[发明专利]一种实测焊缝几何的轮轨力预测方法及钢轨焊缝维护系统

说明书

本发明提供了一种实测焊缝几何的轮轨力预测方法及钢轨焊缝维护系统，属于轨道交通领域，这种实测焊缝几何的轮轨力预测方法，包括如下步骤：测量焊缝的梯度值，挑选出两个相邻的梯度值为0的第一焊缝位置和第二焊缝位置；对第一焊缝位置和第二焊缝位置测量深度差得到特征深度；建立梯度‑轮轨动态力坐标系，通过模型的模拟得到特征深度下的梯度‑轮轨动态力关系式；梯度‑轮轨动态力关系式绘制到梯度‑轮轨动态力坐标系内形成梯度‑轮轨动态力关系曲线；在焊缝的梯度值中挑选出最大梯度值，将最大梯度值对应梯度‑轮轨动态力关系曲线，得到最大轮轨力。可以方便检测焊缝产生的最大轮轨力，判断焊缝的健康与否。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体而言，涉及一种实测焊缝几何的轮轨力预测方法及钢轨焊缝维护系统。

背景技术

无缝线路将标准长度的钢轨采用焊接方法焊接成所需长度的钢轨，可以消除轨缝、台阶、折角等接头缺陷，改善轨道结构的连续性和整体性，且具有行车平稳、延长钢轨使用寿命、节约养护维修劳力等特点，在世界各国铁路上均得到了大力发展。然而由于焊接工艺的限制及操作不当、焊接处的材料因相变与母材存在一定差异、焊接后出现的残余应力和疲劳裂纹等因素的影响，钢轨焊缝处的几何形位尺寸难以保持绝对的平顺性。针对中国高速线路的钢轨焊缝几何不平顺尺寸特征，有学者展开了一个详细的调查，发现短波不平顺是钢轨焊缝区表面缺陷的主要形式。

车轮在钢轨上处于稳态滚动时，系统的变形与所施加的恒定载荷处于平衡状态。当钢轨表面存在焊缝不平顺，这一平衡将被打破而激发较高的轮轨力，导致钢轨焊缝处压溃、波磨甚至断轨等病害的出现。因此，控制焊缝不平顺尺寸对保障高速铁路安全、稳定、经济运营是非常重要的。

日常运营时，通常以90kN的轮轨力为安全限值控制轮轨动态相互作用。因此，需要建立更为精确的几何梯度与动态力的关系以服务于铁路部门的养护维修。

开展钢轨焊缝处轮轨力评估的前提是获取其几何尺寸，这通常需要耗费较高的人力、物力和时间成本。而目前。

发明内容

本发明提供了一种实测焊缝几何的轮轨力预测方法及钢轨焊缝维护系统，旨在解决现有技术中实测焊缝几何的轮轨力预测方法及钢轨焊缝维护系统存在的上述问题。

本发明是这样实现的：

一种实测焊缝几何的轮轨力预测方法，包括如下步骤：

测量焊缝的梯度值，挑选出两个相邻的所述梯度值为0的第一焊缝位置和第二焊缝位置；

对所述第一焊缝位置和所述第二焊缝位置测量深度差得到特征深度；

建立梯度-轮轨动态力坐标系，通过模型的模拟得到所述特征深度下的梯度-轮轨动态力关系式；所述梯度-轮轨动态力关系式绘制到所述梯度-轮轨动态力坐标系内形成梯度-轮轨动态力关系曲线；

在所述焊缝的梯度值中挑选出最大梯度值，将所述最大梯度值对应所述梯度-轮轨动态力关系曲线，得到最大轮轨力。

在本发明的一种实施例中，所述模型为基于显式有限元单元法建立的三维轮轨滚动接触有限元模型。

在本发明的一种实施例中，所述三维轮轨滚动接触有限元模型的边界条件包括：约束车轮端部的横向运动，钢轨纵向端部被施加纵向约束，固定砂浆层底部，一系悬挂和扣件仅保留垂向自由度。

在本发明的一种实施例中，所述三维轮轨滚动接触有限元模型中，采用非均匀的实体单元离散划分所述车轮和所述钢轨，最小网格尺寸为1.1mm。

在本发明的一种实施例中，轨道板和所述砂浆层采用8节点实体单元划分网格。

在本发明的一种实施例中，所述显式有限元单元法模拟过程采用隐-显式分析，所述隐-显式分析包括：

隐式算法求得所述车轮在初始位置的静态接触解；