【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機械工程領域，具體涉及鐵道車輛車輪磨耗指標的構建與輪軌接觸幾何關系的評估，面向對象為鐵道車輛，包括：動車組、機車車輛、城市軌道車輛等輪軌系交通。
技術介紹
1、在鐵路系統中，車輪和軌道的型面形狀是輪軌接觸幾何的基礎，它們對車輛系統的動態行為有著決定性的影響。新投入使用時，車輪和軌道的接觸關系良好，但隨著使用過程中的磨耗磨耗的累積，這種接觸關系會發生變化，進而影響車輛的動態性能。研究表明，輪軌磨耗會導致異常的輪軌匹配等效錐度，進而影響車輛的運行穩定性，帶來轉向架蛇行和車體蛇行等問題。當車輛出現不穩定運行時，需要追蹤導致該現象的根本原因，這通常包括獲取實際的輪軌型面并分析其接觸關系。然而，由于運行路線長、速度快，很難確定不穩定發生的具體軌道位置。即便獲得了輪軌型面和等效錐度，也難以明確導致異常接觸關系的真正因素。這種情況容易導致車輛運營部門與軌道維護部門之間的爭議，存在推諉、效率低下和維護成本高等問題。因此，有必要尋找一個除了輪軌接觸等效錐度之外的新指標，這個指標僅依賴于車輪型面的單一測試數據，并能有效地反映輪軌接觸幾何狀態及相關車輛的運行穩定性，以實現解耦蛇行失穩的故障因素并為解決蛇行失穩問題提供支持。
2、現有輪軌接觸幾何評估方法存在以下不足之處：
3、1)計算輪軌接觸幾何參數需要獲取上述參數，這需要協調多個部門，且往往難以定位到準確的鋼軌型面；
4、2)計算上述參數需要基于跡線法的理論方法，計算過程較復雜，且計算結果對測試數據十分敏感，容易產生異常結果；
5、3)輪
技術實現思路
1、本專利技術為了解決現有車輪磨耗指標以及輪軌接觸幾何評估方法的缺點和不足出發，本專利技術的目的是尋找一個除了輪軌接觸等效錐度之外的新指標。該指標評估僅依賴于車輪型面的單一測試數據，并能有效反映輪軌接觸狀態及相關車輛運行穩定性，以實現解耦運行不穩定性的故障因素，并為追蹤蛇行失穩的故障因素提供支持。通過這種方式，本專利技術旨在更全面地評估車輪踏面磨耗對車輛蛇行穩定性的影響，提供更準確的維護和優化指導，從而提高鐵路車輛的運行安全性和效率。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于改進車輪磨耗指標的輪軌接觸幾何關系評估方法，其方法包括以下步驟：
3、s1、型面數據的獲取
4、首先，需要測試得到磨耗后的車輪型面數據，以及該型面在未發生磨耗時的標準型面數據，并將坐標點數據轉換至統一的坐標系下；
5、s2、坐標點插值處理
6、車輪踏面由一系列離散的平面坐標點(xi,yi)組成，由于踏面磨耗、測試條件和測試人員因素的影響，其橫向坐標通常不同，為了便于計算車輪磨耗量，分別對標準車輪型面數據和實測磨耗后的車輪型面數據的坐標點進行三次樣條插值，得到平滑的三次樣條函數s1(x)和s2(x)；
7、s3、踏面磨耗量的計算
8、利用樣條函數，計算得到指定橫坐標處的磨耗值，故而令橫坐標為0，能得到名義滾動圓處的踏面磨耗量w0為s1(0)-s2(0)；
9、s4、磨耗指標wmad的計算
10、將磨耗后的型面插值曲線s2(x)向上垂直平移，直至其名義滾動圓坐標與標準型面重合，然后在踏面磨耗區域[x3,x4]內對平移后的型面s2(x)+w0與標準型面曲線s1(x)進行積分，再相減得到移動磨耗面積差wmad；
11、s5、磨耗指標wmad與輪軌接觸參數的相關分析
12、基于上述計算方法，利用大量實測車輪型面數據，逐個計算車輪磨耗指標wmad；基于標準鋼軌型面數據，分別計算不同實測車輪型面與標準鋼軌型面匹配下的等效錐度；通過互相關分析，得到車輪磨耗指標wmad與等效錐度間的互相關系數，評估兩者間的相關程度；
13、s6、磨耗指標wmad的優化
14、對踏面磨耗區域[x3,x4]進行變參分析，分析不同磨耗區域下車輪磨耗指標wmad與等效錐度間的互相關系數，提取相關系數最高的磨耗區間值，將其作為磨耗指標wmad的最終計算區間，實現磨耗指標的優化。
15、在新磨耗指標建立的基礎上，進一步開展輪軌接觸幾何關系的評估，具體實施流程如下：
16、1.新磨耗指標與等效錐度的計算
17、基于優化建立的新車輪磨耗指標wmad，計算實測車輪型面下的磨耗指標，并結合標準鋼軌型面，計算不同輪對橫移量下的輪軌匹配等效錐度；
18、2.等效錐度變化量的計算
19、采用標準車輪型面與標準鋼軌型面，計算輪對橫移3mm處的輪軌匹配名義等效錐度，并將實測磨耗車輪下的名義等效錐度減去標準車輪下的名義等效錐度，得到名義等效錐度變化量；
20、3.指標間的回歸分析
21、基于車輪磨耗指標和對應的名義等效錐度變化量，以磨耗指標wmad為自變量，以名義等效錐度為應變量，開展一元回歸分析；通過對比線性回歸和非線性回歸下的r2值，對比不同回歸模型的擬合優度，遴選出擬合效果最佳的回歸模型；
22、4.基于車輪磨耗指標的名義等效錐度預測
23、利用上述建立的回歸模型，通過計算新測試磨耗車輪的磨耗指標wmad，能得到名義等效錐度變化量的預測值，結合該型面在新輪狀態下的名義等效錐度值，最終得到該磨耗車輪與標準鋼軌型面匹配的名義等效錐度預測值；
24、5.輪軌接觸幾何關系評估
25、基于現有動車組輪軌匹配等效錐度運用限值管理規范，結合計算得到的名義等效錐度預測值，對車輪磨耗狀態及輪軌匹配幾何關系進行評估，給車輪鏇修維護提供指導。
26、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
27、1、本專利技術所構建的車輪磨耗指標與輪軌匹配等效錐度間具有很好的相關性，直觀地反映出輪軌接觸的幾何狀態；
28、2、該指標與車輛蛇行穩定性之間也存在強相關性，通過該磨耗指標的評估實現對車輛蛇行穩定性的預評估，繼而支撐蛇行失穩的故障溯源，提高問題的解決效率，降低車輛運維成本。
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1.一種基于改進車輪磨耗指標的輪軌接觸幾何關系評估方法，其特征在于：其方法包括以下步驟：
【技術特征摘要】
1.一種基于改進車輪磨耗指標的輪軌接觸幾何關...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫建鋒，焦衛東，蔣永華，陳曉昊，董治麟，施繼忠，
申請(專利權)人：浙江師范大學，
類型：發明
國別省市：
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