近年來，我國的高速鐵路實現(xiàn)了飛躍式發(fā)展，“綠色、智能、安全、人文”的新理念引領(lǐng)著高速鐵路未來的創(chuàng)新發(fā)展。鐵路是國家重要基礎設施、國民經(jīng)濟大動脈和大眾化交通工具，對我國社會經(jīng)濟又好又快發(fā)展和國防起著不可替代的全局性支撐作用。大規(guī)模發(fā)展具有運能大、安全舒適、全天候運輸、環(huán)境友好和可持續(xù)性等優(yōu)勢的高速鐵路，是帶動形成一大批高新技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)及制造業(yè)提升與發(fā)展的必由之路和必然選擇。

截止2020年底，中國高速鐵路總里程超過3.8萬公里，占世界2/3以上。到2035年，預計高鐵總里程達到7萬公里，“四縱四橫”升級成“八縱八橫”高鐵主通道。到2050年，將全面建成現(xiàn)代化鐵路強國。我國將發(fā)展成為高速鐵路發(fā)展速度最快，總里程數(shù)最多的國家之一。

在影響鐵路安全的諸多因素中，輪軌關(guān)系的研究是最重要的因素之一，它影響車輛運行安全，也影響整車壽命。今天就請跟隨小編的腳步一起了解下清華大學天津高端裝備研究院輪軌關(guān)系與維護研究中心（以下簡稱“輪軌中心”）多年來的研發(fā)創(chuàng)新成果：高速鐵路車輪全壽命周期智能化管理系統(tǒng)。

中國科學院院士、輪軌中心首席科學家翟婉明在2015年就提出了中國高鐵亟待建立運營維護標準體系，其中提到，與日、德、法等高鐵發(fā)源國相比，我國的高鐵運營時間很短，實踐經(jīng)驗還很缺乏，基礎研究也很薄弱。因此，要進一步針對中國高鐵的特點，從基礎源頭、關(guān)鍵技術(shù)和運營實踐3個方面入手，找到最適合我國國情的運營維護模式。

基于輪軌中心這些年來與多家兄弟單位一起致力于開發(fā)一套高速鐵路車輪全壽命周期智能化管理系統(tǒng)，從設計生產(chǎn)，運營管理及維護保養(yǎng)等多個階段系統(tǒng)管理車輪狀態(tài)。

現(xiàn)有車輪監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測手段相對單一，且不夠完善，無法有效全面地監(jiān)測車輪狀態(tài)并診斷車輪損傷類型。除此之外，缺乏全面管理車輪全壽命周期的能力，無法與車輪制造和鏇修建立起有效聯(lián)系。

基于對現(xiàn)有車輪監(jiān)測，維護等現(xiàn)狀調(diào)研，輪軌中心與國內(nèi)多家高校、科研機構(gòu)聯(lián)合開發(fā)一套高速鐵路車輪全壽命周期智能化管理系統(tǒng)。通過集成車輪的制造、加工組裝、運用維修等全壽命周期信息、構(gòu)建高速鐵路車輪全壽命周期智能化管理系統(tǒng)。實現(xiàn)對全路高鐵車輪健康狀態(tài)的及時監(jiān)測、缺陷趨勢研判、故障預測預警等功能。

創(chuàng)新點

■ 國內(nèi)外首次提出高速列車車輪的故障預測及健康管理技術(shù)研究，項目將實現(xiàn)面向全路高速列車車輪覆蓋全壽命周期的信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、健康狀態(tài)綜合評估、剩余壽命預測和預防性鏇修方案。

■ 創(chuàng)新性地設計高速列車車輪健康管理模型，綜合車輪的使用狀態(tài)和服役歷程信息，定量給出車輪健康狀態(tài)。

■ 車輛－軌道耦合動力學計算、輪-軌磨耗模型、車輪磨耗歷史數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)做為專家?guī)?，踏面鏇修參?shù)計算方法做為判斷規(guī)則，對全路車輪的采集數(shù)據(jù)進行綜合分析，制定預防性鏇修方案。

研究概況

01 基礎理論：車輛－軌道耦合動力學

作為此次研究的基礎，翟院士所創(chuàng)立的車輛－軌道耦合動力學理論，開創(chuàng)了鐵路大系統(tǒng)動力學學科新領(lǐng)域，并得到了國際上的廣泛認可。

02信息采集系統(tǒng)及輪軌力實時動態(tài)測試系統(tǒng)

采集車輪信息：相當于為每個車輪建立自己的“身份證”。系統(tǒng)管理車輪從“出生到死亡”相關(guān)信息。

輪軌力動態(tài)測量系統(tǒng)：通過輪-軌之間的作用力與反作用力，實時掌握車輪狀態(tài)。

03大數(shù)據(jù)平臺：車輪健康關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)中心

將輪軌力作為重要參數(shù)輸入，結(jié)合軌道信息、鏇修信息等參數(shù)，并應用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)訓練，最終建立車輪健康因數(shù)。

04專家系統(tǒng)：車輪全壽命周期健康管理系統(tǒng)

通過車輪健康因數(shù)，判斷車輪存在故障以及故障類型，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)優(yōu)化車輪鏇修里程并預測故障發(fā)展趨勢。

高速鐵路車輪全壽命周期健康管理系統(tǒng)優(yōu)勢

1.車輪信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)車輪電子標簽：通過車輪的出生信息，車輪裝配信息，車輪狀態(tài)實時監(jiān)測信息，運營線路軌道設計、檢修信息，車輪檢修信息實現(xiàn)車輪的電子標簽化，做到實時跟蹤監(jiān)測。

2.大數(shù)據(jù)平臺實時掌握每片車輪的質(zhì)量和運行狀態(tài)：車輪全生命周期信息庫實現(xiàn)車輪履歷管理、質(zhì)量追蹤、壽命管理。監(jiān)控車輪壽命其內(nèi)的運用過程。

3.保障車輛運用安全：通過缺陷產(chǎn)生與發(fā)展速率分析和車輪蹤跡追溯，課保障車輛運用安全。

4.降低運維成本、延長使用壽命：通過車輪剩余壽命預測和提供經(jīng)濟性鏇修方案降低運維成本。

科研價值

■ 梳理車輪全壽命周期內(nèi)影響因素及相互作用關(guān)系；

■ 對比各線路、各車輛的車輪狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)和磨耗趨勢，為車輛和軌道設計及檢修工作的優(yōu)化提供依據(jù)；

■ 積累大量車輪磨耗數(shù)據(jù)，為預防性維護研究提供數(shù)據(jù)基礎；

經(jīng)濟價值

■ 實現(xiàn)高速列車車輪全壽命過程數(shù)據(jù)信息化管理；

■ 提高車輪使用壽命,降低維護成本；

■ 實現(xiàn)對車輪狀態(tài)的動態(tài)管理及有效調(diào)配，提高整個高速鐵路系統(tǒng)的運行效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的進一步提升；

■ 異常失效車輪的可追溯性高，提高車輛安全性。