[发明专利]一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法

说明书

本申请公开了一种有砟道床‑大机捣入深度的优化方法，涉及有砟轨道交通领域。包括以下步骤：建立大机‑有砟道床耦合模型；预设多个初始捣入深度；根据初始捣入深度并基于大机‑有砟道床耦合模型模拟与其对应的捣固作业过程，分析捣固作业过程中轨枕所受压力，确定捣入深度值的上限；分析捣固作业对道砟颗粒的破碎概率，确定捣入深度值的下限；最后分析不同捣入深度条件下道砟颗粒的运动规律，并结合捣入深度值的下限和上限确定捣入深度的最佳取值范围。本申请用于确定合理的捣入深度，提高养护维修效果。

技术领域

本申请涉及有砟轨道交通领域，尤其涉及一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法。

背景技术

有砟轨道是国内外一种重要的铁路轨道结构形式，具有造价低、弹性好、振动噪声小、养护维修方便等一系列优势。然而，有砟道床作为一种散体材料，在列车循环荷载作用下会发生破碎、粉化、沉降等一系列劣化现象，导致轨道几何形位发生改变，道床力学性能降低，轮轨作用力增大，严重威胁行车安全。大型养路机械捣固作业能够有效改善道床弹性、恢复轨道几何形位，是目前国内外有砟轨道养护维修的一种主流措施。然而，目前我国大机作业参数多是基于经验进行安排，缺乏系统的理论指导，导致捣固作业效果欠佳。

捣入深度是捣固作业的一项关键参数，严重影响有砟道床的养护维修质量。若捣入深度过小，在捣镐的夹持过程中会对轨枕产生巨大的挤压力，导致轨枕发生磨耗，且道砟颗粒不能发生充分的移动，难以对轨枕底部的空隙进行充分填充；若捣入深度过大，捣镐会对有砟道床产生巨大的冲击力，致使道砟颗粒易发生破碎，且镐掌的作用区域主要集中于道床中下部，养护维修效果欠佳。

目前，国内外提出了部分方法研究合理的捣固作业参数。Saussine、Zhou等人利用捣固作业后枕底密实度的变化规律从宏观角度评价捣固作业效果，提出了捣固作业频率的最优取值，王众保从细观角度分析了捣固作业对道砟颗粒运动的影响规律，这些方法单方面考虑了捣固作业对有砟道床质量状态的改善效果，未考虑捣镐对有砟道床的冲击破坏作用。Perales及Aursudkij通过捣固作业过程中道砟颗粒的破碎研究捣固破坏作用，未考虑捣固作业对有砟道床改善效果，且未提出合理的捣固作业参数。Liu利用捣固作业后道床横线阻力的衰减及阻尼的增长研究捣固作业对有砟道床质量状态的影响，但未对捣固作业的关键参数进行深入研究。

发明内容

本申请的提供一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，通过从轨枕磨耗、道砟破碎、颗粒移动等多个角度平衡捣固作业的利与弊，从而确定捣入深度，提高了养护维修效果，减轻捣镐对道床及轨枕的破坏作用。

为达到上述目的，本申请提供一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法。包括以下步骤：

S1：利用数值仿真软件建立包含捣镐、轨枕和道砟颗粒堆积结构的大机-有砟道床耦合模型；

S2：预设多个初始捣入深度；

S3：将多个初始捣入深度分别输入至大机-有砟道床耦合模型中，模拟与其对应的捣固作业过程，捣固作业过程包括捣入阶段和夹持阶段；

S4：根据模拟捣固作业过程中轨枕所受压力确定捣入深度的下限；根据模拟捣入阶段结束时道砟颗粒的破碎概率确定捣入深度的上限；

根据捣入深度的下限、上限以及模拟捣固作业过程中道砟颗粒的竖向位移均值、平均配位数和轨枕底部空隙率确定捣入深度的最佳取值范围。

进一步地是，所述S4具体包括以下步骤：

S41：根据多个初始捣入深度分别对应的模拟捣固作业过程中轨枕所受压力，得到在不同捣入深度下轨枕所受压力时程曲线，并根据压力时程曲线中压力峰值的增量确定捣入深度的下限；

S42：根据多个初始捣入深度分别对应的模拟捣入阶段结束时道砟颗粒的破碎概率，得到道砟颗粒的破碎概率与捣入深度的关系曲线，并根据其确定捣入深度的上限；