【摘 要】
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冷却风机电磁接触器作为高速列车的重要开关元件之一,其性能随着列车运行年限的增加而逐渐退化,一旦失效将导致冷却风机无法正常运行,影响牵引电机的散热性能,严重时甚至引发安全事故。冷却风机电磁接触器使用寿命长,对其健康状态进行在线监测的成本较高。目前工程上采用的定期更换方式虽然保证了接触器可靠运行,但不合理的更换周期造成了接触器寿命的大量浪费。为了在列车安全运行的前提下充分利用接触器性能,需要对接触器剩
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冷却风机电磁接触器作为高速列车的重要开关元件之一,其性能随着列车运行年限的增加而逐渐退化,一旦失效将导致冷却风机无法正常运行,影响牵引电机的散热性能,严重时甚至引发安全事故。冷却风机电磁接触器使用寿命长,对其健康状态进行在线监测的成本较高。目前工程上采用的定期更换方式虽然保证了接触器可靠运行,但不合理的更换周期造成了接触器寿命的大量浪费。为了在列车安全运行的前提下充分利用接触器性能,需要对接触器剩余寿命预测进行研究。针对以上问题,本文从接触器的失效机理出发,建立了接触器电气-机械耦合动态仿真模型,研究了接触器不同特征参数对触点间隙退化的敏感性。设计了接触器寿命加速试验方案并搭建了试验平台,对接触器全寿命周期退化过程中的特征参数进行试验研究,建立了加速工况-常规工况退化数据映射模型。建立非线性退化模型对接触器剩余寿命进行预测,并对模型参数的估计方法进行了研究。在此基础上,建立了基于加速因子的非线性退化模型,并研究了该模型的参数更新方法。本文的主要研究内容为:1、分析了接触器触点的失效机理及触点间隙退化对特征参数的影响。建立了接触器电气-机械耦合动态仿真模型,对接触器不同触点间隙下的吸合及释放过程进行动态仿真,并通过实测线圈电流曲线对仿真模型进行了验证。基于仿真结果分析了特征参数对触点间隙退化量的敏感程度,结果表明超程时间对触点间隙退化的敏感度最高。2、设计了接触器加速试验方案,通过分析加速试验理论确定了加速应力等级和试验方法,并搭建了试验平台对不同电流工况下接触器的退化过程进行测试。基于加速模型对电流应力和寿命数据进行最小二乘拟合分析,建立了加速工况-常规工况的退化数据映射模型。3、采用不同的函数模型对接触器退化数据进行线性回归,并对回归模型的预测结果进行误差分析。在回归模型的基础上,基于Wiener过程建立了线性、幂函数和指数函数形式的退化模型,提出极大似然估计与遗传退火算法相结合的方法对模型参数进行估计,并通过退化模型求解接触器剩余寿命分布的概率密度函数,实现剩余寿命预测。对三种退化模型的预测结果进行误差分析和对比,表明基于幂函数形式非线性退化模型的剩余寿命预测方法可行性最高。4、针对加速应力影响退化模型参数导致预测误差增大的问题,研究了基于加速因子的幂函数非线性退化模型。针对样品间存在个体差异性的问题,研究了基于粒子滤波算法的模型参数更新方法。寿命预测结果表明,使用粒子滤波算法更新模型参数后,剩余寿命预测的准确性得到了提升。
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