基于性能退化分析的高速動(dòng)車組齒輪箱可靠性研究.pdf

1、本文針對(duì)高速動(dòng)車組齒輪箱的潤(rùn)滑油檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用基于性能退化數(shù)據(jù)的可靠性研究方法對(duì)高速動(dòng)車組齒輪箱的可靠性進(jìn)行了研究。并用機(jī)器學(xué)習(xí)算法擬合鐵元素規(guī)律，預(yù)測(cè)齒輪箱的健康狀態(tài)。
　　首先，本文通過繪制油樣運(yùn)行里程-鐵元素含量散點(diǎn)圖和列車運(yùn)行里程-鐵元素含量散點(diǎn)圖;計(jì)算油樣運(yùn)行里程-鐵元素含量之間的的Spearman秩相關(guān)系數(shù)、顯著性水平和列車運(yùn)行里程-鐵元素含量之間的的Spearman秩相關(guān)系數(shù)、顯著性水平，可以證明:油樣運(yùn)行里程和鐵元

2、素含量、列車運(yùn)行里程和鐵元素含量之間的正相關(guān)性是顯著的，并且油樣運(yùn)行里程和鐵元素含量之間的相關(guān)性更強(qiáng)。其次，本文利用Wiener過程的首達(dá)時(shí)間服從逆高斯分布的結(jié)論來建立首達(dá)時(shí)間的概率分布，分別建立漂移參數(shù)和擴(kuò)散參數(shù)均為常數(shù)的Wiener模型和漂移參數(shù)為隨機(jī)數(shù)擴(kuò)散參數(shù)為常數(shù)的Wiener模型。采用極大似然法分別給出2個(gè)模型的漂移參數(shù)推斷的公式和擴(kuò)散參數(shù)的推斷公式。通過對(duì)2個(gè)模型的可靠度函數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:2種模型的可靠度函數(shù)和失效分

3、布函數(shù)的變化情況是相似的，失效閾值為120ug/g時(shí)，可靠度快速下降;失效閾值為350ug/g和500ug/g的情況下，累積失效概率和可靠度是先緩慢變化，然后劇烈變化。再次，根據(jù)Gamma過程的首達(dá)時(shí)間的性質(zhì)給出齒輪箱失效分布函數(shù)和可靠性函數(shù)，利用矩估計(jì)的方法給出了形狀參數(shù)和尺度參數(shù)估計(jì)值的計(jì)算公式;通過對(duì)可靠度函數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):失效閾值為120ug/g時(shí)，可靠度快速下降至一個(gè)較低的值;失效閾值為350ug/g和500ug/g的情況下，

4、累積失效概率和可靠度是先緩慢變化，然后劇烈變化。根據(jù)可靠度函數(shù)的變化規(guī)律確定40萬(wàn)km換油。最后，分別采用支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)森林這3個(gè)不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來擬合對(duì)鐵元素含量。并采用k折交叉驗(yàn)證方法來對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終使訓(xùn)練集和測(cè)試集的模型誤差同時(shí)達(dá)到最小。結(jié)果表明隨機(jī)森林模型的訓(xùn)練集誤差和測(cè)試集誤差都是最小的，因此隨機(jī)森林模型是最適合本數(shù)據(jù)模型的。將隨機(jī)森林模型推廣到預(yù)判齒輪箱潤(rùn)滑油狀態(tài)上進(jìn)行應(yīng)用。
　　本文通過