本發(fā)明涉及車輛檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輪軌接觸狀態(tài)評估方法和裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，車輪和車軌是車輛的關(guān)鍵部件，特別是鐵路機(jī)車車輛的關(guān)鍵部件，與運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。然而，輪軌外形會隨著運(yùn)行因磨耗而不斷改變，這種改變對于動力學(xué)性能而言一般趨向不利的方向，對于接觸應(yīng)力和磨耗有較大不確定性和階段變化性。特別的，車輛在實際運(yùn)營過程中，由于車輛的類型不同，例如貨車或客車；鋼軌線路的走向不同，例如走向為直線或曲線以及車輛的載荷量不同，例如滿載或空載，所導(dǎo)致的車輛的車輪型面和鋼軌型面之間的接觸狀態(tài)也不同，因此輪軌接觸狀態(tài)極為復(fù)雜。為了對輪軌接觸狀態(tài)進(jìn)行研究，通常會隨機(jī)選取一對鋼軌型面進(jìn)行輪軌接觸狀態(tài)的匹配，然而所得到的輪軌接觸參數(shù)往往難以正確反映輪軌接觸狀態(tài)的具體情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種輪軌接觸狀態(tài)評估方法和裝置，可以準(zhǔn)確評估被評估鋼軌。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種輪軌接觸狀態(tài)評估方法，所述方法包括：測取若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面和被評估鋼軌型面；將所述車輪型面與被評估鋼軌型面匹配，獲取接觸參數(shù)序列；根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌。

進(jìn)一步地，所述測取若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面包括：將處于不同維修周期的運(yùn)營車輛的車輪外形分別進(jìn)行測繪，得到若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌的處理包括：根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪軌接觸點位置位于所述車輪型面上不同區(qū)域的分布比例，評估所述被評估鋼軌的傾翻風(fēng)險。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比 例，評估所述被評估鋼軌的處理包括：根據(jù)所述接觸參數(shù)中的等效錐度相對于等效錐度閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌的處理包括：根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪徑差相對于輪徑差閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌的處理包括：根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸角相對于接觸角閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌的處理包括：根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸應(yīng)力相對于接觸應(yīng)力閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種輪軌接觸狀態(tài)評估裝置，所述裝置包括：測取單元，用于測取若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面和被評估鋼軌型面被評估鋼軌型面；接觸參數(shù)獲取單元，用于將所述車輪型面與被評估鋼軌型面被評估鋼軌型面匹配，獲取接觸參數(shù)序列；評估單元，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌。

進(jìn)一步地，所述測取單元具體用于將處于不同維修周期的運(yùn)營車輛的車輪外形分別進(jìn)行測繪，得到若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面。

進(jìn)一步地，所述評估單元包括：輪軌接觸點評估子單元，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪軌接觸點位置位于所述車輪型面上不同區(qū)域的分布比例，評估所述被評估鋼軌的傾翻風(fēng)險；和/或，等效錐度評估子單元，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的等效錐度相對于等效錐度閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修；和/或，輪徑差評估子單元，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪徑差相對于輪徑差閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修；和/或，接觸角評估子單元，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸角相對于接觸角閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修；和/或，接觸應(yīng)力評估子單元，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸應(yīng)力相對于接觸應(yīng)力閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

本發(fā)明實施例提供的輪軌接觸狀態(tài)評估方法和裝置，通過統(tǒng)計的方法根據(jù)接觸參數(shù)序列分析得到接觸參數(shù)的分布規(guī)律，每項接觸參數(shù)與輪軌動力學(xué)性能之間有對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn) 值的比例，可以準(zhǔn)確評估被評估鋼軌型面的優(yōu)劣，并進(jìn)一步地確定被評估鋼軌的維修等級。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明實施例一中輪軌接觸狀態(tài)評估方法的流程圖；

圖2示出本發(fā)明實施例二中輪軌接觸狀態(tài)評估方法的流程圖；

圖3示出本發(fā)明實施例二中車輪型面的示意圖；

圖4示出本發(fā)明實施例二中被評估鋼軌型面的示意圖；

圖5示出本發(fā)明實施例二中的鋼軌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6示出本發(fā)明實施例二中的軌頂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7示出本發(fā)明實施例二中車輪型面和鋼軌型面的一種接觸狀態(tài)示意圖；

圖8示出本發(fā)明實施例二中車輪型面和鋼軌型面的另一種接觸狀態(tài)示意圖；

圖9示出本發(fā)明實施例三中輪軌接觸狀態(tài)評估裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例。

實施例一

圖1示出本發(fā)明實施例一中輪軌接觸狀態(tài)評估方法的流程圖。參見圖1，一種輪軌接觸狀態(tài)評估方法包括s110、s120和s130。

在s110，測取若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面和被評估鋼軌型面。

從車輛的實際運(yùn)營環(huán)境中，測取一定數(shù)量的車輪型面，優(yōu)選地，可以將處于不同維修周期的運(yùn)營車輛的車輪外形分別進(jìn)行測繪，得到若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面。具體地，可以將車輛的維修周期劃分為若干個階段，選取處于每個階段內(nèi)的一定數(shù)量的車輪，對選取的車輪外形進(jìn)行測繪，得到車輪型面。

對被評估鋼軌型面進(jìn)行測繪，得到被評估鋼軌型面。

在s120，將所述車輪型面與被評估鋼軌型面匹配，獲取接觸參數(shù)序列。

將所有車輪型面逐一與被評估鋼軌型面進(jìn)行匹配，獲取接觸參數(shù)序列。其中，輪軌接觸參數(shù)是由車輪型面和鋼軌型面進(jìn)行幾何接觸而確定 的參數(shù)值，輪軌接觸參數(shù)可以包括但不限于：輪軌接觸點位置、等效錐度、輪徑差、接觸應(yīng)力和接觸角度等等。因此，可以獲取所有車輪型面逐一與被評估鋼軌型面進(jìn)行匹配得到的輪軌接觸點位置序列、等效錐度序列、輪徑差序列、接觸應(yīng)力序列和接觸角度序列等等

在s130，根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，通過統(tǒng)計的方法根據(jù)接觸參數(shù)序列分析得到接觸參數(shù)的分布規(guī)律，每項接觸參數(shù)與輪軌動力學(xué)性能之間有對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，可以準(zhǔn)確評估被評估鋼軌型面的優(yōu)劣，并進(jìn)一步地確定被評估鋼軌的維修等級。

實施例二

圖2示出本發(fā)明實施例二中輪軌接觸狀態(tài)評估方法的流程圖。參見圖2，一種輪軌接觸狀態(tài)評估方法包括s210、s220以及s230、s240、s250、s260和s270。其中s210與實施例一中的s110對應(yīng)，s220與實施例一中的s220對應(yīng)，s230、s240、s250、s260和s270與實施例一中的s230對應(yīng)。

在s210，測取若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面和被評估鋼軌型面。

圖3示出本發(fā)明實施例二中車輪型面的示意圖。參見圖3，例如，將車輪的維修周期劃分為四個階段，每個階段隨機(jī)選取80個車輪樣本，由此得到的車輪型面310的樣本可代表車輪完整壽命時期內(nèi)的磨耗狀態(tài)。

圖4示出本發(fā)明實施例二中被評估鋼軌型面的示意圖。參見圖4，對被評估鋼軌進(jìn)行測繪，得到被評估鋼軌型面410。

在s220，將所述車輪型面與被評估鋼軌型面匹配，獲取接觸參數(shù)序列。

得到車輪型面的數(shù)據(jù)樣本后，使圖3中的每個車輪型面310分別與圖4中的被評估鋼軌型面410進(jìn)行匹配。

在s230，根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪軌接觸點位置位于所述車輪型面上不同區(qū)域的分布比例，評估所述被評估鋼軌的傾翻風(fēng)險。

在圖3中的每個車輪型面310分別與圖4中的被評估鋼軌型面410進(jìn)行匹配后，分析輪軌接觸點位置。輪軌接觸點位置直接影響輪軌力相對于軌底的力矩，圖5示出本發(fā)明實施例二中的鋼軌結(jié)構(gòu)示意圖，圖6 示出本發(fā)明實施例二中的軌頂結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖5，作用于軌頂?shù)臋M向力l和垂向力v均對鋼軌非工作邊側(cè)510軌底產(chǎn)生一定力矩，合成力矩m可由式(1)描述。力矩m大于零時，鋼軌傾覆風(fēng)險較高，等于零時為鋼軌傾覆的臨界值。力矩m大小與輪軌接觸點位置密切相關(guān)，接觸點位于非工作邊時，力矩最大，鋼軌傾覆風(fēng)險最高。

m＝l*h-v*d式(1)

式(1)中d為垂向力力臂，h為橫向力力臂。

參見圖6，為便于進(jìn)行評估，從鋼軌的工作邊620起從內(nèi)向外將軌頂分別劃分為4個區(qū)域：軌肩610、軌頂內(nèi)側(cè)620、軌頂中心630和軌頂外側(cè)640。根據(jù)鋼軌傾翻風(fēng)險評估結(jié)果，形成以下評估限值標(biāo)準(zhǔn)：

(1)應(yīng)盡可能避免車輪型面與被評估鋼軌的接觸點位于軌頂外側(cè)640，接觸點分布比例不應(yīng)大于30％，當(dāng)超過50％時應(yīng)立即維修。

(2)在車輪型面直線和曲線下股，接觸點應(yīng)盡可能分布于軌頂中心630，接觸點比例不小于60％，當(dāng)?shù)陀?0％時應(yīng)及時維修。

(3)在車輪型面半徑小于1000m的曲線上股，接觸點分布于軌肩610的比例不應(yīng)大于30％，當(dāng)超過50％時應(yīng)及時維修。

(4)在車輪型面半徑大于1000m曲線上股，接觸點分布于軌頂內(nèi)側(cè)620的比例不應(yīng)小于60％，低于40％應(yīng)及時維修。

在s240，根據(jù)所述接觸參數(shù)中的等效錐度相對于等效錐度閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

穩(wěn)定性是輪軌交通領(lǐng)域的特有現(xiàn)象，與車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)和等效錐度密切相關(guān)，通常由臨界速度來描述。等效錐度直接影響臨界速度，通常，等效錐度越大，臨界速度越小。因此，采用等效錐度對車輛穩(wěn)定性進(jìn)行評估。在圖3中的每個車輪型面310分別與圖4中的被評估鋼軌型面410進(jìn)行匹配后，計算出等效錐度的分布規(guī)律。通過多體動力學(xué)方法建立車輛動力學(xué)模型，計算等效錐度對臨界速度的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合車輛運(yùn)營速度確定等效錐度閾值。例如，常用貨車、普速客車等效錐度閾值為0.35，當(dāng)?shù)刃уF度超出等效錐度閾值比例超過20％時，應(yīng)開展鋼軌型面維修。

在s250，根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪徑差相對于輪徑差閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

圖7示出本發(fā)明實施例二中車輪型面和鋼軌型面的一種接觸狀態(tài)示 意圖。參見圖7，車輛通過小半徑曲線時，在軸箱定位約束下輪對難以處于徑向位置，產(chǎn)生明顯的輪對沖角。在車輪型面710和鋼軌型面720的外股輪軌間形成兩點接觸，點a位于踏面，點b位于軌側(cè)/輪緣。通常兩接觸點處的輪徑差存在一定差異，而且此輪徑差越大，輪對導(dǎo)向力矩越小，車輛通過性能越低。因此，此輪徑差可作為車輛通過性能的評價指標(biāo)，對于不同的車輪和鋼軌而言，輪徑差閾值不同，在本實施例中，通過理論計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輪徑差超過6mm時，車輛通過性能明顯降低，因此，在本實施例中設(shè)定6mm為輪徑差閾值。

在圖7中的每個車輪型面710和鋼軌型面720進(jìn)行匹配后，計算輪徑差的分布比例，當(dāng)超出輪徑差閾值的比例大于20％時，應(yīng)開展鋼軌型面維修。

在s260，根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸角相對于接觸角閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

圖8示出本發(fā)明實施例二中車輪型面和鋼軌型面的另一種接觸狀態(tài)示意圖。參見圖8，車輪型面810的輪緣和鋼軌型面820的軌側(cè)接觸時，軌間法向力產(chǎn)生橫向分量q和摩擦力，形成車輪爬軌風(fēng)險。

qsinαμ+pcosαμ≥psinα-qcosα式(2)

根據(jù)式(2)，當(dāng)輪軌間的摩擦力大于荷載沿接觸角方向的分量，車輪便能爬上鋼軌，式(2)中μ為摩擦系數(shù)，α為接觸角，q為輪軌橫向力，p為輪軌垂向力。摩擦系數(shù)和接觸角是影響爬軌的關(guān)鍵參數(shù)。摩擦系數(shù)受運(yùn)營環(huán)境影響，難以控制。而接觸角由輪軌外形決定，接觸角越大爬軌風(fēng)險越低。例如，干燥條件下摩擦系數(shù)取0.5，結(jié)合現(xiàn)有脫軌安全評價標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)式(3)計算得到對應(yīng)的接觸角為71°，將此角度作為接觸角閾值，在圖8中的每個車輪型面810和鋼軌型面820接觸后，接觸角超出接觸角閾值的比例超過20％時，應(yīng)開展鋼軌型面維修。

在s270，根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸應(yīng)力相對于接觸應(yīng)力閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

較大的接觸應(yīng)力是產(chǎn)生接觸疲勞的根源，根據(jù)接觸疲勞形成理論，剪切應(yīng)力越大，越易形成接觸疲勞。鋼軌材料的平均屈服極限約為470mpa，根據(jù)安定極限理論，當(dāng)材料接觸應(yīng)力超過屈服極限3～3.5倍時材料易形成接觸疲勞。因此，將1500mpa作為接觸應(yīng)力閾值。在每個車 輪型面810和鋼軌型面820接觸后，接觸應(yīng)力超出接觸應(yīng)力閾值比例超過20％時，應(yīng)開展鋼軌型面維修。

實施例三

圖9示出本發(fā)明實施例三中輪軌接觸狀態(tài)評估裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例的輪軌接觸狀態(tài)評估裝置用于執(zhí)行實施例一和實施例二的輪軌接觸狀態(tài)評估方法。參見圖9，輪軌接觸狀態(tài)評估裝置包括測取單元910、接觸參數(shù)獲取單元920和評估單元930。

測取單元910，用于測取若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面和被評估鋼軌型面。

接觸參數(shù)獲取單元920，用于將所述車輪型面與被評估鋼軌型面被評估鋼軌型面匹配，獲取接觸參數(shù)序列。

評估單元930，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，評估所述被評估鋼軌。

進(jìn)一步地，所述測取單元具體用于將處于不同維修周期的運(yùn)營車輛的車輪外形分別進(jìn)行測繪，得到若干實際運(yùn)營車輛的車輪型面。

進(jìn)一步地，所述評估單元至少包括以下子單元其中之一：輪軌接觸點評估子單元、等效錐度評估子單元、輪徑差評估子單元、接觸角評估子單元和接觸應(yīng)力評估子單元。

輪軌接觸點評估子單元(圖中未示出)，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪軌接觸點位置位于所述車輪型面上不同區(qū)域的分布比例，評估所述被評估鋼軌的傾翻風(fēng)險。

等效錐度評估子單元(圖中未示出)，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的等效錐度相對于等效錐度閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

輪徑差評估子單元(圖中未示出)，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的輪徑差相對于輪徑差閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

接觸角評估子單元(圖中未示出)，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸角相對于接觸角閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

接觸應(yīng)力評估子單元(圖中未示出)，用于根據(jù)所述接觸參數(shù)中的接觸應(yīng)力相對于接觸應(yīng)力閾值的比例，評估所述被評估鋼軌是否應(yīng)該維修。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，通過統(tǒng)計的方法根據(jù)接觸參數(shù)序列分析得到接觸參數(shù)的分布規(guī)律，每項接觸參數(shù)與輪軌動力學(xué)性能之間有對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)接觸參數(shù)相對于接觸參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)值的比例，可以準(zhǔn)確評估被評估鋼軌型面的優(yōu)劣，并進(jìn)一步地確定被評估鋼軌的維修等級。

上述根據(jù)本發(fā)明的方法可在硬件、固件中實現(xiàn)，或者被實現(xiàn)為可存儲在記錄介質(zhì)(諸如cdrom、ram、軟盤、硬盤或磁光盤)中的軟件或計算機(jī)代碼，或者被實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)下載的原始存儲在遠(yuǎn)程記錄介質(zhì)或非暫時機(jī)器可讀介質(zhì)中并將被存儲在本地記錄介質(zhì)中的計算機(jī)代碼，從而在此描述的方法可被存儲在使用通用計算機(jī)、專用處理器或者可編程或?qū)Ｓ糜布?諸如asic或fpga)的記錄介質(zhì)上的這樣的軟件處理?？梢岳斫?，計算機(jī)、處理器、微處理器控制器或可編程硬件包括可存儲或接收軟件或計算機(jī)代碼的存儲組件(例如，ram、rom、閃存等)，當(dāng)所述軟件或計算機(jī)代碼被計算機(jī)、處理器或硬件訪問且執(zhí)行時，實現(xiàn)在此描述的處理方法。此外，當(dāng)通用計算機(jī)訪問用于實現(xiàn)在此示出的處理的代碼時，代碼的執(zhí)行將通用計算機(jī)轉(zhuǎn)換為用于執(zhí)行在此示出的處理的專用計算機(jī)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。