(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211006886.1 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 北京交通大 学 地址 100044 北京市海淀区上园村 3号 (72)发明人 樊文刚　杨家庭　李建勇　刘月明　 聂蒙　徐康　 (74)专利代理 机构 北京卫平智业专利代理事务 所(普通合伙) 11392 专利代理师 闫萍 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于轮轨接触参数的钢轨打磨目标廓 形优化设计方法 (57)摘要 本发明属于钢轨 打磨技术领域， 具体涉及一 种基于轮轨接触参数的钢轨打磨目标廓形优化 设计方法， 该方法使用局部加权回归法对测量得 到的多组钢轨样本廓形曲线进行平滑滤波； 使用 算术平均法将测量的多组样本廓形曲线拟合成 一个综合表征线路磨损特征的钢轨代表廓形； 使 用3次NURBS 曲线插值拟合的方法对钢轨代表廓 形曲线进行数值建模； 以NURBS 曲线的控制权因 子为打磨廓形的设计变量， 以轮轨接触应力， 轮 轨接触几何参数以及轮轨接触磨耗功为优化指 标， 在Isight软件中建立钢轨打磨廓形的多目标 优化模型， 对直线段和曲线 段的钢轨代表廓形进 行多目标优化从而得到最优打磨目标廓形。 本发 明可在铁路线路直线段或曲线段磨损钢轨实施 钢轨打磨过程中， 对打磨目标廓形进行优化设 计， 从而提高钢轨打磨目标廓形的质量， 有效降 低轮轨间的磨损， 延长 轮轨的服役寿 命。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115510735 A 2022.12.23 CN 115510735 A 1.一种基于轮轨接触参数的钢轨打磨目标廓形优化设计方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： S1、 测取铁路线路上多组需要打磨的钢轨截面廓形曲线的坐标点数据， 使用局部加权 回归法进行廓形曲线的平 滑滤波； S2、 对滤波平滑后的多组样本廓形曲线依次取它们对应坐标点的算术平均值重新构建 一条钢轨廓形曲线， 作为该组钢轨样本廓形曲线的代 表廓形曲线； S3、 将步骤S2钢轨代表廓形曲线的坐标点作为NURBS曲线的型值点， 使用不少于3次 NURBS曲线插值拟合的方法对代 表廓形进行拟合， 建立钢轨代 表廓形的数值计算模型； S4、 利用步骤S3中拟合得到的钢轨代表廓形， 使用迹线法求解二维轮轨接触几何参数， 得到车轮在不同横移量下轮轨接触点的位置以及接触点在钢轨代表廓形上的分布概率密 度曲线； S5、 利用步骤S3和步骤S4中钢轨代表廓形NURBS曲线的控制权因子， 根据轮轨接触点的 分布位置确定钢轨代表廓形的优化区域， 调整该区域NURBS曲线的n个控制权因子ωi,i∈ {1,2,3,…,n}， 生成多组钢轨廓形曲线； S6、 利用步骤S5生成的钢轨廓形曲线坐标点数据编写成多体动力学软件可用的钢轨型 面文件， 根据实际轨道线路及车辆参数在多体动力学软件建立车辆和轨道的三维仿真模 型， 将钢轨型面文件导入 模型中搭建车辆 轨道动力学仿真计算模型； S7、 使用步骤S6的仿真模型计算得到车辆运行过程中轮轨接触的接触应力P， 车辆导向 轮之间的滚动圆半径差 Δr以及轮轨 接触的磨耗功Wt； S8、 将步骤S5中钢轨代表廓形待优化 区域的NURBS曲线控制权因子ωi,i∈{1,2,3, …, n}作为设计变量， 将步骤S7中轮轨接触的接触应力P、 车辆导 向轮之间的滚动圆半径差Δr 以及轮轨 接触的磨耗功Wt作为优化目标， 搭建钢轨代 表廓形的多目标优化模型； S9、 利用步骤S8的多目标优化模型计算得到优化后的钢轨廓形NURBS曲线的控制权因 子ωi,i∈{1,2,3, …,n}， 并利用步骤S3构建优化后的钢轨廓形曲线， 从而获得最终的钢轨 打磨目标廓形。 2.如权利要求1所述的基于轮轨接触参数的钢轨打磨目标廓形优化设计方法， 其特征 在于， 所述 步骤S8具体包括以下步骤： S81、 将待优化区域的n个NURBS曲线控制权因子ωi,i∈{1,2,3, …,n}作为设计变量， 且 ωi∈[0,1]， 曲线上其 他区域的权因子均默认为1； S82、 使用最优拉丁超立方实验设计的方法， 抽样生成m组权因子组合， 使用生成的权因 子组合与其他区域的权因子共同作为钢轨廓形NURBS曲线的权因子， 重新构建m个形状不同 的钢轨廓形曲线， 生成步骤S5中的多组钢轨廓形曲线， 其中m≥2n+1； S83、 将步骤S5的权因子ωi,i∈{1,2,3, …,n}与步骤S7对应计算得到的接触应力P， 滚 动圆半径差Δr以及磨耗功Wt构成m组样本数据， 使用RBF径向基神经网络代理模型技术， 将 m组样本数据作为代理模型的训练样本， 建立设计 变量与优化指标的代理模型； S84、 以轮轨接触的接触应力P最小， 车辆导向轮之间的滚动圆半径差Δr最大以及轮轨 接触的磨耗功Wt最小作为优化目标， 以权因子ωi,i∈{1,2,3, …,n}作为设计变量， 基于构 造的代理模型使用NSGA ‑II算法进行多目标寻优计算， 得到最优权因子组合ωi,i∈{1,2, 3,…,n}及其对应的最优轮轨 接触参数。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510735 A 23.如权利要求1所述的基于轮轨接触参数的钢轨打磨目标廓形优化设计方法， 其特征 在于， 所述 步骤S3具体包括以下步骤： S31、 以钢轨代表廓形曲线靠近左侧1:40斜率的直线边的起点为原点， 在步骤S2的钢轨 代表廓形曲线上的坐标点均匀地选取k个坐标点作为 NURBS曲线插值拟合的型值 点； S32、 采用积累弦长参数化法计算钢轨代表廓形NURBS曲线的节点矢量， 使用切矢边界 条件确定钢轨代表廓形NURBS曲线的边界条件， 反算钢轨代表廓形NURBS曲线的控制顶点， 最终确定钢轨代 表廓形的NURBS插值拟合曲线。 S33、 将NURBS曲线的权因子初始值均设置为1， 建立钢轨代表廓形曲线的数值计算模 型， 调整权因子的值 就能够得到不同形状的钢轨廓形曲线。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510735 A 3