CN110263403B - 车轮踏面擦伤阈值确定方法和车轮踏面擦伤阈值确定装置 - Google Patents

车轮踏面擦伤阈值确定方法和车轮踏面擦伤阈值确定装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种车轮踏面擦伤阈值确定方法和车轮踏面擦伤阈值确定装置，属于轨道交通技术领域。所述车轮踏面擦伤阈值确定方法包括：根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型；根据所述三维擦伤模型建立车辆‑轨道耦合模型；根据所述车辆‑轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数值；将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较；以及在所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值相等时，确定当前的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为所述车轮踏面擦伤阈值。采用本发明实施例提供的技术方案确定的车轮踏面擦伤阈值更加接近车辆的真实情况，还能为铁道车辆检修标准提供合理的理论依据和具体实施指导。

Description

车轮踏面擦伤阈值确定方法和车轮踏面擦伤阈值确定装置
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体地涉及一种车轮踏面擦伤阈值确定方法。
背景技术
铁路实施第六次提速后，对车辆运用部门提出了更高的要求。由于货物列车运营速度越来越高，使铁路货车检修质量面临着更加严峻的考验。目前铁路货车轮对在运用中的常见故障所占的比例仍然居高不下，这势必会制约铁路货车的提速，影响行车安全。
车轮踏面擦伤是指由于车轮在轨面上滑行，而把圆形踏面磨成一个快或数块平面的现象。当车轮踏面擦伤超出限值以后，车轮的形状会受到破坏，其正常的运动轨迹也会发生变化，从而引发车辆非正常垂直振幅增大，而受到擦伤的车轮由于不能圆滑的旋转，所以还会进一步引起滑行，这势必会造成车轮踏面的进一步摩擦。随着车轮擦伤深度的增加，轮轨间的作用力将急剧增大，会增大车辆运行时车轮与钢轨间的冲击，增强车辆运行中的振动强度，加剧车辆的非正常磨耗，进而会导致车辆配件损坏，引发轴承故障，导致燃轴等事故发生，同时也会增大车辆的修理成本。因此，为了有效地提高车轮的使用寿命，确定车辆的车轮踏面擦伤安全阈值是非常有必要的。
传统的车轮踏面擦伤动力学数值仿真方法只考虑到二维擦伤模型，即只考虑车轮圆周方向的擦伤长度和深度引起的轮轨冲击，忽略了擦伤宽度对轮轨动态接触的影响，然而车辆在实际运用中的擦伤为三维踏面擦伤，导致纵向、横向和垂向轮轨接触状态均发生变化。
此外，传统的铁道车辆车轮踏面擦伤安全阈值的计算，是根据常规车辆动力学模型中的车轮擦伤长度和擦伤深度两个因素单独作用的结果进行计算，其计算结果不够科学和准确。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种车轮踏面擦伤阈值确定方法和车轮踏面擦伤阈值确定装置，用于解决上述技术问题中的一者或多者。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种车轮踏面擦伤阈值确定方法，所述方法包括：根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型；根据所述三维擦伤模型建立车辆-轨道耦合模型；根据所述车辆-轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数值；将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较；以及在所述车辆的动力学性能参数值与所述标准参数值相等时，确定当前的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为所述车轮踏面擦伤阈值。
可选的，所述根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型包括：根据车轮踏面擦伤的长度和宽度建立擦伤平面廓形；将所述平面廓形进行离散处理以形成多条曲线，并确定所述多条曲线的位置；根据所述多条曲线的位置对应的深度建立擦伤深度廓形；以及根据所述擦伤平面廓形和所述擦伤深度廓形，建立所述三维擦伤模型。
可选的，所述方法还包括通过以下公式建立擦伤平面廓形：
Figure BDA0002091780750000021
其中，a表示擦伤的最大长度的一半，b表示擦伤的最大宽度的一半。
可选的，所述方法还包括通过以下公式建立擦伤深度廓形zn：
Figure BDA0002091780750000022
其中，xn表示第n条曲线的位置，取值范围为(-a，a)，a表示擦伤的最大长度的一半，A表示擦伤的最大深度。
可选的，所述动力学性能参数包括以下中的一者或多者：安全性、平稳性和舒适性。
相应的，本发明实施例还提供一种车轮踏面擦伤阈值确定装置，所述装置包括：三维擦伤模型构建模块，用于根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型；车辆-轨道耦合模型构建模块，用于根据所述三维擦伤模型建立车辆-轨道耦合模型；参数确定模块，用于根据所述车辆-轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数值；比较模块，用于将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较；以及阈值确定模块，用于在所述车辆的动力学性能参数值与所述标准参数值相等时，确定当前的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为所述车轮踏面擦伤阈值。
可选的，所述根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型包括：根据车轮踏面擦伤的长度和宽度建立擦伤平面廓形；将所述平面廓形进行离散处理以形成多条曲线，并确定所述多条曲线的位置；根据所述多条曲线的位置对应的深度建立擦伤深度廓形；以及根据所述擦伤平面廓形和所述擦伤深度廓形，建立所述三维擦伤模型。
可选的，通过以下公式建立擦伤平面廓形：
Figure BDA0002091780750000031
其中，a表示擦伤的最大长度的一半，b表示擦伤的最大宽度的一半。
可选的，通过以下公式建立擦伤深度廓形zn：
Figure BDA0002091780750000032
其中，xn表示第n条曲线的位置，取值范围为(-a，a)，a表示擦伤的最大长度的一半，A表示擦伤的最大深度。
另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请上述中任一项所述的车轮踏面擦伤阈值确定方法。
通过上述技术方案，以获取的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为基础，可以确定该擦伤数据对应的车辆的动力学性能参数，并根据确定的动力学性能参数与标准参数的比较结果确定车轮踏面擦伤阈值，为铁道车辆检修标准提供合理的理论依据和具体实施指导，其既具有重要的理论意义，也具有很强的工程应用价值。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的车轮踏面擦伤阈值确定方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的车轮踏面擦伤阈值确定装置的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明实施例提供的一种车轮踏面擦伤阈值确定方法的流程示意图。如图1所示，所述车轮踏面擦伤阈值确定方法包括步骤S102至S110。
在步骤S102，根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型。
考虑到车辆在实际运用过程中，擦伤是三维的，并且会同时影响纵向、横向和垂向的轮轨接触状态，因此在该步骤中，本发明提供了一种三维的踏面擦伤建模方法。
所述建立三维擦伤模型的方法包括：根据车轮踏面擦伤的长度和宽度建立擦伤平面廓形；将所述平面廓形进行离散处理以形成多条曲线，并确定所述多条曲线的位置；根据所述多条曲线的位置对应的深度建立擦伤深度廓形；以及根据所述擦伤平面廓形和所述擦伤深度廓形，建立所述三维擦伤模型。
现以一踏面具有擦伤的车轮为例来详细解释本发明提供的建立三维擦伤模型的方法。
首先，需要先建立有关车轮踏面擦伤的二维模型。
考虑到踏面擦伤的平面图形为一个近似椭圆形，先获取该车轮踏面擦伤的最大长度2a和最大宽度2b，然后可以并依据以下公式来建立踏面擦伤的平面廓形：
Figure BDA0002091780750000051
其次，建立一个有关车轮踏面擦伤的深度廓形。
具体的，在获取该踏面擦伤的最大深度A以后，可以根据以下公式来建立踏面擦伤的深度廓形zn：
Figure BDA0002091780750000052
其中，a表示擦伤的最大长度的一半，而xn取值范围为(-a，a)。
接下来，需要根据以建立的车轮踏面擦伤平面廓形与车轮踏面擦伤深度廓形建立一个三维的擦伤模型。
例如，可以通过xn将车轮踏面擦伤平面廓形与车轮踏面擦伤深度廓形联系起来，即车轮踏面擦伤平面廓形的长轴方向将确定的椭圆离散为N条曲线，每条曲线的位置可以用xn来表示，再对
Figure BDA0002091780750000053
和
Figure BDA0002091780750000054
进行计算之后，即可得到三维擦伤模型。
可选的，车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度等相关参数可以采用现有的任意方法进行测量，本发明对此不作出限制。
在步骤S104，根据三维擦伤模型建立车辆-轨道耦合模型。
为了使确定的车轮踏面擦伤阈值更加精确，而在车辆-轨道耦合模型的建立过程中，既考虑了车辆子系统中各部件之间的相互作用，又考虑了车辆子系统与轨道子系统之间的耦合动力作用，因此优选以三维擦伤模型为依据建立车辆-轨道耦合模型来进行分析。
其中，在建立车辆-轨道耦合系统过程中，以三维擦伤模型的数据作为有关车轮踏面擦伤的数据，而有关车辆子系统的其它参数优选为其标准参数，有关轨道的参数可以是任意的，根据输入的轨道的参数的不同，还可以模拟车辆在有砟轨道、无砟轨道、路桥过渡段或轨道过渡段等不同轨道条件下的运行工况，还能够考虑实际线路中存在的道床板结、扣件失效或轨枕空吊等轨下基础缺陷，从而使得铁路车辆车轮踏面擦伤安全阈值的计算条件更加接近车辆的实际运营环境。
在步骤S106，根据车辆-轨道耦合模型确定车辆的动力学性能参数。
其中，根据获取的动力学性能参数不同，选择的算法也会有所差异，但是可以采用现有的任意的方法来获取车辆-轨道耦合模型对应的动力学性能参数，例如可以通过快速显示积分法计算在上述车轮踏面擦伤条件下的车辆动力学性能参数。
在步骤S108，将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较。
优选的，选择进行比较的动力学性能参数可以为安全性、平稳性和舒适性。本领域技术人员也可以根据实际需要来选择更多的动力学性能参数进行比较。
在步骤S110，在所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值相等时，确定当前的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为所述车轮踏面擦伤阈值。
其中，所述车轮踏面擦伤阈值对应的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度可以是不同的。因此，可以选择大量不同的样式的踏面擦伤的数据来进行计算，以获得更加科学准确的车轮踏面擦伤阈值。
将本发明实施例提供的上述方法运用于车轮踏面在不同擦伤长度、宽度及深度的处理当中，可以得到不同车轮踏面擦伤条件下的车辆动力学性能参数，并基于现有的动力学性能参数的评价标准，可以确定车轮踏面的擦伤情况对各个动力学性能参数的影响度。
此外，通过本发明实施例提供的技术方案，可以确定不同运用条件下的车轮踏面擦伤阈值，还可以确定车轮踏面擦伤阈值的范围，为铁道车辆检修标准提供合理的理论依据和具体实施指导，其既具有重要的理论意义，也具有很强的工程应用价值。
图2是本发明实施例提供的一种车轮踏面擦伤阈值确定装置的结构框图。如图2所示，所述车轮踏面擦伤阈值确定装置包括三维擦伤模型构建模块210、车辆-轨道耦合模型构建模块220、参数确定模块230、比较模块240以及阈值确定模块250。其中，三维擦伤模型构建模块210用于根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型，车辆-轨道耦合模型构建模块220用于根据已建立的三维擦伤模型建立车辆-轨道耦合模型，参数确定模块230用于根据已建立的车辆-轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数值，比较模块240用于将车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较，阈值确定模块250用于在车辆的动力学性能参数值与标准参数值相等时，确定当前的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为所述车轮踏面擦伤阈值。
可选的，三维擦伤模型构建模块210可以通过以下方法来建立三维擦伤模型：先根据车轮踏面擦伤的长度和宽度建立擦伤平面廓形；将所述平面廓形进行离散处理以形成多条曲线，并确定所述多条曲线的位置；根据所述多条曲线的位置对应的深度建立擦伤深度廓形；再根据所述擦伤平面廓形和所述擦伤深度廓形，建立所述三维擦伤模型。
可选的，可以根据以下公式建立擦伤平面廓形，
Figure BDA0002091780750000081
其中，a表示擦伤的最大长度的一半，b表示擦伤的最大宽度的一半。
可选的，可以根据以下公式建立擦伤深度廓形zn：
Figure BDA0002091780750000082
其中，xn表示第n条曲线的位置，取值范围为(-a，a)，a表示擦伤的最大长度的一半，A表示擦伤的最大深度。
可选的，上述动力学性能参数可以包括以下中的一者或多者：安全性、平稳性和舒适性。
本发明实施例提供的车轮踏面擦伤阈值确定装置的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的车轮踏面擦伤阈值确定方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有指令，该指令用于使得机器执行上述中任一项所述的车轮踏面擦伤阈值确定方法。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (8)

1.一种车轮踏面擦伤阈值确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型；
根据所述三维擦伤模型建立车辆-轨道耦合模型；
根据所述车辆-轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数值；
将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较；以及
在所述车辆的动力学性能参数值与所述标准参数值相等时，确定当前的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为所述车轮踏面擦伤阈值；
其中，所述根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型包括：
根据车轮踏面擦伤的长度和宽度建立擦伤平面廓形；
将所述平面廓形进行离散处理以形成多条曲线，并确定所述多条曲线的位置；
根据所述多条曲线的位置对应的深度建立擦伤深度廓形；以及
根据所述擦伤平面廓形和所述擦伤深度廓形，建立所述三维擦伤模型。
2.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤阈值确定方法，其特征在于，所述方法还包括通过以下公式建立擦伤平面廓形：
Figure FDA0004082854660000011
其中，a表示擦伤的最大长度的一半，b表示擦伤的最大宽度的一半。
3.根据权利要求1或2所述的车轮踏面擦伤阈值确定方法，其特征在于，所述方法还包括通过以下公式建立擦伤深度廓形zn：
Figure FDA0004082854660000012
其中，xn表示第n条曲线的位置，取值范围为(-a，a)，a表示擦伤的最大长度的一半，A表示擦伤的最大深度。
4.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤阈值确定方法，其特征在于，所述动力学性能参数包括以下中的一者或多者：安全性、平稳性和舒适性。
5.一种车轮踏面擦伤阈值确定装置，其特征在于，所述装置包括：
三维擦伤模型构建模块，用于根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型；
车辆-轨道耦合模型构建模块，用于根据所述三维擦伤模型建立车辆-轨道耦合模型；
参数确定模块，用于根据所述车辆-轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数值；
比较模块，用于将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较；以及
阈值确定模块，用于在所述车辆的动力学性能参数值与所述标准参数值相等时，确定当前的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度为所述车轮踏面擦伤阈值；
其中，所述根据车辆的车轮踏面擦伤的长度、宽度和深度建立三维擦伤模型包括：
根据车轮踏面擦伤的长度和宽度建立擦伤平面廓形；
将所述平面廓形进行离散处理以形成多条曲线，并确定所述多条曲线的位置；
根据所述多条曲线的位置对应的深度建立擦伤深度廓形；以及
根据所述擦伤平面廓形和所述擦伤深度廓形，建立所述三维擦伤模型。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，通过以下公式建立擦伤平面廓形：
Figure FDA0004082854660000031
其中，a表示擦伤的最大长度的一半，b表示擦伤的最大宽度的一半。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，通过以下公式建立擦伤深度廓形zn：
Figure FDA0004082854660000032
其中，xn表示第n条曲线的位置，取值范围为(-a，a)，a表示擦伤的最大长度的一半，A表示擦伤的最大深度。
8.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质存储有指令，该指令用于使得机器执行上述权利要求1-4中任一项所述的车轮踏面擦伤阈值确定方法。
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