基于轮轨关系的钢轨打磨代表廓形计算方法研究

钢轨廓形打磨能有效延长钢轨使用寿命,打磨过程中的一个重要步骤是从多个实测钢轨廓形中选取或计算一个代表廓形,与目标廓形对比后对打磨电机磨石角度进行排列安排。针对实测钢轨廓形数据中均存在的周期性或偶发脉冲干扰问题,利用Savitzky-Golay平滑法能很好地保持曲线形状,同时又达到较好的平滑效果。基于轮轨接触几何关系及接触点位置的概率分布,分析采用算术平均、加权平均、最小二乘距离法和散点拟合法计算得到的钢轨代表廓形与实测钢轨廓形组的轮轨接触点分布曲线相关性。结果表明:无论是在直线还是曲线区段,算术平均法的结果均最贴近实测数据结果,其次是散点拟合法的结果,加权平均、最小二乘距离法的结果相符程度较低。

基于区段磨耗钢轨典型廓形的打磨设计方法

铁路货运线路运量大、运行密度高等因素导致钢轨病害问题频繁发生,需要及时对钢轨进行打磨,改善轮轨关系。采用弗雷歇距离方法,基于区段内不同截面钢轨磨耗型面数据,构建磨耗代表廓形选取模型,结合NURBS曲线理论构建钢轨廓形的描述方法,采用基于钢轨廓形少量离散点的差值拟合算法进行打磨廓形设计;以减少钢轨打磨材料去除量及减小脱轨系数为目标函数,以轮轨匹配特性和降低钢轨磨耗为约束条件,建立钢轨打磨廓形计算模型。结果表明,与标准廓形CN75相比,打磨廓形OP75的材料去除量减少44.7%,轨顶下降高度减少0.39 mm,脱轨系数最大值减少5.4%,轮重减载率均方根值减少2.7%,车体横向振动加速度均方根值减少2.3%,轮轨横向力最大值减少4.4%;列车运行3万公里后,在60 km/h~120 km/h速度工况下,OP75的节点位移总量比CN75减少17.2%~19.1%。与打磨恢复成标准廓形相比,所设计的钢轨打磨目标廓形具有更好的动态特性,可以提高列车运行安全性和平稳性,减缓钢轨磨耗。

过度磨耗钢轨的打磨廓形设计方法

针对过度磨耗钢轨的打磨,提出一种以圆弧切点为关键参数的钢轨廓形设计方法;以轮轨接触位置为优化区域,以钢轨磨耗和打磨材料去除量作为优化目标函数,以廓形边界范围、凹凸性、脱轨系数和轮轨横向力为约束条件,建立磨耗钢轨打磨设计廓形多目标函数;集成多元模拟退火寻优算法进行求解;为了得到能代表重载线路曲线区段的钢轨廓形,作为优化的输入数据,采用最小二乘距离算法、算术平均算法、加权平均算法和散点重构算法得出4种钢轨代表廓形;使用Pearson相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数计算出4种算法的钢轨代表廓形与实测廓形接触点概率分布曲线的相关性,取相关性最高的代表廓形为等效重载线路曲线区段的实际廓形;对某重载线路过度磨耗钢轨的经济性打磨廓形以及采用圆弧型廓形设计方法的优化廓形进行分析。分析结果表明:优化廓形与现场打磨廓形相较,截面廓形磨削量减少69.56mm^(2),下降64.98%,脱轨系数小幅增大,轮轨横向力基本不变,轮对横移变化较小,曲线通过性能相近,80万次通过量下的磨耗面积增加2.19mm^(2),钢轨的磨耗速率略微增大,整体仍延长了钢轨寿命。