌道不平順狀態，給出是否限速等安全性建議及相應的軌道維修建議。

現行軌道不平順狀態的安全性評判，主要是采用幅值法，將軌道檢測車測量得到的高低、水平、軌距和軌向等軌道不平順數值，與預先設定的容許偏差閾值進行比較，判定軌道不平順測量值是否超限，從而實現軌道不平順狀態的安全性評判。在工程實踐中，這種方法已被證明存在重大缺陷，即這種方法無法識別某些可能導致車輛發生不安全行為的軌道不平順狀態，當所有的軌道不平順值均不超過預定標準閾值時，車輛仍有可能會產生較大的輪軌作用力或劇烈振動，威脅行車安全。造成這種現象的原因是軌道不平順幅值與車輛動力學響應之間的相關性較差，幅值法未考慮輪軌作用力的動力學響應。

國內外少數鐵路部門采用測力輪對獲取輪軌作用力，并采用輪軌力進行軌道不平順狀態的安全性評判，但這種方法需要在軌道檢測車上加裝測力輪對，而測力輪對存在價格高昂，故障率高，維修困難，使用壽命短等缺陷，因此這種方法在實踐中未獲得大面積推廣，在國內僅上海鐵路局的一臺軌道檢測車上配備的測力輪對投入了實際測量。

美國TTCI公司Li博士等人采用神經網絡技術實現了軌道不平順與輪軌力之間的相關性建模，從而提出了一種名為PBTG的軌道檢測與評判方法；但這類方法需要大量的現場測量數據來訓練神經網絡，建模數據的完備性難以滿足，且所采用的前向靜態神經網絡建模精度低，難以保證安全性評判的可靠性。瑞典Bonaventura博士等人采用機理建模法，構建車輛/軌道的機械物理模型，然后計算車輛動力學響應，進行車輛安全性的評判；但這類方法在構建機理模型時忽略了復雜車輛/軌道系統的非線性因素，存在精度低等缺點，難以保證安全性評判的可靠性。

發明內容

本發明的目的是，針對現有技術在評判軌道不平順狀態的安全性方面存在的不足，提出一種軌道不平順狀態的安全性評判方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種軌道不平順狀態的安全性評判方法，其特征是所述方法包括：

步驟1：在多體動力學仿真軟件中建立車輛軌道模型；

步驟2：確定軌道不平順參數；

步驟3：將軌道不平順參數輸入車輛軌道模型中，并利用在多體動力學仿真軟件中生成可執行代碼；

步驟4：將實測測量的軌道不平順數據輸入到可執行代碼中，運行可執行代碼得到輪軌作用力；

步驟5：根據輪軌作用力計算軌道不平順狀態的安全性評價指標；

步驟6：對計算出的軌道不平順狀態的安全性評價指標進行處理；

步驟7：將處理后的軌道不平順狀態的安全性評價指標與預設的安全性標準進行比較，得到軌道不平順狀態的安全性評判結果。

所述在多體動力學仿真軟件中建立車輛軌道模型具體包括：

步驟11：轉向架子結構建模，包括建立車軸模型、建立車體架構模型和建立力元模型；

步驟12：調整坐標系和系統重力方向；

步驟13：采用標準線路、計算線路和實測線路三種方式，來定義直線線路、圓曲線線路、變半徑線路、S型線路和道岔線路；

步驟14：建立標記點，定義車輪滾動圓半徑、軌距和軌底坡；

步驟15：分別選擇車輪踏面類型、軌道支承式模型、鋼軌類型、輪軌之間的接觸類型和該接觸類型對應的接觸算法；

步驟16：定義鉸接和二系力，連接轉向架和車體，完成車輛軌道模型的建立。

所述軌道不平順參數包括車輛類型、軌道類型、車輪踏面類型、轉向架類型和輪軌接觸類型。

所述軌道不平順狀態的安全性評價指標包括脫軌系數、輪重減載率和輪軌橫向力。

所述對計算出的軌道不平順狀態的安全性評價指標進行處理具體是，對脫軌系數和輪重減載率進行移動平均濾波，移動平均濾波選取距離(米)為行車速度(千米/小時)除以72，對輪軌橫向力進行0Hz～10Hz濾波的低頻濾波。