CN113186764A - 一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法 - Google Patents

一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法 Download PDF

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CN113186764A CN202110379352.2A CN202110379352A CN113186764A CN 113186764 A CN113186764 A CN 113186764A CN 202110379352 A CN202110379352 A CN 202110379352A CN 113186764 A CN113186764 A CN 113186764A
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刘彤
徐井芒
方嘉晟
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    • E01B31/02—Working rail or other metal track components on the spot
    • E01B31/12—Removing metal from rails, rail joints, or baseplates, e.g. for deburring welds, reconditioning worn rails
    • E01B31/17—Removing metal from rails, rail joints, or baseplates, e.g. for deburring welds, reconditioning worn rails by grinding
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Abstract

本发明公开了一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，具体包括：现场采集道岔转辙器区钢轨廓形；计算实测轮轨廓形接触点位置的滚动圆半径差及对应的优化后滚动圆半径差；选取道岔关键断面廓形，对其进行离散化，选定优化区域；将优化后滚动圆半径差输入轮轨廓形后用迹线法求解，从而构建廓形与滚动圆半径差的关系表达式；然后进行求解即可生成打磨目标廓形；本发明方法通过分别对第一基本轨及第二基本轨进行非对称打磨，增大左右两侧车轮的滚动圆半径差，减小接触点向里轨侧转移时的横向运动范围，进而提高车辆通过道岔时的平稳性。

Description

一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法
技术领域
本发明涉及铁路维护技术领域，具体涉及一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法。
背景技术
铁路线路及建筑物一般占铁路运输固定资产价值的60％左右，是铁路运输必不可少的技术设备。为了保证列车按规定速度安全运行，一切设备都应经常保持良好状态。但是在使用中，各种设备往往由于列车荷载和自然环境的影响，而发生永久变形、老化和破损，或由于运输条件(运输量、轴重、速度)的提高而引起变形和损坏，或由于新建铁路的质量有缺陷而通车后相继暴露出各种病害，都必须进行养护。
铁路养护，主要有铁路线路养护和铁路建筑物养护两个方面。铁路线路养护是对路基、轨道等进行的维修和保养作业。
转辙器是道岔的转换装置，用来实现转换道岔、锁闭道岔及反映道岔尖轨所处的位置。车辆通过道岔时，接触点有由第二基本轨向尖轨转移的趋势，剧烈的接触点跳跃易造成晃车、抖车，影响旅客舒适度。
公开号为CN104878667B的中国发明申请公开了一种道岔转辙区的钢轨打磨方法，其基于轮轨接触点对称分布原则，根据两侧钢轨接触点坐标高度与宽度差进行打磨目标廓形设计。但是由于其仅对第一基本轨进行打磨，难实现轮轨接触点的对称分布，同时容易造成其他性能指标的劣化；在现场实测得到的焊接不平顺曲线通常较为复杂，实际操作中无法通过波长波深或相应的数学解析式对钢轨焊接接头不平顺进行准确的定量评估。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在缺陷，提供一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法。
本发明的技术方案为：一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，具体包括：
S1：采集钢轨廓形
现场采集道岔转辙器区钢轨廓形，包括第一基本轨廓形以及尖轨与第二基本轨的组合廓形；
S2：计算接触点滚动圆半径差
计算实测轮轨廓形接触点位置的滚动圆半径差；
S3：优化接触点滚动圆半径差
对接触点滚动圆半径差进行优化得到优化后滚动圆半径差；
S4：打磨目标廓形的生成
选取道岔关键断面廓形，对其进行离散化，选定优化区域；将优化后滚动圆半径差输入轮轨廓形后用迹线法求解，从而构建廓形与滚动圆半径差的关系表达式；然后进行求解即可生成打磨目标廓形。
进一步地，所述S1的具体步骤为采用Miniprof轨廓仪对道岔转辙器区钢轨廓形数据进行采集。
更进一步地，所述道岔转辙器区钢轨廓形数据包括第一基本轨、第二基本轨以及尖轨的廓形曲线空间坐标。
进一步地，所述S2具体步骤为：计算实测轮轨廓形左右侧接触点位置相应的滚动圆半径差为△Rn＝RRn-RLn；其中，RRn表示实测右股钢轨廓形对应的滚动圆半径，RLn表示实测左股钢轨廓形对应的滚动圆半径。
进一步地，所述对接触点滚动圆半径差进行优化，优化后滚动圆半径差函数表示为△Ro＝RRo-RLo；其中，RRo表示优化后右股钢轨廓形对应的滚动圆半径，RLo表示优化后左股钢轨廓形对应的滚动圆半径。
进一步地，所述S4具体步骤为：选取道岔关键断面廓形，对其进行离散化，选定优化区域(hi，vi，i＝1，2，…，n)，可动点的横坐标hi(i＝1，2，…，n)连续，竖坐标vi可变，vi在优化问题中是变量，钢轨廓形表达为f(vi)，根据轮轨廓形与滚动圆半径差之间的几何关系构建得到滚动圆半径差优化函数：
Ri＝Ri(v1，v2，…，vn)，其中，i＝1，2，…，n；
以钢轨廓形的凹凸性作为约束条件，表示为：
Figure BDA0003012306420000031
其中，i＝1，2，…，n-2；
ai≤vi≤bi，其中，i＝1，2，…，n；
采用SQP方法求解
Figure BDA0003012306420000032
即可生成打磨目标廓形。
更进一步地，所述S4中选取道岔关键断面廓形是根据道岔设计图中给定的断面位置确定关键断面，通常为尖轨顶宽20mm，35mm，50mm以及72.2mm断面。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明方法通过分别对第一基本轨及第二基本轨进行非对称打磨，增大左右两侧车轮的滚动圆半径差，减小接触点向里轨侧转移时的横向运动范围，进而提高车辆通过道岔时的平稳性。
附图说明
图1是本发明不同轮轨接触点位置下车轮滚动圆半径；
图2是本发明第一基本轨优化区域；
图3是本发明第二基本轨优化区域。
具体实施方式
实施例：一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，具体包括：
S1：采集钢轨廓形
采用Miniprof轨廓仪对道岔转辙器区钢轨廓形数据进行采集；其中，道岔转辙器区钢轨廓形数据包括第一基本轨、第二基本轨以及尖轨的廓形曲线空间坐标；
S2：计算接触点滚动圆半径差
如图1所示，计算实测轮轨廓形左右侧接触点位置A、C，相应的滚动圆半径差为△Rn＝RRn-RLn；其中，RRn表示实测右股钢轨廓形对应的滚动圆半径，RLn表示实测左股钢轨廓形对应的滚动圆半径；
S3：优化接触点滚动圆半径差
对接触点滚动圆半径差进行优化，优化后滚动圆半径差函数表示为△Ro＝RRo-RLo；其中，RRo表示优化后右股钢轨廓形对应的滚动圆半径，RLo表示优化后左股钢轨廓形对应的滚动圆半径；
S4：打磨目标廓形的生成
根据道岔设计图中给定的断面位置选取道岔关键断面廓形，对其进行离散化，选定优化区域(hi，vi，i＝1，2，…，n)，可动点的横坐标hi(i＝1，2，…，n)连续，竖坐标vi可变，vi在优化问题中是变量，钢轨廓形表达为f(vi)，根据轮轨廓形与滚动圆半径差之间的几何关系构建得到滚动圆半径差优化函数：
Ri＝Ri(v1，v2，…，vn)，其中，i＝1，2，…，n；
以钢轨廓形的凹凸性作为约束条件，表示为：
Figure BDA0003012306420000041
其中，i＝1，2，…，n-2；
ai≤vi≤bi，其中，i＝1，2，…，n；
采用SQP方法求解
Figure BDA0003012306420000042
即可生成如图2、3所示的打磨目标廓形。

Claims (7)

1.一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，其特征在于，具体包括：
S1：采集钢轨廓形
现场采集道岔转辙器区钢轨廓形，包括第一基本轨廓形以及尖轨与第二基本轨的组合廓形；
S2：计算接触点滚动圆半径差
计算实测轮轨廓形接触点位置的滚动圆半径差；
S3：优化接触点滚动圆半径差
对接触点滚动圆半径差进行优化得到优化后滚动圆半径差；
S4：打磨目标廓形的生成
选取道岔关键断面廓形，对其进行离散化，选定优化区域；将优化后滚动圆半径差输入轮轨廓形后用迹线法求解，从而构建廓形与滚动圆半径差的关系表达式；然后进行求解即可生成打磨目标廓形。
2.根据权利要求1所述的一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为采用Miniprof轨廓仪对道岔转辙器区钢轨廓形数据进行采集。
3.根据权利要求2所述的一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，其特征在于，所述道岔转辙器区钢轨廓形数据包括第一基本轨、第二基本轨以及尖轨的廓形曲线空间坐标。
4.根据权利要求1所述的一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，其特征在于，所述S2具体步骤为：计算实测轮轨廓形左右侧接触点位置相应的滚动圆半径差为△Rn＝RRn-RLn；其中，RRn表示实测右股钢轨廓形对应的滚动圆半径，RLn表示实测左股钢轨廓形对应的滚动圆半径。
5.根据权利要求1所述的一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，其特征在于，所述对接触点滚动圆半径差进行优化，优化后滚动圆半径差函数表示为△Ro＝RRo-RLo；其中，RRo表示优化后右股钢轨廓形对应的滚动圆半径，RLo表示优化后左股钢轨廓形对应的滚动圆半径。
6.根据权利要求1所述的一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，其特征在于，所述S4具体步骤为：选取道岔关键断面廓形，对其进行离散化，选定优化区域(hi，vi，i＝1，2，…，n)，可动点的横坐标hi(i＝1，2，…，n)连续，竖坐标vi可变，vi在优化问题中是变量，钢轨廓形表达为f(vi)，根据轮轨廓形与滚动圆半径差之间的几何关系构建得到滚动圆半径差优化函数：
Ri＝Ri(v1，v2，…，vn)，其中，i＝1，2，…，n；
以钢轨廓形的凹凸性作为约束条件，表示为：
Figure FDA0003012306410000021
其中，i＝1，2，…，n-2；
ai≤vi≤bi，其中，i＝1，2，…，n；
采用SQP方法求解
Figure FDA0003012306410000022
即可生成打磨目标廓形。
7.根据权利要求1所述的一种道岔转辙器区非对称打磨钢轨廓形设计方法，其特征在于，所述S4中选取道岔关键断面廓形是根据道岔设计图中给定的断面位置确定关键断面。
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