一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法技术

本发明专利技术属于铁路工程技术领域，涉及一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法。包括：A.以待整道线路为目标，掌握线路状态信息和作业条件信息等；B.根据捣固车的作业特性，综合优化作业方案，计算整段待整道线路的精捣起拨量；C.评估精捣效果，改进和优化控制条件，得到更优的精捣起拨量。本发明专利技术方法实现了对起拨量范围、起拨量顺坡率、轨向平顺性和起拨道系数的有效控制，得到充分适应捣固车作业特性的精捣起拨量，利用精捣作业效果评价模型对实际起拨量到位率进行评估，根据评估结果优化和改进控制条件，提高捣固车整治轨道不平顺的能力，弥补传统捣固方法缺陷，在适应捣固车作业特性方面，有效提升有砟轨道养护维修作业效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法
本专利技术属于铁路工程
，涉及一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法。
技术介绍
在有砟线路的精捣作业中，捣固车捣固作业的目标是使线路的线形位置接近理想设计线形；然而受到复杂线路情况的干扰，以及机械设备工作特性的限制，现场的整道效果很难达到预期的作业目标，尤其捣固车受到起拨量范围、起拨量顺坡率和机械设备精度等因素的影响，对轨道不平顺的整正效果离散性强，作业精度无法保证，实际调整能力与预期效果的差异明显，需要不断重复捣固作业，以达期望值。然而，增加作业次数对轨道质量指数（TrackQualityIndex，简称TQI）的降低不明显，且易带来道砟劣化的负面问题；因此，亟需结合大型养路机械的作业特性，制定合理有效的精捣方案，有效改善轨道状态。现有的起拨量优化方法未能依据捣固车作业特性进一步指导精捣方案的制定，难以充分发挥捣固车的效能，缺乏系统研究。因此，需进一步探索更有效的计算模型，使其与捣固车固有作业特性相关的精捣能力相匹配，提升捣固精度和效率，实现设计优化与实施应用的相统一。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是：提供一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，本专利技术所要解决的技术问题是：探讨适应捣固车机械作业特性的捣固方案，减弱方案起拨量与实际起拨量不符的现状，研究基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，对提升捣固车的作业效率和改善有砟线路的整道效果提供参考。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，所述起拨量综合优化方法以适应捣固车的机械作业特性作为目标，计算精捣起拨量，具体包括以下步骤：A.以待整道线路为目标，充分掌握待整道线路状态信息和现场作业条件信息等，反映轨道不平顺状态；确定本次整道作业采用的捣固车型号，收集该捣固车在检修标定后的所有作业数据；根据该整道线路的设计行车速度和轨道状态，明确用于检测轨道不平顺状态的检测弦l和平顺性管理标准；应用轨道测量仪精确采集轨道内部的几何尺寸和轨道外部的几何尺寸，得到轨道的实际位置与设计位置之间的横向偏差量和轨道垂向偏差量；引入回归分析法计算起拨道系数，基于捣固车型号及历史作业数据，阐明捣固车的作业习惯，形成定量分析结果，削弱机械设备的精度造成的影响，起拨量回归方程的具体公式如式（1）所示，（1）其中，Si为：调整点i的实际起拨量，单位为：mm；Fi为：调整点i的方案起拨量，单位为：mm；a为：常数项的最小二乘估计量；b为：斜率的最小二乘估计量；i为：待调整点的编号；a和b也均为起拨道系数；利用拟合优度检验判定实际起拨量与方案起拨量之间的一致性，构造判定系数R2，R2越接近1，表明：实际起拨量与方案起拨量的离散性越低和相关性越强；B.根据捣固车的作业特性，综合优化作业方案，计算整段待整道线路的精捣起拨量；C.评估精捣效果，改进和优化控制条件，得到更优的精捣起拨量。在上述技术方案的基础上方，所述待整道线路状态信息包括：路桥隧区段里程、车站岔区里程和轨道平顺性等信息。在上述技术方案的基础上，所述起拨量范围依据线间距、桥梁偏心核查、接触网导高及拉出值大小、道岔是否满足捣固要求和结构是否满足稳定要求等条件确定。在上述技术方案的基础上，所述步骤B具体包括以下步骤：B-1.以步骤A中确定的检测弦l为综合优化单元，以1m为步长，在待整道线路内逐点移动综合优化单元，在综合优化单元内设计符合捣固车作业特性的拟起拨量；对综合优化单元内的各点的拟起拨量的绝对值进行求和，以实现综合优化单元内起拨量之和最小作为捣固方案的设计目标，目标函数f(i)如式（2）所示，（2）其中，t(i)为：待调整点i的拟起拨量，单位为：mm；n为：检测弦l内的待调整点的总个数，n∈(1,+∞)；B-2.为了适应捣固车对起拨量的敏感性，在捣固方案制定环节对起拨量进行约束，在步骤B-1建立的目标函数的基础上，建立各点拟起拨量范围约束，具体数学公式如式（3）所示，（3）其中，α为：待调整点单次起拨量下限；β为：待调整点单次起拨量上限；为了便于后续的凸优化理论迭代计算，将t(i)由正数t'(i)和t''(i)的差值表示，t(i)=t'(i)-t''(i)；将t'(i)和t''(i)代入不等式（3），轨道点单次起拨量范围约束变形为公式（4），（4）将式（4）转化为矩阵不等式组，如式（5）所示，（5）其中，B2n×2n为t(i)对应的系数矩阵，系数矩阵的行数为2n，系数矩阵的列数为2n；b2n×1为t(i)对应的约束矩阵，约束矩阵的行数为2n，列数为1；X2n×1为起拨量矩阵，起拨量矩阵的行数为2n，列数为1；B-3.捣固车的实际起拨量是逐步增加，并达到设计值的，具有延后过程，方案起拨量应避免急速变化，以适应上述作业规律，故需对相邻待调整点的起拨量施加约束，建立起拨量顺坡率约束，具体数学公式如式（6）所示，（6）其中，u为：相邻待调整点之间的距离，单位为：m；ε为：起拨量顺坡率，以‰表示；t(i+1)为：与待调整点i相邻的待调整点的拟起拨量，单位为：mm；将t(i)=t'(i)-t''(i)代入不等式（6），轨道点拟起拨量顺坡率约束如公式（7）所示，（7）将式（7）转化为矩阵不等式组，如式（8）所示，（8）其中，C4(n-1)×2n为t(i)对应的系数矩阵，系数矩阵的行数为4(n-1)，系数矩阵的列数为2n；c4(n-1)×1为t(i)对应的约束矩阵，约束矩阵的行数为4(n-1)，列数为1；X2n×1为起拨量矩阵，起拨量矩阵的行数为2n，列数为1；B-4.采用中点矢距法建立轨向（高低）平顺性约束条件；假设各点平纵断面偏差为H(i)，H(i)通过与t(i)代数运算，得到调整后的剩余偏差H'(i)，公式如式（9）所示，（9）将剩余偏差代入中点矢距计算公式，得到轨向（高低）平顺性状态，对比步骤A中确定的平顺性管理标准；根据对比结果，更正t(i)，检测弦l对应的轨向（高低）平顺性约束公式如式（10）所示，（10）其中，E和F分别为检测弦l的起点位置和终点位置，H'(E)和H'(F)分别为检测弦l起点调整后的剩余偏差和终点调整后的剩余偏差；δ为检测弦l对应的轨向（高低）平顺性管理值；将t(i)=t'(i)-t''(i)和式（9）代入不等式（10），则轨向（高低）平顺性约束公式如式（11）所示，（11）将式（11）转化为矩阵不等式组，如式（12）所示，（12）其中，D2×2n为t(i)对应的系数矩阵，系数矩阵的行数为2，系数矩阵的列数为2n；d2×1为t(i)对应的约束矩阵，约本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，其特征在于，所述起拨量综合优化方法以适应捣固车的机械作业特性作为目标，计算精捣起拨量，具体包括以下步骤：/nA.以待整道线路为目标，掌握待整道线路状态信息和现场作业条件信息，反映轨道不平顺状态；/n确定本次整道作业采用的捣固车型号，收集该捣固车在检修标定后的所有作业数据；/n根据该整道线路的设计行车速度和轨道状态，明确用于检测轨道不平顺状态的检测弦

【技术特征摘要】
1.一种基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，其特征在于，所述起拨量综合优化方法以适应捣固车的机械作业特性作为目标，计算精捣起拨量，具体包括以下步骤：
A.以待整道线路为目标，掌握待整道线路状态信息和现场作业条件信息，反映轨道不平顺状态；
确定本次整道作业采用的捣固车型号，收集该捣固车在检修标定后的所有作业数据；
根据该整道线路的设计行车速度和轨道状态，明确用于检测轨道不平顺状态的检测弦l和平顺性管理标准；
应用轨道测量仪精确采集轨道内部的几何尺寸和轨道外部的几何尺寸，得到轨道的实际位置与设计位置之间的横向偏差量和轨道垂向偏差量；
引入回归分析法计算起拨道系数，基于捣固车型号及历史作业数据，阐明捣固车作业习惯，形成定量分析结果，削弱机械设备的精度造成的影响，起拨量回归方程的具体公式如式（1）所示，

（1）
其中，Si为：调整点i的实际起拨量，单位为：mm；

F

i
为：调整点i的方案起拨量，单位为：mm；

a为：常数项的最小二乘估计量；

b为：斜率的最小二乘估计量；

i为：待调整点的编号；

a和b也均为起拨道系数；
利用拟合优度检验判定实际起拨量与方案起拨量之间的一致性，构造判定系数R2，R2越接近1，表明：实际起拨量与方案起拨量的离散性越低和相关性越强；
B.根据捣固车的作业特性，综合优化作业方案，计算整段待整道线路的精捣起拨量；
C.评估精捣效果，改进和优化控制条件，得到更优的精捣起拨量。


2.如权利要求1所述的基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，其特征在于：所述待整道线路状态信息包括：路桥隧区段里程、车站岔区里程和轨道平顺性。


3.如权利要求2所述的基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，其特征在于：所述起拨量范围依据线间距、桥梁偏心核查、接触网导高及拉出值大小、道岔是否满足捣固要求和结构是否满足稳定要求条件确定。


4.如权利要求1所述的基于捣固车作业特性的起拨量综合优化方法，其特征在于：所述步骤B具体包括以下步骤：
B-1.以步骤A中确定的检测弦l为综合优化单元，以1m为步长，在待整道线路内逐点移动综合优化单元，在综合优化单元内设计符合捣固车作业特性的拟起拨量；对综合优化单元内的各点的拟起拨量的绝对值进行求和，以实现综合优化单元内起拨量之和最小作为捣固方案的设计目标，目标函数f(i)如式（2）所示，

（2）
其中，t(i)为：待调整点i的拟起拨量，单位为：mm；

n为：检测弦l内的待调整点的总个数，n∈(1,+∞)；
B-2.为了适应捣固车对起拨量的敏感性，在捣固方案制定环节对起拨量进行约束，在步骤B-1建立的目标函数的基础上，建立各点拟起拨量范围约束，具体数学公式如式（3）所示，

（3）
其中，α为：待调整点单次起拨量下限；

β为：待调整点单次起拨量上限；
为了便于后续的凸优化理论迭代计算，将t(i)由正数t'(i)和t''(i)的差值表示，t(i)=t'(i)-t''(i)；
将t'(i)和t''(i)代入不等式（3），轨道点单次起拨量范围约束变形为公式（4），

（4）
将式（4）转化为矩阵不等式组，如式（5）所示，

（5）
其中，B2n×2n为t(i)对应的系数矩阵，系数矩阵的行数为2n，系数矩阵的列数为2n；b2n×1为t(i)对应的约束矩阵，约束矩阵的行数为2n，列数为1；X2n×1为起拨量矩阵，起拨量矩阵的行数为2n，列数为1；
B-3.对相邻待调整点的起拨量施加约束，建立起拨量顺坡率约束，具体数学公式如式（6）所示，

（6）
其中，u为：相邻待调整点之间的距离，单位为：m；

ε为：起拨量顺坡率，以‰表示；

t(i+1)为：与待调整点i相邻的待调整点的拟起拨量，单位为：mm；
将t(i)=t'(i)-t''(i)代入不等式（6），轨道点拟起拨量顺坡率约束如公式（7）所示，

（7）
将式（7）转化为矩阵不等式组，如式（8）所示，

（8）
其中，C4(n-1)×2n为t(i)对应的系数矩阵，系数矩阵的行数为4(n-1)，系数矩阵的列数为2n；c4(n-1)×1为t(i)对应的约束矩阵，约束矩阵的行数为4(n-1)，列数为1；X2n×1为起拨量矩阵，起拨量矩阵的行数为2n，列数为1；
B-4.采用中点矢距法建立轨向平顺性约束条件；
假设各点平纵断面偏差为H(i)，H(i)通过与t(i)代数运算，得到调整后的剩余偏差H'(i)，公式如式（9）所示，

（9）
将剩余偏差代入中点矢距计算公式，得到轨向平顺性状态，对比步骤A中确定的平顺性管理标准；根据对比结果，更正t(i)，检测弦l对应的轨向平顺性约束公式如式（10）所示，

（10）
其中，E和F分别为检测弦l的...

【专利技术属性】
技术研发人员：时瑾，张雨潇，楼梁伟，陈云峰，王晓凯，蔡德钩，杨立光，张也，盛世勇，王英杰，王鹏，叶晓宇，何复寿，
申请(专利权)人：北京交通大学，北京铁科特种工程技术有限公司，中国铁路兰州局集团有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11