[发明专利]一种基于响应面模型的铁路捣固参数优化设计方法

说明书

本发明涉及一种铁路捣固参数优化设计方法，特别是涉及一种基于响应面模型的铁路捣固参数优化设计方法。本发明包括：创建铁路捣固的离散元分析模型；确定捣固指标及其优化目标和捣固参数及其设计空间；选取试验样本点；进行分析计算，提取捣固指标响应值；建立多项式响应面模型；寻找捣固指标优化值和与其相对应的捣固参数优化值；对捣固参数优化值进行验证分析。本发明针对不同状况的铁路轨道，选择少量的几个试验样本点进行数值模拟和分析计算，就可以得到最优的捣固参数，提高了捣固参数的优化效率和优化精度。

技术领域

本发明涉及一种铁路捣固参数优化设计方法，特别是涉及一种基于响应面模型的铁路捣固参数优化设计方法。

背景技术

铁路捣固作业是有砟铁路养护和维修的主要作业之一，通过捣固机中捣镐对铁路道床的道砟进行夹持和振动，提高道床的密实度，增加轨道的稳定性，保证列车的运行安全。

实践表明，捣固效果的好坏主要取决于捣固参数的选择，而不同状况的铁路轨道对捣固参数的要求又不一样，因此针对不同状况的铁路轨道，进行捣固参数的优化就显得非常重要。目前，对捣固参数的优化通常采用比较法，也就是设计人员根据相关经验，安排一定数量的参数组合进行数值模拟和分析计算，从中选择最好的一个参数组合。这种方法，为了提高优化精度，要求安排尽可能多的参数组合进行数值模拟和分析计算，需要花费大量的时间和精力，优化效率比较低，而且无法保证最优的参数组合就一定在被安排的参数组合中，也就是优化精度得不到保证。

发明内容

本发明提供了一种基于响应面模型的铁路捣固参数优化设计方法，以用于解决现有技术的缺陷所导致的捣固参数优化效率比较低和优化精度得不到保证的问题。

本发明的技术方案是：一种基于响应面模型的铁路捣固参数优化设计方法，所述方法的具体步骤如下：

Step1、根据铁路轨道的实际状况，运用离散元分析软件创建铁路捣固的分析模型；

Step2、确定体现铁路捣固效果的捣固指标及其优化目标，并确定对捣固效果有明显影响的捣固参数及其设计空间；

Step3、根据步骤Step2确定的设计空间，运用试验设计方法，选取铁路捣固的试验样本点；

Step4、根据步骤Step3选取的试验样本点，对步骤Step1创建的分析模型运用离散元分析方法进行分析计算，提取体现铁路捣固效果的捣固指标响应值；

Step5、根据步骤Step4得到的响应值，运用回归分析方法，建立反映捣固指标与捣固参数之间关系的多项式响应面模型；

Step6、根据步骤Step5创建的多项式响应面模型和步骤Step2确定的优化目标，运用遗传算法，寻找捣固指标最优时的捣固指标优化值和与其相对应的捣固参数优化值；

Step7、根据步骤Step6得到的捣固参数优化值，对步骤Step1创建的分析模型进行分析计算，提取捣固指标响应值，如果提取的捣固指标响应值与步骤Step6得到的捣固指标优化值比较吻合，则满足要求，优化过程结束，输出优化结果，否则，回到步骤Step5重新构建多项式响应面模型，继续进行优化，直到满足要求为止。

所述的铁路轨道的实际状况，包括钢轨和轨枕的规格，轨枕间距，道砟颗粒的材质、大小和级配，捣固作业前的道床密实度。

所述的捣固指标是捣固区域轨枕下方的道床密实度，所述的优化目标是道床密实度越大越好，所述的捣固参数是捣镐的振幅和捣镐的振动频率，所述的设计空间是捣镐的振幅在1~13mm范围内变动，捣镐的振动频率在5~65Hz范围内变动。

本发明的有益效果是：采用了上述的一种基于响应面模型的铁路捣固参数优化设计方法，针对不同状况的铁路轨道，选择少量的几个试验样本点进行数值模拟和分析计算，就可以得到最优的捣固参数，提高了捣固参数的优化效率和优化精度。