高速列车系统安全可靠性分析评估方法研究

在对国内外高速列车系统安全可靠性研究现状分析的基础上,面向我国高速列车提出了一套完整的系统安全可靠性分析方法体系与评估流程,并对可靠性网络模型、安全域风险评估等系统安全可靠性分析方法进行了深入研究。基于我国CRH2型高速列车的实际运用数据对以上方法及其评估流程进行了实施验证,为形成兼容国际标准的中国高速列车安全可靠性分析评估标准规范,以及高速列车安全可靠性设计与健康运维提供了技术支撑。     

直达货物运输按时送达可靠性的评估方法

铁路直达货物运输主要有四种方式,每一种方式的货物送达时间主要受直达列车全程旅行时间的影响,β分布函数能较好地反映直达列车全程旅行时间的特征。通过对实际数据的统计分析,能得到直达列车全程实际旅行时间的分布函数,以及评估直达列车全程旅行时间的特征。由此,提出了货物送达合同期限遵守概率的评估方法;结合实例,对直达货物列车全程旅行时间进行了评估,给出一个预期的运行时间,运用分布函数计算出其可以实现的概率;同时,评估分析了直达货物运输按时送达可靠性。     

基于Minitab统计分析软件的地铁车辆车门可靠性评估方法研究

地铁车门的可靠性关系到乘客的人身安全。现有车门可靠性研究缺少对车门可靠性评估,难以为车门的维护提供指导。提出了以Minitab统计分析软件中的AndersonDarling统计量最小原则来确定车门系统各部件寿命的最优拟合分布的可靠性分析方法。对车门失效数据进行筛选,剔除无效数据;对车门失效数据进行分布拟合,应用Anderson-Darling统计量最小原则得到最优分布;估计寿命最优分布的有关参数,检验拟合分布是否合理;最后,计算可靠度R=0.95时车门系统的寿命。计算结果表明,当R=0.95时,车门的可靠寿命t0.95=92.14 d,与地铁维修部门的现场经验一致。本方法能为地铁公司维修决策提供技术支持。     

基于Wiener过程的城市轨道交通车辆轮对可靠性评估

为探究城市轨道交通（简称：城轨）车辆轮对的轮径值退化规律,有效评估轮对可靠性,提出基于Wiener过程的城轨车辆轮对可靠性评估方法。选取轮径值作为性能退化指标,建立基于Wiener过程的城轨车辆轮对退化模型。通过计算轮对剩余寿命,选择精度最高的退化模型进行可靠性评估。针对退化模型参数后验分布计算公式较为复杂的问题,采用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC,Markov Chain Monte Carlo）方法进行求解。基于广州地铁8号线列车轮对实测数据进行实例验证,结果表明,城轨车辆应保证轮对可靠度不低于0.9,且在镟修后运行至27.51万km时,应检查轮对退化情况,以保障车辆的运行安全。     

长期服役运行条件下动车组转向架构架结构疲劳试验分析

为了研究高速列车持续运行对转向架构架结构疲劳可靠性的影响,选取京广线上运行的高速动车组进行了长期跟踪试验,采集得到了转向架构架动应力数据,并据此评估了动车组转向架构架结构的疲劳可靠性,为高速列车优化结构设计和修程修制提供了依据。     

基于贝叶斯网络推理的列车可靠性评估方法

基于复杂网络理论建立了城市轨道列车的系统可靠性网络模型,提出了一种基于贝叶斯网络推理的系统可靠性评估方法。其中,为解决计算时不可量化的参数问题,提出了去权去方向化处理方法。对列车受电弓系统建模和计算结果表明,基于贝叶斯网络理论的系统可靠性评估方法可作为实用的建模和分析方法应用于城市轨道列车机械系统的可靠性分析。     

高速列车转向架构架结构的疲劳可靠性模型

为了准确评估高速列车转向架构架的疲劳可靠性,通过转向架构架相同材料焊缝结构的多级小样本疲劳试验数据,得到指定寿命下疲劳强度分布的概率密度函数;采用双参数雨流计数法,根据实测构架结构的复杂随机应力—时间历程曲线编制构架的应力谱,再按照Miner准则和疲劳损伤等效原则计算对应的恒幅对称循环等效应力,并由此拟合得到高速列车服役寿命下等效应力分布的概率密度函数;根据得到的构架疲劳强度分布函数和等效应力分布函数,以等效应力小于疲劳强度为疲劳破坏判据,建立高速列车转向架构架的等效应力—疲劳强度可靠性模型。以某型高速列车转向架构架横侧梁连接处为对象,基于焊接结构疲劳试验和长期跟踪测试试验数据,对模型进行验证。结果表明:模型可用于评估构架的疲劳可靠性,可为焊接构架结构的进一步优化及全寿命周期管理提供依据;该型高速列车转向架的构架结构在1 200万km总运行里程的服役寿命下,其可靠度达99.36%,安全系数较高。     

基于高速列车运行实绩的致因-初始晚点时长分布模型

高速列车初始晚点时长分布模型是行车指挥决策及相关理论研究的基本依据,具有重要的理论和实践意义。本文基于广铁集团高速列车运行实绩,研究不同致因情况下初始晚点时长的分布模型。以2014—2015年高速列车初始晚点时长为建模数据,通过Kolmogorov-Smirnov检验比选5类典型模型对不同致因导致高速列车初始晚点时长分布曲线的拟合效果,运用R软件对模型参数进行极大似然估计。研究发现:对数正态分布模型拟合效果最优;韦伯分布模型、伽马分布模型拟合效果较好。以2016年初始晚点时长数据进行模型校验,以2014—2016年数据进行双样本同分布检验,结果表明对数正态分布模型总体上能够满足校验数据的拟合度要求,也能通过双样本同分布检验。     

基于可靠性的列车关键部件机会预防性维修优化模型研究

针对列车关键部件预防性维修存在欠维修或过维修问题,在传统预防性维修策略基础上,提出一种基于可靠性的列车关键部件机会预防性维修优化模型,该模型考虑部件可靠性对机会维修阈值的影响,通过偏最小二乘回归方法优化机会维修阈值,求解得出最佳预防性维修役龄和机会维修役龄,综合分析机会役龄因子和安全失效概率因子对维修策略的影响,从而达到优化总维修费用的目标。以某地铁公司B型车辆关键部件的记录数据为例,通过对建立的模型进行求解分析,表明采取该检修模式能有效减少固定维修次数、延长检修周期、降低总维修费用、提高列车正线运营率,从而为轨道交通关键部件修程修制的改进提供科学依据和实践参考。     

基于电磁感应动态模型的欧标应答器系统定位研究

采用欧标应答器系统获得的列车绝对位置存在不确定性，不确定性的增加会降低列车的停车精度。通过分析欧标应答器位置修正系统的构成及内部信息流，发现欧标应答器系统有效电磁作用时间误差和速度测量误差对其获得的绝对位置不确定性有较大影响。针对有效电磁作用时间问题，采用四边形模拟应答器发送天线、八边形模拟应答器传输模块接收天线建立应答器系统的磁通量分布模型，并引入磁通量随列车运动的变化，得到磁场感应电动势的动态速度模型（电磁感应动态模型）。基于该模型分析动生电动势、感生电动势与电磁作用距离的关系及干扰、旁瓣对电磁作用距离的影响；通过分析现场实测列车定位数据的电磁感应有效区域数值分布，验证电磁感应动态模型计算数据与实测数据的相符性。结果表明：支持向量机SVM从基于电磁感应动态模型标记的现场实测训练数据中学习得到的应答器位置修正异常分类模型可以实时对列车应答器位置修正做出评估，对于偶然性干扰或旁瓣等导致的异常修正可以给出报警；基于电磁感应动态模型对实测电磁作用时间数据进行修正后，可降低时间数据带来的相对平均误差达47.7%，从而获得更为精确的列车绝对位置，提高列车停车精度。     

基于磨耗数据统计模型的镟轮决策优化

针对目前地铁车辆车轮等级镟修而导致的镟修不合理问题,提出一种基于磨耗数据统计模型镟轮决策优化方法。基于广州地铁8号线的轮对磨耗数据,首先利用SPSS分析轮径磨耗和轮缘磨耗与轮缘厚相关性;其次建立基于状态转移过程的轮缘磨耗模型和基于数理统计模型的轮径磨耗模型;然后研究单个车轮的单级和多级镟修控制限策略,并通过蒙特卡罗仿真分析比较两种控制限策略的优劣。结果表明,多级镟修控制限策略大大提高车轮使用寿命,节约列车运营成本。     

某型动车组转向架撒砂装置螺纹连接系统安全可靠性研究

动车组转向架安装撒砂装置作为典型的车辆悬臂结构件,在线路条件下承受随机振动激扰,其与轴箱体之间采用螺纹连接,螺纹连接的可靠性设计对撒砂装置的结构安全和行车安全至关重要。首先建立撒砂装置有限元模型,根据模态测试数据验证了有限元模型的准确性;然后以车轮镟修前后的线路实测数据作为有限元计算的边界条件,提取螺纹连接受到的等效正弦载荷;最后基于VDI 2230—2003e标准系统评估了螺纹连接的安全性和可靠性。结果表明,车轮镟修对改善螺纹连接的安全性和可靠性效果显著,形成的流程和方法对相关轨道车辆螺纹连接的评估具有指导意义。     

基于超统计理论的高速铁路跨线列车晚点分布模型研究

精确描述高速铁路跨线列车晚点时长分布是准确计算跨线列车晚点引起的后效晚点的基础,也是精细化管理能力紧张的高速铁路的依据,具有重要的理论和实践意义。通过对高速铁路跨线列车晚点实绩数据的分析,运用超统计理论对列车晚点机理进行研究,构建跨线列车晚点时长q-指数分布模型。以2018年9月京沪高速铁路跨线列车晚点数据为样本,通过非线性回归拟合和Kolmogorov-Smirnov检验比较常见的正偏态厚尾分布模型及用于建模普速铁路列车晚点的指数分布模型对跨线列车晚点时长分布曲线的拟合效果。结果表明:q-指数分布模型相比于常见的正偏态厚尾分布模型,有更优的拟合效果,能更精确地描述高速铁路跨线列车晚点时长分布。     

上海轨道交通AC16型电动列车能耗测试与分析

采用独立于列车的CRIO嵌入式数据采集系统和Lab VIEW软件构建了一套测试系统,实现了上海轨道交通11号线AC 16型电动列车牵引系统能耗的测量与分析,并以此评估了车载系统能耗计算模型和计算方法。在此基础上,分析了列车运行时段、运行速度等级与制动施加程度等因素对列车引牵能耗的影响,为地铁列车节能提供了技术参考。     

广州地铁B型高速城轨列车架修及大修优化

由于B型高速城轨列车的速度特点,列车的架修、大修周期和运营里程不能按维修计划形成良好的匹配,故此根据广州地铁3号线北延段B型高速城轨列车的使用状况,结合系统部件的寿命影响因素,对列车系统部件进行了归类分析,从而提出以部件可靠性为依据的B型高速城轨列车架修、大修优化方案并成功实施。     

基于D2D技术的车车通信研究

阐述车车之间实现直接通信的应用价值和意义。利用列车在RBC中的注册数据(车次号)及同方向列车在区间内相对固定的运行顺序,在RBC端加入列车通信管理单元协助列车完成身份识别,并对特殊情况下的列车通信管理单元的布置原则进行分析。探讨利用D2D技术实现车车之间的信息互通,在结合C3线路列车的运行特征与D2D技术的模式特征后,选择D2D基站中继模式建立前后行列车的通信模型。在车车通信系统模型建立的基础上,对该系统的故障因素进行分析,利用马尔科夫模型对系统可靠性进行验证,结果显示其可靠性满足目前铁路运输的需求。     

基于全数检验与定时截尾试验的地铁列车整车可靠性验收方法

提出地铁列车可靠性验收的基本条件,分别介绍了基于定时截尾试验、序贯截尾试验和全数检验的3种经典的可靠性验收方法;提出基于全数检验和定时截尾试验的地铁列车整车可靠性验收方法,设计了可靠性验收的流程;以某一具体项目为例,对该可靠性验收方法进行了验证。结果证明:基于全数检验与定时截尾试验的地铁列车整车可靠性验收方法是有效的,可以节省试验时间。     

基于健康监测的钢桁梁桥结构承载力可靠性评估

桥梁结构健康监测系统能有效监测桥梁结构上的各种作用及结构效应,可为准确评估桥梁结构状态提供信息。以一座钢桁梁桥健康监测数据为基础,研究基于健康监测的钢桥构件承载力可靠性评估方法,分析应变信号的特点,并根据一段时间内的健康监测数据对桥梁结构进行承载力可靠性分析,建立基于随机车辆荷载模型的桥梁承载力可靠性评估方法,探讨温度效应对结构承载力可靠指标的影响。结果表明:由移动车辆振动引起的钢桥构件应变很小,移动车辆荷载产生的静力响应对构件承载力可靠指标起控制作用;随机车辆荷载模型能较好地模拟实际列车通行情况,结合有限元方法,能快速对钢桥构件承载力进行可靠性评估;考虑温度效应后构件承载力可靠指标有所减小,且温差越大,变化越明显。     

城轨列车在车站停车误差估计模型与在线学习算法的研究

根据城轨列车制动特性,对列车运动方程做2项简化。一是忽略空气阻力和坡度的影响;二是分别假设制动力传递有延时及减速度不变或减速度是初始速度的线性函数。由此推导出2个简化的列车停车误差估计模型和模型参数之间的线性关系函数式,并给出模型参数在线学习算法,以克服停车过程中的各种非线性因素的影响,提高停车精度。根据统计学原理,采用5个评价指标对模型的性能进行评价,采用停车误差估计判断停车精度是否满足停车可靠性的要求。利用实测停车数据对模型和在线学习算法进行验证和比较。结果表明:提出的简化模型和在线学习算法,能有效降低停车误差,并纠正误差分布的有偏性;停车误差在大于99.5%的情况下满足30cm停车精度的可靠性要求;模型1的效果比模型2略好。     

高铁列车密度与旅客需求强度的关联分析

为了评价高铁列车运行图是否吻合旅客的时变需求,可以针对时变需求进行客流分配,利用旅客出发时间偏差程度来评价。若未知时变需求的分布状况,则不能采用这种评价方法。本文研究如何运用高铁系统运营数据,评价列车运行图是否吻合旅客时变需求。通过定义较小时空单元及时空单元中的运输能力、客流量和客座率,来描述列车密度和出行需求及其关系。以京广高铁等线路的运营数据进行数值分析发现:合理的列车运行图在需求越高的时空区域,平均运输能力越大;在运输能力越大的时空区域,平均客座率越高。尽管数值分析中采用的是实际运量,但该特征表明列车运行图与出行需求相吻合。可以运用该特征来评价列车运行图,并适用于大规模高铁网络。