动车组制动闸片更换预测关键技术的研究与实现

动车组制动闸片更换预测关键技术的研究与实现

施德龙,徐晓龙,孙宝敬

中国铁路太原局集团有限公司太原车辆段

摘要：制动系统作为动车组的关键系统,其安全性、稳定性和经济性是制动系统制造商、维修厂等各个相关部门关注的焦点。制动闸片是制动系统的关键部件,它在动车组制动时的高温环境和强大外力作用下发生的摩擦过程会对其自身造成一定的磨损,当磨损量达到一定的程度时需要进行更换以保障制动系统的正常运转。因此,对制动闸片进行剩余寿命进行预测并以此为基础制定恰当的维修及更换策略,对保证动车组运行的安全性、提高材料的利用率有重要意义。

关键词：闸片，换闸排班，闸片管理

1 概述

我国高速动车组运行速度快、运行交路长，动车组制动可靠性直接关系到动车组运行安全，制动闸片作为动车组基础制动装置，是动车组最为核心部件之一，及时可靠排查制动闸片故障和更换到限闸片，可严格保障动车组日常安全运行。

目前对于闸片检修的工艺有如下三种方式：

（1）依据检修规程要求，动车所在动车组一级修作业过程中，需通过人工目视检查闸片，对预估判断接近到限的闸片采用钢板尺测量确认，更换到限闸片。该方式存在闸片检测效率低，作业量大，容易误判漏检，占用较多库检时间，无有效数据记录，存在安全管理隐患。

（2）由于闸片磨耗率可以预估，部分动车所根据经验间隔一定周期对整车闸片进行人工测量，通过制定闸片检修计划包的方式，对已到限和预估即将到限的闸片实施整体更换，降低了闸片检修频次，缓解检修库线不足的情况，但存在闸片更换费用高，容易导致在两个检修周期间闸片出现安全问题的隐患。

（3）部分动车所配置了闸片厚度自动检测设备，该设备利用光截图像测量法检测闸片厚度，但该系统易受雨雪、污渍影响检测数据精度，单次报警数据的准确性不高。

因此，利用闸片厚度自动检测设备长期检测形成的大量检测数据，可得出闸片磨耗趋势，并以此为基础可计算得出闸片到限时间，同时结合动车所检修班组的人员、闸片存量及动车组上线时间等可得出闸片“动态换闸作业计划”。

2 闸片厚度自动检测设备的检测原理

闸片厚度自动检测设备安装在动车组入库线路上轮对动态检测棚内，采用光学图像技术，自动采集各型动车组轮装、轴装闸片高清图像。通过“边缘特征提取”技术实现对闸片剩余厚度的自动 检测，同时通过“图像对比”技术判断闸片缺失情况，通过大数据分析展示闸片剩余厚度趋势，并根据技术规程提供分级预警功能,适用于各车型动车组闸片检测。

图 图像采集示意图

3 “动态换闸作业计划”的基本原理

综合考虑目前动车组一级修、二级修的作业周期和作业时间，闸片检修作业人数和人员作业量，闸片磨耗率等因素，合理的制定换闸作业计划。

（1）闸片磨耗率评估

以“闸片厚度自动检测设备”检测的闸片厚度值为基础，获取动车组交路信息、运行里程、闸片更换信息等数据，按不同车型、编组、闸片具体位置对磨耗率进行分类，根据大数据处理模型进行磨耗趋势分析，输出多维度分析结果（线路磨耗趋势，平均磨耗趋势，厂家磨耗差异等），预测剩余里程。

采用局部加权回归散点平滑法（locally weighted scatterplot smoothing，LOWESS），得到数据在局部展现出来的规律和趋势；将局部范围从左往右依次推进，可以计算出一条连续的曲线。剔除数据中的离点、异常值。

图 闸片厚度与走形里程趋势

利用以闸片磨耗率为基础的闸片趋势预测厚度值，可以预警和修正外部因素引起的系统单次检测值偏差，提高系统数据稳定性。

（2）换闸作业时间评估

利用动车组一级修清洁滤网等作业时间较长的检修周期，成立闸片包作业时间，不同车型闸片包周期不同；一般闸片包作业时间为90分钟，时间长于普通一级修作业时间；各车型修程的作业时间评估如下：

（3）人员换闸作业能力评估

以6-7人的闸片更换作业班组，评估人员在不同作业类型下的单编组换闸能力。其中纯一级修作业时间段内平均可以更换15副闸片；一级修+闸片包作业时间段内平均可以更换28副闸片；二级修作业由于时间充足，可以安排对未来可能集中到限的闸片进行部分近限闸片更换。

（4）换闸排班原理

根据动车组一级修、二级修的作业特性，每日将动车组闸片剩余厚度分为到限和近限两类。对到限闸片全部进行排班更换；对近限闸片会根据磨耗率计算未来5-10天每天的到限数量，提示部分近限闸片进行更换；对作业时间充足的二级修车组适当增加或减少近限闸片的更换量，均衡每天的换闸作业量。从而避免闸片集中到限导致的作业能力不足，以及避免提前换闸造成浪费。

图 闸片排班流程

表 闸片排班数据

4换闸排班的特点

采用换闸排班的方式主要关注系统的全部检测数据，关注整体闸片磨耗趋势及剩余里程预测，不局限单个到限报警数据准确率，可以弥补闸片检测系统光截图像测量原理的不足。

通过大数据处理及分析，合理进行换闸排班计划，实现闸片利用率最大化、人员效率最大化、闸片更换有依据；从而实现从状态修、计划修转换为智能维修，具有较高的经济价值。

5 结论

基于“闸片厚度自动检测设备”的闸片厚度数据及闸片趋势预测数据，结合动车生产组织、人员安排、车组运用等信息，用科学的统计分析模型，建立动态闸片更换检修作业计划。达到“闸片厚度利用率最大化、日/时检修任务均衡化、闸片质量可控”的目标。本文提出“动态换闸作业计划”为闸片检修管理提供便利手段和可靠的维修决策，充分保障动车组安全运行。

参考文献

[1].王保民 陆阳, 高翔, 宋永丰, 周毅. 动车组制动闸片磨耗严重问题试验研究. 铁道科学与工程学报, 2018, 43(10): 43-1423

[2].王双双.基于MIRW的动车组闸片预测性维修策略研究.兰州交通大学. 2017.10.7666/d.Y3283791