浅析转向架故障诊断技术在轨道车辆健康管理中的研究与应用

高珊 高明亮 周博 孙洪亮 张瑛 中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062

1 健康管理技术

健康管理技术是指通过技术或管理算法来构建和和搭创产品的参数性能、指标、功能模型，来保障与监督产品的健康状态与设计使用性能，通过拟合产品的相关输入参数与设计检修相关数据来构建产品的性能监督模型，通过模型的输出参数对产品使用过程中的劣化度进行监督与评价，并提供决策建议与结果给领导决策者进行最优化产品设计与使用决策。

1.1 轨道车辆健康管理

轨道车辆健康管理技术是针对轨道车辆整车、关键系统、部件进行其安全监控与可靠性维护，通过利用轨道车车辆运行、使用、检修过程中的数据来构建健康管理模型，实现对其的运行状态、使用性能进行健康评估，提供最优的运维决策建议给领导者进行产品决策与检修设计优化。

1.2 轨道车辆健康管理现状

为实现轨道车辆整车、关键系统、关键零部件的健康管理及对其全生命周期过程中质量管控，前人已经开展对关键零部件的健康管理研究，但是也存在众多问题。朱菲基于轴温数据提出基于D-S融合理论的高速列车转向架故障诊断方法[1]，李昌喜针对振动数据提供变分模态分解的高速列车转向架故障诊断方法[2],罗光兵对高速动车组转向架轴承故障诊断分析进行了深入的分析工作[3]。而后，穆世恒又提出智能算法进行高速列车转向架故障诊断智能决策方法研究[4]。

在轨道车辆健康管理研究设计过程中，存在许多不可预料的因素，如模型构建过程中用户需求的变化，模型分析设计的变化等，所有这些因素都可能会对健康管理模型的构建质量、诊断精度、系统性能产生影响，因为健康管理模型构建是一项复杂系统化的工程。

2 转向架故障诊断技术

转向架作为轨道车辆产品研制过程的一个重要环节，如何确保配置管理活动的实时性、有效性、可控性，从而提高并保证轨道车辆安全性成为开展轨道车辆健康管理活动的关键因素。转向架的各种参数直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。

2.1 转向架

转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，其主要作用如下：

1）车辆上采用转向架是为增加车辆的载重、长度与容积、提高列车运行速度，以满足铁路运输发展的需要；

2）保证在正常运行条件下，车体都能可靠地坐落在转向架上，通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动；

3）支撑车体，承受并传递从车体至车轮之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。

4）保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。

5）转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性。

6）充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。

7）转向架是车辆的一个独立部件，在转向架于车体之间尽可能减少联接件。

2.2 转向架故障诊断技术

转向架故障诊断技术是对转向架系统运行状态和异常情况作出判断，并根据诊断作出判断为系统故障恢复提供依据。要对系统进行故障诊断，首先必须对其进行检测，在发生系统故障时，对故障类型、故障部位及原因进行诊断，最终给出解决方案，实现故障恢复。就本系统而言，为保证转向架系统稳定性，专门设计了故障诊断方案。

2.3 故障诊断模型构建

故障诊断模型构建是指将与车辆运营有关的信息，包括检修数据、线路运行数据、天气等数据进行融合清洗，在整个生命周期中控制对轨道车辆进行建模型的分析，在轨道车辆故障诊断模型构建过程中做，主要包含如下步骤：

（1）数据梳理与清洗：将转向架数据梳理成系统模型需要的数据样例形式，对异常值、噪声数据进行预处理。

（2）模型搭建与仿真验证：将清洗好的数据进行数据分类，分别构建模型训练集和测试集数据，确定模型的输入输出参数，模型调优参数。

（3）模型上线运行与优化：将训练好的模型进行上线发布，通过车辆实时数据进行在线验证，对结果验证不理想的进行模型参数调优，保证模型诊断的准确性，鲁棒性。

2.4 故障诊断技术应用

通过利用转向架相关数据搭建转向架故障诊断模型，经过台架试验、离线仿真、数据去噪等故障诊断技术管理是提高和保证产品质量的一个重要手段。通过现场实际线路运行情况来看，我们构建的模型的准确率达到了75%，可有效提升轨道车辆的安全预警与运维保障。

3 结论

本文针对轨道车辆健康管理技术原理、应用现状、特点，通过以轨道车辆核心系统-转向架为例，详细介绍了健康管理过程中所开展各项活动的具体方法和策略，以及在开展健康管理工作中的关键因素。重点论述了如何确保健康管理的安全性、有效性、稳定性，从而提高并保证轨道车辆产品的检修设计优化。