[發(fā)明專利]一種山區(qū)鐵路小半徑曲線換軌周期預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111218276.3
• 申請(qǐng)日: 2021-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN114154228A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾文驅(qū);何慶;袁泉;高天賜;王啟航;李晨鐘;李子涵;高巖;錢舒月;徐雙婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20;G06Q10/00;G06Q10/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11489
• 代理人: 張春慧

本發(fā)明涉及換軌周期預(yù)測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種山區(qū)鐵路小半徑曲線換軌周期預(yù)測(cè)方法。其步驟包括將鋼軌傷損以及鋼軌磨耗的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到程序中，根據(jù)修規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，分割成不同曲線半徑下的數(shù)據(jù)種類；根據(jù)線路的實(shí)際情況設(shè)計(jì)好物理模型的計(jì)算工況，并進(jìn)行鋼軌磨耗的修正；將磨耗修正后的鋼軌監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入到生存分析模型，進(jìn)而量化分析異質(zhì)性因素對(duì)鋼軌使用壽命的影響；得到鋼軌在不同累積通過總重下的可靠性，并計(jì)算不同曲線半徑下鋼軌生存壽命的期望值作為鋼軌的換軌周期。本發(fā)明利用兩種模型的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌換軌周期的預(yù)測(cè)，估計(jì)和預(yù)測(cè)山區(qū)鐵路鋼軌服役的可靠性以及相應(yīng)的換軌周期，進(jìn)而指導(dǎo)鐵路工務(wù)部門的日常養(yǎng)護(hù)維修工作的安排。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及換軌周期預(yù)測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種山區(qū)鐵路小半徑曲線換軌周期預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

由于我國(guó)山區(qū)的復(fù)雜地形環(huán)境，鐵路穿越山區(qū)時(shí)不可避免地會(huì)采取大量的小半徑曲線(其半徑通常小于2000m)。相對(duì)于直線區(qū)段或者半徑較大的區(qū)段而言，鐵路列車通過小半徑曲線時(shí)的輪軌接觸關(guān)系會(huì)進(jìn)一步地惡化，更加容易造成小半徑曲線地段的鋼軌出現(xiàn)傷損以及磨耗超限。因此，針對(duì)山區(qū)鐵路小半徑曲線的養(yǎng)護(hù)維修管理面臨著極大的挑戰(zhàn)，需要很有必要采用科學(xué)合理的方法去估計(jì)和預(yù)測(cè)山區(qū)鐵路鋼軌服役的可靠性以及相應(yīng)的換軌周期，進(jìn)而指導(dǎo)鐵路工務(wù)部門的日常養(yǎng)護(hù)維修工作的安排。

當(dāng)前，對(duì)于鋼軌使用壽命的評(píng)價(jià)主要有基于病害發(fā)展的物理模型和基于失效統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分析模型。其中，物理模型主要是根據(jù)鋼軌傷損以及鋼軌磨耗的發(fā)展機(jī)理來實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌壽命的預(yù)測(cè)。在針對(duì)物理模型的研究當(dāng)中，大多數(shù)的學(xué)者將預(yù)測(cè)鋼軌裂紋擴(kuò)展的Paris準(zhǔn)則以及預(yù)測(cè)鋼軌磨耗發(fā)展的Archard模型與車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)和有限元等數(shù)值仿真方法相結(jié)合，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

然而，物理模型的計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，并且無法考慮鋼軌在實(shí)際服役環(huán)境下的一些不確定性因素，當(dāng)物理模型所考慮的因素不夠全面時(shí)，其預(yù)測(cè)結(jié)果相比于實(shí)際觀測(cè)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

因此，針對(duì)物理模型的缺陷，不少學(xué)者嘗試?yán)矛F(xiàn)場(chǎng)的鋼軌監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來開展對(duì)鋼軌的服役狀態(tài)的預(yù)測(cè)與評(píng)估。比如，Veskovic使用模糊邏輯方法對(duì)影響鐵路中斷因素的非線性相互作用進(jìn)行建模，該模型考慮了氣候因素。利用有限的數(shù)據(jù)，結(jié)合鋼軌斷裂時(shí)的溫度來預(yù)測(cè)鋼軌的斷裂，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際斷裂情況相近。何慶等利用貝葉斯生存分析方法，分析了軌道幾何缺陷、列車通過總重、區(qū)段道岔數(shù)量等風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)鋼軌傷損出現(xiàn)概率的影響，并繪制了鋼軌的生存函數(shù)曲線。白磊等在考慮鋼軌劣化狀態(tài)的異質(zhì)性等劣化特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼軌網(wǎng)格化管理理論，基于馬爾科夫隨機(jī)過程分析理論，針對(duì)不同網(wǎng)格單元構(gòu)建使用壽命預(yù)測(cè)模型。Faze等假設(shè)區(qū)段鋼軌傷損出現(xiàn)頻次滿足Poisson先驗(yàn)分布(參數(shù)考慮列車通過速度、軌道幾何缺陷、道床搗固等因素)，利用近似貝葉斯計(jì)算框架(ABC)預(yù)測(cè)鋼軌傷損出現(xiàn)頻次的后驗(yàn)分布，該方法在常規(guī)“數(shù)據(jù)”分析模型的基礎(chǔ)上，將鋼軌傷損出現(xiàn)頻次的預(yù)測(cè)精度提升了20％。

盡管基于數(shù)據(jù)挖掘的預(yù)測(cè)模型能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌服役狀態(tài)的預(yù)測(cè)，但是其預(yù)測(cè)精度和預(yù)測(cè)的難度高度依賴于觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在絕大多數(shù)情況下，鋼軌服役狀態(tài)的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是不完美的，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失或者數(shù)據(jù)異常，相應(yīng)的預(yù)測(cè)結(jié)果就會(huì)受到極大地負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中存在的問題，提出一種山區(qū)鐵路小半徑曲線換軌周期預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明利用兩種模型的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌換軌周期的預(yù)測(cè)，估計(jì)和預(yù)測(cè)山區(qū)鐵路鋼軌服役的可靠性以及相應(yīng)的換軌周期，進(jìn)而指導(dǎo)鐵路工務(wù)部門的日常養(yǎng)護(hù)維修工作的安排。

(1)鋼軌傷損與磨耗