一种基于轴温数据的高速列车车轴老化分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于故障诊断技术领域，具体涉及一种基于轴温数据的高速列车车轴老化 分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着高铁的快速发展，确保动车组运行秩序和提高动车组的安全性、可靠性受到 广泛关注。车轴是机车车辆转向架的关键承载部件，是影响行车安全的重要零件，如果车轴 出现老化损伤并且扩展，就会因断轴而造成列车脱轨，带来灾难性的后果，因此其安全运转 直接关系着铁路运输的安全生产。目前车轴故障检测的主要包括两个方面，即基于轴温阈 值和基于人工检修。
[0003] 第一种方法是，通过专家经验，设定列车在行走过程中热轴、暖轴等故障的相应轴 温阈值点。在此基础上，采用温度传感器实时监测列车运行过程中的车轴温度。当轴温达 到各阈值点时，则采取报警、降速或停车等相应的措施。相对于高速列车的行驶距离远、运 行速度范围大等特点，此方法最大的缺陷在于，未能充分考虑环境温度以及运行速度等因 素对车轴温度的影响，并且无法预测车轴的健康状况，对车轴的老化等危险状况不能起到 预警的作用。
[0004] 第二种方法是，列车停车之后，指派有经验的维修工人通过敲打、观测等方式确定 车轴的磨损情况，及是否存在裂痕等危险状况。此方法最大的缺陷在于，由于车轴老化的内 在属性显示难以检测，从而导致车轴的老化情况难以判断，以及人工检验的不确定性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于轴温数据的高速列车车轴老化分析方法，解决了现 有技术中存在的车轴故障检测耗时且精准度低的问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种基于轴温数据的高速列车车轴老化分析方法， 具体按照以下步骤实施：
[0007] 步骤1、对列车速度与轴温数据进行预处理；
[0008] 步骤2、对步骤1进行预处理后的轴温数据进行光滑处理；
[0009] 步骤3、计算列车轴温上升速率；
[0010] 步骤4、利用步骤3得到的轴温上升速率进行车轴的老化分析。
[0011] 本发明的特点还在于，
[0012] 步骤1具体按照以下步骤实施：
[0013] 步骤（I. 1)、数据缺失点的补充：
[0014] 采集列车速度spe(i)和轴温zw(i)，其中i为对应的采样时间点，取值范围 为1~n，分别对采集到的列车速度spe(i)和轴温zw(i)所有值进行查找并处理，设 i <n，i e Z+，Z+表示正整数，若第i-Ι个点为非空值点，而第i个点为空值点，即 zw(i-l)辛 null, zw(i) = null，处理过程如下：
[0015] 若 zw⑴为孤立的缺失点，BP zw(i-l)辛 null, zw(i) = null，zw(i+l)辛 null， 则将第i-l点的值赋给第i个值，即进行zw (i) = zw (i-1)赋值操作；
[0016] 若原数据中出现连续的缺失点，其个数为m(m>2)，即zw(i+l)，zw(i+2)，… ，zw(i+m-l)的均值为null，zw(i+m)辛null，则根据m<n或m>n，分情况进行讨论，如下：
[0017] (1)若m>n，则表示数据不完整，分析终止；
[0018] (2)若m彡n，则进行线性插值处理，具体过程如下：
[0020] 步骤b:对所有连续的缺失点进行插值操作，即V/ejOJ，]，…丨，zw(i+j)= zw(i_l) + (j+l)XdeltaJ#
[0021] zw (i) = zw (i-1)+delta,
[0022] zw(i+l) = zw (i-1)+2 X delta,
[0023] .
[0024] .
[0025] .
[0026] zw (i+m-1) = zw (i_l) + (m-1) X delta
[0027] 同理，按照以上步骤对列车速度数据spe(i)进行如上相同操作，从而将所有的数 据缺失点补充完整，补充后的轴温和速度数据分别记为zwl (i)和spel(i);
[0028] 步骤（1. 2)、孤立零值点的消除：
[0029] 判断步骤（I. 1)得到的轴温数据zwl (i)和速度数据spel (i)是否为孤立零值点 并进行处理，具体操作如下：
[0030] 若第i个轴温数据不为0,即ZWl (i)辛0,则不进行任何操作；
[0031] 若第i个轴温数据为0,即zwl (i) = 0,则继续判断其相邻的数据zwl (i-Ι)和 zwl (i+Ι)是否也为零值点，如下：
[0032] (1)若第i-Ι轴温数据和第i+Ι轴温数据有且仅有一个为0,即zwl (i-1) = 0或 zwl (i+Ι) = 0,则将zwl (i) = 0视为正常数据，不进行任何操作；
[0033] (2)若第i-Ι轴温数据不为0且第i+Ι轴温数据也不为0,即zwl (i-Ι)辛0和 zwl (i+Ι)辛0,则将zwl (i)视为孤立零值点，此时
[0034] 同理，按照以上步骤对速度数据spel(i)也进行相同的判断与处理，将所有的 孤立零值点处理完，消除孤立点后得到的轴温数据记为zw2(i)，得到的速度数据记为 spe2 ⑴。
[0035] 步骤2具体按照以下步骤实施：
[0036] 对步骤1进行预处理后的轴温数据zw2 (i)进行??ΜΕ层离散小波变换，??ΜΕ层离 散小波变换具体过程如下：
[0037] 步骤a:设置数组变量data，并令data = zw2 (i):设置中间变量time = 0 :
[0038] 步骤b:对步骤a中data按照如下公式进行更新
并将中间变量time进行加1操作，即time = time+1，其中，H(k)表示低通滤波器，K表示 H (k)的长度，j表示数组data长度的
[0039] 步骤c:如果time〈HME，则返回步骤b，如果time彡??ΜΕ，则完成数据的光滑处 理，并将光滑处理后的轴温数据记为数组DATA(i)，即令DATA(i) = data;
[0040] 通过上述变换处理轴温数据中的噪声信号被消除，使轴温曲线更加平滑，为温度 数据的上升区间获取提供基础。
[0041] 步骤2的步骤b中，H(k)的长度K = length (data)，表示与轴温数据data长度 相同。
[0042] 步骤2的步骤c中，??ΜΕ e Z+。
[0043] 步骤3具体按照以下步骤实施：
[0044] 步骤（3. 1)、轴温上升区间的提取：
[0045] 对经过所述步骤2处理后的轴温数据，进行上升区间的提取，具体如下：将步骤2 处理后的轴温数据依次做差，差值记为Φ，即Φ =DATA(i)-DATA(i+l)，若Φ>0时，说明 该轴温区间[i，i+l]的轴温不在上升阶段，可能是在下降或者没有变化，则继续做差提取； 若Φ〈0时，该轴温区间[i，i+Ι]是轴温上升区间，存储上升区间的采样点的起点i和终点 i+Ι，并存在新数组up中；
[0046] 步骤（3. 2)、轴温上升区间的速度筛选：
[0047] 设速度阈值为V，设所述步骤（3. 1)中的各上升区间起点i和终点j，对应的 采样时间点为i X 2TIlP j X 2 TIME，则对应的速度值spe2 (i X 2TIME)和spe2 (j X 2TIME)， 若spe2 (i X 2TIME)〈V且spe2 (j X 2TIME)〈V，则说明该上升阶段[i，j]是停车阶段，环 境温度影响下的列车轴温升温，则不保留该轴温上升区间；若spe2(iX2 TIME)彡V且 spe2 (j X 2TIME)彡V，则说明该上升阶段[i，j]是列车运行时的轴温上升区间，保留并继续判 断；
[0048] 步骤（3. 3)、轴温上升速率的计算：
[0049] 对步骤（3. 2)处理后的轴温数据进行上升速率计算，计算过程如下：
[0050] 步骤（3. 3. 1)、将轴温各上升区间的轴温差记为fz，对应各上升时间记为t，以及 各上升速度的均值记为V，fz、t、V的计算公式分别如下：
[0051] fz = DATA (j)-DATA (i),
[0052] t = (j-i) X 2?,
[0053