一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法，所述估算方法包括如下步驟：1)對動車組運行狀態(tài)、子系統(tǒng)工作狀態(tài)進行監(jiān)測，并將采集的列車運行數(shù)據(jù)發(fā)送至地面接收系統(tǒng)；2)所述地面接收系統(tǒng)對運行數(shù)據(jù)進行存儲，并從接收的數(shù)據(jù)中篩選出列車運行中的速度、BC壓力、AC壓力和制動持續(xù)的時間數(shù)據(jù)；3)根據(jù)篩選出的數(shù)據(jù)確定第n時刻壓力作用在閘片和閘盤之上的等效摩擦距離；4)根據(jù)所述等效摩擦距離、BC壓力，確定第n時刻閘片總的磨損量。所述估算方法可以根據(jù)每列車的制動情況，較為精確的估算每列車閘片的磨損量，可以在保證閘片制動性能的前提下，延長閘片的使用壽命，從而減少浪費，降低維修成本。
【專利說明】一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]制動系統(tǒng)是動車最重要的系統(tǒng)之一。閘片是制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其性能直接關(guān)系到動車運行的安全性。在制動時的高溫和強壓的作用下，會對制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件造成一定的磨損。為了保證制動系統(tǒng)的性能，目前鐵路部門普遍采用定時(運行里程)更換。由此產(chǎn)生兩種風險:一是欠維修；二是過度修。前者造成磨損過度，影響行車安全，后者造成浪費,增加維修成本。雖然動車組制動系統(tǒng)大約只占整個動車組成本的15%，但由于閘片數(shù)量多，維修工作量大，在維修成本中卻占到40%以上。因此，需要一種有效的手段對動車組制動閘片的磨損情況進行在線監(jiān)測和估算，以便預測閘片的使用壽命。
[0003]目前，動車組閘片的磨損估算還沒有有效的方法，但對于一般設(shè)備的磨損和壽命預測的方法主要包括基于物理的方法和基于經(jīng)驗的方法。
[0004]1、基于物理的方法
[0005]基于物理的方法試圖結(jié)合設(shè)備特定的機械動力學知識(如:損傷增長模型)和設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以預測設(shè)備的剩余壽命。文獻中常見的基于物理的方法主要使用裂紋擴展模型、碎裂增長模型等。例如:
[0006](I)Li等提出了一個滾動軸承壽命預測的框架，該框架包括一個確定性損傷擴展模型，一個診斷模型和一個自適應算法。其中，診斷模型用于從傳感性信號中估計缺陷尺寸；由此估計，損傷擴展模型可計算得缺陷擴展率，并預測下一時刻的損傷尺寸；自適應算法根據(jù)預測值和實際值的偏差在線更新?lián)p傷擴展模型的參數(shù)。
[0007](2)針對飛機發(fā)動機的油濕部件，Orsagh等討論了信息融合框架、融合方法等一系列有關(guān)故障診斷和預測的概念。中以軸承為例討論了軸承接觸失效情況下的壽命預測方法，在碎裂萌生前使用Yu-Harris模型，在碎裂萌生后則使用碎裂擴展模型。同時，也討論了將Yu-Harris模型和碎裂擴展模型隨機化的方法，該方法考慮了載荷、不對中、潤滑和制造過程中的不確定因素。
[0008]但上述兩類方法與動車組閘片磨損的機理完全不同，無法應用到本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】來解決本發(fā)明的技術(shù)問題。
[0009]2、基于經(jīng)驗的方法
[0010]基于經(jīng)驗的方法(empirical-based methods),又稱數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法(data-drivenmethods),試圖直接從狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)(及同類設(shè)備的歷史數(shù)據(jù))預測設(shè)備的剩余壽命。
[0011](I)吳江提出一種基于馬爾可夫鏈理論的預測模型。以某一機群剎車片檢查時間確定為實例，分別論述了剎車片磨損狀態(tài)的劃分，轉(zhuǎn)移概率矩陣的構(gòu)造與估計，并對該機群剎車片磨損狀態(tài)進行了預測，其預測結(jié)果與實際檢查情況比較吻合。[0012](2) Yan等建議使用logistic regression來建立設(shè)備的特征變量與其失效概率之間的聯(lián)系，同時建議采用ARMA模型對特征變量進行預測，將預測值輸入經(jīng)訓練的logistic模型進行剩余壽命預測。
[0013](3) Yunfeng Zhang、Yang Liu等提出了一種基于模糊模型的預測方法,基于最小二乘法，在研究金屬磨損特性時考慮了模糊性和隨機因素。其實驗結(jié)果顯示，在材料和工作條件相似的情況下，如果給出影響因素，則可以用這個方法來預測一段時間后材料的磨損量。[0014](4) Mahardhika Pratama等提出了一種混合動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DFNN)和遺傳算法(GA)對刀具磨損預測銑削過程。實驗研究表明，該方法而提出的算法不僅產(chǎn)生的多功能性較高的預測精度，和更快的訓練時間，而且為更緊湊和簡潔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0015]但動車組制動閘片一經(jīng)安裝，其磨損情況通常只能等到大修時拆下后人工測量，動車組運行情況復雜，制動的隨機性和突發(fā)性都很突出，因此與機群閘片磨損規(guī)律不一樣，也無法采用上述子學習和訓練等方法來進行預測。
[0016]有關(guān)機械設(shè)備的磨損估算方法形成的相關(guān)專利并不多。其中:
[0017]1.天津大學的李豐華等人2011年在“掘進機盤形滾刀磨損量預估計算方法”專利中從建立盤形滾刀轉(zhuǎn)動頻率和摩擦功之間的對應關(guān)系式入手，進而建立了盤形滾刀轉(zhuǎn)動頻率與磨損量之間的對應關(guān)系式，最終可以得到不同時間、不同位置盤形滾刀的磨損量。
[0018]2.博世有限公司的羅伯特和清華大學的王戰(zhàn)江等人2011年在“磨損量確定方法、滑動接觸件制造方法及滑動接觸件”專利中，給出了滑動接觸件固體潤滑涂層磨損量確定方法、滑動接觸件制造方法，提出基于載荷、接觸部位幾何形貌、材料參數(shù)而計算出滑動接觸件與對配體間的接觸壓力分布，基于接觸壓力分布、接觸部位的相對運動速度、固體潤滑涂層的磨損系數(shù)確定固體潤滑涂層的與時間相關(guān)的磨損量。
[0019]3.舍弗勒技術(shù)股份聯(lián)合公司的M ?克耐斯勒等2013年在“用于確定摩擦襯片磨損量的方法”的專利中，提出了確定內(nèi)燃機驅(qū)動的機動車的可自動化操作的摩擦離合器的摩擦襯片磨損量的方法，將較早的離合器操作行程與所述較晚的離合器操作行程相互比較并確定差值，進而確定摩擦襯片磨損量。
[0020]但上述專利I所用的磨損模型與動車組閘片的磨損模型有很大差別，而專利2和專利3所提出的方法均需要較多的檢測參數(shù)，在動車高速運行時，很難獲取相應的數(shù)據(jù)。因此上述三項專利均不適合于動車組閘片的磨損量估算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法。
[0022]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0023]一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法，所述估算方法包括如下步驟:
[0024]I)對動車組運行狀態(tài)、子系統(tǒng)工作狀態(tài)進行監(jiān)測，并將采集的列車運行數(shù)據(jù)發(fā)送至地面接收系統(tǒng)；
[0025]2)所述地面接收系統(tǒng)對運行數(shù)據(jù)進行存儲，并從接收的數(shù)據(jù)中篩選出列車運行中的速度、BC壓力、AC壓力和制動持續(xù)的時間數(shù)據(jù)；
[0026]3)根據(jù)篩選出的數(shù)據(jù)確定第η時刻壓力作用在閘片和閘盤之上的等效摩擦距離；
[0027]4)根據(jù)所述等效摩擦距離、BC壓力，確定第η時刻閘片總的磨損量。
[0028]所述等效摩擦距離為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法，其特征在于，所述估算方法包括如下步驟: 1)對動車組運行狀態(tài)、子系統(tǒng)工作狀態(tài)進行監(jiān)測，并將采集的列車運行數(shù)據(jù)發(fā)送至地面接收系統(tǒng)； 2)所述地面接收系統(tǒng)對運行數(shù)據(jù)進行存儲，并從接收的數(shù)據(jù)中篩選出列車運行中的速度、BC壓力、AC壓力和制動持續(xù)的時間數(shù)據(jù)； 3)根據(jù)篩選出的數(shù)據(jù)確定第η時刻壓力作用在閘片和閘盤之上的等效摩擦距離； 4)根據(jù)所述等效摩擦距離、BC壓力，確定第η時刻閘片總的磨損量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法，其特征在于，所述等效摩擦距離為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于在線監(jiān)測的動車組閘片磨損量的估算方法，其特征在于，所述η時刻閘片總的磨損量為:
【文檔編號】G06F19/00GK103742575SQ201310744309
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】張寧, 張春, 劉峰, 張 杰, 廖濤 申請人:北京交通大學