CN112097586B - 一种钢轨不平顺数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钢轨不平顺数据处理方法，首先确定钢轨不平顺测量段位置，确定钢轨不平顺段所引起的列车异常振动形式，并进一步确定钢轨不平顺测量段长度。随后采用1m平直尺电子平直尺对钢轨不平顺段进行测量，得出各个测量点的坐标测量值等测量数据；最后对测量数据进行处理，得到钢轨不平顺段的坐标计算值，即为钢轨不平顺段的实际不平顺。本发明通过采用相关算法，对既有设备测量数据进行处理，可以计算出无限长范围内钢轨表面不平顺。

Description

一种钢轨不平顺数据处理方法
技术领域
本发明属于工程技术领域，具体来说，是基于目前钢轨不平顺测量数据的处理方法。
背景技术
随着我国铁路的快速发展，轨面不平顺问题日益突出。轨面不平顺会增加轮轨相互作用力，使车辆出现异常振动、噪音等问题，恶化车辆运行品质；同时会破坏线路线型、线位，增加铁路线路养护成本。通过调研发现，我国高速线路轨面不平顺现象较多，个别线路出现了钢轨轨端不平顺，不平顺峰值最大约为0.9mm。在轮轨动作用力下，钢轨轨端不平顺对线路线型造成了极大破坏，出现了高低不平顺Ⅳ级扣分。
目前，我国铁路部门常用的钢轨不平顺测量设备有1m/1.5m平直尺以及1m电子平直尺，测量范围1-1.5m，测量精度可达0.01mm。根据铁路部门线路维修规则，钢轨不平顺处理后平直度不应大于0.2mm/m。根据上述要求，现场处理钢轨不平顺时需要向两侧进行顺坡处理，处理范围通常大于2m。此外，高速动车组轴距约为2.5m，因此至少需要测量2.5m范围内的钢轨平直度。采用3m平直尺或者3m电子平直尺可以满足上述要求，但是上述设备携带不方便、局限性太大，此外极少路局配备上述设备。因此，需要一种钢轨不平顺数据处理方法，弥补现有设备缺陷，切实掌握更长范围内的钢轨实际不平顺状态，为钢轨不平顺的治理提供坚实的数据支撑。
发明内容
针对上述工程实践问题，本发明提出一种钢轨不平顺数据处理方法。通过采用相关算法，对既有设备测量数据进行处理，可以计算出无限长范围内钢轨表面不平顺。本发明提出一种钢轨不平顺数据处理方法，通过下述步骤实现：
一种钢轨不平顺数据处理方法，具体步骤如下：
步骤1：确定钢轨不平顺测量段位置。
步骤2：确定钢轨不平顺段所引起的列车异常振动形式，进一步确定钢轨不平顺测量段长度。
步骤3：采用1m平直尺电子平直尺对钢轨不平顺段进行测量，得出各个测量点的坐标测量值；本发明中采用分段测量，每次测量需要覆盖前一次测量长度的500mm；且每次测量以一定间隔设置一个测量点。
步骤4：将步骤3中的测量数据进行处理，得到钢轨不平顺段的坐标计算值，即为钢轨不平顺段的实际不平顺，具体方式为：
令O点为第i-1次测量起点，A点为第i-1次测量段中点附近点，B点为第i-1次测量终点，C点为第i次测量段中点。
a、计算A点与C点的坐标值。
A点和C点的坐标值均为未知，但A点位于第i-1次测量的中点附近，因此满足如下公式：
|BC|＝abs(C(i)) (1)
|AB|2-|AC|2＝(C(i))2 (2)
式中，|BC|、|AB|、|AC|表示两点的距离；其中，C点与B点的距离|BC|为第i次测量的测量值，通过步骤3中直接测量得到，C(i)表示第i次测量时C点的坐标测量值。
上述A点坐标值通过在第i-1次测量的中点进行插值得到，该坐标值即为A点的坐标计算值。随后将A点的坐标计算值带入式(1)与式(2)中，得出相应的C点坐标，该坐标与C点的坐标测量值间存在异号关系，且C点与A点一一对应，则通过下式可确定C点的坐标值，即为C点的坐标计算值：
abs(|AC|-500)≤∈
式中，∈为误差值，可以设置为0.01mm。
b、计算第i次测量时平直尺的水平夹角，即直线AC的斜率。
根据步骤a中得到的A、C点的坐标计算值，则直线AC的斜率为：
Figure BDA0002638435650000021
其中，tanθ表示直线AC的斜率，xA、yA表示A点实际坐标的横、纵坐标值，xC、yC表示C点横、纵坐标计算值。
c、计算第i次测量点的坐标值。
根据前述步骤中得到的A点的坐标计算值以及AC直线的斜率，通过下式得出第i次测量中各测量点的横、纵坐标计算值：
x、(i)＝x(i)*cosθ-y(i)sinθ+xA (4)
y、(i)＝x(i)*sinθ+y(i)cosθ+yA (5)
式中，x、(i)、y、(i)为第i次测量点的横、纵坐标计算值；x(i)、y(i)为第i次测量点的横纵坐标测量值。
本发明一种钢轨不平顺数据处理方法的优点在于：
(1)本发明钢轨不平顺数据处理方法，对既有钢轨不平顺设备测量数据进行处理，实现了既有设备的升级改造；
(2)本发明钢轨不平顺数据处理方法，可切实掌握不同长度范围内(例如3m、5m或更长范围)的钢轨实际不平顺的纵向分布情况；
(3)本发明钢轨不平顺数据处理方法，配合电子平直尺，可实现线路高低不平顺的精确测量，测量精度可达0.01mm；
(4)本发明钢轨不平顺数据处理方法，配合电子平直尺，可对不同长度范围内(例如3m、5m或更长范围)钢轨波磨进行测量；
(5)本发明钢轨不平顺数据处理方法，算法合理，计算得到的钢轨不平顺情况与实际钢轨不平顺情况基本一致；
附图说明
图1为本发明钢轨不平顺数据处理方法流程图。
图2为本发明钢轨不平顺数据处理方法钢轨不平顺测量要求示意图。
图3为第i、i-1次测量点相对位置示意图。
图4为3m范围内钢轨不平顺偏差5次测量结果。
图5为3m范围内钢轨不平顺偏差实际值与计算值对比。
图中：
1-1m平直尺 2-钢轨不平顺
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明钢轨不平顺数据处理方法，如图1所示，具体步骤如下：
步骤1：根据路局反馈现场钢轨不平顺信息，确定钢轨不平顺段测量位置；同时确认钢轨不平顺段的不平顺类型，如：波浪形磨耗、轨端不平顺、焊缝不平顺等。
步骤2：当列车经过钢轨不平顺段时，测量车辆振动加速度、噪音与车辆振动数据，根据这些数据确定钢轨不平顺段所引起的列车异常振动形式，从而确定钢轨不平顺段的需测量长度，如3m、5m或更长范围，具体方法为：
首先，根据波长＝车速/振动频率，计算车辆异常振动对应的波长。其中，车速可由车辆自带设备测得，振动频率通过车辆振动加速度数据获取，随后结合车辆轴距、定长等车辆几何参数，最终确定钢轨不平顺段的需测量长度。
步骤3：对钢轨不平顺段进行轨面不平顺分段测量，每次测量需要覆盖前一次测量长度的500mm，如图2所示；且每次测量以一定间隔设置一个测量点，如：测量钢轨实际3m内钢轨不平顺偏差分布情况，按照1测量点/5mm进行测量，共计601个测量点。最终采用1m平直尺或者1m电子平直尺按上述要求对钢轨不平顺段进行轨面不平顺分段测量，得到各测量段中各个测量点的坐标测量值。
步骤4：对步骤3中得到的各段中各个测量点的测量值进行处理，得到各测量段中各个测量点的坐标计算值。
如图3所示，令O点为第i-1次测量起点，A点为第i-1次测量段中点附近点，B点为第i-1次测量终点，C点为第i次测量段中点，如图2所示。
a、计算A点与C点的坐标值。
A点和C点的坐标值均为未知，但A点位于第i-1次测量的中点附近，因此满足如下公式：
|BC|＝abs(C(i)) (1)
|AB|2-|AC|2＝(C(i))2 (2)
式中，|BC|、|AB|、|AC|表示两点的距离；其中，C点与B点的距离|BC|为第i次测量的测量值，通过步骤3中直接测量得到，C(i)表示第i次测量时C点的坐标测量值。
由于测量设备采用频率通常为100或者200，因此A点坐标值可通过在第i-1次测量的中点进行插值得到，该坐标值即为A点的坐标计算值。随后将A点的坐标计算值带入式(1)与式(2)中，得出相应的C点坐标，该坐标与C点的坐标测量值间存在异号关系，且C点与A点一一对应，则通过下式可确定C点的坐标值，即为C点的坐标计算值：
abs(|AC|-500)≤∈
式中，∈为误差值，可以设置为0.01mm；
b、计算第i次测量时平直尺的水平夹角，即直线AC的斜率；
根据步骤a中得到的A、C点的坐标计算值，则直线AC的斜率为：
Figure BDA0002638435650000041
其中，tanθ表示直线AC的斜率，xA、yA表示A点实际坐标的横、纵坐标值，xC、yC表示C点横、纵坐标计算值。
c、计算第i次测量点的坐标值。
根据前述步骤中得到的A点的坐标计算值以及AC直线的斜率，通过下式得出第i次测量中各测量点的横、纵坐标计算值：
x、(i)＝x(i)*cosθ-y(i)sinθ+xA (4)
y、(i)＝x(i)*sinθ+y(i)cosθ+yA (5)
式中，x、(i)、y、(i)为第i次测量点的横、纵坐标计算值；x(i)、y(i)为第i次测量点的横纵坐标测量值。
通过最终得到了各段钢轨不平顺段每次测量的各测量点的横纵坐标计算值，从而可知延展范围内钢轨的真实不平顺情况，进而可以科学、合理制定整治方案。
如图4所示，为3m范围钢轨不平顺偏差5次测量结果；如图5所示，为5次测量数据经过处理后的偏差值分布情况与实际钢轨不平顺偏差分布情况对比，从图中可以看出：计算值与实际值基本一致。

Claims (1)

1.一种钢轨不平顺数据处理方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1：确定钢轨不平顺测量段位置；
步骤2：确定钢轨不平顺段所引起的列车异常振动形式，进一步确定钢轨不平顺测量段长度；首先，根据波长＝车速/振动频率，计算车辆异常振动对应的波长；其中，车速可由车辆自带设备测得，振动频率通过车辆振动加速度数据获取，随后结合车辆轴距、定长等车辆几何参数，最终确定钢轨不平顺段的需测量长度；
步骤3：采用1m平直尺电子平直尺对钢轨不平顺段进行测量，采用分段测量，每次测量需要覆盖前一次测量长度的500mm；且每次测量以一定间隔设置一个测量点，得出各个测量点的坐标测量值；
步骤4：将步骤3中的测量数据进行处理，得到钢轨不平顺段的坐标计算值，即为钢轨不平顺段的实际不平顺；上述对测量数据的处理方式为：
令O点为第i-1次测量起点，A点为第i-1次测量段中点附近点，B点为第i-1次测量终点，C点为第i次测量段中点；
a、计算A点与C点的坐标值；
A点和C点的坐标值均为未知，但A点位于第i-1次测量的中点附近，因此满足如下公式：
|BC|＝abs(C(i)) (1)
|AB|2-|AC|2＝(C(i))2 (2)
式中，|BC|、|AB|、|AC|表示两点的距离；其中，C点与B点的距离|BC|为第i次测量的测量值，通过步骤3中直接测量得到，C(i)表示第i次测量时C点的坐标测量值；
上述A点坐标值通过在第i-1次测量的中点进行插值得到，该坐标值即为A点的坐标计算值；随后将A点的坐标计算值带入式(1)与式(2)中，得出相应的C点坐标，该坐标与C点的坐标测量值间存在异号关系，且C点与A点一一对应，则通过下式可确定C点的坐标值，即为C点的坐标计算值：
abs(|AC|-500)≤∈
式中，∈为误差值，可以设置为0.01mm；
b、计算第i次测量时平直尺的水平夹角，即直线AC的斜率；
根据步骤a中得到的A、C点的坐标计算值，则直线AC的斜率为：
Figure FDA0003539110010000021
其中，tanθ表示直线AC的斜率，xA、yA表示A点实际坐标的横、纵坐标值，xC、yC表示C点横、纵坐标计算值；
c、计算第i次测量点的坐标值；
根据前述步骤中得到的A点的坐标计算值以及AC直线的斜率，通过下式得出第i次测量中各测量点的横、纵坐标计算值：
x｀(i)＝x(i)*cosθ-y(i)sinθ+xA (4)
y｀(i)＝x(i)*sinθ+y(i)cosθ+yA (5)
式中，x｀(i)、y｀(i)为第i次测量点的横、纵坐标计算值；x(i)、y(i)为第i次测量点的横纵坐标测量值。
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