基于大数据分析的高速动车组车轮磨耗统计分析研究

特别策划

前对我国主要高速动车组车轮磨耗特点和规律

的了解，主要是通过对现场跟踪测试列车车轮磨耗数据的统计分析研究获得。该研究方式有不可替代的优点，但由于各种条件的限制，所选跟踪测试动车组列车的样本数较少，由此样本数据分析得到的轮轨磨耗特点和规律有可能缺乏普遍性。为弥补这一不足，尝试采用大数据分析思想，通过调用高速铁路动车组检修数据库中的海量车轮镟修记录，利用MATLAB工具编制分析程序，研究京沪高铁、京广高铁武广段开行的350 km/h速度等级高速动车组车轮一个镟修周期内车轮磨耗量的统计分布规律[1]。通过选取京沪高铁开行的CRH380AL、CRH380A、CRH380BL、CRH380B四种类型动车组，京广高铁武广段开行的CRH3C、CRH380AL、CRH380A、CRH380BL、CRH380B五种类型动车组上万个车轮镟修记录作为统计分析样本，分析相同高铁线路不同类型动车组、不同线路上运行的相同类型动车组车轮磨耗特点和规律。

1 京沪高铁开行的高速动车组车轮磨耗统计分析

京沪高铁开行的动车组类型主要包括CRH380AL、C R H380A、C R H380B L、C R H380B四种，其中CRH380AL、CRH380A型动车组车轮踏面为LMA型，CRH380BL、CRH380B型动车组车轮踏面为S1002CN型。京沪高铁正线轨道结构类型：钢轨采用U71MnK，钢轨廓形采用预打磨设计廓形，以CRTSⅡ型板式无砟轨道为主，配备SKI 15弹条的Vossloh 300-1U扣件。

利用MATLAB编程工具，通过计算前次镟修后滚

基于大数据分析的高速动车组车轮磨耗统计分析研究

胡晓依，孙加林，姚建伟，侯茂锐，成棣

（中国铁道科学研究院 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081）

摘 要：基于大数据分析思想，通过调用高速铁路动车组检修数据库中的海量车轮镟修记录，利用MATLAB工具自编统计分析程序，对我国2条高速铁路（京沪高铁、京广高铁武广段）运营动车组车轮一个镟修周期内车轮磨耗量进行统计分析。大样本统计分析结果表明，对于同一条高铁线路一个镟修周期内350 km/h速度等级的高速动车组，短编组动车组车轮磨耗量均值高于长编组动车组、CRH380A型动车组车轮磨耗量均值小于CRH380B型动车组、CRH3C动车组车轮磨耗量均值小于CRH380B。不同高铁线路相同类型动车组车轮磨耗量样本统计均值及磨耗量统计分布也不尽相同。

研究结论对高铁轮轨关系、高速动车组车辆结构设计具有重大意义。

关键词：大数据分析；高速动车组；车轮磨耗；车轮镟修

中图分类号：U279.2 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2017）12-0013-05 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.013

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目

（SY2016G002、J2017G011-C）

第一作者：胡晓依（1972—），男，副研究员，博士。

当

基于大数据分析的高速动车组车轮磨耗统计分析研究 胡晓依 等

动圆直径处轮径减去本次镟修前滚动圆直径处轮径的差值，除以2即可求得名义滚动圆处的磨耗量，分析得出一个镟修周期即镟修里程在动车组规定计划镟修里程（20万～25万km）范围内京沪高铁所有类型动车组的车轮磨耗量统计分布直方图（见图1—图4）。

通过选取京沪高铁25列CRH380AL型动车组单元、400节车辆、1 600个轮对、3 200个车轮作为研究对象，编程去除记录错误影响因素，实际有效磨耗量样本数为1 987。编程计算得出车轮磨耗量均值为0.53 mm，标准差为0.10 mm。由图1可以看出：磨耗

量>0.7 mm出现120次，约占总样本数的6%。

通过选取京沪高铁27列CRH380A型动车组单元、216节车辆、864个轮对、1 728个车轮作为研究对象，编程去除记录错误影响因素，实际有效磨耗量样本数为1 348。编程计算得出车轮磨耗量均值为0.58 mm，标准差为0.12 mm。由图2可以看出：磨耗量>0.7 mm出现

234次，约占总样本数的17%。

通过选取京沪高铁24列CRH380BL型动车组单元、384节车辆、1 536个轮对、3 072个车轮作为研究对象，编程去除记录错误影响因素，实际有效磨耗量样本数为3 427。编程计算得出车轮磨耗量均值为0.5 mm，标准差为0.14 mm。由图3可以看出：磨耗量>0.7 mm出现599次，约占总样本数的17%。

通过选取京沪高铁17列CRH380B型动车组单元、136节车辆、544个轮对、1 088个车轮作为研究对象，编程去除记录错误影响因素，实际有效磨耗量样本数为1 170。编程计算得出车轮磨耗量均值为0.61 mm，标准差为0.12 mm。由图4可以看出：磨耗量>0.7 mm出现242次，约占总样本数的21%。

京沪高铁CRH380AL、CRH380A、CRH380BL、

CRH380B四种类型动车组车轮磨耗量统计均值和标准差对比分析结果见表1。

由表1可以看出：（1）同类型短编组动车组（CRH380A、CRH380B）车轮磨耗量均值明显高于长

图1 京沪高铁CRH380AL型动车组车轮磨耗量分布

图2 京沪高铁CRH380A型动车组车轮磨耗量分布

图4 京沪高铁CRH380B型动车组车轮磨耗量分布

图3 京沪高铁CRH380BL型动车组车轮磨耗量分布

出现频次/次

1 000

800600400

200

0.4～0.5 0.5～0.6 0.6～0.7 0.7～0.8 0.8～0.9 0.9～1.0

867

727

273

85

26

9

出现频次/次

车轮磨耗量/mm

车轮磨耗量/mm

5004003002001000

0.4～0.5 0.5～0.6 0.6～0.7 0.7～0.8 0.8～0.9 0.9～1.0

369

451

294

158

50

26

出现频次/次

车轮磨耗量/mm

1 5001 2501 000750

500

2500

0.4～0.5 0.5～0.6 0.6～0.7 0.7～0.8 0.8～0.9 0.9～1.0

1 379

914

535

304

192

103

出现频次/次

车轮磨耗量/mm

400

300200

100

0.4～0.5 0.5～0.6 0.6～0.7 0.7～0.8 0.8～0.9 0.9～1.0

216

364

348

156

68

18