專利名稱：軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵路安全運行控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法。
背景技術(shù)：
在鐵路路基、橋梁、道床等設(shè)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(chǎn)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(chǎn)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(tài)，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(guī)則評判軌道不平順狀態(tài)，給出是否限速等安全性建議及相應(yīng)的軌道維修建議?，F(xiàn)行軌道不平順狀態(tài)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(shù)值，與預先設(shè)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(xiàn)軌道不平順狀態(tài)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(fā)生不安全行為的軌道不平順狀態(tài)，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(chǎn)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(xiàn)象的原因是軌道不平順幅值與車輛動力學響應(yīng)之間的相關(guān)性較差，幅值法未考慮輪軌作用力的動力學響應(yīng)。國內(nèi)外少數(shù)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(tài)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(nèi)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了軌道不平順與輪軌力之間的相關(guān)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(xiàn)場測量數(shù)據(jù)來訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建模數(shù)據(jù)的完備性難以滿足，且所采用的前向靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建車輛/軌道的機械物理模型，然后計算車輛動力學響應(yīng)，進行車輛安全性的評判；但這類方法在構(gòu)建機理模型時忽略了復雜車輛/軌道系統(tǒng)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)在評判軌道不平順狀態(tài)的安全性方面存在的不足，提出一種軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種軌道不平順狀態(tài)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(shù)；步驟3 將軌道不平順參數(shù)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(zhí)行代碼；步驟4:將實測測量的軌道不平順數(shù)據(jù)輸入到可執(zhí)行代碼中，運行可執(zhí)行代碼得到輪軌作用力；步驟5 根據(jù)輪軌作用力計算軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標；步驟6 對計算出的軌道不平順狀態(tài)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(tài)的安全性評價指標與預設(shè)的安全性標準進行比較，得到軌道不平順狀態(tài)的安全性評判結(jié)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(zhuǎn)向架子結(jié)構(gòu)建模，包括建立車軸模型、建立車體架構(gòu)模型和建立力元模型；步驟12 調(diào)整坐標系和系統(tǒng)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(yīng)的接觸算法；步驟16 定義鉸接和二系力，連接轉(zhuǎn)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(shù)包括車輛類型、軌道類型、車輪踏面類型、轉(zhuǎn)向架類型和輪軌接觸類型。所述軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標包括脫軌系數(shù)、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(tài)的安全性評價指標進行處理具體是，對脫軌系數(shù)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OHz IOHz濾波的低頻濾波。所述步驟7具體是，當處理后的軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標中的任意一項超過預設(shè)安全性標準時，則判定軌道不平順狀態(tài)影響行車安全。本發(fā)明相比于已有的軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法，其評判結(jié)果更加準確。


圖1是軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法流程圖；圖2是建立車輛軌道模型的流程圖；圖3為軌道不平順狀態(tài)的安全性評判標準表。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。圖1是軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法流程圖。圖1中，本發(fā)明提供的軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法包括步驟1 畫出所需要建立的模型的拓撲圖，在多體動力學仿真軟件中構(gòu)建車輛軌道模型。多體動力學軟件采用SIMPACK8. 903的Wheel/Rail專業(yè)模塊，按照圖2所示的流程構(gòu)建車輛軌道模型。其過程是首先，進行轉(zhuǎn)向架子結(jié)構(gòu)建模建立車軸模型，定義左右軸端標記點和鉸接；建立構(gòu)架(或搖枕、側(cè)架)模型，定義相應(yīng)標記點和鉸接；新建力元，定義一系作用力，連接構(gòu)架和車軸。轉(zhuǎn)向架可選擇采用轉(zhuǎn)8A、轉(zhuǎn)8改、209T型和CRH2型。然后，進行主模型的建立包括調(diào)整坐標系和系統(tǒng)重力方向；定義線路類型，在 SIMPACK Track Definition中，根據(jù)需要可以采用標準線路、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型線路和道岔等不同類型的線路，并可設(shè)置直線、緩和曲線、曲線等各種復雜的線路，各種激勵、道床、彈性線路等都可以選擇定義； 建立標記點，調(diào)入轉(zhuǎn)向架子結(jié)構(gòu)，進行輪軌定義，可以根據(jù)機車、客車(包括動車組)、貨車等不同類型，定義車輪滾動圓半徑、軌距、軌底坡等參數(shù)，選擇相應(yīng)的車輪踏面類型和軌面類型，軌道可采用單層直接支承式模型或三層離散點支承式模型，可將鋼軌、道床、軌枕視為剛性或彈性體。鋼軌可選擇為Rail UIC60或UIC54，車輪踏面類型可采用適合客車、貨車的S1002和適合機車的JM3_Wheel。輪軌之間可以采用單點接觸或多點接觸，接觸算法可以采用Simplified Theory of Kalker(FASTSIM)的赫茲非線性彈性接觸模型或Vermeulen/ Johnson approximation ^ΜΙ^Μ ；最后，建立車體模型，新建相應(yīng)標記點，定義鉸接和二系力，連接轉(zhuǎn)向架和車體，車體、轉(zhuǎn)向架和輪對均考慮橫移、沉浮、側(cè)滾、點頭和搖頭振動。步驟2 確定具體的車輛類型、軌道類型、車輪踏面類型、轉(zhuǎn)向架類型及輪軌接觸類型等參數(shù)，修改對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件并輸入到步驟1構(gòu)建的車輛軌道模型中去，然后生成能獨立運行的車輛軌道模型的C語言代碼。步驟3 將實測軌道不平順數(shù)據(jù)(或軌道譜文件)輸入到步驟2生成的C語言程序中。步驟4 將實測測量的軌道不平順數(shù)據(jù)輸入到可執(zhí)行代碼中，以輪軌作用力為輸出，在C語言程序中運行得到輪軌作用力。步驟5 根據(jù)輪軌作用力計算軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標，包括脫軌系數(shù)、 輪重減載率和輪軌橫向力。步驟6 對計算出的軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標進行處理。即將得到的瞬時值進行處理，其中脫軌系數(shù)和輪重減載率進行移動平均濾波，濾波選取距離(米)為行車速度(千米/小時)除以72，輪軌橫向力進行0 10ΗΖ濾波的低頻濾波。步驟7 將處理后的軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標與預設(shè)的安全性標準進行比較，得到軌道不平順狀態(tài)的安全性評判結(jié)果。安全性評判標準如圖3所示。當任意一個指標超過預設(shè)安全性標準時，本發(fā)明認為超標處所對應(yīng)的軌道不平順狀態(tài)會影響行車安全， 需要及時通知鐵路維修與管理部門。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 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)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍
5為準。
權(quán)利要求
1.一種軌道不平順狀態(tài)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(shù)；步驟3:將軌道不平順參數(shù)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(zhí)行代碼；步驟4 將實測測量的軌道不平順數(shù)據(jù)輸入到可執(zhí)行代碼中，運行可執(zhí)行代碼得到輪軌作用力；步驟5 根據(jù)輪軌作用力計算軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標；步驟6 對計算出的軌道不平順狀態(tài)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(tài)的安全性評價指標與預設(shè)的安全性標準進行比較，得到軌道不平順狀態(tài)的安全性評判結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是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(zhuǎn)向架子結(jié)構(gòu)建模，包括建立車軸模型、建立車體架構(gòu)模型和建立力元模型；步驟12 調(diào)整坐標系和系統(tǒng)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(yīng)的接觸算法；步驟16 定義鉸接和二系力，連接轉(zhuǎn)向架和車體，完成車輛軌道模型的建立。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述軌道不平順參數(shù)包括車輛類型、軌道類型、車輪踏面類型、轉(zhuǎn)向架類型和輪軌接觸類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標包括脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軌橫向力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述對計算出的軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標進行處理具體是，對脫軌系數(shù)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OHz IOHz濾波的低頻濾波。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述步驟7具體是，當處理后的軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標中的任意一項超過預設(shè)安全性標準時，則判定軌道不平順狀態(tài)影響行車安全。
全文摘要
本發(fā)明公開了鐵路安全運行控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法。包括在多體動力學仿真軟件中建立車輛軌道模型；確定軌道不平順參數(shù)；將軌道不平順參數(shù)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(zhí)行代碼；將實測測量的軌道不平順數(shù)據(jù)輸入到可執(zhí)行代碼中，運行可執(zhí)行代碼得到輪軌作用力；根據(jù)輪軌作用力計算軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標；對計算出的軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標進行處理；將處理后的軌道不平順狀態(tài)的安全性評價指標與預設(shè)的安全性標準進行比較，得到軌道不平順狀態(tài)的安全性評判結(jié)果。本發(fā)明相比于已有的軌道不平順狀態(tài)的安全性評判方法，其評判結(jié)果更加準確。
文檔編號G06F17/50GK102521432SQ20111037002
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者衛(wèi)緯, 周惠娟, 龐學苗, 秦勇, 程曉卿, 賈利民, 邢宗義 申請人:北京交通大學