[發明專利]一種基于在線監測的動車組閘片磨損量的估算方法

有效

• 申請號: 201310744309.7
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103742575B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 張寧;張春;劉峰;張杰;廖濤
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: F16D66/02
• 分類號: F16D66/02;F16D69/00;G06F19/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明涉及信息技術領域，具體涉及一種基于在線監測的動車組閘片磨損量的估算方法。

背景技術

制動系統是動車最重要的系統之一。閘片是制動系統的關鍵部件。其性能直接關系到動車運行的安全性。在制動時的高溫和強壓的作用下，會對制動系統關鍵部件造成一定的磨損。為了保證制動系統的性能，目前鐵路部門普遍采用定時（運行里程）更換。由此產生兩種風險：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大約只占整個動車組成本的15%，但由于閘片數量多，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測和估算，以便預測閘片的使用壽命。

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驗的方法。

1、基于物理的方法

基于物理的方法試圖結合設備特定的機械動力學知識（如：損傷增長模型）和設備在線狀態監測數據，以預測設備的剩余壽命。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：

（1）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；自適應算法根據預測值和實際值的偏差在線更新損傷擴展模型的參數。

（2）針對飛機發動機的油濕部件，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。

但上述兩類方法與動車組閘片磨損的機理完全不同，無法應用到本發明的技術領域來解決本發明的技術問題。

2、基于經驗的方法

基于經驗的方法（empirical-based methods），又稱數據驅動的方法（data-drivenmethods），試圖直接從狀態監測數據（及同類設備的歷史數據）預測設備的剩余壽命。

（1）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的劃分，轉移概率矩陣的構造與估計，并對該機群剎車片磨損狀態進行了預測，其預測結果與實際檢查情況比較吻合。

（2）Yan等建議使用logistic regression來建立設備的特征變量與其失效概率之間的聯系，同時建議采用ARMA模型對特征變量進行預測，將預測值輸入經訓練的logistic模型進行剩余壽命預測。

（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。

（4）Mahardhika Pratama等提出了一種混合動態模糊神經網絡（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絡結構。

但動車組制動閘片一經安裝，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性都很突出，因此與機群閘片磨損規律不一樣，也無法采用上述子學習和訓練等方法來進行預測。

有關機械設備的磨損估算方法形成的相關專利并不多。其中：

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動頻率和摩擦功之間的對應關系式入手，進而建立了盤形滾刀轉動頻率與磨損量之間的對應關系式，最終可以得到不同時間、不同位置盤形滾刀的磨損量。

2.博世有限公司的羅伯特和清華大學的王戰江等人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確定固體潤滑涂層的與時間相關的磨損量。