机车车轮踏面磨耗量动态测量数据评估方法优化研究.pdf
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1、2023 年 11 月(总第 445 期)28第 51 卷Vol.51第 11 期No.11铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL检验与认证INSPECTION AND CERTIFICATION收稿日期:2022-12-09基金项目:中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目(2020YJ071)作者简介:李立,助理研究员;程亚萍,助理研究员;刘通,高级工程师;孙宇铎,研究实习员;段力,工程师;范立兴,工程师1概述机车车轮作为机车走行部的关键部件,不仅承载机车的自身重量,还利用轮轨黏着为机车传递牵引力和制动力。随着机车牵引负载的不断增加,车轮踏面磨耗加剧。当磨耗量超
2、限时,不仅破坏车轮初始型面特征,还增大运行阻力,严重影响列车行车安全。为了掌握机车车轮踏面的磨耗情况,避免车轮踏面磨耗量超限,采用多种测量方法,测量车轮踏面磨耗量。通常的测量方法如下。(1)在机车车轮镟修前和镟修后测量。采用这种方法获取的车轮镟修前测量数据和镟修后测量数据,准确性较高,但测量周期长,通常在90 天200 天。(2)在机车整备和小辅修检查时测量。采取这种方法获取的测量数据通常称为日常测量数机车车轮踏面磨耗量动态测量数据评估方法优化研究李立1,程亚萍1,刘通1,孙宇铎1,段力2,范立兴3(1.中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京 110081;2.中国铁路昆明局集团
3、有限公司,云南 昆明 650011;3.中国铁路昆明局集团有限公司昆明机务段,云南 昆明 650217)摘要:为了更全面地评估机车车轮踏面磨耗量动态测量数据的准确性,提出离散评估+趋势评估方法。在采用离散评估方法评估时,将日常测量数据纳入评估动态测量数据的基准数据中,扩大评估的覆盖范围。基于车轮镟修前、镟修后测量数据和日常测量数据,采用 Lasso 回归分析算法,获取在该镟修区间内的车轮踏面磨耗量与时间最优拟合曲线,对区间内动态测量数据进行趋势评估。根据现场实际情况,对不同类型的评估基准数据设置了不同的评估优先等级。在保证评估准确性的前提下,采用离散评估+趋势评估方法扩大了评估动态测量数据的基
4、准数据范围,可对车轮镟修区间内各阶段的动态测量数据进行评估。实测可覆盖 91.8%的动态测量数据;扩大验证样本后,依旧可覆盖 91.6%的动态测量数据。采用该方法可获得更为可靠且合理的评估结果。关键词:机车车轮;踏面磨耗;动态测量数据;评估;趋势分析;Lasso 回归中图分类号:U260.331.1文献标识码:A文章编号:1006-9178(2023)11-0028-06Abstract:In order to more comprehensively evaluate the accuracy of dynamic measurement data of locomotive wheeltr
5、ead wear,a discrete+trend assessment method is proposed.When the discrete assessment method is used to assessmeasurement data,the daily measurement data will be included in the baseline data for assessing the dynamic measurement data,which can expand the coverage of the assessment.Based on the measu
6、rement data before and after wheel setlathing and daily measurement data,the Lasso regression analysis algorithm is used to obtain the best-fit curve of wheeltread wear and time within the turning interval,and the trend assessment of all dynamic measurements in the interval isevaluated.Based on the
7、actual situation on site,different assessment priority levels were set for different types of thebaseline data for assessing.On the premise of ensuring the accuracy of evaluation,when the discrete+trend assessmenmethod is used,the range of baseline date for assessmen dynamic measurement data is expa
8、nded,which can assessmen the dynamic measurement data of each stage in the wheel set lathin interval.After actual measurement,91.8%ofdynamic measurement data are covered.After enlarging the verification sample,91.6%of the dynamic measurement data can still be covered,and more reliable and reasonable
9、 evaluation results can be obtained by using this method.Keywords:Locomotive Wheels;Tread Wear;Dynamic Measurement Data;Assessment;Trend Assessment;LassoRegression29铁道技术监督第 51 卷第 11 期据。日常测量测量周期通常在 20 天40 天。(3)当机车每次回段整备时,通过机车车辆出入库检测系统(TDDS)中的动态测量模块测量。采用这种方法获取的测量数据,通常称为动态测量数据,相较于前 2 类测量数据,采集周期大幅缩短。但动态
10、测量数据易受设备性能、环境、被测物体状态等客观因素的影响,准确性较低,波动性较大,需要评估后才能采用。机车车辆出入库检测系统(TDDS)暂行技术条件(以下简称技术条件)规定,采用离散评估方法评估动态测量数据的准确性时,将镟修前、镟修后测量数据作为评估基准数据。但由于镟修前、镟修后测量数据测量周期长,难以准确反映车轮镟修周期内各阶段车轮踏面磨耗的变化情况。为了全面准确地评估动态测量数据的准确性,扩大基准数据的范围,将“机车车轮故障预测与健康管理系统”(以下简称“机车 PHM+车轮系统”)中车轮踏面磨耗量日常测量数据,纳入评估动态测量数据的范围,同时引入趋势评估分析方法,采用 Lasso 回归开展
11、分析,寻找踏面磨耗量与测量时间的关系。2测量数据的前处理首先,依据镟修时间,确定镟修周期及所覆盖的时间段。然后,参照现场车轮实际运用情况,将第 1 次镟修前测量数据划分至第 1 镟修周期内,作为该周期最后 1 个踏面磨耗量数据。将第 1 次镟修后测量数据划分至第 2 镟修周期,作为该周期首个踏面磨耗量数据。以此类推。根据日常测量数据和动态测量数据的测量时间,通过切片处理,将测量数据划分至对应的镟修周期中。各类车轮踏面磨耗量数据的切片情况如图 1 所示。镟修后测量数据;镟修前测量数据;日常测量数据;动态测量数据;,镟修次序图 1各类车轮踏面磨耗量数据的切片情况第 2 镟修周期第 1 镟修周期第
12、3 镟修周期测量日期在“机车 PHM+车轮系统”中读取某机车车轮踏面磨耗量的全部数据,并对数据分类、切片处理。车轮踏面磨耗量数据分类、切片后的情况如图 2 所示。镟修后测量数据;镟修前测量数据;日常测量数据;动态测量数据车轮踏面磨耗量/mm4.03.53.02.52.01.51.00.50第 4镟修周期第 2 镟修周期第 3 镟修周期2021-092021-112022-012022-032022-052022-072022-092022-11第 1 镟修周期测量日期图 2车轮踏面磨耗量数据分类、切片后的情况由图 2 可知,该车轮在 2021-08-052022-10-31(共计 452 天)
13、时间段内,镟修后、镟修前测量数据各 3 条,日常测量数据 12 条,动态测量数据 171 条。这些数据按测量时间被划分到 4 个镟修周期内,完成数据分类、切片。第 2、第 3 镟修区间为含有完整数据类型的镟修区间(囊括了全部 4 类车轮踏面磨耗量数据)。3确定基准数据的时间范围、误差容限及优先等级3.1时间范围和误差容限技术条件 规定,评估动态测量数据时,时间范围限定在镟修前 7 日(含)和镟修后 7日(含)以内;机车车轮踏面磨耗量通用检测数据的误差容限为0.3 mm。参考技术条件,设置扩大范围后各类基准数据评估时间范围和误差容限,见表 1。表 1扩大范围后各类基准数据评估时间范围和误差容限基
14、准数据镟修后测量数据镟修前测量数据日常测量数据评估时间范围测量后的 7 日内测量前的 7 日内测量前的 7 日测量后的 7 日误差容限/mm0.30.30.330机车车轮踏面磨耗量动态测量数据评估方法优化研究检验与认证3.2优先等级若 2 个相邻基准数据的测量间隔时间不足 14天,则无法确定处于评估时间范围交集中的动态测量数据所对应的基准数据,因此需要设定评估基准数据的优先等级。车轮镟修后已大概率消除车轮多边形、失圆等问题,极大地减小了车轮踏面磨耗量的测量误差,而且镟修后测量数据取自可测量车轮踏面磨耗量的镟修车床(以下简称“可测量镟修车床”),其测量准确度比人工测量更为准确。因此,镟修后测量数
15、据应具有最高的评估优先等级。如果镟修前测量数据采用可测量镟修车床测量,也较为准确。但这类数据的准确性会受到车轮多边形、失圆等问题的影响,因此,评估优先等级略低于镟修后测量数据,但高于日常测量数据。如果镟修前测量数据与日常测量数据均通过人工手持第四种检查器测量获取,测量准确度相同,需要通过计算,判断动态测量数据与二者的绝对时间距离,将绝对时间距离较小者作为动态测量数据的评估基准数据。这类数据的评估优先等级最低。评估基准数据范围扩大后,采用某机车车轮基准数据评估动态测量数据的效果如图 3 所示。车轮踏面磨耗量/mm3.53.02.52.01.51.00.502021-092021-112022-0
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