一种基于NURBS-Kriging的钢轨打磨廓形预测方法

摘要

一种基于NURBS‑Kriging的钢轨打磨廓形预测方法，先构建基于三次NURBS曲线的待打磨钢轨横断面廓形曲线参数化模型，计算不同打磨模式下单个砂轮的打磨面积，再设计单个砂轮打磨面积的Kriging模型构建方案，然后构建单个砂轮的打磨面积的Kriging预测模型，通过砂轮端面直线与钢轨廓形NURBS曲线的求交算法，获得单个砂轮打磨后的交点为P_n和Q_n，计算获得任意打磨模式中第n个打磨砂轮打磨完成后的廓形，本发明将NURBS曲线的动态可调整优势与Kriging近似模型技术的高计算效率特点结合起来，对不同打磨模式下钢轨的打磨廓形进行预测，能够快速获得直观的打磨廓形预测结果，保证钢轨打磨质量。

主权项

一种基于NURBS‑Kriging的钢轨打磨廓形预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用钢轨轮廓扫描仪，获得钢轨断面廓形的数据点坐标值，将之作为NURBS曲线的型值点，构建基于三次NURBS曲线的待打磨钢轨横断面廓形曲线参数化模型；2)假设在同一打磨模式下砂轮的打磨量相同，根据钢轨的打磨原理，将砂轮打磨量的计算转化成为求解由廓形NURBS曲线与砂轮打磨端面直线相交围成的面积的问题，砂轮打磨量为廓形横断面打磨面积S；3)利用三次NURBS曲线面积积分量精算公式计算不同打磨模式下单个砂轮的打磨面积S；4)将打磨模式中列车运行速度v、砂轮打磨角度θ和打磨压力p三个打磨参数作为设计变量，打磨面积S为因变量，设计单个砂轮打磨面积的Kriging模型构建方案；5)利用打磨车依次选择对应的打磨模式对一段磨损钢轨进行打磨，并使用钢轨轮廓检测仪获得打磨前后的钢轨廓形坐标值，应用步骤3)确定的打磨面积计算方法，得到30组打磨模式对应的打磨面积S，以此作为训练样本，基于Matlab软件Dace工具箱，使用步骤4)确定的Kriging模型构建方案，构建单个砂轮的打磨面积的Kriging预测模型；6)通过砂轮端面直线与钢轨廓形NURBS曲线的求交算法，获得单个砂轮打磨后的交点为P_n和Q_n；7)基于钢轨打磨顺序成形原理，采用步骤6)确定的砂轮端面直线与钢轨廓形NURBS曲线的求交算法设计钢轨打磨廓形预测方案，计算获得任意打磨模式中第n个打磨砂轮打磨完成后的廓形，并将之在图形用户界面中输出。