CN113987755A - 一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，首先获取状态评估所需的道岔钢轨检测数据；随后根据检测数据建立高速铁路道岔钢轨使用状态评估数学模型，包括各检测区域的状态基础评分部分和病害扣分部分，并对不同测量项目、不同检测区域赋予不同的权重。通过不断采集的数据，对建立的高铁道岔使用状态评估数学模型进行评估，直至模型可直观反映道岔现实情况。本发明利用科学有效的统计分析等方法，判断列车的通过方式，并从轮对、构架、车体全断面多角度对道岔状态进行综合性评价，实现对道岔病害状况的准确判断，从而科学指导道岔的养护维修，为铁路养护维修工作从“周期修”转变为“状态修”提供支持。
Description
技术领域
本发明属于轨道检测领域，具体是一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法。
背景技术
铁路运营里程不断延伸，正在改变中国人的出行方式和生活方式，人们对铁路行车速度和运营效率的要求也越来越高。道岔作为列车轨道间的连接、转换设备，是整个轨道组成系统的重要部件一旦故障或服役状态不佳，将直接影响行车效率。道岔的检修方法和检修理论目前已经比较成熟，在《高速铁路有砟轨道线路维修规则》、《高速铁路无砟轨道线路维修规则》里已经有了较为明确的要求，但是针对于道岔钢轨使用状态的检测和评估方法目前还没有系统的方法。故研究并形成一套科学指导铁路道岔钢轨状态维护与管理的评估体系有着重要的战略意义及经济价值，研究和探索更为高效、可靠的道岔钢轨检测理论、方法、技术和管理机制，是铁路道岔检修和行车组织等有关诸多部门方面一直以来极为关注的现实问题内容。
目前，道岔钢轨状态的检测手段包含但不限于基于激光扫描及图像处理的轨道几何检测(Track Geometry Measurement,TGM)技术、基于轮轨力及轴箱加速度的车辆动态响应检测 (Vehicle Dynamic Measurement,VDM)技术，以及基于在一定加载状态下测量轨道变形的移动式线路加载车(Track Loading Vehicle,TLV)技术，所检测的项目包含道岔区域内钢轨廓形、光带、组合断面的状态、轨道高低、轨向、水平、三角坑、轨距、车体加速度、短波不平顺和轨道刚度等多项数据指标，同时根据是否产生病害等，从不同角度描述轨道的质量状态。但是各项检测指标均独立判断，没有形成统一的道岔钢轨使用状态评估的方法。
现在需要一种针对高速铁路道岔钢轨使用状态检测模型进行研究，同时总结调研高速铁路道岔钢轨使用状态评估技术及手段，梳理对道岔检修优化情况，结合道岔维护方法和经验和检测大数据支持，集成轮轨接触分析方法，研究道岔钢轨使用状态评估方法。将道岔使用状态指标化、数值化、可视化，以切实反映道岔钢轨使用状态为目的，为高速铁路道岔钢轨精细化管理和状态检修提供有力依据和技术支持。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，对高速铁路道岔钢轨使用状态检测模型进行研究，同时总结调研高速铁路道岔钢轨使用状态评估技术及手段，梳理对道岔检修优化情况，结合道岔维护方法和经验和检测大数据支持，集成轮轨接触分析方法，实现道岔钢轨使用状态评估方法。
一种高速道岔钢轨使用状态评估方法，包括以下步骤：
步骤1：获取状态评估所需的道岔钢轨检测数据。
步骤2：建立高速铁路道岔钢轨使用状态评估数学模型，包括状态基础评分部分和病害扣分部分，状态基础评分具体包含：基本轨钢轨廓形GQI评分、基本轨廓形一致性评分、基本轨钢轨廓形对称性评分、受限区GQI评分、等效锥度评分、焊缝平直度评分、车辆平稳性评分、光带评分、钢轨硬度评分、钢轨磨耗评分；病害扣分具体包含：裂纹扣分、伤损扣分、降低值扣分、波磨扣分、降低值扣分。
上述各项评分方式为：
A、基本轨钢轨廓形GQI评分采用均值和标准差加权的方式，得分公式如下：
式中，Gi为测点i处廓形指标综合得分；GQIi为检测区间的GQI平均值；Sstdev为各检测区间GQI值的样本标准差。
B、基本轨钢轨廓形一致性评分
钢轨廓形纵向偏差分为外侧、内侧分别计算，统计指标为廓形内、外侧偏差的平方和平均值，计算方法为：
式中，ILin、IRin为左右股廓形内侧偏差平方和均值，ILext、IRext为左右股廓形外侧偏差平方和均值；nLin、nLext分别为左股廓形内外侧测点数量；nRin、nRext分别右股廓形内外侧测点数量；xLin、xLext分别为左股廓形与左股对比廓形内外侧偏差统计值；xRin、xRext分别为右股廓形与右股对比廓形内外侧偏差统计值。
将检测区间的廓形偏差的平方和均值进行内部评价得分，若Idev≥2mm2得分为0，否则，其计算式为：
C、基本轨钢轨左右股廓形对称性评分
廓形对称偏差的统计计算方法为：
Rdev＝Rin+Rext
式中，Rdev为廓形对称性评价指标值；
分别为廓形内、外侧的偏差均值；Sin、 Sext分别为廓形内、外侧偏差的标准差。
廓形对称性评价得分偏差限值设定为6mm，超出6mm，其得分为0；否则其计算方式为：
D、转辙区、辙叉区钢轨廓形GQI评分采用均值和标准差加权的方式，评分方法与步骤A 中基本轨钢轨廓形GQI评分方法相同。
E、廓形等效锥度评分通过对车轮进行测量，选取全新车轮、磨耗最严重的车轮及磨耗居中具有代表性的车轮分别与测量得到的钢轨廓形进行匹配，计算等效锥度，最后得到等效锥度得分，如下：
Zd＝0.3·Znew+0.3·Zmid+0.4·Zmax
其中，Cnew为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Cmid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Cmax为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Znew为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zmid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zmax为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zd为3种不同车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，Zv为此区间车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，n为钢轨测点个数。
F、焊缝平直度评分
根据焊缝平直度检测标准，单股的评价指标采用符合要求的焊缝测点占比，计算公式为：
式中，Fh为道岔内焊缝平直度最大值超限个数，Fl为道岔内焊缝平直度最小值超限个数， N为焊缝测点数量。
G、动车组平稳性
平稳性指标小于1.5，测点平稳性得分为100分；在1.5～2之间，测点平稳性得分为50 分；大于2，测点平稳性得分为0分；每出现测点平稳性指标大于1.5扣0.5分，区间垂向/横向总得分为此区间各测点得分均值减去扣分值最终平稳性得分为垂向平稳性得分和横向平稳性得分二者均值。
H、光带评分
单股光带评价指标采用宽度符合要求的光带测点占比，计算式为：
式中，NS为满足光带宽度是20～30mm范围之内的测点数量，Nl为满足带距内侧宽度应为15～25mm之内的测点数量，N为光带测量总数。
I、轨面硬度
每个区间中，高于轨面平均硬度300HB以上硬度测点数量占比为该区间硬度评价指标，即：
式中，
为某区间某股硬度测点中硬度高于平均硬度300HB的测点数量，N为某区间轨面硬度测量总数；区间钢轨的硬度评价指标为左、右股钢轨指标之和，即：
轨面硬度评价得分计算式为：
J、基本轨廓形磨耗量评分
根据高速铁路无砟轨道线路维修规则，磨耗评分的计算公式如下：
其中，
分别为廓形垂向磨耗均值和侧向磨耗均值，w总为磨耗评分。
病害扣分方法具体如下：
a、波磨
单股钢轨波磨质量评价指标为：
式中，v为波磨测量单元总数，单元长度为100m。nc＞0为超限率大于0的单元数量，nc＞3％为超限率大于3％的单元数量。
为波磨超限的检测单元的平均超限率。
区间钢轨的波磨评价指标为左、右股钢轨之和，即：
b、裂纹
在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的裂纹数量计算方式为：
式中，N1、N2、N3、N4分别涡流探伤仪的4、3、2、1探伤频道探测到的裂纹数量，其中4个探伤频道所对应的探伤通道中裂纹里程一致的将只保留1个。
在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的平均裂纹深度计算方式为：
式中，dnm为第n个频道第m个裂纹的深度；Nsum为裂纹总数量。
其中，深度大于0.5mm裂纹占比表明钢轨中裂纹发展的严重程度，计算式为：
式中，λ为钢轨裂纹的数量占比，表示裂纹发展严重程度参数，N＞0.5、N＞1.5、N＞2.7、N＞5分别表示深度大于0.5mm、1.5mm、2.7mm、5mm的裂纹深度。
钢轨疲劳裂纹得分包含3部分：裂纹平均深度得分、单位长度平均裂纹数量及深裂纹占比，按百分制，以上3部分分别占40分、40分、20分，分数越高表明裂纹越严重，计分算法如下：
式中，Di为第i个区间裂纹平均深度；当平均裂纹深度大于0.2mm时，该项得分为0。
式中，Ni为第i个区间单位长度钢轨的平均裂纹数量，
为线路整体平均裂纹数量。当Ni大于2倍
时，该项得分为0。
式中，λi为第i个区间的0.5mm以上裂纹的数量占比；当λi大于2％时，该项得分为0。
c、伤损
每出现一处伤损进行扣分，扣完为止，具体如下：
道岔轻伤扣5分，重伤扣10分；站内钢轨轻伤扣10分，重伤扣20分；
d、转辙区、辙叉区降低值
包括尖轨降低值、心轨降低值等，降低值限度扣分方式为：
转撤区降低值偏差在正负0.1mm以内扣0分，正负0.1mm至正负0.5mm扣5分，正负0.5mm 至正负1mm扣10分，正负1mm以上扣20分；辙叉区降低值偏差在正负0.1mm以内扣0分，正负0.1mm至正负0.5mm扣5分，正负0.5mm至正负1mm扣10分，正负1mm以上扣20分；
e、转辙区、辙叉区磨耗量
转辙区、辙叉区的磨耗量扣分方式为：
①基本轨、翼轨总磨耗为7或垂直磨耗为6或侧面磨耗为8，则扣50分；
②基本轨、翼轨垂直磨耗为8或侧面磨耗为10，则扣100分；
③尖轨、心轨、叉根尖轨总磨耗为6或垂直磨耗为4或侧面磨耗为6，则扣50分；
④尖轨、心轨、叉根尖轨垂直磨耗为6或侧面磨耗为8，则扣100分。
步骤3：同时对不同测量项目、不同检测区域赋予不同的权重；
本发明的优点在于：
1、本发明高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，建立道岔精细化管理和个性化检修机制。优化和改变无区别设备周期性打磨，为实现差别化、有优先级的灵活、动态检修提供理论和方法支持，减少无差别周期修带来的设备过剩检修问题。
2、本发明高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，完成服役道岔健康状态评估及状态检修判定策略。减少无效检修带来的设备停机、影响行车效率的问题。对大量尚不需要检修的设备，可适当延长检修周期，减少设备检修“天窗”时间，从而减少对行车的干扰。
3、本发明高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，重点实现道岔精准检修，提高道岔运维检修效率。为高速铁路道岔钢轨检修由“周期修”向“状态修”转变提供依据，为减少周期修带来的设备故障预防重点不突出问题提供解决方案。
附图说明
图1为本发明高速道岔直向钢轨使用状态评估方法流程图。
图2为本发明高速道岔直向钢轨使用状态评估方法中所采用涡流探伤仪检测轨面具体位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，包括以下步骤：
步骤1：获取状态评估所需的道岔钢轨检测数据
钢轨检测数据包括基本轨检测数据，转辙区、转辙区监测数据,列车运行质量；其中基本轨检测数据包括基本轨钢轨廓形，转辙区、辙叉区钢轨廓形，钢轨焊缝平直度，光带，轨面硬度，钢轨廓形磨耗，波磨，裂纹，伤损，转辙区、辙叉区降低值与磨耗量。
步骤2：建立高速铁路道岔钢轨使用状态评估数学模型
根据步骤2中获取的检测数据建立高速铁路道岔钢轨使用状态评估数学模型，分别对道岔得分项目和病害扣分项目进行统计分析。
高速铁路道岔钢轨使用状态评估数学模型，具体由两部分组成，分别为状态基础评分和病害扣分，状态基础评分具体包含：基本轨钢轨廓形GQI评分、基本轨廓形一致性评分、基本轨钢轨廓形对称性评分、受限区GQI评分、等效锥度评分、焊缝平直度评分、车辆平稳性评分、光带评分、钢轨硬度评分、钢轨磨耗评分。病害扣分具体包含：裂纹扣分、伤损扣分、降低值扣分、波磨扣分、降低值扣分。各检测项目的评价按照得分的评价方式将道岔状态评为A-D级，各级分数分别为A(100～85)、B(70～85)、C(70～60)、D(小于60)。
上述状态基础评分方法如下：
A、基本轨钢轨廓形GQI评分。
钢轨廓形采用MINIPROF接触式钢轨廓形仪测量钢轨廓形，每组道岔在焊缝前后选取测点； GQI(Grinding Quality Index)为钢轨打磨质量指数，目前普遍用于评价钢轨廓形质量，代表测量廓形与设计廓形的贴合度，贴合度越高则GQI值越高，其值介于0-100之间。
GQI综合得分采用均值和标准差加权的方式，得分公式如下：
式中，Gi为测点i处廓形指标综合得分(值介于0～100之间)，Gi的值越大，说明所测量钢轨廓形与设计廓形吻合越好、波动越小，廓形质量越高；GQIi为检测区间的GQI平均值；Sstdev为各检测区间GQI值的样本标准差。
B、基本轨钢轨廓形一致性评分。
钢轨廓形一致性是指同一股钢轨前后不同里程点廓形偏差情况(对比范围为-15mm～0mm， 0mm～20mm，20mm～35mm)。对比廓形为所检测线路的设计廓形，对齐方式采用轨顶对齐、内侧对齐。同时对比出岔至信号机位置、线岔结合部位置以及站内的钢轨廓形纵向偏差，根据偏差大小计算钢轨廓形一致性。
钢轨廓形纵向偏差分为外侧(-15mm～0mm)、内侧(20mm～35mm)分别计算，统计指标为廓形内、外侧偏差的平方和平均值。计算方法为：
式中，ILin、IRin为左右股廓形内侧偏差平方和均值，ILext、IRext为左右股廓形外侧偏差平方和均值；nLin、nLext分别为左股廓形内外侧测点数量；nRin、nRext分别右股廓形内外侧测点数量；xLin、xLext分别为左股廓形与左股对比廓形内外侧偏差统计值(mm)；xRin、xRext分别为右股廓形与右股对比廓形内外侧偏差统计值(mm)。
将检测区间的廓形偏差的平方和均值进行内部评价得分，若Idev≥2mm2得分为0，否则，其计算式为：
C、基本轨钢轨左右股廓形对称性评分。
廓形对称性指同一位置左右股钢轨廓形偏差情况(对比范围为-15mm～0mm，20mm～35mm)，对齐方式为轨顶对齐、内侧对齐。
廓形对称偏差的统计取绝对值，无正负；统计算法为：
Rdev＝Rin+Rext
式中，Rdev为廓形对称性评价指标值，该值越小，说明钢轨左、右股廓形的偏差及波动越小，廓形质量越高。
分别为廓形内、外侧的偏差均值，Sin、Sext分别为廓形内、外侧偏差的标准差；以上数值均为正值。
廓形对称性评价得分偏差限值设定为6mm，超出6mm，其得分为0；否则其计算方式为：
D、转辙区、辙叉区钢轨廓形GQI评分；
采用MINIPROF接触式钢轨廓形仪进行转辙区、辙叉区钢轨廓形测量，在转辙区、辙叉区沿断面宽度方向选取测点，GQI综合得分采用均值和标准差加权的方式，评分方法与步骤A 中基本轨钢轨廓形GQI评分方法相同。
E、廓形等效锥度评分
轮轨匹配的等效锥度影响着车辆运行的平稳性和稳定性，等效锥度过大会造成车辆抖车，锥度过小则会造成车辆晃车。如：京沪高铁主要为380B型车，380B型车踏面类型均为S1002cn，保证动车组的运行品质，建议等效锥度范围为0.065～0.368。通过对车轮进行测量，选取全新车轮、磨耗最严重的车轮及磨耗居中具有代表性的车轮分别与测量得到的钢轨廓形进行匹配，计算等效锥度，最后得到等效锥度得分。
Zd＝0.3·Znew+0.3·Zmid+0.4·Zmax
其中，Cnew为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Cmid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Cmax为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Znew为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zmid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zmax为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zd为3种不同车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，Zv为此区间车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，n为钢轨测点个数。
F、焊缝平直度评分
列车运行过程中焊缝平直度引起的列车振动显著增强，良好的平直度是保证车辆安全平稳运行的保障。焊缝平直度是钢轨与水平面相符合程度的衡量指标。通常用不平度指标来衡量，它是指钢轨表面与水平面之间的最大偏离距离。焊缝平直度检测标准如下表1所示。
表1平直度要求
按照上述标准，在检测范围内，采用平直尺测量焊缝平直度。单股的评价指标采用符合要求的焊缝测点占比，其值越高，表明平直度越好，计算公式为：
式中，Fh为道岔内焊缝平直度最大值超限个数，Fl为道岔内焊缝平直度最小值超限个数，N为焊缝测点数量。
G、动车组平稳性
添乘仪数据分析
平稳性指标是基于大量试验结果制定的平稳性指标，用于评判车辆本身运行品质和旅客乘坐舒适度。它包括横向平稳性指标和垂向平稳性指标，分别对应车体的横向振动舒适度和垂向振动舒适度。分析平稳性指标按照上下行整体岔区质量分析，不对单个道岔分析，平稳性得分为岔区所有道岔得分。
各测点平稳性指标评定等级及分数如下表2所示，同时当每出现测点平稳性指标大于1.5 扣0.5分，区间垂向/横向总得分为此区间各测点得分均值减去扣分值最终平稳性得分为垂向平稳性得分和横向平稳性得分二者均值。
表2平稳性指标等级划分
| 平稳性等级 | 平稳性指标W | 各点平稳性得分 |
| 1级 | <1.5 | 100 |
| 2级 | 1.5～2 | 50 |
| 3级 | ＞2 | 0 |
H、光带评分
高速铁路光带宽度应维持在20～30mm，且光带距内侧宽度应为15～20mm。在检测范围内，采用直尺测量光带宽度及位置。单股光带评价指标采用宽度符合要求的光带测点占比，该光带测点即为前述步骤A中每组道岔在焊缝前后选取的测点；光带测点占比值越高，表明光带越好。计算式为：
式中，NS为满足光带宽度是20～30mm范围之内的测点数量，Nl为满足带距内侧宽度应为15～25mm之内的测点数量，N为光带测量总数。
I、轨面硬度
轨面硬度采用区间钢轨硬度偏离平均硬度的程度进行比较。每个区间中，高于轨面平均硬度300HB以上硬度测点数量占比为该区间硬度评价指标，即：
式中，
为某区间某股硬度测点中硬度高于平均硬度300HB的测点数量，N为某区间轨面硬度测量总数。该值越大，说明轨面硬化越严重。区间钢轨的硬度评价指标为左、右股钢轨指标之和，即：
轨面硬度评价得分计算式为：
上述轨面硬度测点在每组道岔在焊缝前后选取。
J、基本轨廓形磨耗量评分
根据《高速铁路无砟轨道线路维修规则》，磨耗量得分情况如表3所示，表3中“-”表示无此检测项目。
表3基本轨磨耗表
根据道岔区域内廓形的磨耗情况，给定廓形磨耗评分。磨耗评分的计算公式如下：
其中，
分别为廓形垂向磨耗均值和侧向磨耗均值，w总为磨耗评分；
病害扣分方法具体如下：
a、波磨
采用非接触式钢轨波磨检测仪，对检测区段钢轨表面波磨状态进行检测。检测涵盖了5 个波长范围的波磨情况：10～30mm、30～100mm、100～300mm、300～1000mm、1000～3000mm。计算波磨指标波长范围：100～1000mm。
单股钢轨波磨质量评价指标见下式。
式中，v为波磨测量单元总数，单元长度为100m。nc＞0为超限率大于0的单元数量，nc＞3％为超限率大于3％的单元数量。
为波磨超限的检测单元的平均超限率。Ceq值越大，表明波磨分布范围越广、波磨谷深超限越严重。
区间钢轨的波磨评价指标为左、右股钢轨之和，即：
当
时(单股大于1.1)，波磨扣分为100，且
越小，得分越小，表明区间钢轨波磨越少。
b、裂纹
采用涡流探伤仪检测钢轨表面裂纹深度，可准确掌握钢轨表面疲劳程度，为轨面修提供数据支撑。该设备测量裂纹深度的门槛值为0.1mm。
涡流探伤仪检测轨面具体位置分布如图2所示，涡流探伤仪的第5、7、9、11通道，分别对应第4、3、2、1频道。
在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的裂纹数量计算方式为：
式中，N1、N2、N3、N4分别涡流探伤仪的探伤频道1、2、3、4探测到的列为数量，其中4个探伤频道所对应的探伤通道中裂纹里程一致的将只保留1个。N的值越大，表明轨面疲劳裂纹发展越严重。
在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的平均裂纹深度计算方式为：
式中，dnm为第n个频道第m个裂纹的深度。Nsum为裂纹总数量。D的值越大，表明裂纹深度越大。
其中，深度大于0.5mm裂纹占比表明钢轨中裂纹发展的严重程度。计算式为：
式中，λ为钢轨裂纹的数量占比，是表示裂纹发展严重程度参数，N＞0.5、N＞1.5、N＞2.7、N＞5分别表示深度大于0.5mm、1.5mm、2.7mm、5mm的裂纹深度。
钢轨疲劳裂纹得分包含3部分：裂纹平均深度得分、单位长度(1km)平均裂纹数量及深裂纹占比，按百分制，以上3部分分别占40分、40分、20分，分数越高表明裂纹越严重。计分算法如下：
式中，Di为第i个区间裂纹平均深度。当平均裂纹深度大于0.2mm时，该项得分为0。
式中，Ni为第i个区间单位长度钢轨的平均裂纹数量，
为线路整体平均裂纹数量。当Ni大于2倍
时，该项得分为0。
式中，λi为第i个区间的0.5mm以上裂纹的数量占比。当λi大于2％时，该项得分为0。
c、伤损
伤损扣分情况如表4所示，每出现一处伤损进行扣分，扣完为止。
表4伤损扣分情况表
d、转辙区、辙叉区降低值
道岔主要几何尺寸主要包括尖轨降低值、心轨降低值等。降低值是影响岔区内轮轨接触的重要参数。降低值限度扣分情况表如表5所示。
表5受限区降低值扣分表
e、转辙区、辙叉区磨耗量
转辙区、辙叉区的磨耗量如果超过表6所列限度之一的，按照以下情况扣分。
表6磨耗量扣分表
步骤3：对不同测量项目(钢轨廓形、光带、硬度、等测量项目)、不同检测区域(基本轨、尖轨、心轨)赋予不同的权重，如表7所示。
表7高速道岔钢轨使用状态初步评估模型
通过不断采集的数据，对建立的高铁道岔使用状态评估数学模型进行评估，直至模型可直观反映道岔现实情况。
通过上述模型计算得到道岔使用状态评估结果，结合检测数据形成检测报告。同时结合实际情况和打磨车作业能力、天窗数量等，对打磨作业计划安排提供合理建议。
本发明高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，通过对不同检测数据的分析，利用科学有效的统计分析等方法，判断列车的通过方式，并从轮对、构架、车体全断面多角度对道岔状态进行综合性评价，实现对道岔病害状况的准确判断，从而科学指导道岔的养护维修，为铁路养护维修工作从“周期修”转变为“状态修”提供支持。高速铁路道岔钢轨使用状态评估，可以准确地掌握各组道岔的服役状况、准确判定健康状态，劣化现状及劣化规律，准确评估健康状态等级及预警机制，以便实现及时有效地事前优先检修响应和处置机制；还可以同时实现对“优/良”级、“中/差”级状态道岔的分类评估与个性化处理方案，重点实现“免修”、“需要小机维修”、“即刻大机维修”等精细化管理机制。达到减少无效劳动、尽量避免过剩修和提高劳效。
Claims (3)
1.一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：获取状态评估所需的道岔钢轨检测数据；
步骤2：建立高速铁路道岔钢轨使用状态评估数学模型，包括状态基础评分部分和病害扣分部分，状态基础评分具体包含：基本轨钢轨廓形GQI评分、基本轨廓形一致性评分、基本轨钢轨廓形对称性评分、受限区GQI评分、等效锥度评分、焊缝平直度评分、车辆平稳性评分、光带评分、钢轨硬度评分、钢轨磨耗评分；病害扣分具体包含：裂纹扣分、伤损扣分、降低值扣分、波磨扣分、降低值扣分；
上述各项评分方式为：
A、基本轨钢轨廓形GQI评分采用均值和标准差加权的方式，得分公式如下：
式中，Gi为测点i处廓形指标综合得分；GQIi为检测区间的GQI平均值；Sstdev为各检测区间GQI值的样本标准差；
B、基本轨钢轨廓形一致性评分
钢轨廓形纵向偏差分为外侧、内侧分别计算，统计指标为廓形内、外侧偏差的平方和平均值，计算方法为：
式中，ILin、IRin为左右股廓形内侧偏差平方和均值，ILext、IRext为左右股廓形外侧偏差平方和均值；nLin、nLext分别为左股廓形内外侧测点数量；nRin、nRext分别右股廓形内外侧测点数量；xLin、xLext分别为左股廓形与左股对比廓形内外侧偏差统计值；xRin、xRext分别为右股廓形与右股对比廓形内外侧偏差统计值；
将检测区间的廓形偏差的平方和均值进行内部评价得分，若Idev≥2mm2得分为0，否则，其计算式为：
C、基本轨钢轨左右股廓形对称性评分；
廓形对称偏差的统计计算方法为：
Rdev＝Rin+Rext
式中，Rdev为廓形对称性评价指标值；
分别为廓形内、外侧的偏差均值；Sin、Sext分别为廓形内、外侧偏差的标准差；
廓形对称性评价得分偏差限值设定为6mm，超出6mm，其得分为0；否则其计算方式为：
D、转辙区、辙叉区钢轨廓形GQI评分采用均值和标准差加权的方式，评分方法与步骤A中基本轨钢轨廓形GQI评分方法相同；
E、廓形等效锥度评分通过对车轮进行测量，选取全新车轮、磨耗最严重的车轮及磨耗居中具有代表性的车轮分别与测量得到的钢轨廓形进行匹配，计算等效锥度，最后得到等效锥度得分，如下：
Zd＝0.3·Znew+0.3·Zmid+0.4·Zmax
其中，Cnew为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Cmid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Cmax为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Znew为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zmid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zmax为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Zd为3种不同车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，Zv为此区间车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，n为钢轨测点个数；
F、焊缝平直度评分
根据焊缝平直度检测标准，单股的评价指标采用符合要求的焊缝测点占比，计算公式为：
式中，Fh为道岔内焊缝平直度最大值超限个数，Fl为道岔内焊缝平直度最小值超限个数，N为焊缝测点数量；
G、动车组平稳性
平稳性指标小于1.5，测点平稳性得分为100分；在1.5～2之间，测点平稳性得分为50分；大于2，测点平稳性得分为0分；每出现测点平稳性指标大于1.5扣0.5分，区间垂向/横向总得分为此区间各测点得分均值减去扣分值最终平稳性得分为垂向平稳性得分和横向平稳性得分二者均值；
H、光带评分
单股光带评价指标采用宽度符合要求的光带测点占比，计算式为：
式中，NS为满足光带宽度是20～30mm范围之内的测点数量，Nl为满足带距内侧宽度应为15～25mm之内的测点数量，N为光带测量总数；
I、轨面硬度
每个区间中，高于轨面平均硬度300HB以上硬度测点数量占比为该区间硬度评价指标，即：
式中，
为某区间某股硬度测点中硬度高于平均硬度300HB的测点数量，N为某区间轨面硬度测量总数；区间钢轨的硬度评价指标为左、右股钢轨指标之和，即：
轨面硬度评价得分计算式为：
J、基本轨廓形磨耗量评分
根据高速铁路无砟轨道线路维修规则，磨耗评分的计算公式如下：
其中，
分别为廓形垂向磨耗均值和侧向磨耗均值，w总为磨耗评分；
病害扣分方法具体如下：
a、波磨
单股钢轨波磨质量评价指标为：
式中，v为波磨测量单元总数，单元长度为100m；nc＞0为超限率大于0的单元数量，nc＞3％为超限率大于3％的单元数量；
为波磨超限的检测单元的平均超限率；
区间钢轨的波磨评价指标为左、右股钢轨之和，即：
b、裂纹
在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的裂纹数量计算方式为：
式中，N1、N2、N3、N4分别涡流探伤仪的4、3、2、1探伤频道探测到的裂纹数量，其中4个探伤频道所对应的探伤通道中裂纹里程一致的将只保留1个；
在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的平均裂纹深度计算方式为：
式中，dnm为第n个频道第m个裂纹的深度；Nsum为裂纹总数量；
其中，深度大于0.5mm裂纹占比表明钢轨中裂纹发展的严重程度，计算式为：
式中，λ为钢轨裂纹的数量占比，表示裂纹发展严重程度参数，N＞0.5、N＞1.5、N＞2.7、N＞5分别表示深度大于0.5mm、1.5mm、2.7mm、5mm的裂纹深度；
钢轨疲劳裂纹得分包含3部分：裂纹平均深度得分、单位长度平均裂纹数量及深裂纹占比，按百分制，以上3部分分别占40分、40分、20分，分数越高表明裂纹越严重，计分算法如下：
式中，Di为第i个区间裂纹平均深度；当平均裂纹深度大于0.2mm时，该项得分为0；
式中，Ni为第i个区间单位长度钢轨的平均裂纹数量，
为线路整体平均裂纹数量；当Ni大于2倍
时，该项得分为0；
式中，λi为第i个区间的0.5mm以上裂纹的数量占比；当λi大于2％时，该项得分为0；
c、伤损
每出现一处伤损进行扣分，扣完为止，具体如下：
道岔轻伤扣5分，重伤扣10分；站内钢轨轻伤扣10分，重伤扣20分；
d、转辙区、辙叉区降低值
包括尖轨降低值、心轨降低值等，降低值限度扣分方式为：
转撤区降低值偏差在正负0.1mm以内扣0分，正负0.1mm至正负0.5mm扣5分，正负0.5mm至正负1mm扣10分，正负1mm以上扣20分；辙叉区降低值偏差在正负0.1mm以内扣0分，正负0.1mm至正负0.5mm扣5分，正负0.5mm至正负1mm扣10分，正负1mm以上扣20分；
e、转辙区、辙叉区磨耗量
转辙区、辙叉区的磨耗量扣分方式为：
①基本轨、翼轨总磨耗为7或垂直磨耗为6或侧面磨耗为8，则扣50分；
②基本轨、翼轨垂直磨耗为8或侧面磨耗为10，则扣100分；
③尖轨、心轨、叉根尖轨总磨耗为6或垂直磨耗为4或侧面磨耗为6，则扣50分；
④尖轨、心轨、叉根尖轨垂直磨耗为6或侧面磨耗为8，则扣100分；
步骤3：对不同测量项目、不同检测区域赋予不同的权重。
2.如权利要求1所述一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，其特征在于：状态基础评分部分各项评分方法为。
3.如权利要求1所述一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，其特征在于：状态基础评分部分各项评分方法为：步骤3中权重分配如下：
其中，基本轨GQI评分权重20％；基本轨廓形一致性评分权重10％；基本轨廓形对称性评分权重10％；受限区GQI评分权重20％；等效锥度评分权重5％；焊缝平直度评分权重10％；车辆平稳性评分权重10％；光带评分权重5％；钢轨硬度评分权重5％；钢轨磨耗评分权重5％；裂纹扣分权重10％；伤损扣分权重10％；尖轨降低值扣分权重20％；波磨扣分权重10％；心轨降低值扣分权重20％。
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