CN111290295A - 轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，包括：数据源模块SJ、分析模块FX、计划模块JH、管理支持模块GL和综合展示模块ZS。实时获取目前轮轨界面状态的诊断结果数据；同时车轮磨耗仿真预测子模块Tγ/A‑磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，得到未来各车轮磨耗情况的预测结果数据，实现对铁路部门轮轨界面状态的准确判断，尤其是针对车轮磨耗情况中的磨损车轮编号、磨耗位置以及磨耗深度等数据，更加准确的判断轮轨界面润滑与摩擦控制技术应用方案，实现最佳轮轨减摩效果。此外，本发明信息化管理工具将轮轨关系服役过程中的涉及的轨道、车辆及轮轨界面管理技术数据汇集于同一个专业决策支持系统，为深入研究轮轨关系，实现辅助铁路部门的运营与维护工作进行精准决策与预期规划提供了良好的技术平台。

Description

轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统

技术领域

本发明涉及铁路信息技术领域，尤其涉及一种轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统。

背景技术

从铁路诞生以来，轮轨摩擦副是轨道和车辆两个主系统的唯一接触部位，其面积虽小，但是轮轨界面状态的维护工作非常重要，它不仅影响车辆与轨道间的相互作用，并且对于提高整个轨道系统的运营质量和经济效益都有显著的影响。随着铁路建设和运营里程的不断扩大、列车运行密度的不断提高以及小半径曲线区段的大幅增多，加剧了车轮与轨道状态的恶化速度。钢轨常见的损伤形式有剥落、剥离、压溃、波浪形磨损、侧磨以及疲劳裂纹。车轮的磨损主要发生在车轮轮缘和踏面，车轮踏面的磨损主要表现为车轮踏面的剥离磨损和踏面擦伤。同时，在一些特定情况下轮轨界面还可能出现一些严重的问题，例如曲线段的磨耗损伤严重，在半径小、曲线多，线路不平顺的地区，轮轨滚动接触噪声和摩擦噪声对周围环境影响明显等问题。

轮轨界面作为一个整体，既有轮缘与轨道侧面的滑动摩擦，又有踏面的滚动摩擦，针对这两种摩擦的轮轨润滑技术和踏面摩擦控制技术需要有机地相互结合起来才会起到最佳地养护效果。然而车轮与轨道状态的恶化的重要原因在于这两种技术仍是粗放式的使用，没有建立合适信息化管理工具，使用上缺乏统一性与科学性，不能实现最优化的轮轨界面维护效果。这样的使用方式除了本身不能全面的解决轮轨界面存在的问题之外，还可能由于不合理的维护方案带来更多的问题。例如，由于不合理的涂油方案导致油楔效应，产生剥落损伤，还可能导致轮轨润滑油爬轨而导致车轮打滑擦伤。

此外，在推动轮轨关系研究方面，建立信息化管理工具将轮轨关系服役过程中的涉及的轨道、车辆及轮轨界面管理技术数据汇集于同一个专业决策支持系统，能为深入研究轮轨关系提供重要的手段，更可以实现辅助铁路部门的运营与维护工作进行精准决策与预期规划。

发明内容

发明的目的在于提供一种轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，从而解决轮轨润滑技术与摩擦调控技术应用的科学性和系统性所存在的问题，实现提升铁路安全运行品质，信息化管理轮轨界面的目标。

为了实现上述目的，本发明所述轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特征在于，所述系统包括数据源模块SJ、分析模块FX、决策模块JC、计划模块JH、系统管理模块GL、综合展示模块ZS：

数据源模块SJ，用于对数据的采集、储存、查询、下载、显示及编组；所述数据包括轮轨润滑与摩擦控制技术应用记录、轮轨界面检测数据、线路基本路况信息、车辆基本参数、以及车辆运行与运用信息；所述数据从铁路部门的信息中心获取；

分析模块FX，用于从数据源模块SJ调取数据分别进行轮轨界面诊断分析与车轮磨耗仿真预测分析；所述轮轨界面诊断分析为结合数据模块中的现场实际数据与知识库子模块中的状态评定规则进行诊断，得到目前轮轨界面状态的诊断结果数据；所述车轮磨耗仿真预测分析为基于Tγ/A-磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，得到未来各车轮磨耗情况的预测结果数据；

决策模块JC，用于根据数据源模块SJ与分析模块FX的数据，通过知识库子模块与推理机技术进行条件和状态的判读处理，输出轮轨界面维护方案数据，实现轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持行为；

计划模块JH，用于根据决策模块JC输出的轮轨界面维护方案数据，输出相应检测、检修计划制定信息；再根据计划制定信息，输出各项作业资源分配信息，以及收集得到作业进度信息；

系统管理模块GL，用于界面管理(含系统模块、应用界面)、用户管理(含部门用户、角色成员)、权限管理(权限注册、功能授权、分级授权)、系统监控，以确保各级界面功能配置、授权及权限分发操作的正确；

综合展示模块ZS，用于汇总信息建立系统综合展示首页面，所述综合展示首页面包括系统关键信息的实时监控板块、用户常用功能导航链接板块、待处理信息提示板块、以及地理信息板块；

所述分析模块FX中基于改进的Tγ/A-磨损率模型G的计算流程如下：(1)首先通过常规车辆动力学模型，并初始化仿真参数，采用Hertz理论和Kalker简化理论计算每一时刻轮轨接触斑蠕滑力的大小及黏滑区的分布；(2)采用车轮磨耗量等效计算方法将不同时刻接触斑上的磨耗深度沿纵向累加即可得到磨耗深度沿车轮踏面的分布；(3)对磨耗深度数据及更新后车轮踏面数据分别采用数据平滑方法处理，得到磨耗后的车轮踏面——即所测车轮相应截面各点沿轴向的半径分布；(4)以所设阈值为判断条件进行踏面更新，并继续下次仿真；(5)结束仿真，输出磨耗后各车轮踏面型面、磨耗位置、磨耗深度。

具体仿真流程包括以下步骤：

步骤S31，从数据源模块SJ中提取数据

所述数据通常包括：目标路段润滑与摩擦控制技术应用记录、地理信息、钢轨廓形、车轮廓形、车辆运用信息、车辆配置信息、轮对检修记录、曲线参数、直线参数以及上下坡参数；

步骤S32，初始化仿真参数

设置初始车轮踏面、钢轨型面、车辆以及线路等参数，并将数据转换成多体动力学软件需要的格式；

步骤S33，多体动力学仿真计算

调用多体动力学仿真软件进行动力学和运动学仿真，输出轮轨运动关系、作用力、空间几何接触关系数据；

步骤S34：将步骤S33输出数据转化为Matlab软件编写的基于Tγ/A-磨损率模型所需的格式；

步骤S35：调用Matlab软件开始基于Tγ/A-磨损率模型的运算，输出运算结果包括：各编号车轮的磨耗位置与磨耗量；

步骤S36，保存仿真结果数据

将保存的仿真结果数据发送至决策模块JC；

步骤S37，判断是否结束仿真运算

若确定仿真运算结束，则执行步骤S38；若确定仿真运算未结束，则返回步骤S32；

步骤S38，仿真运算结束。

进一步地，本发明的细部的组成如下。

所设阈值包括以下条件之一：运行距离满1000米；车轮踏面磨耗深度进展1毫米。

数据源模块SJ，包括：

润滑与摩擦控制技术应用记录子模块，用于采集并储存轮轨界面所使用的润滑与摩擦控制技术应用记录的数据，并对数据进行查询、下载、共享、统计；所述应用记录包括车载摩擦改性剂、轮缘润滑剂涂敷装置工作记录、撒砂器响应记录、道旁摩擦改性剂涂敷装置工作日志、路段通过车轮周次、部分人工涂油路段的作业记录；

轮轨检测数据子模块，用于采集并储存综合检测车、轨道检查仪、车载动态添乘仪、日常状态检查多个检测资源，同时负责对采集得到的数据进行查询、下载、共享、统计；所述检测资源包括地理信息、钢轨廓形、车轮廓形以及波磨数据；

车辆基础数据子模块，用于采集并储存车辆基础信息，同时负责对采集得到的数据进行查询、下载、共享、统计；所述车辆基础信息包括车辆运用信息、车辆配置信息、轮对检修记录；

线路基础数据子模块，用于采集并储存线路的基本路况数据；所述线路的基本路况数据包括各线路包含的各曲线参数、直线参数以及上下坡参数；

编组子模块，负责将机车/动车组列车编号，轮对编号，钢轨养护路段编号，砂箱/道旁式摩擦改性剂涂敷装备/车载式摩擦改性剂涂敷装备编号，使用的增黏砂/摩擦改性剂等材料编号。

分析模块FX，包括：

轮轨界面诊断子模块，用于从使用数据源模块SJ中调取目标路段所使用的润滑与摩擦控制技术应用记录的数据和轮轨检测数据，输入至知识库子模块中，根据知识库中储存的异常磨耗、噪声、波浪磨损以及偏磨问题的判定规则进行信息的判别与匹配，输出轮轨界面问题的诊断结果数据；

车轮磨耗仿真预测子模块，用于使用从数据源模块SJ中调取目标路段线路基础数据、车辆基础数据以及轮轨检测数据作为仿真初始条件，基于Tγ/A-磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，输出未来各车轮磨耗情况的预测结果数据。

决策模块JC，包括：

知识库子模块，用于储存轨界面养护知识库用于提供轮轨润滑技术与踏面摩擦控制技术的应用知识，以及轮轨界面检测、检修作业知识；

推理机子模块，用于根据分析模块FX输出的结果数据，结合知识库子模块的知识进行条件和状态的判读处理，得出润滑与摩擦控制决策结论。

计划模块JH，包括：

维护计划子模块，用于根据决策结果，得出相应检测、检修计划制定信息，并送达至相关部门；

计划执行记录子模块，用于依据计划制定信息，得到各项作业资源分配信息，以及收集得到作业进度信息，并送达至相关部门；

管理支持模块GL，包括：

用户信息管理子模块，用于管理整个系统的用户信息(含部门用户、角色成员)以及负责系统的账户增删；

权限管理子模块，权限管理(权限注册、功能授权、分级授权)、系统监控，以确保各级界面功能配置、授权及权限分发操作的正确，限制非法操作，确保系统安全性。

综合展示模块ZS包括：

关键信息监控子模块，用于定期进行指定信息的汇总，进一步的，自动生成清晰的图表进行展示并监控，所述指定信息包括线路设备状态、超限预警、异常销号、计划编制和计划执行情况信息、地理信息子模块，用于结合地理信息数据，集成展示线路运营状态、作业点分布、设备状态、现场人员活动轨迹。

本发明的有益效果是：

第一、实现铁路部门对轮轨界面的有效精准维护，提升铁路安全运行品质。系统通过轮轨界面诊断分析为结合知识库子模块中的状态评定规则，得到目前轮轨界面状态的诊断结果数据；同时车轮磨耗仿真预测子模块Tγ/A-磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，得到未来各车轮磨耗情况的预测结果数据，实现对铁路部门轮轨界面状态的准确判断，尤其是针对车轮磨耗情况中的磨损车轮编号、磨耗位置以及磨耗深度等数据，根据以上预测结果数据制定相应的知识库中的知识、推理规则，其中知识就可以是针对润滑剂、摩擦调节剂的涂敷方案(综合调控还是单独、涂敷量、涂敷位置)建立相关知识。从而，实现更加准确的判断轮轨界面润滑与摩擦控制技术应用方案，有效解决当前轮轨润滑技术与踏面摩擦控制技术应用上缺乏系统性，不能实现最佳的轮轨减摩效果的问题，能够多方位的提升铁路安全运行品质，带来明显的社会效益与经济效益。

第二、为车轮磨耗计算提供了一种具有更低成本、高精度、高可靠性的仿真模型。该模型与过去大多采用的基于Archard磨耗值数的Jendel模型相比具有Tγ/A指数获得成本更低，且计算结果精度与可靠性更高的优点，是预测及预防车轮高磨耗、降低铁路运营风险的更优方法。

第三、深度挖掘轮轨关系数据资源价值。巨大的轮轨关系数据，尤其是现场真实运行数据，是改善优化轮轨关系问题的重要参考，是中国铁路的宝贵知识财富。通过建立信息化管理工具将轮轨关系服役过程中的涉及的轨道、车辆及轮轨界面管理技术数据汇集于同一个专业决策支持系统，在实现辅助铁路部门针对轮轨界面的运营与维护工作进行精准决策与预期规划的同时，还能为深入研究轮轨关系提供重要的手段。

附图说明

图1是本实施例中一种轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统的功能结构示意图。

图2是本实施例中分析模块工作流程示意图。

图3是本实施例中轮轨界面诊断子模块工作流程示意图。

图4是本实施例中车轮磨耗仿真预测子模块工作流程示意图。

图5是本实施例中Tγ/A-磨损率模型仿真计算流程示意图。

图6是本实施例中车轮磨耗量等效计算示意图。

图7是本实施例中一种轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统的总体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1，示出了本发明实施例中一种轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统的结构框图，该轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，包括：

数据源模块SJ，用于对数据的采集、储存、查询、下载、显示及编组；所述数据包括轮轨润滑与摩擦控制技术应用记录、轮轨界面检测数据、线路基本路况信息、车辆基本参数、以及车辆运行与运用信息；所述数据从铁路部门的信息中心获取；

在本实施例中，数据源模块具体可以包括：

润滑与摩擦控制技术应用记录子模块

优选的，润滑与摩擦控制技术应用记录子模块用于采集并储存轮轨界面所使用的润滑与摩擦控制技术应用记录的数据，并对数据进行查询、下载、共享、统计；所述应用记录包括车载摩擦改性剂、轮缘润滑剂涂敷装置工作记录、撒砂器响应记录、道旁摩擦改性剂涂敷装置工作日志、路段通过车轮周次、部分人工涂油路段的作业记录等；

轮轨检测数据子模块

优选的，轮轨检测数据子模块用于采集并储存综合检测车、轨道检查仪、车载动态添乘仪、日常状态检查等检测资源，同时负责对采集得到的数据进行查询、下载、共享、统计；所述检测资源包括地理信息、钢轨廓形、车轮廓形、偏磨以及波磨检测数据；

车辆基础数据子模块

优选的，车辆基础数据子模块用于采集并储存车辆基础信息，同时负责对采集得到的数据进行查询、下载、共享、统计；所述车辆基础信息包括车辆运用信息、车辆配置信息、轮对检修记录；

线路基础数据子模块

优选的，线路基础数据子模块用于采集并储存线路的基本路况数据；所述线路的基本路况数据包括各线路包含的各曲线参数、直线参数以及上下坡参数；

编组子模块

优选的，编组子模块负责将机车/动车组列车编号，轮对编号，钢轨养护路段编号，砂箱/道旁式摩擦改性剂涂敷装备/车载式摩擦改性剂涂敷装备编号，使用的增黏砂/摩擦改性剂等材料编号等。

分析模块FX，用于从数据源模块SJ调取数据分别进行轮轨界面诊断分析与车轮磨耗仿真预测分析；所述轮轨界面诊断分析为结合数据模块中的现场实际数据与知识库子模块中的状态评定规则，得到目前轮轨界面状态的诊断结果数据；所述车轮磨耗仿真预测分析为基于Tγ/A-磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，得到未来各车轮磨耗情况的预测结果数据。

如图2，本发明实施例中一种分析模块的工作流程示意图。

在本实施例中，分析模块FX具体可以包括：

轮轨界面诊断子模块

优选的，用于从使用数据源模块SJ中调取目标路段所使用的润滑与摩擦控制技术应用记录的数据和轮轨检测数据，根据知识库中储存的异常磨耗、噪声、波浪磨损以及偏磨等问题的判定规则进行信息的判别与匹配，输出轮轨界面问题的诊断结果数据；

如图3，示出了本发明实施例中一种轮轨界面诊断流程示意图，该轮轨界面诊断子模块的具体工作流程如下：(1)根据诊断需要从数据源模块SJ中提取数据，包括目标路段车载摩擦改性剂、轮缘润滑剂涂敷装置工作记录、撒砂器响应记录、道旁摩擦改性剂涂敷装置工作日志、路段通过车轮周次、部分人工涂油路段的作业记录、地理信息、钢轨廓形、车轮廓形、偏磨以及波磨检测数据。(2)对数据进行统计处理，生成历史数据对比信息、统计超出。(3)根据知识库中储存的异常磨耗、噪声、波浪磨损以及偏磨等问题的判定规则进行信息的判别与匹配。

车轮磨耗仿真预测子模块

优选的，车轮磨耗仿真预测模块用于使用从数据源模块SJ中调取目标路段线路基础数据、车辆基础数据以及轮轨检测数据作为仿真初始条件，基于Tγ/A-磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，输出未来各车轮磨耗情况的预测结果数据。

优选的，车轮磨耗仿真预测模块可通过数据源模块采集的段线路基础数据(如曲线半径、长度、坡度等)、车辆基础数据(如轴重、车速、转向架型号等)以及轮轨检测数据(如车轮踏面形状、钢轨廓形)作为仿真初始条件，基于Tγ/A-磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，输出未来各车轮磨耗情况的预测结果数据(如磨耗车轮编号、磨耗后车轮踏面、磨耗位置、磨耗深度等)，再根据以上预测结果数据制定相应的知识库中的知识、推理规则，并将预测结果数据作为知识库进行轮轨界面维护方案决策的重要参考。其中知识可以是针对润滑剂、摩擦调节剂的涂敷方案(综合调控还是单独、涂敷量、涂敷位置等)建立相关知识。

如图4，示出了本发明实施例中一种车轮磨耗仿真预测子模块的工作流程示意图，该车轮磨耗仿真预测子模块的具体工作流程可以如下：

步骤S31，从数据源模块SJ中提取数据；

所述数据通常包括：目标路段润滑与摩擦控制技术应用记录、地理信息、钢轨廓形、车轮廓形、车辆运用信息、车辆配置信息、轮对检修记录、曲线参数、直线参数以及上下坡参数。

步骤S32，初始化仿真参数。

设置初始车轮踏面、钢轨型面、车辆以及线路等参数，并将数据转换成多体动力学软件需要的格式。

步骤S33，多体动力学仿真计算

在本实施例中，调用多体动力学仿真软件进行动力学和运动学仿真，输出轮轨运动关系、作用力、空间几何接触关系数据。

步骤S34：将步骤S33输出数据转化为Matlab软件编写的基于Tγ/A-磨损率车轮磨耗计算模型所需的格式。

步骤S35：调用Matlab软件开始基于Tγ/A-磨损率模型的运算，输出运算结果包括：各编号车轮的磨耗位置与磨耗量。

步骤S36，保存仿真结果数据。

在本实施例中，可以根据需要将保存的仿真结果数据发送至决策模块JC。

步骤S37，判断是否结束仿真运算。

在本实施例中，若确定仿真运算结束，则执行步骤S38；若确定仿真运算未结束，则返回步骤S32。

步骤S38，仿真运算结束。

优选的，仿真流程中使用的基于Tγ/A-磨损率模型是本次仿真中的核心，其输出的结果也是作为决策模块JC进行决策的重要参数。

改进的-磨损率模型G可用于快速计算车轮踏面的磨耗深度。

如图5，示出了该模型的计算流程，该基于Tγ/A-磨损率模型的具体计算流程如下：(1)首先通过多体动力学软件建立车辆动力学模型，并初始化仿真参数，采用Hertz理论和Kalker简化理论计算每一时刻轮轨接触斑蠕滑力的大小及黏滑区的分布；(2)使用Tγ/A踏面磨损模型计算出接触斑上磨耗深度的分布，采用车轮磨耗量等效计算方法将不同时刻接触斑上的磨耗深度沿纵向(车轮滚动方向)累加即可得到磨耗深度沿车轮踏面的分布；(3)对磨耗深度数据及更新后车轮踏面数据分别采用5点3次平滑和三次样条两种平滑方法处理，得到磨耗后的车轮踏面；(4)更新车轮踏面并进行下次仿真；(5)结束仿真，输出磨耗后各车轮踏面型面、磨耗位置、磨耗深度等。所述所设阈值包括以下条件之一1、运行距离满1000米；2、车轮踏面磨耗深度进展1毫米。

发明改进的车轮踏面磨损模型G Tγ/A-磨损率数据可由WR-1轮轨滚动磨损试验机采用Hertz接触模拟准则进行对磨实验获得；Tγ/A值其中：T为轮轨界面切向力(N)，γ为蠕滑系数，A为轮轨接触面积(mm²)得到；所述Tγ/A-磨损率数据与以往大多采用的基于Archard磨耗系数的Jendel模型相比，具有成本较低，获得方便的优点；

该模型将接触斑内单元格(i，j)处的磨耗深度描述为

式(1)中，Δh为磨耗深度；v_v为车辆运行速度；Δt为车轮通过该单元格的时间；ρ为车轮材料密度；k_B为车轮材料磨损率，磨损率k_B与T(i，j)γ(i，j)/A(i，j)的值有关，其中A(i，j)为单元格(i，j)的面积。

如图6，示出了车轮磨耗量等效计算示意图，该模型采用车轮磨耗量等效计算方法为将不同时刻接触斑上的磨耗深度沿纵向(车轮滚动方向)累加，得到磨耗深度沿车轮踏面的分布；具体为：首先将车轮坐标按照接触斑单元格大小进行离散，并将接触斑上沿x₁方向每个网格磨耗量叠加起来作为车轮滚动一周的磨耗；具体公式计算为：

式(2)中，i，j为接触斑局部坐标系里x₁方向和x₂方向网格编号；MY为接触斑局部坐标系x₂方向的网格数；MX为接触斑局部坐标系方向的网格数；w(i，j)为接触斑i，j网格对应的磨耗；w_cir(j)为车轮每滚一周在j网格处的磨耗，再根据接触点坐标将对应长条的磨耗w_cir(j)叠加到车轮上；所述x₁和x₂为接触斑上的纵向和横向坐标轴。

决策模块JC，用于根据数据源模块SJ与分析模块FX的数据，通过知识库子模块与推理机技术进行条件和状态的判读处理，实现轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持行为。

在本实施例中，将基于Tγ/A-磨损率指数的车轮踏面磨损模型与基于Archard磨损指数车轮踏面磨损模型的仿真结果进行了比较发现：相同工况下前者仿真获得的车轮踏面磨耗值要小。其原因可能在于采用的Tγ/A-磨损率指数作为模型的重要输入参数，其取值具有较好的连续性，即接触斑每个微小区域上的Tγ/A值对应一个具体的磨损率值。而Archard磨损系数往往只能在对应的4个区域内取值估算，常见取值方法为各个区间的中间值。因此，基于Tγ/A-磨损率模型仿真结果应具有更好的精度和可靠性。

在本实施例中，决策模块JC具体可以包括：

知识库子模块

优选的，知识库子模块包括轮轨界面状态库、状态评定规则库、以及轮轨界面养护知识库；其中，轮轨界面状态库用于储存轨道状态评定项目表和拟定参数表，包括各类评定项目的信息以及各设备类型、轨道状态评定项目编号、名称等；状态评定规则库由自定义规则与自定义事实组成，包括异常磨耗、噪声、波浪磨损以及偏磨等问题的表示信息；轨界面养护知识库用于提供轮轨润滑技术与踏面摩擦控制技术的应用知识，以及轮轨界面检测、检修作业知识，其中，知识的获取方式可以通过查阅相关文献、国家标准，现场调研及专家采访等方法获取轨道维修领域的专家知识。

推理机子模块

优选的，推理机子模块用于实现决策模块JC的各个模块决策功能。推理机子模块的建立包括：推理策略的选择、设计推理过程。决策功能是指推理机子模块根据已有的前提，到知识库子模块中去寻找与之匹配的问题与知识，并从所有匹配的问题与知识中选择一条适合的问题与知识进行推理，最终得出结论的过程。

其中，轮轨界面诊断子模块与知识库子模块进行分析判断后输出的诊断结果数据，发送至推理机子模块进行知识推理，可从知识库子模块中匹配出相应的知识，得出轮轨界面维护应当使用的润滑剂、摩擦调节剂的综合应用方式以及种类等；车轮磨耗仿真预测模块输出的磨损车轮编号、磨耗深度以及磨耗位置等数据，发送至推理机子模块进行知识库子模块的知识匹配，得出轮轨界面维护的润滑剂、摩擦调节剂的优化涂敷方案，所述涂敷方案包括：润滑剂、摩擦调节剂的涂敷位置、时间以及涂敷量。

在本实施例中，计划模块JH具体可以包括：维护计划子模块,用于根据决策结果，得出相应检测、检修计划制定信息，并送达至相关部门；计划执行记录子模块，用于依据计划制定信息，得到各项作业资源分配信息，以及收集得到作业进度信息，并送达至相关部门；

维护计划子模块

优选的，检测、检修计划模块JH,用于进行检测、检修计划的制定、更改和下发。检测、检修计划模块JH根据分析与决策模块JC的输出结果，用于结合线路修程修制，辅助决策模块JC决策结果制定检修计划；结合天窗计划与车辆运行计划，建立月、周、日维护计划，编制线路检测计划，将计划发送给专业负责人进行审核，审核通过后下发至相关部门，若审核不通过，则由专业负责人提出变更申请，并进行计划变更与重新审核，在收到专业负责人制定的变更计划后，更新计划并下发。

计划执行记录子模块

优选的，计划执行记录模块用于根据所述的计划进行现场任务分配与执行监控。计划执行流程包括计划接收、任务分配、分配审核、任务下发、任务接收、记录上传、记录审核、任务结束和终止任务。管理员对检测、检修计划模块JH下发的计划接收后，管理员在计划执行记录模块辅助下进行线上任务分配，将任务分配计划发送至专业负责人进行审核，专业负责人审核通过后可下发任务，各任务人员接收任务，随后执行各自的任务。待任务中要求的作业完成后，上传规定的任务记录，由管理员接收到任务记录并审核后结束任务，如计划及任务执行过程中遇到问题可选择终止任务。

在本实施例中，系统管理模块GL具体可以包括：用户信息管理模块，用于管理整个系统的用户信息(含部门用户、角色成员)以及负责系统的账户增删；权限管理模块，权限管理(权限注册、功能授权、分级授权)、系统监控，以确保各级界面功能配置、授权及权限分发操作的正确，限制非法操作，确保系统安全性。

在本实施例中，综合展示模块ZS具体可以包括：关键信息监控模块，用于定期进行指定信息的汇总，进一步的，自动生成清晰的图表进行展示并监控，所述指定信息包括线路设备状态、超限预警、异常销号、计划编制和计划执行情况等信息；地理信息模块，用于结合地理信息数据，集成展示线路运营状态、作业点分布、设备状态、现场人员活动轨迹等。

如图7所示，发明提供了一种轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统总体结构设计图。基础层即系统的硬件/网络层，基础层是作为系统运行的物质基础。

系统的开发中，系统支持层使用的软件包括Simpack、Matlab、Oracle数据库、VISUALC#.NET及CLIPS等。

应用支持层主要包括基于Tγ/A-磨损率模型，CLIPS，不确定性推理算法以及报表管理引擎等。

通过电脑、手机进入Web页面实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特征在于，所述系统包括数据源模块SJ、分析模块FX、决策模块JC、计划模块JH、系统管理模块GL、综合展示模块ZS：

数据源模块SJ，用于对数据的采集、储存、查询、下载、显示及编组；所述数据包括轮轨润滑与摩擦控制技术应用记录、轮轨界面检测数据、线路基本路况信息、车辆基本参数、以及车辆运行与运用信息；所述数据从铁路部门的信息中心获取；

分析模块FX，用于从数据源模块SJ调取数据分别进行轮轨界面诊断分析与车轮磨耗仿真预测分析；所述轮轨界面诊断分析为结合数据模块中的现场实际数据与知识库子模块中的状态评定规则进行诊断，得到目前轮轨界面状态的诊断结果数据；所述车轮磨耗仿真预测分析为基于改进的Tγ/A-磨损率模型G对车轮磨耗进行仿真，得到未来各车轮磨耗情况的预测结果数据；

决策模块JC，用于根据数据源模块SJ与分析模块FX的数据，通过知识库子模块与推理机技术进行条件和状态的判读处理，输出轮轨界面维护方案数据，实现轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持行为；

计划模块JH，用于根据决策模块JC输出的轮轨界面维护方案数据，输出相应检测、检修计划制定信息；再根据计划制定信息，输出各项作业资源分配信息，以及收集得到作业进度信息；

系统管理模块GL，用于界面管理、用户管理、权限管理、系统监控，以确保各级界面功能配置、授权及权限分发操作的正确；

综合展示模块ZS，用于汇总信息建立系统综合展示首页面，所述综合展示首页面包括系统关键信息的实时监控板块、用户常用功能导航链接板块、待处理信息提示板块、以及地理信息板块；

所述分析模块FX中基于改进的Tγ/A-磨损率模型G的计算流程如下：(1)首先通过常规车辆动力学模型，并初始化仿真参数，采用Hertz理论和Kalker简化理论计算每一时刻轮轨接触斑蠕滑力的大小及黏滑区的分布；(2)采用车轮磨耗量等效计算方法将不同时刻接触斑上的磨耗深度沿纵向累加即可得到磨耗深度沿车轮踏面的分布；(3)对磨耗深度数据及更新后车轮踏面数据分别采用数据平滑方法处理，得到磨耗后的车轮踏面——即所测车轮相应截面各点沿轴向的半径分布；(4)以所设阈值为判断条件进行踏面更新，并继续下次仿真；(5)结束仿真，输出磨耗后各车轮踏面型面、磨耗位置、磨耗深度；

具体仿真流程包括以下步骤：

步骤S31，从数据源模块SJ中提取数据

所述数据通常包括：目标路段润滑与摩擦控制技术应用记录、地理信息、钢轨廓形、车轮廓形、车辆运用信息、车辆配置信息、轮对检修记录、曲线参数、直线参数以及上下坡参数；

步骤S32，初始化仿真参数

设置初始车轮踏面、钢轨型面、车辆以及线路参数，并将数据转换成多体动力学软件需要的格式；

步骤S33，多体动力学仿真计算

调用多体动力学仿真软件进行动力学和运动学仿真，输出轮轨运动关系、作用力、空间几何接触关系数据；

步骤S34：将步骤S33输出数据转化为Matlab软件编写的基于Tγ/A-磨损率模型所需的格式；

步骤S35：调用Matlab软件开始基于Tγ/A-磨损率模型的运算，输出运算结果包括：各编号车轮的磨耗位置与磨耗量；

步骤S36，保存仿真结果数据

将保存的仿真结果数据发送至决策模块JC；

步骤S37，判断是否结束仿真运算

若确定仿真运算结束，则执行步骤S38；若确定仿真运算未结束，则返回步骤S32；

步骤S38，仿真运算结束。

2.根据权利要求1所述的轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特征在于，所设阈值包括以下条件之一：运行距离满1000米；车轮踏面磨耗深度进展1毫米。

3.根据权利要求1所述的轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特征在于，所述基于Tγ/A-磨损率模型用于快速计算车轮踏面的磨耗深度；

该模型Tγ/A-磨损率数据由WR-1轮轨滚动磨损试验机采用Hertz接触模拟准则进行对磨实验获得；

接触斑内单元格(i，j)处的磨耗深度描述为

式(1)中，Δh为磨耗深度；v_v为车辆运行速度；Δt为车轮通过该单元格的时间；ρ为车轮材料密度；k_B为车轮材料磨损率，磨损率k_B与T(i，j)γ(i，j)/A(i，j)的值有关，其中A(i，j)为单元格(i，j)的面积；

该模型采用车轮磨耗量等效计算方法将不同时刻接触斑上的磨耗深度沿纵向(车轮滚动方向)累加，得到磨耗深度沿车轮踏面的分布；具体为：首先将车轮坐标按照接触斑单元格大小进行离散，并将接触斑上沿x₁方向每个网格磨耗量叠加起来作为车轮滚动一周的磨耗；即按照如下公式计算：

式(2)中，i，j为接触斑局部坐标系里x₁方向和x₂方向网格编号；MY为接触斑局部坐标系x₂方向的网格数；MX为接触斑局部坐标系方向的网格数；w(i，j)为接触斑i，j网格对应的磨耗；w_cir(j)为车轮每滚一周在j网格处的磨耗，再根据接触点坐标将对应长条的磨耗w_cir(j)叠加到车轮上。

4.根据权利要求1所述轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特征在于，数据源模块SJ，包括：

润滑与摩擦控制技术应用记录子模块，用于采集并储存轮轨界面所使用的润滑与摩擦控制技术应用记录的数据，并对数据进行查询、下载、共享、统计；所述应用记录包括车载摩擦改性剂、轮缘润滑剂涂敷装置工作记录、撒砂器响应记录、道旁摩擦改性剂涂敷装置工作日志、路段通过车轮周次、部分人工涂油路段的作业记录；

轮轨检测数据子模块，用于采集并储存综合检测车、轨道检查仪、车载动态添乘仪、日常状态检查多个检测资源，同时负责对采集得到的数据进行查询、下载、共享、统计；所述检测资源包括地理信息、钢轨廓形、车轮廓形以及波磨数据；

车辆基础数据子模块，用于采集并储存车辆基础信息，同时负责对采集得到的数据进行查询、下载、共享、统计；所述车辆基础信息包括车辆运用信息、车辆配置信息、轮对检修记录；

线路基础数据子模块，用于采集并储存线路的基本路况数据；所述线路的基本路况数据包括各线路包含的各曲线参数、直线参数以及上下坡参数；

编组子模块，负责将机车/动车组列车编号，轮对编号，钢轨养护路段编号，砂箱/道旁式摩擦改性剂涂敷装备/车载式摩擦改性剂涂敷装备编号，使用的增黏砂/摩擦改性剂材料编号。

5.根据权利要求1所述轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特点在于，分析模块FX，包括：

轮轨界面诊断子模块，用于从使用数据源模块SJ中调取目标路段所使用的润滑与摩擦控制技术应用记录的数据和轮轨检测数据，输入至知识库子模块中，根据知识库中储存的异常磨耗、噪声、波浪磨损以及偏磨问题的判定规则进行信息的判别与匹配，输出轮轨界面问题的诊断结果数据；

车轮磨耗仿真预测子模块，用于使用从数据源模块SJ中调取目标路段线路基础数据、车辆基础数据以及轮轨检测数据作为仿真初始条件，基于Tγ/A-磨损率模型对车轮磨耗进行仿真，输出未来各车轮磨耗情况的预测结果数据。

6.根据权利要求1所述轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特点在于，决策模块JC，包括:

知识库子模块，用于储存轨界面养护知识库用于提供轮轨润滑技术与踏面摩擦控制技术的应用知识，以及轮轨界面检测、检修作业知识；

推理机子模块，用于根据分析模块FX输出的结果数据，结合知识库子模块的知识进行条件和状态的判读处理，得出润滑与摩擦控制决策结论。

7.根据权利要求1所述轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特点在于，计划模块JH，包括:

维护计划子模块，用于根据决策结果，得出相应检测、检修计划制定信息，并送达至相关部门；

计划执行记录子模块，用于依据计划制定信息，得到各项作业资源分配信息，以及收集得到作业进度信息，并送达至相关部门。

8.根据权利要求1所述轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特点在于，管理支持模块GL，包括：

用户信息管理子模块，用于管理整个系统的用户信息以及负责系统的账户增删；

权限管理子模块，权限管理、系统监控，以确保各级界面功能配置、授权及权限分发操作的正确，限制非法操作，确保系统安全性。

9.根据权利要求1所述轮轨界面润滑与摩擦控制决策支持系统，其特征在于，综合展示模块ZS包括：

关键信息监控子模块，用于定期进行指定信息的汇总，进一步的，自动生成清晰的图表进行展示并监控，所述指定信息包括线路设备状态、超限预警、异常销号、计划编制和计划执行情况信息、地理信息子模块，用于结合地理信息数据，集成展示线路运营状态、作业点分布、设备状态、现场人员活动轨迹。

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