[发明专利]一种轨道交通机车车辆轮对的镟修决策优化方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种轨道交通机车车辆轮对的镟修决策优化方法，特别涉及一种基于轮对磨耗数据驱动模型和蒙特卡洛仿真的轨道交通机车车辆轮对镟修决策优化方法。

背景技术

进入21世纪，我国城市轨道交通(俗称地铁)和铁道系统步入快速发展阶段。随着铁道和城市轨道交通的快速发展，必然对列车和钢轨等相关设备的维修保养和寿命管理提出更高的要求。轮对被称为地铁车辆三大易耗件之一，其踏面和轮缘磨耗造成的踏面直径超限、轮缘厚度超限故障以及轮轨非正常接触产生的车轮擦伤、踏面裂纹、踏面剥离等故障，对地铁车辆的行车安全性、乘坐舒适性以及钢轨使用寿命都有重要影响。由于轮对在使用过程中不断的磨耗，轮缘厚度和轮径(即踏面直径)会不断的变小，而轮缘厚度和轮径都有相应的上下限规定。在轮对使用中：轮缘厚度超限时必须对其进行及时的镟修，从而恢复轮缘厚度，但是这个镟修过程必须以损失部分轮径为代价；如果轮径超限，则必须进行轮对更换。此外，同一节车厢的八个车轮还必须满足轮径差要求。因此，在轮对使用过程中的镟修决策问题，即在轮缘厚度减小到何时进行轮对镟修，并使得轮对厚度恢复什么样的程度，对延长轮对使用寿命，降低地铁车辆维修养护成本，具有重要影响。

经过检索，没有发现国内外关于轨道交通机车车辆轮对镟修决策优化方法的专利。学术界发表了少数相关的研究成果。Pascual和Marcos(Pascual F，Marcos J A.Wheel wear management on high-speed passenger rail：a common playground for design and maintenance engineering in the Talgo engineering cycle.Proceedings of the2004ASME/IEEE Joint Rail Conference，193-199，2004)针对西班牙Talgo公司的机车车辆轮对磨损问题，通过对多年的轮对磨损实测数据进行粗略统计分析，认为当轮对轮缘厚度减少到27.5mm时再通过镟修使其恢复到30.5mm情况下，轮对使用寿命较长。国内的王凌等研究人员(王凌，员华，那文波，陈锡爱，李运堂，基于磨耗数据驱动模型的轮对镟修策略优化和剩余寿命预报，系统工程理论与实践，31(6)，1143-1152，2011.；许宏，员华，王凌，那文波，徐文彬，李运堂，基于高斯过程的地铁车辆轮对磨耗建模及其镟修策略优化，机械工程学报，46(24)，88-95，2010)针对广州地铁车辆轮对磨耗和镟修问题，给出了相应的磨耗模型和镟修决策优化方法，但是这些成果只是从单个轮对角度考虑了镟修决策优化问题，不能直接应用于解决实际中同一节车厢八个车轮的镟修决策优化问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，针对同一节车厢的八个车轮镟修决策问题，提供一种轨道交通机车车辆轮对的镟修决策优化方法，使相关维修保障人员能够基于轮对历史磨耗数据和该方法，对将来的轮对镟修决策进行优化，从而帮助延长轮对使用寿命。

为实现本发明所述目的，本发明提供一种轨道交通机车车辆轮对的镟修决策优化方法，包含以下步骤：

步骤1：针对一节车厢的八个车轮，进行轮对磨耗数据预处理，得出轮对轮缘和轮径磨耗速率以及镟修比例系数的样本数据；

步骤2：建立轮对磨耗数据驱动模型，包括轮径磨耗模型、轮缘厚度磨耗模型和轮对镟修比例系数分布模型等；

本发明采用的轮径磨耗模型是一个描述轮径磨耗速率概率分布特性的威布尔分布。本发明采用的轮缘厚度磨耗模型，刻画了某时刻轮缘厚度磨耗速率和对应轮缘厚度值的相关拟合关系，表示如下：

V_sd＝a×S_d²+b×S_d+c+E_vsd   (1)

其中V_sd为轮缘厚度磨耗速率，S_d为轮缘厚度值，E_vsd为轮缘厚度磨耗速率随机拟合差值，E_vsd是一均值为零的正态分布随机数，a、b和c为常数。本发明采用的轮对镟修比例系数分布模型是一个描述镟修比例系数k概率分布特性的伽马分布。

步骤3：进行轨道交通机车车辆轮对磨耗和镟修的蒙特卡洛仿真，得出不同轮缘厚度预防镟修值和镟修恢复值组合下的轮对期望使用寿命；

该步骤中仿真计算某特定一组轮缘厚度预防镟修值和镟修恢复值组合下的轮对期望使用寿命的步骤如下：