[发明专利]一种磨耗钢轨型面经济性打磨方法

权利要求书

1.一种低磨耗的高速列车磨耗钢轨型面优化设计方法，其特征在于，所述方法将钢轨型面曲线等弧长分割，取得N个离散坐标点作为型值点，重构钢轨型面曲线；以N个型值顶点的纵坐标为设计变量，以降低钢轨磨耗功的线路均值和轮轨横向力为目标函数，以钢轨磨耗钢轨型面统计量、型面曲线的凹凸性及连续性为几何约束条件，建立高速列车钢轨型面多目标优化模型，并采用PSO粒子群智能仿生算法对优化模型进行多目标寻优计算。

2.根据权利要求1所述的一种磨耗钢轨型面经济性打磨方法，其特征在于，所述目标函数包括降低钢轨磨耗目标函数和最大轮轨横向力目标函数；

所述降低钢轨磨耗目标函数的表达式为；

式中，W_L(t)、W_R(t)分别为一段钢轨的左、右车轮的磨耗功，s为整个仿真的运营线路长度；T_XL、T_yL为左侧车轮纵、横向蠕滑力；T_XR、T_yR为右侧车轮纵、横向蠕滑力；n_XL、n_yL为左侧车轮纵、横向蠕滑率；n_XR,n_yR为右侧车轮纵、横向蠕滑率；A为轮轨接触斑面积；m为轮轨摩擦系数；

所述最大轮轨横向力目标函数的表达式为；

f_min(y_i)＝max{|Q_L|，|Q_R|}

式中，式中Q_L，Q_R为一位轮对的左右车轮的轮轨横向力，并通过低通滤波处理。

3.根据权利要求1所述的一种磨耗钢轨型面经济性打磨方法，其特征在于，所述几何约束条件包括钢轨几何约束条件、最大轮轨接触应力约束条件和脱轨系数约束条件；

所述最大轮轨接触应力约束条件为；

(P_{wheel_opti，max}|_rms-P_wheel，max|_rms)≤0

式中，P_wheel，max为轮轨最大接触应力，并对其取均方根值；P_{wheel_opti，max}为优化钢轨型面的轮轨最大接触应力；

所述脱轨系数约束条件为:

f_{d，wheel_opti}|_max-f_d，wheel|_max≤0

式中，Q,P为轮轨横向力和垂向力；α₁为轮缘角；f_d为脱轨系数；f_{d，wheel_opti}|_max和f_d，wheel|_max为优化型面和标准型面的最大脱轨系数；m₁为轮轨摩擦系数。

4.根据权利要求3所述的一种磨耗钢轨型面经济性打磨方法，其特征在于，所述钢轨几何约束条件包括型值点的纵坐标范围约束条件，钢轨轨顶到钢轨轨距角附近的单调递减约束条件和车轮型面凸性约束条件；

所述型值点的纵坐标范围约束条件为，选取京沪高速铁路下行线K645～K650区段磨耗统计型面和标准型面作为设计变量的上下边界条件：

C_down(y_i)≤y_i≤C_up i∈(1，2…，15)

式中，C_down(y_i)，C_up分别为磨耗统计型面和标准型面的边界条件；

所述钢轨轨顶到钢轨轨距角附近的单调递减约束条件为，设优化钢轨型面曲线拟合函数为g(y_i)，则钢轨踏面曲线有:

f[g′(y_i)]≥0 i∈(10，…，15)

所述钢轨型面凹凸性约束条件为，基于钢轨型面统计分析，设定型面为凸形变化；

凸形变化约束条件为

f[g″(y_i)]＞0 i∈(1，6)∪(11，15)。