一种基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法与流程

本发明属于铁路维护，特别涉及一种基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法。

背景技术：

1、钢轨作为铁路轨道的核心组成部件，具有支撑、导向列车运行的作用。列车牵引与制动均依靠列车车轮与钢轨间的摩擦力来实现，因此良好的钢轨状态是保证列车安全平稳运行的先决条件。作为一个典型的摩擦疲劳部件，在长时间交变应力作用下，钢轨服役失效主要表现为摩擦磨损与滚动接触疲劳两种典型形式。如高速铁路运营过程中钢轨表面受列车的剧烈作用极易出现钢轨波磨，造成高速列车行车时的振动与噪声，影响乘车舒适性，减少列车部件的疲劳寿命。滚动接触疲劳裂纹，是钢轨在交变应力作用下接触表面或亚表面萌生出裂纹并扩展的结果，钢轨一旦出现裂纹，如处理不及时，会严重影响铁路列车的运行安全。

2、钢轨打磨作为铁路线路养护维修的一种重要方法，能够修正钢轨廓形，抑制和消除轨面伤损、波磨等轨面病害，延长钢轨寿命，在全世界范围内有着广泛应用，也是最为有效的钢轨养修手段，已成为钢轨养护维修与损伤预防的最为重要的技术，对保障高速铁路钢轨的安全可靠运营具有关键作用。

3、近年来，越来越多的研究开始聚焦在对于钢轨打磨的量化评价技术，进而指导铁路工务部门何时应该打磨，并明确打磨的效果。一些研究也提出了钢轨打磨质量指数等钢轨打磨评价方法，但这些方法,仅仅是单方面的，从钢轨廓形贴合度的角度评价钢轨打磨效果,或是从钢轨轨面疲劳伤损程度评价钢轨打磨效果,没有针对不同路况和路段的钢轨实际情况进行区分评价,更没有考虑到钢轨实际运营中伤损规律的动态变化情况。而在目前现有钢轨打磨评价方法中，也没有多方面因素考量的综合评价方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提出一种基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，综合考虑钢轨廓形偏差程度、钢轨轨面伤损程度和钢轨轨面波磨程度。

2、为达到上述发明目的，本发明提出一种基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其中，采集钢轨表面状态数据；收集并统计分析钢轨的重伤数据；根据重伤数据分别计算钢轨廓形偏差指数、钢轨轨面伤损指数和钢轨轨面平顺指数在钢轨打磨指数中的权重，根据钢轨表面状态数据分别计算钢轨廓形偏差指数、钢轨轨面伤损指数和钢轨轨面平顺指数；根据钢轨廓形偏差指数、钢轨轨面伤损指数和钢轨轨面平顺指数及其对应权重计算钢轨打磨指数。

3、与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

4、本发明提出的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，综合考虑钢轨廓形、轨面伤损和轨面平顺三个影响钢轨打磨和轨面质量的重要方面因素。其中，在对轨头廓形偏差的评价中，将轨面分区与轨面轮轨接触光带和轨面伤损结合，在实际施工中更具有直接的指导意义；在对轨面伤损的评价中，将涡流检测得到的轨面裂纹深度作为主要评价依据，更具科学性；在权重系数的设计中，将权重与我国铁路钢轨伤损特征结合，并且权重系数根据近几年的伤损数据总结出的规律的变化，而发生动态变化，更具针对性。在综合以上因素所计算的钢轨打磨指数的计算方法，有助于铁路工务部门对线路钢轨表面状态进行评级，为钢轨打磨的策略的制定提供决策依据，有利于钢轨打磨由现行的周期修转变为状态修，实现钢轨打磨资源的科学、有效配置。

技术特征：

1.一种基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，采集钢轨表面状态数据；收集并统计分析钢轨的重伤数据；根据所述重伤数据分别计算钢轨廓形偏差指数、钢轨轨面伤损指数和钢轨轨面平顺指数在钢轨打磨指数中的权重，根据所述钢轨表面状态数据分别计算所述钢轨廓形偏差指数、所述钢轨轨面伤损指数和所述钢轨轨面平顺指数；基于所述钢轨廓形偏差指数、所述钢轨轨面伤损指数和所述钢轨轨面平顺指数及其对应权重计算钢轨打磨指数。

2.如权利要求1所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨打磨指数，其计算公式为：

3.如权利要求1所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，计算所述钢轨廓形偏差指数，包括：对钢轨廓形数据进行预处理，获得钢轨实测廓形；将所述钢轨实测廓形与钢轨目标廓形进行对齐比较以确定钢轨轨头打磨区域；根据钢轨廓形分区规则，对所述钢轨轨头打磨区域进行钢轨廓形分区并设置权重；计算各钢轨廓形分区内廓形贴合度评分、各钢轨廓形分区内接触斑耦合度评分和各钢轨廓形分区内局部高应力评分；基于钢轨廓形分区内廓形贴合度评分、钢轨廓形分区内接触斑耦合度评分和钢轨廓形分区内局部高应力评分及对应的所述钢轨廓形分区的权重，计算钢轨廓形偏差指数。

4.如权利要求3所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨廓形偏差指数，其计算公式为：

5.如权利要求4所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，设定钢轨实测廓形上任一点k，计算所述k点的切线与所述钢轨目标廓形的偏差值的绝对值δk；基于偏差值的绝对值δk，及所述钢轨廓形分区的权重计算所述偏差值计算区域内钢轨廓形评分，包括：钢轨廓形分区内廓形贴合度评分、钢轨廓形分区内接触斑耦合度评分和钢轨廓形分区内局部高应力评分。

6.如权利要求5所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨廓形分区内廓形贴合度评分，其计算公式为：

7.如权利要求5所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨廓形分区内接触斑耦合度评分，其计算公式为：

8.如权利要求5所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨廓形分区内局部高应力评分，其计算公式为：

9.如权利要求4所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，钢轨廓形分区内廓形贴合度评分p1的权重系数wp1为50％，钢轨廓形分区内廓形贴合度评分p2的权重系数wp2为40％，钢轨廓形分区内局部高应力评分p3的权重系数wp3为10％。

10.如权利要求1所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，计算所述钢轨轨面伤损指数，包括：根据钢轨轨面分区规则，对钢轨轨面打磨区域进行钢轨轨面分区并设置权重；计算各钢轨轨面分区内区域裂纹宽度评分和钢轨轨面分区内区域裂纹深度评分，基于各钢轨轨面分区内区域裂纹宽度评分和钢轨轨面分区内区域裂纹深度评分及对应的所述钢轨轨面分区的权重，计算钢轨轨面伤损指数。

11.如权利要求10所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述轨面伤损指数，其计算公式为：

12.如权利要求10所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨轨面分区内区域裂纹宽度评分，其计算公式为：

13.如权利要求10所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨轨面分区内区域裂纹深度评分，其计算公式为：

14.如权利要求11所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨轨面分区内区域裂纹宽度评分c1的权重系数wc1为40％，所述钢轨轨面分区内区域裂纹深度评分c2的权重系数wc2为60％。

15.如权利要求1所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，计算所述钢轨轨面平顺指数，包括：根据所述钢轨表面状态数据，计算所述钢轨轨面移动峰峰值的均值；根据所述钢轨轨面移动峰峰值的均值计算钢轨轨面平顺评分，根据所述钢轨轨面平顺评分计算所述钢轨轨面平顺指数。

16.如权利要求15所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨轨面平顺指数，其计算公式为：

17.如权利要求15所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨轨面平顺性评分，其计算公式为：

18.如权利要求17所述的基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，其特征在于，所述钢轨轨面平顺状态数据包括由钢轨波磨测量仪所测量的多个测量波段下的钢轨轨面移动峰-峰值均值数据，所述钢轨轨面移动峰峰值均值其计算公式为：

技术总结
本发明提出一种基于服役安全的钢轨打磨指数的计算方法，属于铁路维护技术领域。采集钢轨表面状态数据；收集并统计分析钢轨的重伤数据；根据重伤数据分别计算钢轨廓形偏差指数、钢轨轨面伤损指数和钢轨轨面平顺指数在钢轨打磨指数中的权重，根据钢轨表面状态数据分别计算钢轨廓形偏差指数、钢轨轨面伤损指数和钢轨轨面平顺指数；基于钢轨廓形偏差指数、钢轨轨面伤损指数和钢轨轨面平顺指数及其对应的权重计算钢轨打磨指数。本发明能够综合多因素计算出的钢轨打磨指数，有助于铁路工务部门对线路钢轨表面状态进行评级，为钢轨打磨的策略的制定提供决策依据，有利于钢轨打磨由现行的周期修转变为状态修，实现钢轨打磨资源的科学、有效配置。

技术研发人员：梁旭,魏峰,刘丰收,郭战伟,张金,毛昆朋,安博伦,俞喆,杨光,李英奇
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15