高速列车传动系统可靠性分析与评估

发布时间：2018-03-06 21:29

本文选题：高速列车传动系统　切入点：可靠性评估　出处：《吉林大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着我国经济的快速发展,对交通运输的需求与日俱增。为缓解铁路交通运力紧张的问题,我国铁路自1997年开始先后进行了6次大规模全面提速。同时,通过坚持“引进、消化、吸收、再创新”的原则,我国高速铁路呈现了快速、大规模的发展态势。目前,我国设计时速200公里及以上时速等级的高速铁路运营总里程为2.36万公里,而时速200公里以上等级的高速铁路运营总里程已达到2万公里,占世界高速铁路总里程的60%。高速铁路的发展,不仅缩短了城市在时间和空间上的距离,还改变了人们的出行方式,满足人们对出行质量的要求。高速列车运行速度的不断提高,致使其安全问题日渐显露。由于高速列车运行速度快,且服役环境复杂,一旦发生安全事故,将对人身生命安全和经济财产造成极其严重的影响。因此,保证列车的安全可靠运行成为高速铁路发展的重要根基。这不仅要求高速列车的系统构成具有高可靠性,同时还对其外部设施条件提出了较高要求。传动系统作为走行部的关键构成之一,其安全、可靠、平稳的运行能力必然会影响并决定高速列车的安全性、可靠性和经济性。然而,行车中传动系统不仅要承受轨道不平顺作用,还要承载来自车体的各种振动和冲击,致使其工作环境极其恶劣。传动系统结构部件的可靠性问题逐渐突出,在服役期内的安全运行能力已成为现场运用和检修所迫切关注的问题。本文以CRH3在役高速列车传动系统为研究对象,以系统工程理论为指导,结合比例故障率模型(PHM)、支持向量回归机(SVR)、自回归(AR)模型、模糊影响图、可拓学等理论,从传动系统自身因素和外部影响因素两方面对传动系统可靠性进行综合分析。论文的主要研究内容如下:1、传动系统关键部件的运行可靠性分析以PHM为基础,研究传动系统关键部件的运行状态响应与运行可靠度之间的数学关系。利用局部切空间排列算法对多域高维特征向量进行维数约简,并采用混沌粒子群优化(CPSO)算法对PHM模型参数进行估计,构建传动系统结构部件在列车行车状态下的运行可靠度评估模型。此外,从时域、频域和振动加速度频次谱三个角度探究了传动系统关键部件之间的振动传递规律,分析传动系统线路运行时的主要振动发生源。2、传动系统关键部件的剩余寿命预测为提高部件振动信号的预测性能,结合SVR和AR模型,提出一种基于CPSO算法的混合预测模型。通过对振动信号进行一步预测,对比验证所提出的混合预测模型的有效性。进一步分析模型的预测性能,并利用其预测传动系统关键部件振动信号的发展趋势。在此基础上,结合上一章的可靠性评估模型,对结构部件的剩余寿命进行预测。3、传动系统可靠性的外部影响因素分析以系统工程理论为基础,对影响传动系统可靠性的外部因素进行剖析。通过分析各影响因素间的相互关系,建立传动系统可靠性各外部影响因素的影响框图。利用模糊影响图理论对各因素进行评估,识别列车运行中对传动系统可靠性具有较大影响作用的外部因素,并提出相应的控制措施。4、基于可拓学的传动系统可靠性多级评估基于系统工程理论,从人员因素、传动系统自身状况因素、基础设施因素、环境因素、管理因素、维修因素多角度建立传动系统可靠性评估指标体系。基于博弈论原理,将主观评价与客观分析方法相结合以确定各指标的权重系数。利用可拓学所兼具的定性分析与定量评估的特点,将其引入高速列车传动系统的可靠性评估。通过建立多级可拓物元模型,利用关联函数实现对传动系统可靠性的定性定量评估。5、基于可拓学的传动系统关键部件运行状态监测基于可拓学构建传动系统关键部件的运行状态物元,利用CPSO算法确定特征指标的经典域。将经典域结果与数理统计方法得到的经典域进行对比,并通过实例验证CPSO算法所得到的经典域结果的准确性和有效性,利用关联函数定性定量监测传动系统关键部件的运行状态。除此之外,论文进一步以可拓学为定性定量的分析工具,以MATLAB GUI为平台,开发传动系统关键部件的运行状态监测系统。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U270.33

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