轮径差阈值确定方法和轮径差阈值确定装置与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地涉及一种轮径差阈值确定方法和轮径差阈值确定装置。

背景技术：

铁路车辆车轮与钢轨之间的磨耗一直是困扰铁路工业发展的老问题，随着铁路的不断提速，轮轨相互作用不断加剧，车轮磨耗问题也将越来越严重，它不仅会使铁路运输丁苯大大增加，还会严重危害列车的安全运行。铁道部统计显示，每年轮轨磨耗问题导致的经济损失均达数十亿人民币。

在理想状态下，转向架各轮对轮径是相同的，但是由于运用线路、载重分配不均、转向架形式或尺寸偏差使轮对引起非正常磨耗，转向架4个轮对的左右滚动圆直径往往是不同的，因此产生了轮径差这一参数。

影响轮轨磨耗的因素有很多，包括轨道曲率、轮硬度、轨硬度轮径差、轮底坡、列车重量或列车运行速度等。在这其中，轮径差是比较特殊的因素，其不仅会明显改变车轮踏面的磨耗区域，而且还会造成轮径的严重偏磨，而车轮的长期偏磨又会进一步加大车轮之间的轮径差，形成恶性循环，过大的轮径差可能造成轴承受力不均，导致出现热轴。因此，研究轮径差对车辆运行安全性和平稳性的影响是非常必要的。

现有的轮径差的数值仿真方法是将车轮踏面视为与正常踏面一致的踏面，仅更改其轮径，然而在实际运用过程中，车轮出现轮径差往往是在运动一端时间之后，因此车轮踏面状态必然会发生一定程度的变化，尤其是载重铁路轴重大，轮轨磨耗快，导致其轮径差的存在往往会伴会随踏面局部磨耗、轮缘磨耗等现象。因此根据现有的建模方法确定的轮径差阈值结果不可靠，无法反映车轮踏面的真实状态。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种轮径差阈值确定方法和轮径差阈值确定装置，用于解决上述技术问题中的一者或多者。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种轮径差阈值确定方法，所述方法包括：根据车轮的标准半径以及左车轮和右车轮的车轮磨耗量建立轮对动力学模型；根据所述轮对动力学模型建立车辆-轨道耦合模型；根据所述车辆-轨道耦合模型确定车辆的动力学性能参数值；将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较；以及在所述车辆的动力学性能参数值与所述标准参数值相等时，确定左车轮磨耗后的半径和右车轮磨耗后的半径之差为所述轮径差阈值。

可选的，所述根据所述车轮的标准半径以及左车轮和右车轮的车轮磨耗量建立轮对动力学模型包括：确定所述车轮的踏面磨耗量最大的位置对应的滚动圆，并将该滚动圆作为基准滚动圆；根据所述基准滚动圆的位置和所述标准半径确定基准半径；根据所述基准半径和所述基准滚动圆的不同圆周位置处的磨耗量确定所述基准滚动圆的算术半径；以及根据所述算术半径建立轮对动力学模型。

可选的，所述根据所述基准半径和所述基准滚动圆的不同圆周位置处的磨耗量确定所述基准滚动圆的算术半径包括：根据所述基准滚动圆的不同位置处的磨耗量，确定所述基准滚动圆的基准磨耗量；以及根据所述基准半径和所述基准磨耗量确定所述算术半径。

可选的，所述方法还包括根据以下公式确定所述基准磨耗量：其中，r'(yi)表示基准滚动圆的基准磨耗量，n表示圆周的个数，θn表示在基准滚动圆中的第n个圆周相对于参考角度的相对角度，r'(yi,θn)表示基准滚动圆的第n个圆周处的磨耗量。

可选的，所述左车轮的基准滚动圆与所述右车轮的基准滚动圆为同一位置的滚动圆或不同位置的滚动圆。

可选的，所述动力学性能参数包括以下中的一者或多者：安全性、平稳性和舒适性。

相应的，本发明实施例还提供一种轮径差阈值确定装置，所述装置包括：轮对动力学模型构建模块，用于根据车轮的标准半径以及左车轮和右车轮的车轮磨耗量建立轮对动力学模型；车辆-轨道耦合模型构建模块，用于根据所述轮对动力学模型建立车辆-轨道耦合模型；参数确定模块，用于根据所述车辆-轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数值；比较模块，用于将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较；以及阈值确定模块，用于在所述车辆的动力学性能参数值与所述标准参数值相等时，确定左车轮磨耗后的半径与右车轮磨耗后的半径之差为所述轮径差阈值。

可选的，所述根据所述车轮的标准半径以及左车轮和右车轮的车轮磨耗量，建立轮对动力学模型包括：确定所述车轮的踏面磨耗量最大的位置对应的滚动圆，并将该滚动圆作为基准滚动圆；根据所述基准滚动圆的位置和所述标准半径确定基准半径；根据所述基准半径和所述基准滚动圆的不同圆周位置处的磨耗量确定所述基准滚动圆的算术半径；以及根据所述算术半径建立轮对动力学模型。

可选的，所述根据所述基准半径和所述基准滚动圆的不同圆周位置处的磨耗量确定所述基准滚动圆的算术半径包括：根据所述基准滚动圆的不同位置处的磨耗量，确定所述基准滚动圆的基准磨耗量；以及根据所述基准半径和所述基准磨耗量确定所述算术半径。

另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请上述中任一项所述的轮径差阈值确定方法。

通过上述技术方案，以车轮的标准半径和磨耗量为基础，可以确定当前车轮对应的车辆的动力学性能参数，并根据确定的动力学性能参数与标准数据的比较结果确定车轮踏面擦伤阈值，为铁道车辆检修标准提供合理的理论依据和具体实施指导，其既具有重要的理论一会，也具有很强的工程应用价值。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的轮径差阈值确定方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的轮径差阈值确定装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明实施例提供的一种轮径差阈值确定方法的流程示意图。如图1所示，所述轮径差阈值确定方法包括步骤s102至s110。

在步骤s102，根据车轮中的左车轮和右车轮的标准半径和车轮磨耗量建立轮对动力学模型。

其中，所述标准半径为车轮出厂半径或车轮镟修后的半径。

考虑到车轮的不同位置点处的磨耗量均不相同，因此在该步骤中，本发明还提供了一种根据车轮的平均磨耗量建立轮对动力学模型的方法。

所述根据车轮的平均磨耗量建立轮对动力学模型的方法包括：先确定所述车轮的踏面磨耗量最大的位置对应的滚动圆，并将该滚动圆作为基准滚动圆；根据所述基准滚动圆的位置和所述标准半径确定基准半径；根据所述基准半径和所述基准滚动圆的不同圆周位置处的磨耗量确定所述基准滚动圆的算术半径；以及根据所述算术半径建立轮对动力学模型。

现以一踏面具有擦伤的左车轮为例来详细解释本发明提供的根据车轮的平均磨耗量确定左车轮的滚动圆的算术半径的方法。

首先，获取左车轮的踏面磨耗量，并根据左车轮的踏面实际磨耗情况，确定踏面磨耗量最大的位置对应的滚动圆作为左车轮的基准滚动圆。

第二步，根据确定的基准滚动圆在左车轮的位置和车轮的标准半径r确定基准半径rl。其中，左车轮的标准半径的值与右车轮的标准半径的值是一样的，即都为r。

第三步，根据确定的左车轮的基准滚动圆的不同圆周位置处的磨耗量和左车轮的基准半径确定左车轮的基准滚动圆的算术半径rl。

可选的，可以采用现有的任意的方法确定左车轮的基准滚动圆的不同圆周的磨耗量r'l(yi,θn)，其中，yi表示基准滚动圆所在车轮的轴向位置，θn表示该基准滚动圆的圆周的位置。

此外，在已知左车轮的基准滚动圆的不同圆周处的磨耗量后，可以通过以下公式确定所述左车轮的基准滚动圆的基准磨耗量：其中，r'l(yi)表示左车轮的基准滚动圆的基准磨耗量，n表示基准滚动圆的圆周的个数，θn表示在基准滚动圆中的第n个圆周相对于参考角度的相对角度，r'l(yi,θn)表示基准滚动圆的第n个圆周处的磨耗量。

在已知车轮的标准半径r和左车轮的基准磨耗量r'l(yi)以后，通过以下公式即可确定左车轮的算术半径：rl＝r-r'l(yi)。

通过上述步骤，就可以确定左车轮的滚动圆处的算术半径。

类似的，采用与上述相同的方法同时确定左车轮和右车轮的滚动圆处的算术半径以后，可以据此建立轮对动力学模型。其中，可以采用现有的任意方法来根据左车轮和右车轮的半径建立轮对动力学模型，本发明对此不进行限定。

可选的，在选取基准滚动圆时，左车轮的基准滚动圆与所述右车轮的基准滚动圆可以为不同位置的滚动圆，但是优选左车轮的滚动圆与右车轮的滚动圆为同一位置处的滚动圆。

在步骤s104，根据轮对动力学模型建立-车辆-轨道耦合模型。

为了使确定的轮径差阈值更加精确，而车辆-轨道耦合模型的建立过程中，既考虑了车辆子系统中各部件之间的相互作用，又考虑了车辆子系统与轨道子系统之间的耦合动力作用，因此优选以轮对动力学模型为依据建立车辆-轨道耦合模型来进行分析。

其中，在建立车辆-轨道耦合系统过程中，以轮对动力学模型的数据作为有关左车轮和右车轮的数据，而有关车辆子系统的其它参数优选为其标准参数，有关轨道的参数可以是任意的，根据输入的轨道的参数的不同，还可以模拟车辆在有砟轨道、无砟轨道、路桥过渡段或轨道过渡段等不同轨道条件下的运行工况，还能够考虑实际线路中存在的道床板结、扣件失效或轨枕空吊等轨下基础缺陷，从而使得轮径差阈值的计算条件更加接近车辆的实际运营环境。

在步骤s106，根据车辆-轨道耦合模型确定车辆的动力学性能参数。

其中，根据获取的动力学性能参数不同，选择的算法也会有所差异，但是可以采用现有的任意的方法来获取车辆-轨道耦合模型对应的动力学性能参数，例如可以通过快速显示积分法计算在上述车轮踏面擦伤条件下的车辆动力学性能参数。

在步骤s108，将所述车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较。

优选的，选择进行比较的动力学性能参数可以为安全性、平稳性和舒适性。本领域技术人员也可以根据实际需要来选择更多的动力学性能参数进行比较。

在步骤s110，在车辆的动力学性能参数值与标准参数值相等时，确定轮径差阈值。

其中，所述轮径差阈值时指左车轮磨耗后半径与右车轮磨耗后半径之差。

考虑到车轮踏面磨耗情况是多样化的，因此可以选择大量不同的磨耗的左车轮和右车轮数据来进行计算，以获得更加科学准确的轮径差阈值。

例如，可以不限于选取车轮踏面磨耗量最大的位置对应的滚动圆作为基准滚动圆，还可以选取不同位置处的滚动圆作为基准滚动圆以建立轮对动力学模型，或者还可以选取不同的磨耗情况的车轮进行处理，以得到不同车轮磨耗情况下的车辆动力学性能参数，并基于现有的动力学性能参数的评价标准，确定左车轮和右车轮的不同磨耗情况对各个动力学性能参数的影响度。

此外，通过本发明实施例提供的技术方案，可以确定不同运用条件下的轮径差阈值，还可以确定轮径差阈值的范围，为铁道车辆检修标准提供合理的理论依据和具体实施指导，其既具有重要的理论意义，也具有很强的工程应用价值。

图2是本发明实施例提供的一种轮径差阈值确定装置的结构框图。如图2所示，所述轮径差阈值确定装置包括轮对动力学模型构建模块210、车辆-轨道耦合模型构建模块220、参数确定模块230、比较模块240和阈值确定模块250。其中，轮对动力学模型构建模块，用于根据车轮的标准半径以及左车轮和右车轮的车轮磨耗量建立轮对动力学模型，车辆-轨道耦合模型构建模块220用于根据已建立的轮对动力学模型建立车辆-轨道耦合模型，参数确定模块230用于以建立的车辆-轨道耦合模型确定所述车辆的动力学性能参数，比较模块240用于将车辆的动力学性能参数值与标准参数值进行比较，阈值确定模块250用于在车辆的动力学性能参数值与标准参数值相等时，确定左车轮磨耗后半径和右车轮磨耗后半径之差为所述轮径差阈值。

可选的，轮对动力学构建模块210可以通过以下方法来建立轮对动力学模型：先确定所述车轮的踏面磨耗量最大的位置对应的滚动圆，并将该滚动圆作为基准滚动圆；根据所述基准滚动圆的位置和所述标准半径确定基准半径；根据所述基准半径和所述基准滚动圆的不同圆周位置处的磨耗量确定所述基准滚动圆的算术半径；再根据所述算术半径建立轮对动力学模型。

可选的，所述轮对动力学构建模块210还可以通过以下方法确定基准滚动圆的算术半径：先根据所述基准滚动圆的不同位置处的磨耗量，确定所述基准滚动圆的基准磨耗量；再根据所述基准半径和所述基准磨耗量确定所述算术半径。

本发明实施例提供的轮径差阈值确定装置的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的轮径差阈值确定方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

相应的，本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有指令，该指令用于使得机器执行上述中任一项所述的轮径差阈值确定方法。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。