基于SMDP的高速动车组车轮镟修策略研究

摘要

近年来随着中国经济飞跃发展和社会需求的提高，高速铁路进入了全面发展时代，高铁运营里程和动车组数量不断增加。极大地提高了中国铁路客运能力，给社会带来了巨大的经济效益和社会效益。越来越多的动车组投入使用，对动车组在役安全和科学有效的维修管理提出了更高的要求和挑战。车轮作为动车组最重要的部件之一，更是维修研究中的重中之重。车轮在运行过程中，与轨道不断接触，造成轮缘和踏面难以避免的磨耗，对整个动车组的行车安全及稳定性产生威胁。为了恢复车轮的正常几何尺寸和确保动车组的运行安全，必须对磨耗车轮进行镟修或更换。然而，镟修会导致车轮材料的减少和维修成本的增加。如果镟修量过大会导致车轮过早报废，镟修量过少导致镟修成本增加。因此，“何时镟修，镟修量多少”成为车轮镟修策略制定中亟待解决的关键问题。针对该问题，本文提出一种基于车轮周期状态检测信息的动态镟修策略，降低车轮维修成本，延长其使用寿命。
　　首先通过对某编组车轮测量数据的统计分析，确定踏面直径和轮缘厚度磨耗速率的分布，揭示动车组车轮踏面和轮缘磨耗规律。同时，根据镟修结果数据的统计和分析，确定镟修比例系数的分布规律，为后续车轮镟修策略的研究奠定基础。接着，在上述研究的基础上，将车轮踏而直径和轮缘厚度的退化过程离散成有限的退化状态，建立二维状态空间，以单位期望成本最低为目标，构建基于SMDP的镟修优化模型，并采用策略迭代算法对模型求解。然后，综合考虑磨耗和外部冲击对车轮退化过程的影响，构建了基于失效阂值冲击模型和SMDP的镟修优化模型。最后，在上述建立的磨耗分布和镟修比例系数分布基础上，根据某编组动车组车轮的实测数据，将本文提出的动态镟修策略与固定镟修策略作比较，验证了提出的动态镟修策略的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高速动车组维修规程

1．2．2 设备维修策略研究现状

1．2．3 车轮镟修策略研究现状

1．2．4 研究现状总结

1．3 主要研究内容和论文结构

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 论文结构框架

2 高速动车组车轮磨耗退化规律研究

2．1 车轮尺寸检测及数据来源

2．2 数据处理流程及方法

2．3 车轮踏面直径及轮缘厚度磨耗速率分布规律

2．3．1 检测数据预处理

2．3．2 变量之间的相关性检验

2．3．3 分布识别及假设检验

2．4 车轮镟修比例系数分布规律

2．5 本章小结

3 基于SMDP的车轮镟修策略研究

3．1 高速动车组车轮镟修概述

3．2 半马尔科夫决策过程

3．2．1 概念

3．2．2 模型描述

3．3 基于SMDP的镟修优化模型

3．3．1 模型假设

3．3．2 模型构建

3．3．3 模型求解

3．3．4 策略评价

3．4 本章小结

4 考虑外部冲击的车轮镟修优化模型研究

4．1 车轮冲击故障

4．2 冲击模型概述

4．2．1 累计损伤冲击模型

4．2．2 独立损伤冲击模型

4．3 失效阈值冲击模型

4．4 基于DTS-SMDP的镟修优化模型

4．4．1 状态空间和决策空间

4．4．2 决策点间的期望成本和转移时间

4．4．3 状态转移概率

4．4．3 模型求解和策略评价

4．5 本章小结

5．1 实例描述

5．2 动态镟修策略结果分析

5．2．1 策略结果对比

5．2．2 灵敏度分析

5．3 考虑外部冲击的动态镟修策略结果分析

5．4 本章小结

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集