【小半徑曲線鋼軌側(cè)磨影響因素及處置措施研究12000字（論文）】

小半徑曲線鋼軌側(cè)磨影響因素及處置措施研究摘要 11緒論 21.1研究背景 21.2研究目的和意義 21.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 31.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 31.3.3研究述評(píng) 41.4研究?jī)?nèi)容 4第2章鋼軌磨損主要形式 52.1鋼軌垂直磨損 52.2鋼軌側(cè)磨 62.3鋼軌的波浪形磨損 72.4鋼軌的鞍形磨損及其形成機(jī)理 9第3章小半徑曲線鋼軌磨耗影響因素及減磨策略分析 103.1小半徑曲線鋼軌磨耗影響因素分析 103.1.1輪軌摩擦系數(shù)影響分析 113.1.2軌道不平順影響分析 133.1.3運(yùn)行速度影響分析 143.1.4軌距加寬影響分析 153.2小半徑曲線鋼軌減磨策略 163.2.1線路參數(shù)設(shè)置 173.2.2線形和軌道不平順控制 173.2.3鋼軌軌側(cè)潤(rùn)滑 173.2.4重點(diǎn)區(qū)段關(guān)注 18第4章小半徑曲線鋼軌磨耗預(yù)測(cè)方法 194.1地鐵鋼軌磨耗BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的樣本采集 194.2基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵鋼軌磨耗模型訓(xùn)練 214.2.1預(yù)測(cè)模型的建立和參數(shù)設(shè)置 214.2.2隱藏層層數(shù)及其節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì) 214.2.3模型訓(xùn)練過(guò)程 234.3鋼軌磨耗BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果 235總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26摘要城市軌道交通作為一種新興的、大運(yùn)量、高效率的客運(yùn)交通方式，對(duì)緩解普通公共交通的壓力、保障市民的安全出行和提升城市發(fā)展效率方面有著重要的作用。但是，隨著軌道交通的服務(wù)升級(jí)，列車行駛的最大速度不斷突破，列車的頻次不斷增加，以及輪軸所承受的重量的加劇，都會(huì)導(dǎo)致列車對(duì)鋼軌造成的磨損日益嚴(yán)重，以小半徑的曲線，加之外軌側(cè)磨的加重，這也成了鋼軌更換的主要因素。通過(guò)掌握影響磨耗因素的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼軌磨耗的預(yù)測(cè)，及時(shí)掌握鋼軌磨耗的變化情況，為鋼軌更換或打磨作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支撐，還能夠降低安全隱患。本文概括了鋼軌磨損主要形式，全面系統(tǒng)研究了小半徑曲線動(dòng)車組運(yùn)行安全性的影響因素，獲取了軌道不平順、行車速度、曲線半徑等對(duì)運(yùn)行安全性的影響規(guī)律。借助基于Matlab仿真軟件的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)鋼軌周期磨耗值的預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞：鋼軌磨耗；軌道交通；小半徑曲線；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1緒論1.1研究背景隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，人口規(guī)模的日益擴(kuò)張、機(jī)動(dòng)車規(guī)模的日趨龐大，城市軌道交通因其具有安全、節(jié)能、環(huán)保、不占用地上空間等優(yōu)點(diǎn)，適用于大、中型城市，此外，城市軌道交通還有著高容載量、乘坐舒適、行駛速度快、延時(shí)率低等優(yōu)點(diǎn)，相比較于我國(guó)以往的交通工具而言，具有極大的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)對(duì)于城市軌道交通的建設(shè)起步較晚，最早開(kāi)始建設(shè)的地鐵的城市是北京，自21世紀(jì)開(kāi)始，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和建設(shè)水平地提高，我國(guó)的城市軌道交通終于開(kāi)始大跨步發(fā)展，各城市開(kāi)通軌道交通線路和運(yùn)營(yíng)里程不斷增加，按照現(xiàn)今中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)，截止到2021年末，截止2021年底，中國(guó)開(kāi)通軌道交通運(yùn)營(yíng)線路269條，運(yùn)營(yíng)里程8708公里，是2015年3618公里的2.4倍。從我國(guó)城市人口布局和城市化發(fā)展速度來(lái)看，城市軌道交通未來(lái)還會(huì)有著長(zhǎng)足的發(fā)展。在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，鋼軌維護(hù)及更換是一項(xiàng)主要成本支出，鋼軌產(chǎn)生的磨損，給軌道交通的運(yùn)營(yíng)單位造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患，以北京地鐵為例，每公里換軌費(fèi)用約為150萬(wàn)元。而隨著列車的服務(wù)升級(jí)，行車速度、運(yùn)載能力相應(yīng)的提高，行車間隔也在不斷地縮短，在2021年全年，我國(guó)用于維修和更換損傷鋼軌的費(fèi)用支出高達(dá)50億人民幣，因此，對(duì)于我國(guó)軌道交通而言應(yīng)該有效地控制和降低鋼軌磨損速度。1.2研究目的和意義鋼軌的磨損不僅關(guān)系到鋼軌的養(yǎng)護(hù)成本,還會(huì)降低鋼軌的承載能力，進(jìn)而對(duì)車輛運(yùn)行的安全性和乘客乘坐的舒適性造成嚴(yán)重的影響，直接關(guān)乎著軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全和服務(wù)質(zhì)量，因此鋼軌傷損的測(cè)量與檢測(cè)是軌道交通單位中工務(wù)專業(yè)人員所必需掌握的技能。通過(guò)對(duì)鋼軌周期磨耗值的變化和損傷的出現(xiàn)環(huán)境的分析，可以挖掘影響鋼軌壽命的因素，并掌握其傷損的規(guī)律性，幫助工務(wù)專業(yè)制定出有效的鋼軌維修和更換計(jì)劃，還可以根據(jù)所掌握的鋼軌狀態(tài)，合理開(kāi)展重點(diǎn)線路的探傷檢查。另外，通過(guò)較為精準(zhǔn)的鋼軌磨損預(yù)測(cè)，可以合理的調(diào)整工務(wù)專業(yè)巡檢維修計(jì)劃，有針對(duì)性的提高養(yǎng)護(hù)作業(yè)質(zhì)量、提出大修換軌方案，還可以使地鐵運(yùn)營(yíng)公司合理的制定鋼軌備件的儲(chǔ)備計(jì)劃，以及政府專項(xiàng)維修的年度資金申請(qǐng)。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀對(duì)于輪軌間的磨耗問(wèn)題，國(guó)外學(xué)者最早主要從輪軌的疲勞磨損和鋼軌的波磨兩方面進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[1]研究了波磨的正負(fù)向反饋，最終通過(guò)建立模型的方式，對(duì)列車速度與波磨之間的反饋關(guān)系進(jìn)行深層次的探索和研究。最終得出結(jié)論：當(dāng)列車保持不變的速度行駛時(shí)，波磨會(huì)加劇；而一旦減少列車對(duì)鋼軌的壓強(qiáng)，便能夠減少波磨的產(chǎn)生速率。文獻(xiàn)[2]通過(guò)對(duì)鋼軌磨損的各類形態(tài)進(jìn)行研究，指出垂直磨耗普遍存在于鐵路線路上，但對(duì)曲線鐵路來(lái)說(shuō)，相對(duì)于外軌，內(nèi)軌所受的垂直磨耗更為嚴(yán)重，輪軌作用產(chǎn)生磨耗和傷損現(xiàn)象的原因是非常復(fù)雜的。針對(duì)具體的鋼軌，分析輪對(duì)在其上的滾動(dòng)過(guò)程的物理?xiàng)l件，可以找出磨損的原因。文獻(xiàn)[3]對(duì)英國(guó)鐵路2000年至2001年出現(xiàn)的大面積鐵路斷線的情況進(jìn)行了深入研究，確認(rèn)其發(fā)生原因?yàn)殇撥墲L動(dòng)接觸疲勞，提出了鋼軌滾動(dòng)接觸造成疲勞的成因：一是車輪和軌道在磨損階段的初期產(chǎn)生的輕微裂痕；其次是在輪軌接觸期間由應(yīng)力產(chǎn)生的淺角裂紋；最后是較為深層的力的碰撞產(chǎn)生的不可預(yù)估影響。1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家不同，我國(guó)研究波磨的時(shí)間遠(yuǎn)不及其他的發(fā)達(dá)國(guó)家。近年來(lái)，波磨問(wèn)題也愈發(fā)劇烈，我國(guó)學(xué)者開(kāi)始重視了對(duì)波磨現(xiàn)象成因及預(yù)防效果的研究。文獻(xiàn)[3]提出列車在加速、曲線過(guò)彎、制動(dòng)的過(guò)程中，車輪和軌道之間的相互作用力會(huì)更加明顯，對(duì)波磨又有著一定程度的影響。最后，其通過(guò)在JD-1型試驗(yàn)機(jī)上對(duì)實(shí)際的輪軌作用力進(jìn)行復(fù)刻，高度還原了波磨的產(chǎn)生，解釋了鋼軌表面在車輪和軌道之間的切向力和輪軌系統(tǒng)震動(dòng)的共同影響下，鋼軌易生成不可逆轉(zhuǎn)變形。文獻(xiàn)[5]研究了鋼軌側(cè)磨的形成機(jī)制，認(rèn)為其與輪軌之間的摩擦、接觸時(shí)的幾何形態(tài)、產(chǎn)生應(yīng)力以及蠕動(dòng)滑行等方面有著密切的關(guān)系。并從列車運(yùn)營(yíng)環(huán)境和軌道幾何規(guī)格進(jìn)行了分析，采用動(dòng)力學(xué)建立了一種輪軌間的耦合振動(dòng)模型，提出了側(cè)磨指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，分析各項(xiàng)輪軌參量的變化對(duì)側(cè)磨的影響。文獻(xiàn)[6]提出了曲線半徑大小、列車軸重、列車運(yùn)行速度是影響輪軌磨損發(fā)生的重要因素，并以上述因素為輸入?yún)⒘浚⒘嘶贐P基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鋼軌磨損量模型，通過(guò)該模型可以較為精準(zhǔn)的計(jì)算出各種狀態(tài)下的沖角、車速與鋼軌磨耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.3.3研究述評(píng)國(guó)內(nèi)外學(xué)者雖然在鋼軌側(cè)磨方面做了大量的研究，也取得了一定的成果。但仍然存在一些不足之處:部分文獻(xiàn)是基于橢圓接觸理論來(lái)計(jì)算接觸斑內(nèi)的輪軌法向接觸應(yīng)力,因?yàn)榛谠摾碚摻⒌姆抡娣治瞿Ｐ陀?jì)算速度快，計(jì)算效率高。當(dāng)運(yùn)用該模型對(duì)鋼軌剛上道開(kāi)始服役的前一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的發(fā)展趨勢(shì)幾乎一致，但是當(dāng)鋼軌型面磨耗較大，此時(shí)接觸斑為非橢圓形狀，則用該理論分析會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因此運(yùn)用橢圓理論發(fā)展的鋼軌側(cè)磨仿真分析模型不能很好的符合實(shí)際情況。大多數(shù)文獻(xiàn)的研究更傾向于研究鋼軌上道的前一段時(shí)期的整個(gè)型面的變化，而沒(méi)有注重對(duì)鋼軌的全壽命階段側(cè)磨發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行研究，因此在一定程度上，他們不能夠完善的體現(xiàn)出鋼軌側(cè)磨是如何一步一步地變化，進(jìn)而影響行車安全的。1.4研究?jī)?nèi)容本論文將圍繞基于地鐵工程小半徑曲線發(fā)生的鋼軌磨損實(shí)際情況進(jìn)行深入研究。通過(guò)對(duì)固定段小半徑曲線的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)和磨耗值數(shù)據(jù)收集，掌握現(xiàn)場(chǎng)小半徑曲線軌道不平順?biāo)胶弯撥壞ズ囊?guī)律，研究分析動(dòng)車組通過(guò)小半徑曲線車輛動(dòng)力特性和軌道動(dòng)力特性，通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方差分析，獲取影響小半徑曲線鋼軌磨耗的主要因素，研究分析小半徑曲線鋼軌減磨策略?；趍atlab的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成、建立鋼軌磨耗的仿真模型，對(duì)軌道運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)為該模型的輸入?yún)⒘?，將輸出值與地鐵鋼軌磨耗的實(shí)際值相比對(duì)，從而檢驗(yàn)該模型的實(shí)際擬合程度。

第2章鋼軌磨損主要形式鋼軌磨耗的概念是，列車在行駛過(guò)程中，車輪與鋼軌之間發(fā)生摩擦接觸，進(jìn)而造成鋼軌頭部發(fā)生損傷的現(xiàn)象。鋼軌磨耗在直線段位置和曲線段位置通常會(huì)展現(xiàn)出不同的形式。直線段上鋼軌的損傷形態(tài)主要為垂直磨損和波形磨損，曲線段上鋼軌的損傷形態(tài)主要為外股鋼軌的側(cè)面磨損，內(nèi)股鋼軌的表面壓潰磨損和波形磨損，還有一種比較少見(jiàn)的是接頭部分的鞍形磨耗。2.1鋼軌垂直磨損垂直磨損指軌面在垂直方向上發(fā)生的磨損，鋼軌投入運(yùn)營(yíng)之后，其表面就有列車不停的的碾壓通過(guò)，如圖2-1所示，列車車輪與鋼軌形成單點(diǎn)接觸，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)鋼軌頂面是對(duì)鋼軌表面發(fā)生作用力，負(fù)載產(chǎn)生作用力作用的方向?yàn)榇怪毕蛳?，相?dāng)于縱向?qū)︿撥夁M(jìn)行磨損，產(chǎn)生了垂直損耗，也相當(dāng)于厚度磨損。圖2-1輪軌間單點(diǎn)接觸示意圖當(dāng)鋼軌表面受到的沖擊接近鋼軌表面硬度的臨界值時(shí)，便會(huì)發(fā)生碾壓效應(yīng)，最典型的特征是在鋼軌的上表面會(huì)出現(xiàn)鋼軌被研磨出的金屬粉塵。如圖2-2所示。圖2-2鋼軌垂直磨耗示意圖2.2鋼軌側(cè)磨側(cè)面磨損一般發(fā)生在小半徑曲線位置的外股鋼軌內(nèi)側(cè)，直線上的側(cè)磨發(fā)生較輕，幾乎可以忽略，如圖2-3所示，鋼軌側(cè)面已經(jīng)發(fā)生磨損，鋼軌側(cè)面磨耗是指軌頭內(nèi)側(cè)面發(fā)生的磨損量，通常采用磨耗測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。圖2-3鋼軌側(cè)磨圖鋼軌側(cè)面磨損是曲線段上鋼軌的出現(xiàn)的最主要磨損類型，如圖2-4所示，一般情況下，車輪在鋼軌上沿著軌道方向運(yùn)行時(shí)，鋼軌的起承重作用和導(dǎo)向作用，由于受慣性和離心力的影響，車輪輪緣會(huì)緊貼著軌道曲線外軌運(yùn)動(dòng)，與鋼軌側(cè)面貼靠接觸，此時(shí)輪軌之間形成車輪和鋼軌間的2點(diǎn)接觸，而鋼軌在接觸點(diǎn)間出現(xiàn)的滑移現(xiàn)象和擠壓摩擦現(xiàn)象共同作用下，出現(xiàn)了嚴(yán)重的側(cè)磨如圖2-5所示。圖2-4輪軌兩點(diǎn)接觸示意圖圖2-5鋼軌側(cè)面磨損示意圖另外，列車在鋼軌上運(yùn)行時(shí)，并不是嚴(yán)格的直線運(yùn)行或曲線運(yùn)行，通常兩根鋼軌之間的距離是略大于兩輪緣間的距離，而隨著側(cè)磨的發(fā)生，這個(gè)間距還會(huì)不斷增加，于是列車行駛時(shí)會(huì)發(fā)生些微的左右擺動(dòng)，類似于蛇形運(yùn)動(dòng)，如圖2-6所示,擺動(dòng)過(guò)程中會(huì)致使輪軌產(chǎn)生沖擊角，而該沖擊角也是誘發(fā)側(cè)磨生成的成因之一。在一定條件下，曲線半徑與沖擊角成反比的關(guān)系。圖2-6列車蛇形運(yùn)動(dòng)模擬圖根據(jù)已有研究成果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的勘察，可以發(fā)現(xiàn)鋼軌側(cè)面磨損具有典型特點(diǎn)：一是小半徑曲線上側(cè)面磨損程度是決定是否需要更換鋼軌的主要依據(jù)，且相同的周期和運(yùn)行環(huán)境下，曲線位置半徑越小鋼軌的磨耗越高；二是曲線段磨損最嚴(yán)重的點(diǎn)一般情況下會(huì)出現(xiàn)在曲線段中部；三是冬季和雨季期間，輪軌會(huì)經(jīng)常性出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼軌側(cè)磨較為嚴(yán)重；四是通過(guò)適量增加輪軌間的潤(rùn)滑可以有效的減緩曲線段鋼軌的磨損。2.3鋼軌的波浪形磨損波浪形磨損簡(jiǎn)稱波磨（corrugation），是鋼軌在投入使用一段時(shí)間后，鋼軌頂面沿軌道的鋪設(shè)方向出現(xiàn)一種類似于波浪形態(tài)的磨損形態(tài)，波磨也是鋼軌表面的一種常見(jiàn)的損傷形式，波形磨耗根據(jù)波長(zhǎng)不同可以分為波紋磨耗和波浪磨耗兩種。鋼軌波浪形磨損的成因涉及了滾動(dòng)接觸力學(xué)，材料科學(xué)、摩擦力學(xué)以及車輛耦合動(dòng)力學(xué)等多方面，通過(guò)世界范圍內(nèi)的長(zhǎng)期研究，波磨依照其波長(zhǎng)被分為兩類，分別是短波波磨和長(zhǎng)波波磨，如表2-1所示，短波波磨的波長(zhǎng)范圍在30~80mm。波深0.1~0.4mm，長(zhǎng)波波磨的波長(zhǎng)范圍在100mm以上，波深一般小于2mm。表2-1波磨的分類波形磨耗類型波長(zhǎng)(mm)波深(mm)波紋磨耗30~800.1-0.4波浪磨耗100以上0.4-2.0地鐵的波磨在直線段和曲線段均有發(fā)生，如圖2-7所示，以短波為主，僅需定期打磨處理，對(duì)鋼軌整體使用壽命影響較小。波磨的形成機(jī)理與多種學(xué)科和因素相關(guān)。作為復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題，輪軌相互作用過(guò)程、復(fù)雜的波磨形態(tài)，目前還沒(méi)有形成公認(rèn)的理論體系可以完全解釋，目前來(lái)說(shuō)，比較成熟的理論有兩個(gè)，其一叫做“蠕滑論”，另外一個(gè)是“振動(dòng)論”。上述的解釋理論共同構(gòu)成了現(xiàn)今主流波磨產(chǎn)生成因論?！叭浠摗敝饕f(shuō)明波磨的誘發(fā)內(nèi)因，“振動(dòng)論”則闡述了特定地段波磨的誘發(fā)因素。此外，“蠕滑論”主要強(qiáng)調(diào)的是長(zhǎng)波波磨，而“振動(dòng)論”說(shuō)則對(duì)短波波磨進(jìn)行了較為詳盡的解釋。雖然目前對(duì)波的長(zhǎng)短沒(méi)有絕對(duì)統(tǒng)一的科學(xué)劃分，尤其是針對(duì)我國(guó)存在的鐵路和地鐵，但大致情況下，地鐵波磨多出現(xiàn)短波，運(yùn)載鐵路的波磨則多出現(xiàn)長(zhǎng)波，。鋼軌波磨正視圖b)鋼軌波磨俯視圖圖2-7地鐵鋼軌波磨實(shí)拍2.4鋼軌的鞍形磨損及其形成機(jī)理鞍形磨損(saddlewearofrail)是指形似馬鞍形的鋼軌垂直磨耗現(xiàn)象。有幾率發(fā)生在普通線路接頭區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)軌軌端常被壓塌，軌端淬火長(zhǎng)度20-70mm上因硬度較高而成鞍峰，緊接則為鞍谷。

第3章小半徑曲線鋼軌磨耗影響因素及減磨策略分析3.1小半徑曲線鋼軌磨耗影響因素分析鋼軌側(cè)磨是小半徑曲線鋼軌磨耗的最主要表現(xiàn)形式，影響小半徑曲線鋼軌磨耗的因素包括軌道不平順、軌距加寬、車輛通過(guò)速度、線路超高、輪軌摩擦系數(shù)、通過(guò)車輛總重等，曲線半徑、軌底坡也會(huì)影響小半徑曲線鋼軌磨耗。上述諸因素中，通過(guò)車輛總重是與時(shí)間相關(guān)的，研究鋼軌磨耗影響因素時(shí)暫不考慮，另半徑為250m曲線是我國(guó)現(xiàn)行《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中規(guī)定的動(dòng)車組運(yùn)行的最小半徑線路，且在我國(guó)很多動(dòng)車所較多存在，可作為鋼軌磨耗惡劣線路工況的代表。本節(jié)針對(duì)半徑為250m的曲線，仿真分析影響其鋼軌磨耗的主要因素，考慮超高、軌距加寬、軌底坡參數(shù)，以及軌道不平順、車輛通過(guò)速度、輪軌摩擦系數(shù)等共6個(gè)因素，除軌底坡外，每個(gè)因素根據(jù)線路的實(shí)際情況，按3個(gè)水平設(shè)計(jì)，軌底坡按2個(gè)水平設(shè)計(jì)，各因素水平見(jiàn)表3-1，并按正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法構(gòu)造仿真工況L18（21×35），計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-2。表3-1半徑250m曲線鋼軌磨耗各因素水平表表3-2250m半徑曲線鋼軌磨耗影響因素仿真分析工況根據(jù)正交試驗(yàn)仿真計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行方差分析，見(jiàn)表3-3，由方差分析結(jié)果可知，影響半徑250m曲線鋼軌磨耗的各因素按影響程度從大到小排序?yàn)椋狠嗆壞Σ料禂?shù)>軌道不平順>運(yùn)行速度>軌距加寬>軌底坡>超高。在顯著性水平0.05條件下，輪軌摩擦系數(shù)、軌道不平順、運(yùn)行速度對(duì)鋼軌磨耗有顯著性影響。各因素的估算邊際均值見(jiàn)圖3-1。圖3-1鋼軌磨耗各因素估算邊際均值正交設(shè)計(jì)的工況中，運(yùn)行速度各水平對(duì)應(yīng)的最大過(guò)欠超高見(jiàn)表3-4。正交試驗(yàn)方差分析表明，較小的過(guò)欠超高對(duì)鋼軌磨耗影響很小。表3-4運(yùn)行速度各水平對(duì)應(yīng)的最大過(guò)欠超高3.1.1輪軌摩擦系數(shù)影響分析根據(jù)上文分析，輪軌摩擦系數(shù)是影響小半徑曲線鋼軌磨耗的最主要因素。本節(jié)進(jìn)一步分析輪軌摩擦系數(shù)對(duì)鋼軌磨耗的影響。仿真計(jì)算工況及結(jié)果見(jiàn)表3-5和圖3-2。表3-5輪軌摩擦系數(shù)對(duì)鋼軌磨耗仿真工況及結(jié)果圖3-2輪軌摩擦系數(shù)對(duì)鋼軌磨耗影響由計(jì)算結(jié)果可知，隨著輪軌摩擦系數(shù)的減小，磨耗指數(shù)顯著降低。對(duì)于半徑250m曲線，輪軌摩擦系數(shù)從0.6降至0.3，磨耗指數(shù)降低41%，如輪軌摩擦系數(shù)從0.6降至0.1，磨耗指數(shù)降低約80%，二者近似呈線性關(guān)系。半徑300m曲線輪軌摩擦系數(shù)對(duì)磨耗指數(shù)的影響規(guī)律與半徑250m曲線相同，鋼軌磨耗隨著輪軌摩擦系數(shù)的減小而減小，輪軌摩擦系數(shù)從0.6降至0.2，磨耗指數(shù)降低約56%。曲線半徑對(duì)鋼軌磨耗的影響亦較大，曲線半徑從250m增大到300m，鋼軌磨耗指數(shù)減小約22%。3.1.2軌道不平順影響分析軌道不平順也是影響小半徑曲線鋼軌磨耗的重要因素，仿真計(jì)算工況及結(jié)果見(jiàn)表3-6和圖3-3、3-4。表3-6軌道不平順對(duì)鋼軌磨耗仿真工況及結(jié)果圖3-3半徑250m曲線軌道不平順對(duì)鋼軌磨耗影響圖3-4半徑300m曲線與半徑250m曲線磨耗對(duì)比由上3-3圖可知，隨著高低和軌向不平順?lè)鹊脑龃?，磨耗指?shù)亦增大。但軌向不平順對(duì)鋼軌磨耗的影響明顯大于高低不平順，二者交互效應(yīng)影響不顯著。高低不平順?lè)祻?增大到8mm，磨耗指數(shù)平均增大約4%，再?gòu)?mm增大到16mm，磨耗指數(shù)增大約6%；軌向不平順?lè)祻?增大到8mm，磨耗指數(shù)增大約26%，再?gòu)?mm增大到16mm，磨耗指數(shù)增大約28%。從圖3-4可以看出，軌道不平順對(duì)半徑300m曲線鋼軌磨耗的影響規(guī)律與半徑250m曲線相同，軌道不平順與鋼軌磨耗呈線性正相關(guān)關(guān)系。相比于半徑250m曲線，不同軌道不平順條件下，半徑300m曲線鋼軌磨耗平均降低約24%。軌向不平順會(huì)引起車輛的側(cè)擺和搖頭，增大蛇行運(yùn)動(dòng)的幅度，并進(jìn)而導(dǎo)致輪軌橫向力增大。輪軌橫向力的增大又帶動(dòng)了輪對(duì)沖角的增大，如圖3-5所示。根據(jù)磨耗指數(shù)的計(jì)算公式，輪軌橫向力與輪對(duì)沖角的增大，必然帶動(dòng)磨耗指數(shù)更大幅度的增大。圖3-5不同橫向力作用下的輪對(duì)沖角3.1.3運(yùn)行速度影響分析運(yùn)行速度是影響小半徑曲線鋼軌磨耗的主要因素之一。對(duì)于曲線來(lái)說(shuō)，不同運(yùn)行速度對(duì)應(yīng)不同的超高設(shè)置，否則將產(chǎn)生欠超高或過(guò)超高。本節(jié)分別考慮采用固定超高和均衡超高兩種條件，進(jìn)一步研究不同半徑曲線下車輛運(yùn)行速度對(duì)鋼軌磨耗的影響。仿真計(jì)算的工況及結(jié)果如表3-7和圖3-6所示。表3-7運(yùn)行速度對(duì)鋼軌磨耗仿真工況及結(jié)果圖3-6運(yùn)行速度對(duì)磨耗的影響由計(jì)算結(jié)果可知，隨著運(yùn)行速度的增大，磨耗指數(shù)亦增大，二者近似呈線性關(guān)系。對(duì)于小半徑曲線來(lái)說(shuō)，速度提升的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磨耗增大的幅度，對(duì)于半徑250m曲線，運(yùn)行速度由5km/h增大到15km/h，磨耗增大約9%，運(yùn)行速度進(jìn)一步增大至35km/h時(shí)，相比于運(yùn)行速度15km/h，磨耗增大約9%；對(duì)于半徑300m曲線，運(yùn)行速度由15km/h增大到35km/h，磨耗增大約8%。超高對(duì)曲線鋼軌磨耗的影響很小，總體來(lái)說(shuō)，半徑250m曲線欠超高達(dá)到85mm時(shí)，比采用均衡超高時(shí)磨耗僅增大約4%。曲線半徑越大，鋼軌磨耗越小，不同運(yùn)行速度下，半徑300m曲線鋼軌磨耗比半徑250m曲線降低約21%。3.1.4軌距加寬影響分析軌距加寬對(duì)曲線鋼軌磨耗的影響很小。構(gòu)造了兩種不平順條件下的工況，每種工況下采用單因素法進(jìn)一步研究軌距加寬對(duì)小半徑曲線鋼軌磨耗的影響，仿真計(jì)算的工況及結(jié)果如表3-8、圖3-7所示表3-8軌距加寬對(duì)鋼軌磨耗仿真工況及結(jié)果圖3-7不同軌道不平順下軌距加寬對(duì)鋼軌磨耗的影響從以上計(jì)算結(jié)果可知，隨著軌距加寬的增大，鋼軌磨耗減小，但軌距加寬對(duì)鋼軌磨耗的總體影響很小，對(duì)于半徑250m曲線，軌距加寬從5mm增大至15mm，鋼軌磨耗僅降低約3%。軌道不平順對(duì)不同軌距加寬條件下的鋼軌磨耗影響很大，不同軌距加寬條件下，施加高低8mm+軌向8mm的軌道不平順后，鋼軌磨耗增大約33%。3.2小半徑曲線鋼軌減磨策略小半徑曲線鋼軌磨耗主要表現(xiàn)為外軌軌側(cè)磨耗嚴(yán)重，內(nèi)軌基本未有側(cè)磨，內(nèi)外軌均有輕微的垂磨。小半徑曲線鋼軌減磨主要應(yīng)從線路參數(shù)設(shè)置、線形和軌道不平順控制，以及鋼軌潤(rùn)滑等方面考慮，總體思路見(jiàn)圖3-8。圖3-8小半徑曲線鋼軌減磨策略3.2.1線路參數(shù)設(shè)置首先，在曲線半徑選取方面，應(yīng)選取半徑盡可能大的曲線。曲線半徑從250m提高到300m，磨耗指數(shù)減小21-24%。以600m半徑鋼軌磨耗為基數(shù)，則400m半徑曲線鋼軌側(cè)面磨耗為其2.4倍，300m半徑曲線為其4.3倍[10]。因此，曲線半徑是小半徑曲線鋼軌磨耗的最重要影響因素，選取時(shí)不但考慮建設(shè)成本，還要考慮運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，宜從線路的全生命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)性綜合比選確定。其次，在軌距加寬方面，主要針對(duì)半徑小于300m的曲線，建議軌距加寬適當(dāng)增大。軌距加寬雖對(duì)小半徑曲線鋼軌磨耗的影響較小，但隨著軌距加寬的增大，磨耗指數(shù)有減小的趨勢(shì)。增大軌距加寬有利于降低動(dòng)車組脫軌系數(shù)?，F(xiàn)行《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》將半徑位于295m＞R≥245m的曲線的軌距加寬由原來(lái)的15mm降低至5mm，綜合考慮動(dòng)車組運(yùn)行安全性等影響，建議上述半徑范圍內(nèi)的曲線線路軌距加寬增大至10mm。3.2.2線形和軌道不平順控制同一曲線上不同點(diǎn)的磨耗差異很大，測(cè)點(diǎn)1磨耗達(dá)到8.05mm，而測(cè)點(diǎn)3磨耗達(dá)到12.69mm，比測(cè)點(diǎn)1增大了58%，這可能是曲線上測(cè)點(diǎn)1與測(cè)點(diǎn)3處線型和軌道不平順差異引起的。軌向不平順?lè)祻?增大到8mm，磨耗指數(shù)增大約26%，再?gòu)?mm增大到16mm，磨耗指數(shù)增大約28%。曲線形位加強(qiáng)維修后，側(cè)磨量下降27.4%。另外我國(guó)小半徑曲線線路軌道不平順狀況較差。建議進(jìn)一步加大小半徑曲線維修力度，確保小半徑曲線的線形和軌道不平順在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)[12]。3.2.3鋼軌軌側(cè)潤(rùn)滑側(cè)面磨耗是曲線鋼軌磨耗的最主要病害，尤其小半徑曲線外股鋼軌上，它是換軌的主要控制因素。在小半徑曲線線路條件無(wú)法改善的情況下，增加軌側(cè)潤(rùn)滑，降低輪軌摩擦系數(shù)是減小半徑曲線鋼軌磨耗的最有效措施。采取軌側(cè)潤(rùn)滑后，磨耗速率降低了40%；對(duì)于半徑250m曲線，輪軌摩擦系數(shù)從0.6降至0.1，磨耗指數(shù)降低約80%，二者近似呈線性遞減關(guān)系，對(duì)于半徑300m曲線，輪軌摩擦系數(shù)從0.6降至0.2，磨耗指數(shù)降低約56%?？梢?jiàn)軌側(cè)潤(rùn)滑是降低小半徑曲線鋼軌磨耗的十分有效的技術(shù)措施。建議全面研究推行小半徑曲線鋼軌軌側(cè)潤(rùn)滑措施，尤其針對(duì)半徑小于300m的曲線線路鋼軌。但本文采用的潤(rùn)滑措施需要每周對(duì)軌側(cè)進(jìn)行潤(rùn)滑，對(duì)于大量存在小半徑曲線的動(dòng)車所來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑工作量非常大，建議進(jìn)一步研究自動(dòng)化的軌測(cè)潤(rùn)滑裝置以及潤(rùn)滑材料。3.2.4重點(diǎn)區(qū)段關(guān)注理論及實(shí)測(cè)均表明，對(duì)于有緩和曲線的小半徑曲線，緩圓和圓緩過(guò)渡區(qū)域是磨耗最為嚴(yán)重的區(qū)域，對(duì)于未設(shè)置緩和曲線的小半徑曲線，磨耗主要發(fā)生在曲線上，應(yīng)針對(duì)鋼軌磨耗的重點(diǎn)區(qū)段，注意加強(qiáng)磨耗量的監(jiān)測(cè)及潤(rùn)滑，同時(shí)，可利用養(yǎng)護(hù)維修時(shí)機(jī)將此部分鋼軌與直線段鋼軌替換使用，從而延長(zhǎng)鋼軌使用壽命。

第4章小半徑曲線鋼軌磨耗預(yù)測(cè)方法地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗預(yù)測(cè)模型將選取列車軸重、列車速度、列車頻次三個(gè)參量進(jìn)行基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模，按照BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)⒘?，并?duì)該模型對(duì)鋼軌磨耗預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性及精確程度進(jìn)行訓(xùn)練，使其能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)周期的小半徑曲線鋼軌磨耗值，將最終的輸出結(jié)果與實(shí)際磨耗值進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而檢查BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算精度和應(yīng)用價(jià)值。4.1地鐵鋼軌磨耗BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的樣本采集BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)于地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗的預(yù)測(cè)能力的提升離開(kāi)不了大量的樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練，通常會(huì)選取多組參量進(jìn)行訓(xùn)練，再選取部分參量進(jìn)行驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)參量足夠的前提下，盡量不采用與訓(xùn)練參量相同的值進(jìn)行驗(yàn)證。鋼軌磨耗預(yù)測(cè)模型的輸出參量與鋼軌實(shí)際的磨損量有明顯非線性的復(fù)雜關(guān)系，本文旨在實(shí)現(xiàn)的預(yù)測(cè)模型即為控制輸入?yún)⒘浚ú蓸訑?shù)據(jù)）與鋼軌磨耗之間構(gòu)建關(guān)聯(lián)性的過(guò)程，充分利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性充分利用，建立高精度的預(yù)測(cè)模型，使其能夠在無(wú)物理模型且無(wú)外因誘發(fā)的前提下，找到地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗預(yù)測(cè)模型的輸出參量與鋼軌磨耗量之間的映射關(guān)系[12]?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鋼軌磨耗量預(yù)測(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立如下：選取三個(gè)影響地鐵鋼軌磨耗發(fā)展的重要參量，分別為：列車經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)軌的軸重（噸）、列車經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)軌的速度（公里/小時(shí)）、周期內(nèi)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)軌的列車頻次（列次/季度）。將試驗(yàn)軌的側(cè)面磨耗（毫米）進(jìn)行編碼作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出，如圖4-1所示圖4-1基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地鐵鋼軌磨耗模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選取具有一個(gè)隱藏層的前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)典型結(jié)構(gòu)，其中輸入層有3個(gè)神經(jīng)元，分別對(duì)應(yīng)P矩陣中的3中輸入?yún)⒘浚氖占膮⒘亢弯撥壞ズ牡膶?duì)照數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取20個(gè)樣本，進(jìn)行初始模型設(shè)計(jì)，建立三個(gè)輸入?yún)⒘康臉颖緮?shù)據(jù)矩陣P，鋼軌側(cè)磨矩陣T。如表4-1所示。表4-1地鐵鋼軌磨耗BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本集編號(hào)輸入學(xué)習(xí)樣本（樣本數(shù)據(jù)矩陣P）鋼軌側(cè)磨矩陣T1[0.550.129870.3515][0.13]2[0.650.118450.319][0.07]3[0.650.116740.323][0.13]4[0.650.127250.33][0.11]5[0.650.133960.3375][0.11]6[0.650.14480.3365][0.15]7[0.70.133960.301][0.11]8[0.650.118450.2885][0.03]9[0.650.0962250.177][0.05]10[0.70.131610.255][0.09]11[0.70.139120.2295][0.16]12[0.70.14480.2255][0.19]13[0.70.156820.215][0.08]14[0.70.0962250.1635][0.06]15[0.70.129870.229][0.16]16[0.650.083680.2845][0.04]17[0.50.118450.276][0.03]18[0.650.136760.2315][0.16]19[0.650.116740.2405][0.04]20[0.70.127250.231][0.11]越來(lái)越多來(lái)自于各個(gè)領(lǐng)域的專家學(xué)者把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于現(xiàn)今高精度計(jì)算及預(yù)測(cè)等領(lǐng)域的原因，包含如下兩方面：1.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠儲(chǔ)存完整的訓(xùn)練流程，能調(diào)用歷史的測(cè)試訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并在經(jīng)過(guò)大量的訓(xùn)練后，使得輸入的數(shù)據(jù)參量在計(jì)算后能夠得出較為精準(zhǔn)輸出量值，進(jìn)而能夠達(dá)到預(yù)期數(shù)據(jù)的要求。2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有過(guò)濾無(wú)效或偏差信息的能力，且能在有無(wú)效或偏差信息干擾時(shí)仍然得到預(yù)期結(jié)論，并能夠以反向遞推的訓(xùn)練方式實(shí)現(xiàn)自主精度調(diào)整的過(guò)程。這種自動(dòng)濾除干擾參量的能力也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷被各行業(yè)采用應(yīng)用越來(lái)越廣泛的基礎(chǔ)。4.2基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵鋼軌磨耗模型訓(xùn)練4.2.1預(yù)測(cè)模型的建立和參數(shù)設(shè)置首先選擇3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)模型，確定輸入層設(shè)計(jì)為1層，輸出層設(shè)計(jì)為1層，隱藏層通常也會(huì)設(shè)計(jì)為1層，建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗預(yù)測(cè)模型。輸入?yún)⒘窟x擇列車的軸重、列車速度、列車周期內(nèi)經(jīng)過(guò)的頻次三種影響鋼軌磨耗發(fā)展的數(shù)據(jù)，故設(shè)計(jì)輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)定為3。輸出目標(biāo)量值為鋼軌磨耗，故輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)定為1。4.2.2隱藏層層數(shù)及其節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)隱藏層層數(shù)與誤差成反比關(guān)系，但較高的隱藏層層數(shù)也在增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，進(jìn)而增加計(jì)算時(shí)間的設(shè)備的負(fù)荷，這對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)往往是沒(méi)有太大益處。在調(diào)研了眾多文獻(xiàn)和資料的研究后，設(shè)計(jì)1個(gè)隱藏層是最為通常實(shí)用的設(shè)計(jì)。本模型中，優(yōu)化隱藏層神經(jīng)元的算法為：設(shè)定初始值，并線性增加，直至達(dá)到最大性能的80%以上。但如果性能始終無(wú)法達(dá)到要求，可選項(xiàng)為增加一定數(shù)目的隱藏層，隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)的經(jīng)驗(yàn)見(jiàn)公式(4-1)：(4-1)其中，為隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)的初始值，為輸入節(jié)點(diǎn)的數(shù)值，為輸出節(jié)點(diǎn)的數(shù)值，為整數(shù)，自1開(kāi)始取值。自3開(kāi)始取值，對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)成功率計(jì)算結(jié)果如下表4-2所示。表4-2預(yù)測(cè)成功率與隱藏節(jié)點(diǎn)選取的相關(guān)性隱藏節(jié)點(diǎn)數(shù)345678910預(yù)測(cè)成功率45%52％68％73％81％77％76％75％在將模型的總計(jì)算維度和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算性能統(tǒng)籌考慮后，調(diào)整神經(jīng)元的連接權(quán)值和閾值范圍，隨著訓(xùn)練次數(shù)的逐步增加，訓(xùn)練結(jié)果的均方誤差會(huì)逐漸減小并趨于穩(wěn)定，從表4-3中可以看出，當(dāng)時(shí)，性能已達(dá)到80%以上。所以，7個(gè)隱藏層節(jié)點(diǎn)是該模型的最佳選擇。綜上，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗模型示意圖如下圖4-2所示。圖4-2基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地鐵鋼軌磨耗模型將相關(guān)參量、磨耗樣本錄入Matlab，并對(duì)Epoch、Gradient等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖4-3所示，其中，Epoch為訓(xùn)練步長(zhǎng)，一個(gè)Epoch就是將所有訓(xùn)練樣本訓(xùn)練一次的過(guò)程，通常會(huì)設(shè)定1個(gè)較大的值，在此預(yù)設(shè)目標(biāo)訓(xùn)練次數(shù)先設(shè)定為1000次；Gradient為最小梯度，可以理解為單變量時(shí)的導(dǎo)數(shù)，梯度下降的方法就是目標(biāo)函數(shù)的下降方向，當(dāng)?shù)奶荻刃∮谠O(shè)定的最小梯度時(shí)，模型自動(dòng)停止訓(xùn)練；Mu為目標(biāo)誤差，意思是給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重再加一個(gè)調(diào)制，這樣能避免神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂到局部最小值，MU的范圍通常是0到1），在仿真過(guò)程中針對(duì)數(shù)據(jù)量值較大的情況，通過(guò)mappminmax函數(shù)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理[14]。如圖4-4所示。圖4-3BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入圖圖4-4基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵鋼軌磨耗模型訓(xùn)練圖4.2.3模型訓(xùn)練過(guò)程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程其實(shí)質(zhì)上就是在參數(shù)空間內(nèi)，尋找最優(yōu)解的過(guò)程，也就是找到合適的參數(shù)使得誤差E最小，根據(jù)前文所述，本模型使用梯度下降法來(lái)尋找最優(yōu)參數(shù)。如圖4-5所示，在學(xué)習(xí)時(shí)具有最優(yōu)解時(shí)，即為二者誤差接近無(wú)誤時(shí)，停止訓(xùn)練。即可達(dá)到理想的訓(xùn)練效果。均方誤差b)訓(xùn)練成果圖4-5模型訓(xùn)練過(guò)程4.3鋼軌磨耗BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果鋼軌磨耗預(yù)測(cè)模型經(jīng)過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完畢后，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中抽取10組參量數(shù)據(jù)，錄入模型中進(jìn)行仿真計(jì)算，將其期望輸出和實(shí)際輸出進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算器誤差值以及準(zhǔn)確率，如表4-3所示。表4-3實(shí)際輸出與期望輸出對(duì)比表編號(hào)輸入測(cè)試樣本（樣本數(shù)據(jù)矩陣P）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出（鋼軌側(cè)面磨耗矩陣T）目標(biāo)誤差準(zhǔn)確率1[551316134.7][1.172][1.2]0.02897.67%2[651298734.35][1.235][1.2]-0.03597.08%3[701367627.4][1.159][1.2]0.04196.58%4[651391228.05][1.061][1.1]0.03996.45%5[701298724.75][1.143][1.1]-0.04396.09%6[701184521.3][0.627][0.6]-0.02795.50%7[651167428.2][0.771][0.8]0.02996.38%8[501272528.7][0.92][0.9]-0.0297.78%9[651316125.55][1.233][1.2]-0.03397.25%10[701339623.3][1.331][1.4]0.06995.07%通過(guò)上述分析數(shù)據(jù)可以清晰看出，將目標(biāo)實(shí)際輸出與期望輸矩陣的每個(gè)向量進(jìn)行對(duì)比，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率在95.07％-97.78%。誤差均在預(yù)期范圍內(nèi)，證明了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗量預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練取得了成功。且地鐵鋼軌磨耗預(yù)測(cè)模型具有良好的可靠性，能高精度預(yù)測(cè)地鐵鋼軌磨耗狀態(tài)。

5總結(jié)本文提出了針對(duì)地鐵小半徑曲線磨耗發(fā)展情況預(yù)測(cè)的概念，設(shè)計(jì)了一種多參數(shù)預(yù)測(cè)的模型。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外鋼軌磨損的各類形態(tài)、發(fā)生原因、防治措施、預(yù)測(cè)方式的情況進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)本文開(kāi)展了小半徑曲線鋼軌磨耗特性研究及磨耗影響因素分析，提出了小半徑曲線鋼軌磨耗預(yù)測(cè)方法和減磨策略。最后采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了地鐵小半徑曲線段鋼軌磨耗的數(shù)學(xué)模型，針對(duì)上述設(shè)計(jì)的模型，已鋼軌側(cè)磨深度為磨耗指標(biāo)，根據(jù)仿真結(jié)果，其期望輸出和實(shí)際輸出在誤差允許范圍內(nèi)，滿足了磨耗預(yù)測(cè)條件，證明本應(yīng)用的算法，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃中的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)功能。得到結(jié)論如下：1.在地鐵的曲線地段，鋼軌的磨損表現(xiàn)主要為側(cè)磨及垂磨。內(nèi)軌磨損主要表現(xiàn)在頂面的垂磨，外軌的磨損主要表現(xiàn)在側(cè)磨。且半徑大小和磨耗值成反比關(guān)系；2.地鐵面臨的軌道磨損嚴(yán)重進(jìn)而需要開(kāi)展換軌工作主要是發(fā)生在小曲線半徑區(qū)域，而導(dǎo)致小半徑曲線段鋼軌壽命長(zhǎng)短的因素主要由側(cè)磨量決定，伴隨著運(yùn)營(yíng)強(qiáng)度的增大，磨耗不斷加，結(jié)合實(shí)際采集的磨耗數(shù)據(jù)，確定了主要研究對(duì)象是小半徑曲