车轮寿命的分析预测算法.pdf

收藏 版权申诉 举报 下载
车轮寿命的分析预测算法.pdf_第1页
第1页 / 共13页
车轮寿命的分析预测算法.pdf_第2页
第2页 / 共13页
车轮寿命的分析预测算法.pdf_第3页
第3页 / 共13页
文档描述:

《车轮寿命的分析预测算法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《车轮寿命的分析预测算法.pdf(13页完成版)》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010812739.8 (22)申请日 2020.08.13 (71)申请人 中车长春轨道客车股份有限公司 地址 130061 吉林省长春市绿园区长客路 2001号 (72)发明人 高明亮邵俊捷高珊李鹏飞 (74)专利代理机构 长春众益专利商标事务所 (普通合伙) 22211 代理人 余岩 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 119/04(2020.01) 。

2、(54)发明名称 一种车轮寿命的分析预测算法 (57)摘要 一种车轮寿命的分析预测算法, 其特征在于 包括四个部分: 首先根据车轮镟修数据对车轮轮 径磨耗建模求解; 其次根据车轮镟修数据对车轮 轮缘磨耗建模求解; 然后根据镟修数据对车轮镟 修建模求解; 最后根据上述车轮磨耗镟修规律分 析结果构建车轮寿命到限预测计算模型, 在实际 执行过程中, 受限于轮缘厚相关限值的约束, 轮 缘不断磨耗且当其厚度退化到一定限值时, 后续 会在运用修或高级修中因补偿轮缘厚造成额外 的轮径损耗, 并且这种轮径损耗通常远大于日常 相对固定镟修量, 该部分同样会对车轮寿命到限 产生较大的影响, 在本发明中这种轮径损耗。

3、的也 被纳入车轮寿命预测模型中, 此外, 车轮寿命预 测的相关影响因素中还考虑了实际镟修执行误 差。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 112115581 A 2020.12.22 CN 112115581 A 1.一种车轮寿命的分析预测算法, 其特征在于包括四个部分: 首先根据车轮镟修数据 对车轮轮径磨耗建模求解; 其次根据车轮镟修数据对车轮轮缘磨耗建模求解; 然后根据镟 修数据对车轮镟修建模求解; 最后根据上述车轮磨耗镟修规律分析结果构建车轮寿命到限 预测计算模型。 2.根据权利要求1所述的一种车轮寿命的分析预测算法, 其特征在于对车轮轮径磨耗 进行建模分析的具体算法如下: S0。

4、1、 获取镟修数据; S02、 计算两次镟修间轮径差值, 依次进入下列步骤; S03、 依照轮径磨耗模型回归分析; S04、 不同车厢类型、 轮径区间的磨耗特征量提取; S05、 建立车轮寿命预测轮径磨耗参数查询表。 3.根据权利要求1所述的一种车轮寿命的分析预测算法, 其特征在于对车轮轮缘磨耗 进行建模分析的具体算法如下: S11、 获取镟修数据; S12、 计算两次镟修间轮缘厚差值, 依次进入下列步骤; S13、 依照轮缘磨耗模型回归分析; S14、 不同车厢类型、 轮径区间的磨耗特征量提取; S15、 建立车轮寿命预测轮缘磨耗参数查询表。 4.根据权利要求1所述的一种车轮寿命的分析预测算。

5、法, 其特征在于对轮径镟修进行 数学建模分析的具体算法如下: S21、 镟修误差正态分布拟合并提取特征参数; S22、 镟修量分段线性拟合并提取特征参数; S23、 轮缘厚模板选择概率分布统计并建立相应函数模型; S24、 建立车轮寿命预测镟修参数查询表。 5.根据权利要求1-4任一项所述的一种车轮寿命的分析预测算法, 其特征在于: 根据车 轮轮径、 轮缘磨耗和车轮镟修规律计算结果实现车轮使用寿命预测的具体算法如下: S31、 查车轮寿命预测参数表, 计算镟前轮径、 轮缘厚; S32、 依据轮径限值判断是否到限, 如果是, 进入S33, 否则进入S34; S33、 计算周期内的车轮使用寿命; 。

6、S34、 计算镟后轮径、 轮缘厚, 依据轮径限值判断是否到限, 如果是, 进入S35, 否则回到 S31; S35、 记录累计使用周期; 由S33和S35, 得到轮对累计剩余使用寿命。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112115581 A 2 一种车轮寿命的分析预测算法 技术领域 0001 本发明属于轨道车辆车轮寿命预测技术领域, 尤其是涉及一种车轮使用寿命到限 的分析预测算法。 背景技术 0002 车轮是动车组最重要的零部件之一, 其服役状态关乎动车组运行安全与运行品 质。 同时车轮会因轮轨相互作用产生的摩擦磨损和定期的镟修而不断损耗, 因此需要根据 轮径到限情况判断车轮是否需要更换。 。

7、由于车轮数量巨大, 检修和更换也相对比较频繁。 此 外, 车轮磨耗可能造成轮轨接触恶化, 影响车辆的动力学性能, 因此对车轮磨耗规律及使用 寿命进行研究并实现研究成果的工程化应用具有重要的经济效益和社会效益。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种车轮使用寿命预测的分析算法, 避免检修资源的过度配 置, 直接降低动车组的检修成本, 提高车组在线运行时间, 在保证车辆安全可靠、 充分发挥 运营效能的基础上, 实现最优化的车组作业模式。 0004 为实现上述发明目的, 本发明提供一种车轮寿命的分析预测算法, 其特征在于包 括四个部分: 首先根据车轮镟修数据对车轮轮径磨耗建模求解; 其次根据车轮。

8、镟修数据对 车轮轮缘磨耗建模求解; 然后根据镟修数据对车轮镟修建模求解; 最后根据上述车轮磨耗 镟修规律分析结果构建车轮寿命到限预测计算模型, 具体算法如下: 0005 一、 对车轮轮径磨耗进行建模分析, 具体算法如下: 0006 S01、 获取镟修数据; 0007 S02、 计算两次镟修间轮径差值, 依次进入下列步骤; 0008 S03、 依照轮径磨耗模型回归分析; 0009 S04、 不同车厢类型、 轮径区间的磨耗特征量提取; 0010 S05、 建立车轮寿命预测轮径磨耗参数查询表; 0011 二、 对车轮轮缘磨耗进行建模分析, 具体算法如下: 0012 S11、 获取镟修数据; 0013。

9、 S12、 计算两次镟修间轮缘厚差值, 依次进入下列步骤; 0014 S13、 依照轮缘磨耗模型回归分析; 0015 S14、 不同车厢类型、 轮径区间的磨耗特征量提取; 0016 S15、 建立车轮寿命预测轮缘磨耗参数查询表; 0017 三、 对轮径镟修进行数学建模分析, 具体算法如下: 0018 S21、 镟修误差正态分布拟合并提取特征参数; 0019 S22、 镟修量分段线性拟合并提取特征参数; 0020 S23、 轮缘厚模板选择概率分布统计并建立相应函数模型; 0021 S24、 建立车轮寿命预测镟修参数查询表; 说明书 1/7 页 3 CN 112115581 A 3 0022 四、。

10、 根据上述车轮轮径、 轮缘磨耗和车轮镟修规律计算结果, 能够实现车轮使用寿 命预测, 具体算法如下: 0023 S31、 查车轮寿命预测参数表, 计算镟前轮径、 轮缘厚; 0024 S32、 依据轮径限值判断是否到限, 如果是, 进入S33, 否则进入S34; 0025 S33、 计算周期内的车轮使用寿命; 0026 S34、 计算镟后轮径、 轮缘厚, 依据轮径限值判断是否到限, 如果是, 进入S35, 否则 回到S31; 0027 S35、 记录累计使用周期; 0028 由S33和S35, 得到轮对累计剩余使用寿命。 0029 本发明相比现有算法主要的优点体现在以下几个方面: 0030 (1。

11、)数据利用充分 0031 车轮服役过程中累积的数据量巨大且种类繁多, 需要进行有效整合而充分利用其 价值。 由于车轮检修具有一定的周期性, 本发明不但只关注单周期内轮径退化情况, 而且有 效整合相邻周期之间的镟修数据, 实现车轮全寿命预测建模。 LY数据虽然在一定程度上可 以辅助判断轮径退化情况, 但是对于单周期内车轮磨耗量而言其误差相对较大。 虽然镟修 数据精度很高, 但是数据在机床解析、 传输、 存储过程中会有少量的缺失, 无法确定车轮寿 命预测的起点。 基于不同数据存在的优缺点, 本发明将这些数据进行了有效地整合, 深度挖 掘上述历史数据的价值, 建立更精确的车轮寿命预测模型。 0032。

12、 (2)预测模型合理 0033 对于车轮磨耗量的计算一般仅针对数据进行分析而忽视车轮磨耗的相关机理而 选择比较简单的线性、 一次或二次回归等方法对其进行建模, 选用的模型相对比较简单。 车 组运行过程中累积的LY检测数据具有较大的误差, 如果直接对其进行回归分析可能造成为 了尽量涵盖多的样本点而造成曲线异常扭曲等, 虽然在单个周期内可能获得较高的拟合精 度, 但是其它轮径区间内预测误差偏大, 单周期预测误差后续不断累积使得最终预测结果 严重偏离实际, 也就失去使用寿命预测的工程应用价值。 本发明在车轮磨耗相关机理的基 础上建模, 并通过历史数据对数学模型进行训练求解, 建立更加精确的车轮磨耗预。

13、测算法, 实现车轮使用寿命的准确预测。 0034 (3)因素考虑周全 0035 车轮服役过程中轮径损耗包括因轮轨作用而产生的磨耗和定期镟修产生的轮径 损耗, 车轮实际镟修时, 镟修量通常选用一个定值, 标准统一, 镟轮工计算镟前轮径和镟修 量的差值作为目标轮径输入机床内进行镟修作业。 0036 在实际执行过程中, 受限于轮缘厚相关限值的约束, 轮缘不断磨耗且当其厚度退 化到一定限值时, 后续会在运用修或高级修中因补偿轮缘厚造成额外的轮径损耗, 并且这 种轮径损耗通常远大于日常相对固定镟修量, 该部分同样会对车轮寿命到限产生较大的影 响, 在本发明中这种轮径损耗的也被纳入车轮寿命预测模型中。 此。

14、外, 车轮寿命预测的相关 影响因素中还考虑了实际镟修执行误差。 附图说明 0037 图1是本发明的流程图; 说明书 2/7 页 4 CN 112115581 A 4 0038 图2是预测结果与实测数据的对比图; 0039 图3是一定条件下的车轮剩余使用寿命预测; 0040 图4是一定位置的车轮剩余使用寿命预测; 0041 图5是一定时间内车轮轮径退化趋势预测; 0042 图6是某一类型车轮的全寿命预测。 具体实施方式 0043 参照图1, 本发明预测算法包括四个部分: 首先根据车轮镟修数据对车轮踏面磨耗 建模求解; 其次根据车轮镟修数据对车轮轮缘磨耗建模求解; 然后根据镟修数据对车轮镟 修建模。

15、求解; 最后根据上述车轮磨耗镟修规律分析结果构建车轮寿命到限预测计算模型, 具体算法如下: 0044 S0对车轮轮径磨耗进行建模分析, 具体算法如下所示: 0045 S01: 输入需要建模的车型以获取相应的镟修数据、 LY检测数据、 高级修计划、 履 历; 0046 S02: 根据7日内车组镟修数据量大于车组车轮数的60判断车组全列镟时间, 同 时筛选同一车轮相邻全列镟中前一次全列镟镟后轮径和后一次全列镟镟前轮径, 通过前一 次全列镟镟后轮径减去后一次全列镟镟前轮径计算单周期内轮径磨耗量; 0047 S03: 分别按照头车、 中间动车、 中间拖车筛选上述计算结果, 相应的磨耗数据数量 分别记为。

16、n1、 n2、 n3, 同一车轮对应的轮径记为一条数据, 轮径记为x1i、 x2i、 x3i, 轮径磨耗量分 别记为回归模型中的头车、 中间动车、 中间拖车轮径分别记为x1、 x2、 x3, 回归 模型中的轮径磨耗量分别记为 0048S04: 求解不同位置车厢轮径磨耗的数学回归模型, 令 i1 0049 分别求解 0050 0051 0052 0053 然后求解方程组 0054 说明书 3/7 页 5 CN 112115581 A 5 0055令同理求解中间动车、 中间拖车的轮径磨耗量分别为 和 0056 S05: 将轮径从830至930每5mm划分一个区间, 取区间中点带入上式分别计算头车、。

17、 中间动车、 中间拖车对应的轮径磨耗量z1、 z2、 z3, 建立轮径磨耗的参数配置表1以供后续查 阅调用。 0057 S1对车轮轮缘磨耗进行建模分析, 具体算法如下: 0058 S11: 输入需要建模的车型以获取相应的镟修数据、 LY检测数据、 高级修计划、 履 历; 0059 S12: 根据7日内车组镟修数据量大于车组车轮数的60判断车组全列镟时间, 同 时筛选同一车轮相邻全列镟中前一次全列镟镟后轮缘厚和后一次全列镟镟前轮缘厚, 通过 前一次全列镟镟后轮缘厚减去后一次全列镟镟前轮缘厚计算单周期内轮缘磨耗量; 0060 S13: 分别按照头车、 中间动车、 中间拖车筛选上述计算结果, 相应的。

18、磨耗数据数量 分别记为n1、 n2、 n3, 同一车轮对应的轮径和轮缘厚磨耗量记为一条数据, 轮径磨耗量记为 x1i、 x2i、 x3i, 轮缘磨耗量分别记为回归模型中的头车、 中间动车、 中间拖车轮 径分别记为x1、 x2、 x3, 回归模型中的头车、 中间动车、 中间拖车轮缘厚分别记为t1、 t2、 t3, 回 归模型中的轮径磨耗量分别记为 0061S14: 求解不同位置车厢轮缘磨耗的数学回归模型, 令 0062 求解方程组得头车轮缘磨耗量的回归模型 0063 0064同理求解中间动车、 中间拖车的轮缘磨耗量分别为和 0065 S15: 将轮径从830至930每5mm划分一个区间, 将轮缘。

19、厚从26至34每0.5mm划分一个 区间, 取区间中点带入上式分别计算头车、 中间动车、 中间拖车对应的轮缘磨耗量y1、 y2、 y3, 建立轮缘磨耗的参数配置表2以供后续查阅调用。 0066 S2对轮径镟修进行数学建模分析, 具体算法如下: 0067 S21: 输入需要建模的车型以获取相应的镟修数据、 LY检测数据、 高级修计划、 履 历; 0068 S22: 根据7日内车组镟修数据量大于车组车轮数的60判断车组全列镟时间, 通 过全列镟镟前轮径减去全列镟镟后轮径分别计算轮径轮径实际镟修量Rri, 通过全列镟镟后 说明书 4/7 页 6 CN 112115581 A 6 轮径减去轮径镟修设定。

20、量分别计算轮径镟修误差eri, 通过全列镟镟前轮径减去轮径镟修设 定量分别计算轮径设定镟修量Sri; 0069 通过全列镟镟前轮缘厚减去全列镟镟后轮缘厚分别计算轮缘实际镟修量Rdi, 通过 全列镟镟后轮缘厚减去轮缘厚镟修设定量分别计算轮缘镟修误差edi, 通过全列镟镟前轮缘 厚减去轮缘厚镟修设定量分别计算轮缘设定镟修量Sdi; 0070 S23: 筛选Rri2Sri的数据, 数据数量记为N, 计算数据对应镟修误差的均值作为该 车型车轮轮径实际镟修误差Er和轮缘实际镟修误差Ed, 计算公式如下所示 0071 0072 S24: 计算轮径实际镟修量的均值 和标准差 , 计算公式分别如下所示: 00。

21、73 0074 筛选Rri +3 的轮缘厚变化量为负值的数据并取绝对值记为Rrdi和对应的实际镟 修量数据Rrri, 数据样本数记为k, 令Rrra+bRrd, 式中Rrr为线性回归中的轮径镟修量, Rrd为 线性回归中的轮缘厚增厚量, 通过以下方程组求解a、 b的值, 0075 0076 S25: 令Rrra+bRrd +3 求解得bBa, 构建的轮径镟修轮缘厚补偿计算公式为: 0077 R(轮缘厚增厚量Ba)b+ 0078 S26: 根据镟修轮缘厚设定值从26至34.5以0.5为一个间隔将镟修数据划分成17个 主区间, 分别记为Q1、 Q2、 Q3Q17, 区间内镟前轮缘厚分别记为Pd1i。

22、、 Pd2i、 Pd3iPd17i, 各主 区间内样本数分别为N1、 N2、 N3N17, 对每个区间内的以0.025为一个间隔划分区间, 统计 符合各子区间轮缘厚的样本数, 分别记为n11、 n12、 n13等, 对各主区间内的镟前轮缘厚进行正 态分布统计分析, 以主区间为例Q1, 均值 1和标准差 1计算公式分别如下所示 0079 0080 同理可计算其它主区间内镟前轮缘厚均值 i和标准差 i, 通过筛选镟前轮缘厚位 于区间 2-3 2,1+3 1内轮缘厚设定量分别为26、 26.5的样本数, 分别记为N11、 N12, 按照以 下公式对镟前轮缘厚重叠区域进行划分: 0081 分配主区间Q。

23、1、 Q2的长度分别为 0082 0083 同理可计算LQ2-2、 LQ3-1、 LQ3-2、 LQ4-1、 LQ4-2等, 最终构建的轮缘厚模板选择逻辑方程 为: 说明书 5/7 页 7 CN 112115581 A 7 0084 0085 式中Td为镟修轮缘厚模板, Pd为镟前轮缘厚。 0086 根据上述车轮轮径、 轮缘磨耗和车轮镟修规律计算结果, 可以实现车轮使用寿命 预测, 具体算法如下: 0087 S31: 输入需要预测的车轮信息, 包括车轮装车车组号、 车厢号、 轴位, 根据7日内车 组镟修数据量大于车组车轮数的60判断出车组全列镟时间获取最新一次全列镟时间, 并 筛选该次全列镟的。

24、车轮镟修数据; 0088 S32: 若该车轮最新一次全列镟镟后轮径Qr与最新5次LY检测数据轮径平均值差Lr 大于5mm, 则取Lr及该车轮最新5次LY检测数据轮缘厚平均值Ld进入下一步, 否则取Qr及该车 轮最新一次全列镟镟后轮缘厚Qd进入步骤S33; 0089 S33: 根据轮径Qr或Lr查表1获取踏面磨耗量wr, 并结合轮缘厚Qd或Ld查表2获取轮缘 磨耗量wd, 进入步骤S34; 0090 S34: 轮径Qr或Lr减去wr作为下一次全列镟镟前轮径Pr, 轮缘厚Qd或Ld减去wd作为下 一次全列镟镟前轮缘厚Pd, Pd是根据上述S26中轮缘厚模板选择逻辑方程判断镟修轮缘厚模 板为Td, 。

25、同时计算轮缘增厚量B(Td-Pd), 进入步骤S35; 0091 S35: 若PrRlim, 则该周期内车轮使用寿命Ts(Rlim-Pr)/wdm, 进入步骤S38; 0092 若PrRlim, 则进入步骤S36; 0093 式中Rlim为轮径运用限值, m为车组镟修周期, Rlim和m均按照动车组相关检修规程 设定。 0094 S36: 若BBa, 则轮径镟修量R(B-Ba)b+ ; 0095 若BRlim, 则返回步骤S34, 并记为1次循环。 0099 S38: 记累计循环次数为Tn, 则车轮剩余使用寿命为 0100 TTnm+Ts 0101 试验例 0102 基于轮径磨耗模型并结合不同。

26、车型车轮镟修作业情况分析建立镟修规律模型, 包 括镟修进刀量、 轮缘增厚补偿量计算、 镟修误差分布等, 针对动拖车、 头尾车等精准预测车 轮使用寿命或到限类型等, 进行车轮剩余寿命预测, 支持车轮健康管理。 同时根据车组车轮 寿命到限情况, 提前制定运用换轮计划, 实现最优化的工作量编排, 有效减少扣车作业次 数。 按照不同月份对车轮到限预测情况进行汇总, 制定年度换轮轮廓计划, 可以指导生产单 位提前制定预算、 备品备料。 此外, 根据根据不同车轮到限预测情况, 优化镟修进刀量和镟 修周期, 主动管理车轮使用寿命, 降低运用换轮及相应检修、 试运行、 镟修等综合成本, 实现 动车组轮对维修计。

27、划建议, 可以提升轮对检修计划的数字化程度, 提高轮对检修效率。 说明书 6/7 页 8 CN 112115581 A 8 0103 同时对本发明轮径预测结果与实测数据进行对比验证, 结果如图2所示, 图中虚线 为算法预测轮径退化情况, 实线为实测的轮径退化情况, 通过对比可以看出本发明提出的 预测算法具有较高的计算精度, 可以满足工程应用的需求。 0104 一定条件下的车轮剩余使用寿命预测 0105 将各动车所、 各车型车轮的磨耗、 镟修规律设置成可供查询的参数配置表。 应用实 例1中, 选择车组车型为CRH380B(L)/CL, 头车, 高级修出厂轮径和轮缘厚分别为890mm、 28mm,。

28、 镟修进刀量为2mm, 镟修周期和高级修周期分别设定为25万公里和145万公里, 高级修 轮径和轮缘厚限值分别为835mm、 28mm。 最终预测得该车轮剩余使用寿命为270.37万公里 (如图2所示)。 0106 一定位置的车轮剩余使用寿命预测 0107 实例2中选取需要预测分析的动车组车组号、 车厢号、 轴位获得相应位置车轮的轮 径、 轮缘厚等信息, 预测该车轮的使用寿命。 实例中选取的车轮当前轮径为885.4mm, 预测结 果显示该车轮剩余使用寿命约为260万公里, 到限类型为镟修到限(如图3所示)。 0108 一定时间内车轮轮径退化趋势预测 0109 由于已完成车轮寿命预测相关参数的建。

29、模, 因此还可以针对不同车轮当前状态进 行寿命预测的实时预测分析, 实例3中选取需要预测分析的动车组车组号、 车厢号、 轴位可 获取相应位置车轮的轮径、 轮缘厚等信息, 预测未来6个月内轮径退化趋势。 实例中选取的 车轮上次镟后轮径868.98mm, 预测结果显示未来6个月内车轮发生两次镟修, 第一次镟后轮 径为866.95mm, 第二次镟后轮径为862.614mm(如图4所示)。 0110 某一类型车轮的全寿命预测 0111 实例4对新轮使用寿命进行预测, 以新轮轮径和轮缘厚作为车轮使用寿命预测的 初始条件, 其中新轮轮径为920mm, 轮缘厚为34.5mm, 高级修轮缘厚限值为28mm, 动/拖车轮 径高级修限值分别为845/875mm, 动/拖车轮径运用限值分别为830/870mm, 预测得该型车轮 头车使用寿命为503万公里, 中间动车使用寿命为511万公里, 中间拖车使用寿命为290万公 里(如图5所示)。 说明书 7/7 页 9 CN 112115581 A 9 图1 说明书附图 1/4 页 10 CN 112115581 A 10 图2 图3 说明书附图 2/4 页 11 CN 112115581 A 11 图4 图5 说明书附图 3/4 页 12 CN 112115581 A 12 图6 说明书附图 4/4 页 13 CN 112115581 A 13 。

展开阅读全文
温馨提示:
本站所有文档如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007或PDF阅读器。
关于本文
本文标题:车轮寿命的分析预测算法.pdf
链接地址:http://www.zhuanlichaxun.net/pdf/10148693.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1 
 


收起
展开