淺析轉向架故障診斷技術在軌道車輛健康管理中的研究與應用

高珊 高明亮 周博 孫洪亮 張瑛 中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130062

1 健康管理技術

健康管理技術是指通過技術或管理算法來構建和和搭創產品的參數性能、指標、功能模型，來保障與監督產品的健康狀態與設計使用性能，通過擬合產品的相關輸入參數與設計檢修相關數據來構建產品的性能監督模型，通過模型的輸出參數對產品使用過程中的劣化度進行監督與評價，并提供決策建議與結果給領導決策者進行最優化產品設計與使用決策。

1.1 軌道車輛健康管理

軌道車輛健康管理技術是針對軌道車輛整車、關鍵系統、部件進行其安全監控與可靠性維護，通過利用軌道車車輛運行、使用、檢修過程中的數據來構建健康管理模型，實現對其的運行狀態、使用性能進行健康評估，提供最優的運維決策建議給領導者進行產品決策與檢修設計優化。

1.2 軌道車輛健康管理現狀

為實現軌道車輛整車、關鍵系統、關鍵零部件的健康管理及對其全生命周期過程中質量管控，前人已經開展對關鍵零部件的健康管理研究，但是也存在眾多問題。朱菲基于軸溫數據提出基于D-S融合理論的高速列車轉向架故障診斷方法[1]，李昌喜針對振動數據提供變分模態分解的高速列車轉向架故障診斷方法[2],羅光兵對高速動車組轉向架軸承故障診斷分析進行了深入的分析工作[3]。而后，穆世恒又提出智能算法進行高速列車轉向架故障診斷智能決策方法研究[4]。

在軌道車輛健康管理研究設計過程中，存在許多不可預料的因素，如模型構建過程中用戶需求的變化，模型分析設計的變化等，所有這些因素都可能會對健康管理模型的構建質量、診斷精度、系統性能產生影響，因為健康管理模型構建是一項復雜系統化的工程。

2 轉向架故障診斷技術

轉向架作為軌道車輛產品研制過程的一個重要環節，如何確保配置管理活動的實時性、有效性、可控性，從而提高并保證軌道車輛安全性成為開展軌道車輛健康管理活動的關鍵因素。轉向架的各種參數直接決定了車輛的穩定性和車輛的乘坐舒適性。

2.1 轉向架

轉向架是軌道車輛結構中最為重要的部件之一，其主要作用如下：

1）車輛上采用轉向架是為增加車輛的載重、長度與容積、提高列車運行速度，以滿足鐵路運輸發展的需要；

2）保證在正常運行條件下，車體都能可靠地坐落在轉向架上，通過軸承裝置使車輪沿鋼軌的滾動轉化為車體沿線路運行的平動；

3）支撐車體，承受并傳遞從車體至車輪之間或從輪軌至車體之間的各種載荷及作用力，并使軸重均勻分配。

4）保證車輛安全運行，能靈活地沿直線線路運行及順利地通過曲線。

5）轉向架的結構要便于彈簧減振裝置的安裝，使之具有良好的減振特性，以緩和車輛和線路之間的相互作用，減小振動和沖擊，減小動應力，提高車輛運行平穩性和安全性。

6）充分利用輪軌之間的粘著，傳遞牽引力和制動力，放大制動缸所產生的制動力，使車輛具有良好的制動效果，以保證在規定的距離之內停車。

7）轉向架是車輛的一個獨立部件，在轉向架于車體之間盡可能減少聯接件。

2.2 轉向架故障診斷技術

轉向架故障診斷技術是對轉向架系統運行狀態和異常情況作出判斷，并根據診斷作出判斷為系統故障恢復提供依據。要對系統進行故障診斷，首先必須對其進行檢測，在發生系統故障時，對故障類型、故障部位及原因進行診斷，最終給出解決方案，實現故障恢復。就本系統而言，為保證轉向架系統穩定性，專門設計了故障診斷方案。

2.3 故障診斷模型構建

故障診斷模型構建是指將與車輛運營有關的信息，包括檢修數據、線路運行數據、天氣等數據進行融合清洗，在整個生命周期中控制對軌道車輛進行建模型的分析，在軌道車輛故障診斷模型構建過程中做，主要包含如下步驟：

（1）數據梳理與清洗：將轉向架數據梳理成系統模型需要的數據樣例形式，對異常值、噪聲數據進行預處理。

（2）模型搭建與仿真驗證：將清洗好的數據進行數據分類，分別構建模型訓練集和測試集數據，確定模型的輸入輸出參數，模型調優參數。

（3）模型上線運行與優化：將訓練好的模型進行上線發布，通過車輛實時數據進行在線驗證，對結果驗證不理想的進行模型參數調優，保證模型診斷的準確性，魯棒性。

2.4 故障診斷技術應用

通過利用轉向架相關數據搭建轉向架故障診斷模型，經過臺架試驗、離線仿真、數據去噪等故障診斷技術管理是提高和保證產品質量的一個重要手段。通過現場實際線路運行情況來看，我們構建的模型的準確率達到了75%，可有效提升軌道車輛的安全預警與運維保障。

3 結論

本文針對軌道車輛健康管理技術原理、應用現狀、特點，通過以軌道車輛核心系統-轉向架為例，詳細介紹了健康管理過程中所開展各項活動的具體方法和策略，以及在開展健康管理工作中的關鍵因素。重點論述了如何確保健康管理的安全性、有效性、穩定性，從而提高并保證軌道車輛產品的檢修設計優化。