[发明专利]一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法

权利要求书

1.一种高速道岔直向钢轨使用状态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获取状态评估所需的道岔钢轨检测数据；

步骤2：建立高速铁路道岔钢轨使用状态评估数学模型，包括状态基础评分部分和病害扣分部分，状态基础评分具体包含：基本轨钢轨廓形GQI评分、基本轨廓形一致性评分、基本轨钢轨廓形对称性评分、受限区GQI评分、等效锥度评分、焊缝平直度评分、车辆平稳性评分、光带评分、钢轨硬度评分、钢轨磨耗评分；病害扣分具体包含：裂纹扣分、伤损扣分、降低值扣分、波磨扣分、降低值扣分；

上述各项评分方式为：

A、基本轨钢轨廓形GQI评分采用均值和标准差加权的方式，得分公式如下：

式中，G_i为测点i处廓形指标综合得分；GQI_i为检测区间的GQI平均值；S_stdev为各检测区间GQI值的样本标准差；

B、基本轨钢轨廓形一致性评分

钢轨廓形纵向偏差分为外侧、内侧分别计算，统计指标为廓形内、外侧偏差的平方和平均值，计算方法为：

式中，I_Lin、I_Rin为左右股廓形内侧偏差平方和均值，I_Lext、I_Rext为左右股廓形外侧偏差平方和均值；n_Lin、n_Lext分别为左股廓形内外侧测点数量；n_Rin、n_Rext分别右股廓形内外侧测点数量；x_Lin、x_Lext分别为左股廓形与左股对比廓形内外侧偏差统计值；x_Rin、x_Rext分别为右股廓形与右股对比廓形内外侧偏差统计值；

将检测区间的廓形偏差的平方和均值进行内部评价得分，若I_dev≥2mm²得分为0，否则，其计算式为：

C、基本轨钢轨左右股廓形对称性评分；

廓形对称偏差的统计计算方法为：

R_dev＝R_in+R_ext

式中，R_dev为廓形对称性评价指标值；分别为廓形内、外侧的偏差均值；S_in、S_ext分别为廓形内、外侧偏差的标准差；

廓形对称性评价得分偏差限值设定为6mm，超出6mm，其得分为0；否则其计算方式为：

D、转辙区、辙叉区钢轨廓形GQI评分采用均值和标准差加权的方式，评分方法与步骤A中基本轨钢轨廓形GQI评分方法相同；

E、廓形等效锥度评分通过对车轮进行测量，选取全新车轮、磨耗最严重的车轮及磨耗居中具有代表性的车轮分别与测量得到的钢轨廓形进行匹配，计算等效锥度，最后得到等效锥度得分，如下：

Z_d＝0.3·Z_new+0.3·Z_mid+0.4·Z_max

其中，C_new为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，C_mid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，C_max为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度，Z_new为全新车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Z_mid为磨耗居中的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Z_max为磨耗最大的车轮踏面与钢轨接触时等效锥度得分，Z_d为3种不同车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，Z_v为此区间车轮踏面与钢轨接触时等效锥度总得分，n为钢轨测点个数；

F、焊缝平直度评分

根据焊缝平直度检测标准，单股的评价指标采用符合要求的焊缝测点占比，计算公式为：

式中，F_h为道岔内焊缝平直度最大值超限个数，F_l为道岔内焊缝平直度最小值超限个数，N为焊缝测点数量；

G、动车组平稳性

平稳性指标小于1.5，测点平稳性得分为100分；在1.5～2之间，测点平稳性得分为50分；大于2，测点平稳性得分为0分；每出现测点平稳性指标大于1.5扣0.5分，区间垂向/横向总得分为此区间各测点得分均值减去扣分值最终平稳性得分为垂向平稳性得分和横向平稳性得分二者均值；

H、光带评分

单股光带评价指标采用宽度符合要求的光带测点占比，计算式为：

式中，N_S为满足光带宽度是20～30mm范围之内的测点数量，N_l为满足带距内侧宽度应为15～25mm之内的测点数量，N为光带测量总数；

I、轨面硬度

每个区间中，高于轨面平均硬度300HB以上硬度测点数量占比为该区间硬度评价指标，即：

式中，为某区间某股硬度测点中硬度高于平均硬度300HB的测点数量，N为某区间轨面硬度测量总数；区间钢轨的硬度评价指标为左、右股钢轨指标之和，即：

轨面硬度评价得分计算式为：

J、基本轨廓形磨耗量评分

根据高速铁路无砟轨道线路维修规则，磨耗评分的计算公式如下：

其中，分别为廓形垂向磨耗均值和侧向磨耗均值，w_总为磨耗评分；

病害扣分方法具体如下：

a、波磨

单股钢轨波磨质量评价指标为：

式中，v为波磨测量单元总数，单元长度为100m；n_c＞0为超限率大于0的单元数量，n_c＞3％为超限率大于3％的单元数量；为波磨超限的检测单元的平均超限率；

区间钢轨的波磨评价指标为左、右股钢轨之和，即：

b、裂纹

在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的裂纹数量计算方式为：

式中，N₁、N₂、N₃、N₄分别涡流探伤仪的4、3、2、1探伤频道探测到的裂纹数量，其中4个探伤频道所对应的探伤通道中裂纹里程一致的将只保留1个；

在涡流探伤仪检测范围内，单位钢轨长度的平均裂纹深度计算方式为：

式中，d_nm为第n个频道第m个裂纹的深度；N_sum为裂纹总数量；

其中，深度大于0.5mm裂纹占比表明钢轨中裂纹发展的严重程度，计算式为：

式中，λ为钢轨裂纹的数量占比，表示裂纹发展严重程度参数，N_＞0.5、N_＞1.5、N_＞2.7、N_＞5分别表示深度大于0.5mm、1.5mm、2.7mm、5mm的裂纹深度；

钢轨疲劳裂纹得分包含3部分：裂纹平均深度得分、单位长度平均裂纹数量及深裂纹占比，按百分制，以上3部分分别占40分、40分、20分，分数越高表明裂纹越严重，计分算法如下：

式中，D_i为第i个区间裂纹平均深度；当平均裂纹深度大于0.2mm时，该项得分为0；

式中，N_i为第i个区间单位长度钢轨的平均裂纹数量，为线路整体平均裂纹数量；当N_i大于2倍时，该项得分为0；

式中，λ_i为第i个区间的0.5mm以上裂纹的数量占比；当λ_i大于2％时，该项得分为0；

c、伤损

每出现一处伤损进行扣分，扣完为止，具体如下：

道岔轻伤扣5分，重伤扣10分；站内钢轨轻伤扣10分，重伤扣20分；

d、转辙区、辙叉区降低值

包括尖轨降低值、心轨降低值等，降低值限度扣分方式为：

转撤区降低值偏差在正负0.1mm以内扣0分，正负0.1mm至正负0.5mm扣5分，正负0.5mm至正负1mm扣10分，正负1mm以上扣20分；辙叉区降低值偏差在正负0.1mm以内扣0分，正负0.1mm至正负0.5mm扣5分，正负0.5mm至正负1mm扣10分，正负1mm以上扣20分；

e、转辙区、辙叉区磨耗量

转辙区、辙叉区的磨耗量扣分方式为：

①基本轨、翼轨总磨耗为7或垂直磨耗为6或侧面磨耗为8，则扣50分；

②基本轨、翼轨垂直磨耗为8或侧面磨耗为10，则扣100分；

③尖轨、心轨、叉根尖轨总磨耗为6或垂直磨耗为4或侧面磨耗为6，则扣50分；

④尖轨、心轨、叉根尖轨垂直磨耗为6或侧面磨耗为8，则扣100分；

步骤3：对不同测量项目、不同检测区域赋予不同的权重。