CN110502851B - 一种列车轮对镟修优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车轮对镟修优化方法，步骤S1，获取镟修前单节车厢各车轮轮径数据和轮缘厚度数据；步骤S2，基于步骤S1获取的数据判断当前车轮是否触发镟修条件，是则执行步骤S3，否则停止；步骤S3，基于车轮总镟修量、镟修次数和走行时间建立镟修优化目标函数和约束条件；步骤S4，对上述目标函数进行求解，得到各车轮的优化镟修量。本发明以车轮整个寿命周期为研究对象，将车轮镟修次数、镟修量和车轮走行时间相结合，建立车轮镟修总成本最小的车轮镟修优化目标函数，对各车轮镟修量进行优化，降低了镟修成本，延长了车轮走行时间。

Description

一种列车轮对镟修优化方法

技术领域

本发明涉及列车检修技术领域，具体涉及一种列车轮对镟修优化方法。

背景技术

轮对作为列车易耗件，其轮缘厚度和轮径值对列车行车安全有重要影响，对轮对进行维护保养是保障列车运行安全的重要前提。当车轮轮缘厚度不能满足相应标准时，车辆段将对车轮采取镟轮处理，以使列车车轮恢复至安全状态。

车轮镟修多指对轮径进行镟修处理，轮缘厚度和轮径间以一定比例关系进行镟修恢复。列车镟轮一般采用同轴、同架、同车的顺序进行作业，即首先针对同轴的两个车轮进行镟轮处理，将轮径较大的车轮镟至与轮径较小的车轮等同或标准允许范围内；其次，比较同转向架上两轮对各车轮轮径值，对车轮进行镟轮处理，确保同转向架轮径差在标准范围内；最后，比较同车轮径值，对车轮进行镟轮处理，确保同车轮径差在标准范围内。

车轮镟修多是在对车轮进行检测时，发现轮缘厚度不达标再进行镟修处理，这种方式不能预先对镟修工作提供指导作用。此外，目前采用的镟修方案并未考虑轮对镟修后磨耗规律的影响，这将导致镟修后车轮磨耗加快，列车运行较短时间就需要再次进行镟修，增加了镟轮次数。频繁镟轮不仅导致大量轮径被镟掉，造成浪费，而且还使镟修成本上升加重了车辆段经济负担。

发明内容

为了解决现有镟修成本高的技术问题，本发明提供了解决上述问题的一种列车轮对镟修优化方法。本发明以车轮整个寿命周期为研究对象，将车轮镟修次数、镟修量和车轮走行时间相结合，建立车轮镟修总成本最小的车轮镟修优化目标函数，对各车轮镟修量进行优化，降低了镟修成本，延长了车轮走行时间。

本发明通过下述技术方案实现：

一种列车轮对镟修优化方法，该方法包括：

步骤S1，获取镟修前单节车厢各车轮轮径数据{R₁、R₂、......、R₈}和轮缘厚度数据{P₁、P₂、......、P₈}；设镟修后各车轮轮径数据为{R′₁、R′₂、......、R′₈}，以及镟修后各车轮轮缘厚度数据为{P′₁、P′₂、......、P′₈}；

步骤S2，基于步骤S1获取的数据判断当前车轮是否触发镟修条件，是则执行步骤S3，否则停止；

步骤S3，基于车轮总镟修量、镟修次数和走行时间建立镟修优化目标函数和约束条件；

步骤S4，对上述目标函数进行求解，得到各车轮的优化镟修量。

优选的，所述步骤S4建立的目标函数为：

其中，C_LCC表示列车轮对镟修总成本；N表示在车轮整个寿命周期内镟修总次数，C_N为单次镟修成本；ΔR为单次镟修的车轮总镟修量，C_ΔR为单位镟修量对应的镟修成本，T为车轮整个寿命周期的走行时间；

约束条件为：

其中，V_R表示轮径磨耗速率；V_P表示轮缘厚度磨耗速率；a、b、c均为常数。

优选的，通过下式得到单次镟修的车轮总镟修量ΔR：

其中，R_i表示镟修前第i个车轮的轮径值，R′_i表示镟修后第i个车轮的轮径值。

优选的，轮径磨耗速率与轮缘厚度的函数关系为：V_R＝-0.05P+1.3，轮缘厚度磨耗速率与轮缘厚度的函数关系为：V_P＝-0.03P²+1.7567P-25.7213。

优选的，a＝2，b＝4，c＝7。

优选的，所述步骤S2具体根据轮缘厚度、同轴轮径差、同架轮径差和同车轮径差判断当前车轮是否触发镟修条件。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明在综合考虑列车运行磨耗规律的基础上，提前掌握镟修时间，结合车轮镟修对同轴轮径差、同架轮径差和同车轮径差的约束，以实现列车车轮镟轮成本最小为优化目标，对各车轮的镟修量进行了优化，实现了在车轮整个寿命周期内的经济性镟修，达到了节约镟修成本、延长走行时间的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种列车轮对镟修优化方法，本实施例以车轮整个寿命周期为研究对象，将车轮镟修次数、镟修量和车轮走行时间相结合，利用车轮磨耗规律预测镟轮时间和车轮寿命，建立车轮镟修优化目标函数(列车轮对镟修总成本最小)，对各车轮镟修量进行优化。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤一：获取镟修前单节车厢各车轮轮径值(R₁、R₂、......、R₈)和轮缘厚度值(P₁、P₂、......、P₈)(本实施例以有8个车轮的四轴车为例)；设镟修后各车轮轮径值和轮缘厚度值分别为(R′₁、R′₂、......、R′₈)和(P′₁、P′₂、......、P′₈)。

步骤二：根据轮缘厚度、同轴轮径差、同架轮径差和同车轮径差判断当前车轮是否触发镟修条件，是则进行步骤三，否则停止。具体的在本实施例中，当轮缘厚度≤26mm，同轴轮径差>2mm，同架轮径差>4mm和同车轮径差>7mm时，则判断当前车轮触发镟修条件。上述参数的具体数值根据铁路标准确定。

步骤三：计算单次镟修的车轮总镟修量

步骤四：建立本方法提出的基于车轮整个寿命周期的镟修优化目标函数和约束条件：

上述目标函数中，C_LCC表示列车轮对镟修总成本，N·C_N表示在车轮整个寿命周期内，镟修N次需要支出的镟修成本(如：人工成本)，C_N为单次镟修成本；ΔR为单次车轮总镟修量，C_ΔR为单位镟修量对应的镟修成本(如：设备磨耗成本)，∑(ΔR·C_ΔR)为整个寿命周期内车轮的总镟修成本；T为车轮整个寿命周期内的车轮走行时间，车轮走形时间根据磨耗规律求取，具体在本实施例中，车辆段对列车车轮关于不同轮径值所对应的踏面直径磨耗速率(磨耗速率与走形时间有关)进行统计，得到车轮磨耗规律，该磨耗规律反映车轮在不同轮径值下对应的车轮走行时间和磨耗量之间的关系，根据镟修前后车轮轮径磨耗量可反算车轮走行时间。

约束条件①、②、③分别表示同轴轮径差、同架轮径差和同车轮径差约束；约束条件④、⑤、⑥、⑦表示对镟修前后轮径和轮缘厚度的约束；所有约束条件单位均为毫米(mm)，i表示车轮数，j表示轮对数，k表示转向架数；约束条件⑧表示轮缘厚度恢复值与轮径镟修量之间满足的关系；约束条件⑨表示轮径磨耗率与轮缘厚度之间的函数关系，约束条件⑩表示轮缘厚度磨耗率与轮缘厚度之间的函数关系。

步骤五：采用优化算法对步骤四的镟修优化目标函数进行求解，得到各车轮镟修量。

实施例2

本实施例2对上述实施例1提出的优化方法进行测试，具体过程如下：

1、获取镟修前单节车厢各车轮初始轮径值(840、840、840、840、840、840、840、840)和轮缘厚度值(32、32、32、32、32、32、32、32)(以有8个车轮的四轴车为例)。

2、设车厢的各车轮满足相同磨耗规律，且轮径磨耗速率(V_R)与轮缘厚度(P)之间的函数关系为：V_R＝-0.05P+1.3；轮缘厚度磨耗速率(V_P)与轮缘厚度之间的关系为：V_P＝-0.03P²1.7567P-25.7213；磨耗速率单位为mm/月；单次镟修人工成本为C_N＝1万元，单次镟修设备成本C_ΔR＝0.5万元/mm，走行时间按月计算。

3、车轮磨耗轮缘厚度安全限值为26mm，轮径安全限值为760mm，即所有车轮在轮径镟修至760mm后将被废弃；a＝2，b＝4，c＝7。则技术方案中步骤四的目标函数和约束条件即可表示为：

时间T利用磨耗函数进行反解，即可得到当前轮缘厚度或轮径值走形到安全限值是的走形时间。

对该优化问题进行求解，可知，在车轮整个寿命周期内，所有车轮总镟修量为487.36mm，轮径由840mm变化至最终废弃时的760mm，其中，有152.66mm是由车轮走形时磨耗导致，有334.7mm是由恢复轮缘厚度的轮径镟修导致；车轮在整个寿命周期内共镟修7次；累计镟修人工支出成本56万元，因车轮镟修导致的设备磨耗成本为167.35万元，；车轮寿命长达16.15年；经济性镟修指标为13.83万元。若每次镟修后轮缘厚度为32mm，则车轮整个寿命周期内仅能镟修3次，车轮走形时间将缩短至15.59年。可见，采用本方法提出的经济性镟修算法能够延长车轮走形时间提高车轮寿命。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种列车轮对镟修优化方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1，获取镟修前单节车厢各车轮轮径数据{R₁、R₂、......、R₈}和轮缘厚度数据{P₁、P₂、......、P₈}；设镟修后各车轮轮径数据为{R′₁、R′₂、......、R′₈}，以及镟修后各车轮轮缘厚度数据为{P′₁、P′₂、......、P′₈}；

步骤S2，基于步骤S1获取的数据判断当前车轮是否触发镟修条件，是则执行步骤S3，否则停止；

步骤S3，基于车轮总镟修量、镟修次数和走行时间建立镟修优化目标函数和约束条件；

步骤S4，对上述目标函数进行求解，得到各车轮的优化镟修量；所述步骤S3建立的目标函数为：

其中，C_LCC表示列车轮对镟修总成本；N表示在车轮整个寿命周期内镟修总次数，C_N为单次镟修成本；ΔR为单次镟修的车轮总镟修量，C_ΔR为单位镟修量对应的镟修成本，T为车轮整个寿命周期的走行时间；

约束条件为：

其中，V_R表示轮径磨耗速率；V_P表示轮缘厚度磨耗速率；a、b、c均为常数。

2.根据权利要求1所述的一种列车轮对镟修优化方法，其特征在于，通过下式得到单次镟修的车轮总镟修量ΔR：

其中，R_i表示镟修前第i个车轮的轮径值，Ri′表示镟修后第i个车轮的轮径值。

3.根据权利要求1所述的一种列车轮对镟修优化方法，其特征在于，轮径磨耗速率与轮缘厚度的函数关系为：V_R＝-0.05P+1.3，轮缘厚度磨耗速率与轮缘厚度的函数关系为：V_P＝-0.03P²+1.7567P-25.7213。

4.根据权利要求1所述的一种列车轮对镟修优化方法，其特征在于，a＝2，b＝4，c＝7。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种列车轮对镟修优化方法，其特征在于，所述步骤S2具体根据轮缘厚度、同轴轮径差、同架轮径差和同车轮径差判断当前车轮是否触发镟修条件。

Images