【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路有砟轨道养护管理，具体涉及一种捣固作业空间多阶段模拟方法及系统。
技术介绍
1、大型养路机械主要通过捣固夹持作业将道砟向枕底挤压密实，进而达到提高枕底密实度、改善道床弹性的养修效果。目前国内外不同类型捣固车多采用“异步夹持”的方式进行作业，该方法在捣固作业前预设最大夹持油压力，随着夹持作业的进行，捣镐承受的道砟阻力不断变大，夹持油缸的油压力也不断增大，当其量值达到最大夹持油压力时即停止该阶段作业。针对不同力学状态道床，捣镐与道砟在夹持过程的相互作用存在较大差异，使得捣镐夹持行程发生较大变化。然而，目前国内外学者针对捣固作业的数值仿真研究中，均将捣固夹持作业简化为线性转动，尚未考虑道砟阻力导致捣固夹持作业的非线性转动行为，且夹持行程最大值均设置为定值，尚未考虑道床力学状态差异导致夹持行程的变化。
2、大型养路机械捣固作业是有砟轨道养护维修的必要手段，能有效改善轨道几何形位，但捣固作业易引发道砟颗粒破碎，降低有砟道床力学性能，缩短有砟轨道使用寿命，如何科学合理开展大机养护维修作业至关重要，因此，非常有必要利用数值仿真的手段对捣固作业进行系统研究。然而，捣固作业包含了平动、转动、振动等复杂机械运动，捣固作业对有砟道床的力学作用机制十分复杂，此外，对于不同力学状态的有砟道床，捣固作业的运动行为还会发生显著变化。因此，如何真实模拟捣固作业复杂的运动行为是目前面临的一项关键技术问题。
3、现有的捣固作业模拟方法存在以下两个缺点：
4、(1)现有捣固作业模拟方法未考虑作业位置道床的力学状态
5、(2)现有捣固作业模拟方法将捣固夹持行为模拟为简单的线性转动，而现场实测数据表明，在捣固作业夹持阶段，捣固装置会发生显著的非线性转动。因此，现有捣固作业模拟方法难以真实还原捣固作业的夹持轨迹。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种捣固作业空间多阶段模拟方法及系统，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种捣固作业空间多阶段模拟方法，包括：
4、在捣入阶段，纵向上捣固装置发生持续性振动，竖向上以一定速度下插至指定深度；
5、在夹持阶段，该阶段夹持油缸的液压力不断变大，以克服夹持作业过程中的道砟阻力，在捣镐克服道砟的初始作用力前，捣镐纵向上尚未发生转动，竖向上捣镐位置保持不变；
6、在撤出阶段，该阶段前期纵向上发生与夹持阶段反向的转动。
7、进一步的，捣固装置的捣镐固定于捣固臂下端，将两者合并视为杆件结构，在捣固作业夹持阶段的受力，在不考虑捣固装置振动条件下，杆件在夹持液压力及道砟阻力的作用下发生以连接固定支架的轴销为中心的转动行为表达式如下：
8、
9、式中，j为杆件的转动惯量，t为捣固作业时间，转动角度为θ，弧长为x，作业过程中道砟颗粒作用于捣镐的合力为f1，该作用力到连接固定支架的轴销的距离为l1；作业过程中施加于杆件的夹持液压力为f2，该作用力到连接固定支架的轴销的距离为l2；
10、f1＝m+β·k·x；
11、式中，m为道砟作用于捣镐的初始阻力，k为道床支承刚度，β为常量系数；
12、
13、式中，n为初始夹持液压力，为常量系数，该值与夹持油缸缸径、溢流阀流量等参数相关。
14、x＝l3·θ。
15、进一步的，则：
16、
17、
18、令则：
19、
20、则，在不考虑捣固装置振动条件下，夹持阶段捣镐夹持行程为：
21、x＝d1·ept+d2·e-pt+d3
22、式中，d1、d2、d3均为常量，p与道床支承刚度相关。
23、进一步的，参数p与道床支承刚度相关，经变换得出下式：
24、
25、令则：
26、
27、参数p与道床支承刚度k表现出负相关性，拟合曲线相关系数为0.968，得：
28、
29、进一步的，将计算得出的未知参量d1、d2、d3及参数p带入夹持行程通解式中，得在不考虑捣固装置振动条件下夹持行程最终表达式：
30、
31、进一步的，在不考虑捣固装置振动条件下，捣固作业撤出阶段前期夹持行程表达式为：
32、x＝x1-170.35·t；
33、式中，x1为最大夹持行程。
34、第二方面，本专利技术提供一种捣固作业空间多阶段模拟系统，包括控制模块，所述控制模块被配置为：在捣入阶段，纵向上捣固装置发生持续性振动，竖向上以一定速度下插至指定深度；在夹持阶段，该阶段夹持油缸的液压力不断变大，以克服夹持作业过程中的道砟阻力，在捣镐克服道砟的初始作用力前，捣镐纵向上尚未发生转动，竖向上捣镐位置保持不变；在撤出阶段，该阶段前期纵向上发生与夹持阶段反向的转动。
35、第三方面，本专利技术提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的捣固作业空间多阶段模拟方法。
36、第四方面，本专利技术提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如上所述的捣固作业空间多阶段模拟方法。
37、第五方面，本专利技术提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如上所述的捣固作业空间多阶段模拟方法的指令。
38、本专利技术有益效果：能够有效考虑作业位置的道床力学状态，首创实现了作业过程中捣固装置非线性运动行为的真实模拟；考虑针对不同力学状态道床捣固作业的差异性，通过理论假设及推导，得出夹持阶段运动行为的基本表达式，通过实测数据响应面分析得出关键参数，最后结合捣固作业捣入、撤出运动及持续性振动。
39、本专利技术附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，捣固装置的捣镐固定于捣固臂下端，将两者合并视为杆件结构，在捣固作业夹持阶段的受力，在不考虑捣固装置振动条件下，杆件在夹持液压力及道砟阻力的作用下发生以连接固定支架的轴销为中心的转动行为表达式如下：
3.根据权利要求2所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，参数P与道床支承刚度相关，经变换得出下式：
5.根据权利要求4所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，在不考虑捣固装置振动条件下，捣固作业撤出阶段前期夹持行程表达式为：
7.一种捣固作业空间多阶段模拟系统，其特征在于，包括控制模块，所述控制模块被配置为：在捣入阶段，纵向上捣固装置发生持续性振动，竖向上以一定速度下插至指定深度；在夹持阶段，该阶段夹持油缸的液压力不断变大，以克服夹持作业过程中的道砟阻力
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的捣固作业空间多阶段模拟方法。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如权利要求1-6任一项所述的捣固作业空间多阶段模拟方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-6任一项所述的捣固作业空间多阶段模拟方法的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，捣固装置的捣镐固定于捣固臂下端，将两者合并视为杆件结构，在捣固作业夹持阶段的受力，在不考虑捣固装置振动条件下，杆件在夹持液压力及道砟阻力的作用下发生以连接固定支架的轴销为中心的转动行为表达式如下：
3.根据权利要求2所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，参数p与道床支承刚度相关，经变换得出下式：
5.根据权利要求4所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的捣固作业空间多阶段模拟方法，其特征在于，在不考虑捣固装置振动条件下，捣固作业撤出阶段前期夹持行程表达式为：
7.一种捣固作业空间多阶段模拟系统，其特征在于，包括控制模块，所述控制模块被配置为：在捣入阶段，纵向上捣固装置发生持续性振动，竖向上以一定速度下插至指定深度...
【专利技术属性】
技术研发人员：石顺伟，高亮，蔡小培，侯博文，钟阳龙，肖一雄，王春宇，丁家萱，王鲁栋，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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