第一篇：高壓電動機(jī)轉(zhuǎn)子籠條斷條的原因及改進(jìn)方法

高壓電動機(jī)轉(zhuǎn)子籠條斷條的原因及改進(jìn)方法 引 言

大武口發(fā)電廠鍋爐輔機(jī)設(shè)備高 壓異步電動機(jī)自投產(chǎn)以來頻繁出現(xiàn)電動機(jī)線圈燒毀、轉(zhuǎn)子籠條斷條、轉(zhuǎn)子熔鋁等故障。故障多發(fā)生在頻繁啟動且負(fù)荷大的排粉機(jī)、磨煤機(jī)及渣漿泵。僅1993年就發(fā)生了2起因磨煤機(jī)轉(zhuǎn)子熔鋁致使高壓電動機(jī)報(bào)廢的事故，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。1994年利用機(jī)組大小修將該設(shè)備轉(zhuǎn)子改為銅條籠，但轉(zhuǎn)子斷條故障又相繼發(fā)生，僅1995年統(tǒng)計(jì)為11次，故障率為35%，嚴(yán)重影響了電力生產(chǎn)的正常運(yùn)行和安全。轉(zhuǎn)子籠條斷條分析 2.1 轉(zhuǎn)子籠條斷條現(xiàn)象

籠條斷裂與電機(jī)負(fù)載形式及起動情況有關(guān)，大武口發(fā)電廠轉(zhuǎn)子籠條斷裂90%發(fā)生在起動頻繁的排粉機(jī)、磨煤機(jī)和渣漿泵。從籠條斷裂部位看，大多發(fā)生在籠條與端環(huán)焊接處，如圖1所示。

圖1 籠條斷裂部位示意圖

從端環(huán)結(jié)構(gòu)圖看，端部轉(zhuǎn)子籠條斷裂如外翹時(shí)，將磨損定子端部絕緣從而引起電機(jī)燒壞。2.2 轉(zhuǎn)子籠條斷條原因分析

(1)籠條端環(huán)結(jié)構(gòu)不合理，端環(huán)為整體，籠條與端環(huán)采用剛性連接，對單根籠條而言，其不能自由伸縮，易在焊接處產(chǎn)生應(yīng)力集中。

(2)外籠條為保證其電阻率大，其材質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度低，不能承受大的拉力，如焊接工藝不良，其熱應(yīng)力將很容易造成在端環(huán)處斷條。(3)籠條在鐵芯槽內(nèi)壓接不緊，運(yùn)行中在離心力作用下竄動較大。

(4)由于電機(jī)的頻繁啟動，籠條在啟停中加熱和冷卻過程反復(fù)進(jìn)行，使籠條交替受力，極易被拉斷或脹鼓與定子磨擦斷裂。3 轉(zhuǎn)子改進(jìn)方法 3.1 改進(jìn)方法

利用大小修機(jī)會對鍋爐輔機(jī)及除灰的5臺渣漿泵的轉(zhuǎn)子進(jìn)行了改進(jìn)，參見圖2和圖3。

圖2 改造前籠條端環(huán)結(jié)構(gòu)圖及端環(huán)平面圖

(1)將原剛性懸充端環(huán)改造為兩部分：指型彈性環(huán)部分和防護(hù)環(huán)部分。

(2)與籠條連接部分改為指型彈性環(huán)部分，保證每根籠條軸向自由伸縮，以消除和減少熱應(yīng)力，同時(shí)消除籠條由于焊接工藝不良而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

(3)增改防護(hù)環(huán)以增加轉(zhuǎn)子端部籠條整體緊固力，防止籠條斷后翹起刮壞定子絕緣，防護(hù)環(huán)可用磁性鋼環(huán)或環(huán)氧與玻璃絲布帶固定成型的環(huán)。

(4)將籠條鍍鉻加粗使籠條槽孔的間隙小于0.2 mm，減少縱向和軸向移動。(5)改變運(yùn)行方式，減少設(shè)備啟動次數(shù)。

圖3 改造后籠條端環(huán)結(jié)構(gòu)圖及指型彈性環(huán)平面圖

3.2 改進(jìn)工藝要求

如果籠條焊接工藝不良，籠條和端環(huán)焊接處更易于斷裂。經(jīng)過逐步改進(jìn)，得出如下結(jié)論：

(1)指型彈性環(huán)需采用機(jī)械強(qiáng)度高的紫銅制成；

(2)籠條與指型彈性環(huán)焊接，要求預(yù)熱300℃左右，用45%以上銀焊條焊接，以減少接觸電阻；

(3)要求彈性指板厚度大于5 mm，以保證焊接截面積，否則開焊時(shí)易在防護(hù)環(huán)處形成電弧，將防護(hù)環(huán)燒損；

(4)防護(hù)環(huán)采用磁性鋼環(huán)，工藝要標(biāo)準(zhǔn)，其寬度為20 mm，厚度為25 mm，穿籠條孔與外緣厚度不得低于1.0 mm且各孔應(yīng)均勻，否則在籠條開焊時(shí)易將其燒壞。4 轉(zhuǎn)子改造后的效果(1)逐步改進(jìn)后轉(zhuǎn)子斷條故障情況見表1。

(2)采用銅條指型彈性端環(huán)的轉(zhuǎn)子，既具有銅條轉(zhuǎn)子的高運(yùn)行性能，又具有鑄鋁轉(zhuǎn)子不斷條的優(yōu)點(diǎn)，其啟動電流小、時(shí)間短，降低定子繞組溫升并延長絕緣壽命。

(3)采用指型環(huán)后籠條可以自由伸縮，降低了啟動電機(jī)過程中籠條所受的熱應(yīng)力，遏制了籠條故障。

總之，電動機(jī)轉(zhuǎn) 子改為銅條指型彈性端環(huán)后，效果良好，極大地減輕了檢修工作人員的勞動強(qiáng)度，提高了設(shè)備的安全運(yùn)行水平。

第二篇：電動機(jī)的火災(zāi)原因及預(yù)防措施

電動機(jī)的火災(zāi)原因及預(yù)防措施

電動機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的電氣設(shè)備。在使用過程中，電動機(jī)也存在著火災(zāi)危險(xiǎn)性。所以研究電動機(jī)的火災(zāi)原因及其防范措施，是防火工作的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。

1電動機(jī)的火災(zāi)原因

電動機(jī)發(fā)生火災(zāi)的原因，主要是選型、使用不當(dāng)，或維修保養(yǎng)不良所造成的。有些電動機(jī)質(zhì)量差，內(nèi)部存在隱患，在運(yùn)行中極易發(fā)生故障，引起火災(zāi)。

1.1電動機(jī)過載負(fù)載超過電動機(jī)額定功率和電源電壓過低，電動機(jī)都會發(fā)生過載，過載必然會引起電動機(jī)繞組過熱，甚至燒毀電動機(jī)，或引燃周圍的可燃物，發(fā)生火災(zāi)。

1.2絕緣損壞如果電動機(jī)繞組導(dǎo)線絕緣損壞，會造成匝間或相間短路；如果繞阻與機(jī)殼間絕緣損壞，還會造成對地短路。短路產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)線有熔斷危險(xiǎn)或最終燒著引起火災(zāi)。

1.3接觸不良連接線圈的各個(gè)接點(diǎn)或引出線接點(diǎn)如連接不牢；導(dǎo)線線端接觸不良；直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與換向器連接處脫焊，或更換新電刷后研磨不良，與滑環(huán)接觸不好，電刷碎裂等，都將形成大的接觸電阻，而發(fā)出火花或電弧，或損壞接點(diǎn)周圍導(dǎo)線的絕緣，或使電動機(jī)發(fā)生單相運(yùn)行燒毀電機(jī)等等，這都是導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的因素。

1.4電動機(jī)選用不當(dāng)選用的電動機(jī)如果沒有考慮到它的工作環(huán)境、功率、啟動、調(diào)速、機(jī)械特性，安裝等要求，電動機(jī)在運(yùn)行中會容易發(fā)生故障，引起火災(zāi)。

1.5單相運(yùn)行帶有負(fù)載的電動機(jī)發(fā)生單相運(yùn)行后，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，采取相應(yīng)措施，必然要燒毀電動機(jī)繞組，甚至起火。

1.6機(jī)械磨擦電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中最突出的磨擦是軸承磨擦，它會出現(xiàn)局部過熱使?jié)櫥兿∫绯鲚S承室，升溫更高，升到一定值會引燃周圍可燃物。有時(shí)軸承環(huán)體被碾碎而使轉(zhuǎn)軸被卡住，燒毀電動機(jī)引起火災(zāi)。此外，如果軸承磨損嚴(yán)重就會產(chǎn)生不同心和氣隙不均，使轉(zhuǎn)子和定子摩擦部位溫升可達(dá)1000℃以上，將定子、轉(zhuǎn)子絕緣破壞而短路，嚴(yán)重磨擦?xí)r，甚至產(chǎn)生火花。

1.7鐵損過大鐵損中的渦流損耗表現(xiàn)在鐵芯發(fā)熱上。如果鐵芯硅鋼片質(zhì)量、規(guī)格不符要求，或者片間絕緣強(qiáng)度過低，都會使渦流損耗過大而產(chǎn)生大量的熱。如果該電動機(jī)拖動負(fù)載后，必然會發(fā)生過載現(xiàn)象。

1.8接地裝置不良電動機(jī)繞組對機(jī)殼發(fā)生短路時(shí)，如無可靠的保護(hù)接地，那么機(jī)殼就帶電，如果機(jī)殼周圍堆有其它雜亂的易燃物質(zhì)，電流就會由機(jī)殼通過這些物質(zhì)流入大地，時(shí)間一長也會逐漸發(fā)熱，有引起火災(zāi)的可能。

1.9維護(hù)不好①維護(hù)不好，使灰塵、纖維和其它雜物堵塞了電動機(jī)的通風(fēng)槽，妨礙了散熱，結(jié)果使溫度升高而起火；②積聚污垢使軸承發(fā)熱膨脹，甚至軸承被卡住不能轉(zhuǎn)動，結(jié)果猶如加大負(fù)荷，使線圈電流大大增加，導(dǎo)致線圈發(fā)熱起火。

2電動機(jī)的火災(zāi)預(yù)防措施

電動機(jī)只要結(jié)構(gòu)、型式選擇得當(dāng)，安裝合理，裝有各種可行的保護(hù)裝置，并在運(yùn)行中加強(qiáng)責(zé)任制，嚴(yán)密監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，并加強(qiáng)對電動機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，則電機(jī)火災(zāi)事故是完全可以避免的。

2.1正確選擇電動機(jī)這是關(guān)系到能否安全而又經(jīng)濟(jì)使用電動機(jī)的首要問題。

2.1.1按照工作環(huán)境選定適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)形式。如：潮濕環(huán)境應(yīng)選用封閉式電動機(jī)；燃爆性氣體環(huán)境應(yīng)選用防爆型電動機(jī)等。環(huán)境因素還應(yīng)考慮防塵、防腐、溫度等情況。

2.1.2電動機(jī)的功率必然與生產(chǎn)機(jī)械載荷的大小及其持續(xù)和間斷的規(guī)律相適應(yīng)。電動機(jī)的功率應(yīng)稍大于生產(chǎn)機(jī)械的功率，選擇時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況，事先計(jì)算好所需電機(jī)的功率。選用電動機(jī)功率還應(yīng)考慮周圍環(huán)境溫度，此外還應(yīng)正確選擇配用導(dǎo)線。

2.1.3選用電機(jī)時(shí)，除要考慮環(huán)境和功率的要求之外，還要考慮到轉(zhuǎn)速、啟動、調(diào)速，機(jī)械特性、安裝的要求及其他要求。

2.2采用的起動方法要得當(dāng)

2.2.1鼠籠式電動機(jī)在電源或變壓器容量許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動；當(dāng)其功率大于變壓器容量的20%或其功率超過14KW時(shí)，應(yīng)采用降壓起動。

2.2.2繞線式轉(zhuǎn)子電動機(jī)起動時(shí)，在其轉(zhuǎn)子繞組的回路中接入變阻器。起動變阻器的起動，對于功率轉(zhuǎn)小的電動機(jī)，可采用一般三相變阻器或油浸起動變阻器；較大功率的電動機(jī)則采用水阻器。

2.3電動機(jī)的安裝應(yīng)符合防火要求

2.3.1電動機(jī)應(yīng)安裝在牢固的機(jī)座上，電動的基礎(chǔ)應(yīng)為非燃燒體。

2.3.2電動機(jī)機(jī)座的基礎(chǔ)外圍與建筑物或其他設(shè)備之間應(yīng)留出凈距不大于1m的通道；電動機(jī)與墻壁之間，或成列裝設(shè)的電動機(jī)，當(dāng)一側(cè)已有通道時(shí)，則另一側(cè)的凈距可不小于0.3m。電動機(jī)與低壓配電設(shè)備的裸露帶電部分的距離不得小于1m。

2.3.3電動機(jī)附近不準(zhǔn)堆放可燃物，地面不得有油漬、油棉紗；電動機(jī)起動設(shè)備附近不準(zhǔn)堆放雜物；電動機(jī)及聯(lián)動的機(jī)械至開關(guān)的通道應(yīng)經(jīng)常保護(hù)暢通。

2.3.4靠近電動機(jī)的一段電源線，必須用金屬軟管或塑料套管保護(hù)。軟管與電源線管連接處必須用夾頭軋牢、固定；另一端與電動機(jī)進(jìn)線盒連接處，也應(yīng)作固定支點(diǎn)。

2.3.5電動機(jī)與電源線管均應(yīng)有有效的保護(hù)接地。接地線應(yīng)固定在電動機(jī)的螺栓上。接地線的截面作為干線時(shí)，一般為電動機(jī)進(jìn)線的30%；但最大截面鋁芯不超過35mm，銅芯不超過25mm。如采用橡皮絕緣導(dǎo)線并作為支線時(shí)，最小截面鋁芯為4mm，銅芯為2.5mm。接地電阻不應(yīng)大于4Ω；但如供給這些電動機(jī)的變壓器或發(fā)電機(jī)的容量在100KVA以下時(shí)，則允許在10Ω以下。嚴(yán)禁用鐵釬插入地下作為保護(hù)接地。

第三篇：電動機(jī)引發(fā)火災(zāi)原因及預(yù)防措施

電動機(jī)引發(fā)火災(zāi)原因及預(yù)防措施

1.電動機(jī)引發(fā)火災(zāi)的原因

1.1 過載

1.1.1 由于機(jī)械荷載過重或電網(wǎng)的電壓過低，使電動機(jī)的出力降低，轉(zhuǎn)速減小，電流增大。

1.1.2 電動機(jī)軸承缺潤滑油或太臟，軸承損壞不易轉(zhuǎn)動而卡住轉(zhuǎn)子。

1.1.3 電動機(jī)拖動的機(jī)械被雜物卡住轉(zhuǎn)不動或皮帶過緊，使電流增大，線圈過熱導(dǎo)致火災(zāi)。

1.2 缺相

三相電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，電源回路有一相斷線時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，其余兩相電流將升高到正常工作電流的倍，引起線圈溫度升高或絕緣損壞，造成火災(zāi)。

1.3 短路

電動機(jī)的定子線圈發(fā)生單相匝間短路、單相接地短路或相間短路，都會使線圈局部過熱，絕緣損壞。在絕緣破損處，還可能由于對外殼放電而形成電弧和火花，引起絕緣層起火。

1.4 接觸不良

在電動機(jī)的接線端處，由于安裝不當(dāng)或接線松動，接觸電阻過大，產(chǎn)生高溫或火花，引起絕緣或附近可燃物燃燒。

1.5 散熱不良

電動機(jī)的維修保養(yǎng)不到位，通風(fēng)槽被粉塵或纖維物堵塞，以及風(fēng)葉損壞，不能起到散熱作用，使線圈過熱，引發(fā)火災(zāi)。

另外，電動機(jī)質(zhì)量差，安裝場所通風(fēng)不良等，也同樣會引發(fā)火災(zāi)事故。

2.電動機(jī)引發(fā)火災(zāi)的預(yù)防措施

2.1 安裝電動機(jī)要符合防火安全要求。在潮濕、多灰塵的場所，應(yīng)選用封閉型電動機(jī)。在比較干燥、清潔的場所，可選用防護(hù)型電動機(jī)，在易燃、易爆場所，應(yīng)采用防爆型電動機(jī)。

2.2 電動機(jī)應(yīng)安裝在非可燃性材料的基座上；電動機(jī)不允許安裝在可燃結(jié)構(gòu)內(nèi)；電動機(jī)與可燃物之間應(yīng)保持一定距離，周圍不得堆放雜物。

2.3 每臺電動機(jī)必須安裝獨(dú)立的操作開關(guān)和適當(dāng)?shù)臒崂^電器作為過負(fù)荷保護(hù)，電動機(jī)電源回路選用的熔絲應(yīng)適當(dāng)，過小容易熔斷而缺相，過大不能很好地起到保護(hù)作用；對容量較大的電動機(jī)，在三相電源線上宜安裝指示燈，當(dāng)發(fā)生一相斷電時(shí)，便于立即發(fā)現(xiàn)，防止缺相運(yùn)行。

2.4 電動機(jī)要經(jīng)常檢查保養(yǎng)，及時(shí)清掃保持清潔；潤滑系統(tǒng)要保持良好狀態(tài)；散熱用風(fēng)葉要完好；碳刷要完整。

第四篇：動車組轉(zhuǎn)向架故障原因及改進(jìn)方法

摘要

安全是鐵路運(yùn)輸?shù)挠篮阒黝}，客車安全又是鐵路安全的重中之重。旅客列車作為復(fù)雜系統(tǒng)集成，任何細(xì)小的故障隱患，都將可能造成無法估量的損失。本論文以 25K 型客車 CW-2 型轉(zhuǎn)向架的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，統(tǒng)計(jì)梳理了客車走行部的多種故障模式，綜合烏魯木齊車輛段的運(yùn)營線路、季節(jié)氣候、運(yùn)行里程以及維修水平等多方面因素，運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及相關(guān)性分析，確定出影響客車走行部故障主要的相關(guān)因素以及故障模式。合現(xiàn)場作業(yè)實(shí)際，本論文選取了客車走行部維修班組作為基于風(fēng)管理維修策略的實(shí)施對象。根據(jù)“管理規(guī)范化”的要求，融合崗位安全職責(zé)、基本作業(yè)過程、規(guī)章管理制度以及安全質(zhì)量控制措施等方面，修訂出符合現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)際的《檢車員崗位風(fēng)險(xiǎn)控制說明書》；根據(jù)“作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化”的要求，客車走行部故障模式、事故基本事件、安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、基本作業(yè)過程以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，修訂完善出具有操作性的《25K 型客車轉(zhuǎn)向架流程風(fēng)險(xiǎn)辨析指導(dǎo)書》。通過對基于 25K 型客車 CW-2 型轉(zhuǎn)向架故障統(tǒng)計(jì)以及因素相關(guān)性分析，運(yùn)用故障模式故障樹分析，基本事件的風(fēng)險(xiǎn)辨析、評估和層級防控，完善了分級管理、預(yù)警預(yù)控的客車維修策略，確保了現(xiàn)場安全作業(yè)管理的全面、準(zhǔn)確、有效，進(jìn)一步提高了客車維修水平。

關(guān)鍵詞:CRHIn型動車組;轉(zhuǎn)向架構(gòu)架;車軸齒輪箱;轉(zhuǎn)向架軸承

I

目 錄

摘要.............................................................................................................................I 第1章.緒論..................................................................................................................1

1.1轉(zhuǎn)向架的總體概括.........................................................................................1 1.2故障案例分析.................................................................................................1 1.3故障原因分析.................................................................................................2 第2章轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)....................................................................................................3

2.1轉(zhuǎn)向架由那些組成.........................................................................................3 2.2轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)圖.............................................................................................3 2.3輪對踏面壓到異物后的異響.........................................................................3 2.4管路泄露故障引發(fā)的異響.............................................................................3 2.5油壓減振器引發(fā)的異響.................................................................................3 2.6 自動車鉤偏移引發(fā)的異響............................................................................4 第3章.轉(zhuǎn)向架的作用..................................................................................................6

3.1轉(zhuǎn)向架的歷史.................................................................................................6

3.1.1準(zhǔn)高速客車型.....................................................................................6 3.1.2高速型.................................................................................................7 3.2轉(zhuǎn)向架的主要作用.........................................................................................7 第4章 轉(zhuǎn)向架的故障分析..........................................................................................9

4.1動車轉(zhuǎn)向架故障類型分析.............................................................................9 4.2動車組轉(zhuǎn)向架故障原因分析.......................................................................12 4.2.1部件設(shè)備漏油分析...........................................................................12 4.3制動裝置故障分析.......................................................................................12 4.4其他零部件的故障分析...............................................................................12 4.5動車組轉(zhuǎn)向架的故障模式、致命性分析(FMECA).....................................13 第5章.動車組轉(zhuǎn)向架軸承的檢測技術(shù)與處理........................................................14 5.1動車組轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷的基本內(nèi)容...................................................14 5.2動車組轉(zhuǎn)向架軸承故障監(jiān)測常用技術(shù).......................................................14 5.3機(jī)車車輛軸承故障機(jī)理分析.......................................................................16 5.3.1軸承故障的振動原因.......................................................................16 5.3.2動車組轉(zhuǎn)向架軸承缺陷產(chǎn)生的特征頻率........................................16 結(jié)束語..........................................................................................................................18 參考文獻(xiàn)：..................................................................................................................19

第1章.緒論

1.1轉(zhuǎn)向架的總體概括

轉(zhuǎn)向架是軌道車輛結(jié)構(gòu)中最為重要的部件之一，其主要作用如下： 1）轉(zhuǎn)向架是車輛的一個(gè)獨(dú)立部件，在轉(zhuǎn)向架于車體之間盡可能減少聯(lián)接件。2）支撐車體，承受并傳遞從車體至車輪之間或從輪軌至車體之間的各種載荷及作用力，并使軸重均勻分配。

3）轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)要便于彈簧減振裝置的安裝，使之具有良好的減振特性，以緩和車輛和線路之間的相互作用，減小振動和沖擊，減小動應(yīng)力，提高車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性。

4）充分利用輪軌之間的粘著，傳遞牽引力和制動力，放大制動缸所產(chǎn)生的制動力，使車輛具有良好的制動效果，以保證在規(guī)定的距離之內(nèi)停車。

5）車輛上采用轉(zhuǎn)向架是為增加車輛的載重、長度與容積、提高列車運(yùn)行速度，以滿足鐵路運(yùn)輸發(fā)展的需要；

1.2故障案例分析

動車組在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)有部分構(gòu)架組成制動吊座表面有損傷現(xiàn)象，損傷狀態(tài)主要呈現(xiàn)麻點(diǎn)狀損傷(片狀麻點(diǎn)，深度小于1 mm)、線性損傷1(長度貫穿吊座安裝面，寬度小于0.5 mm，深度約0.1 mm)、線性損傷2(長度小于10 mm，寬度約2 mm，深度小于0． 5mm)、面狀損傷(長度約10 mm，寬度約5 mm，深度小于0.5mm)四種現(xiàn)象，具體如圖1 ～ 4 所示。

圖1 麻點(diǎn)狀損傷 圖2 線性損傷1

圖3 線性損傷2 圖4 面狀損傷

2012年6月2日D6242次CRH1092A運(yùn)行途中隨車機(jī)械師發(fā)現(xiàn)05車A架異響，出動熱備車組替換CRH1092A回動車所后對05車A端轉(zhuǎn)向架進(jìn)行落輪檢查，落輪后手動旋轉(zhuǎn)05車2軸4位軸箱軸承時(shí)，可以聽到軸承內(nèi)部有異音。隨后對軸承進(jìn)行分解，內(nèi)圈和滾子組件油脂狀況：后擋側(cè)（A）保持架上有金屬。

圖5 后擋側(cè)（A）保持架

外圈滾道狀況 :A側(cè)外圈滾道面承載區(qū)有約90°范圍的剝離區(qū)（見圖 5）。外圈滾道狀態(tài) ：A側(cè)外圈滾道承載區(qū)下方約90°范圍剝離剝離區(qū)內(nèi)可見與滾子接觸形狀和間距對應(yīng)的原始剝離區(qū)域，非剝離有其它點(diǎn)狀異物壓痕，且非承載區(qū)較輕。由此可見該轉(zhuǎn)向架異響是由軸承外圈滾道剝離造成的。

1.3故障原因分析

通過匯總動車組轉(zhuǎn)向架在運(yùn)行中出現(xiàn)的異響故障，分析主要原因如下：（1）軸承內(nèi)部故障引發(fā)的異響中巡視發(fā)現(xiàn)（故障表現(xiàn)為動車組運(yùn)行達(dá)到一定速度后發(fā)出固定頻率的異響，通過隨車機(jī)械師途因福州動車段發(fā)現(xiàn)的軸承故障造成的異響均在故障初發(fā)階段，軸溫升高尚未達(dá)到報(bào)警界限，所以在監(jiān)控動車組狀態(tài)的 IDU 上未能發(fā)現(xiàn)該（故障），此故障較難發(fā)現(xiàn)，要在一定速度才會發(fā)出異響，需隨車機(jī)械師認(rèn)真甄別。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋篬1]軸承材質(zhì)問題；[2]熱處理不良；[3]局部外傷、銹蝕、偏載或過載；[4]材質(zhì)正常疲勞破壞。

（2）輪對踏面擦傷、剝離或局部凹入引發(fā)的異響故障表現(xiàn)為運(yùn)行過程中走行部發(fā)出固定頻率的響聲，并引起車輛振動。運(yùn)行速度越快，響聲頻率越高；擦傷、剝離長度越長，響聲越大。這類故障較易發(fā)現(xiàn)。踏面擦傷是動車運(yùn)行中制動力過大、抱閘過緊，車輪在鋼軌上滑行，踏面局部被磨成平面。

第2章轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)

2.1轉(zhuǎn)向架由那些組成

轉(zhuǎn)向架的附屬裝置，輪對電機(jī)組裝，構(gòu)架，一系彈簧懸掛裝置，二系彈簧懸掛置牽引裝置，電機(jī)懸掛裝置基礎(chǔ)制動裝置，手制動裝置和砂箱等組成。

2.2轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)圖

圖2 2.3輪對踏面壓到異物后的異響

故障表現(xiàn)為某一轉(zhuǎn)向架輪對踏面壓到鋼上的異物后發(fā)出一聲巨響，因堅(jiān)硬異物造成輪對踏面局部凹入而發(fā)出固定頻率的異響。

2.4管路泄露故障引發(fā)的異響

故障表現(xiàn)為車輛下部發(fā)出尖嘯聲，漏泄量大可通過 IDU 所報(bào)故障信息進(jìn)行判斷，漏量小可通過隨車機(jī)械師途中巡視或地勤機(jī)械師入庫檢查作業(yè)發(fā)現(xiàn)。其主要原因?yàn)檐嚱M經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行震動或運(yùn)行途中管路遭異物擊打，使管路連接處出現(xiàn)松動、變形，導(dǎo)致管路中的壓力空氣漏泄發(fā)出異響。

2.5油壓減振器引發(fā)的異響

其主要原因?yàn)檐嚱M在轉(zhuǎn)彎時(shí)車體兩邊出現(xiàn)高度差情況下（特別是左右空氣彈簧壓力差超過 20kpa 以上時(shí)），造成油壓減振器的偏磨（主要為二系橫向）而發(fā)出異響，此為正常現(xiàn)象。如油壓減振器發(fā)生嚴(yán)重偏磨或漏油則屬于故障。

2.6 自動車鉤偏移引發(fā)的異響

在動車組運(yùn)行中，通過曲線時(shí)自動車鉤支架左右彈簧位置發(fā)生偏移，導(dǎo)致晃動產(chǎn)生共所發(fā)出間斷的敲擊聲，此為正?，F(xiàn)象。（1）車鉤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

車鉤的連掛間隙小；車鉤具有聯(lián)鎖和防脫功能；鉤舌銷不受力；耐磨性；良好的防跳性能；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高；自動對中功能。(2)車鉤的結(jié)構(gòu)圖見圖3

圖3 4

（3）原送料皮帶存在的問題

在用戶使用過程中，發(fā)現(xiàn)送料機(jī)構(gòu)問題不少。由于每邊采用(根3帶，兩邊共有6根，換帶時(shí)間長6雖然皮帶的型號是一樣的，但張緊后，還是有緊有松，影響正常送料。如果下面或中間的一根帶斷了，更換起來特別費(fèi)勁6而且換了一根新的，松緊程度又不同了；特別是由于采用A型帶,6帶露在帶輪外面的高度最多只能有5mm（如露在外面的部分多，帶輪的軸線是在豎直方向，即帶是在垂直方向工作，這樣帶很容易從帶輪上滑落），皮帶用不了10天就得更換6造成生產(chǎn)線停頓，經(jīng)濟(jì)損失大，用戶的意見非常大。（4）新型送料皮帶的優(yōu)點(diǎn)

為了改變這種狀況，對送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改造。去掉原來的3帶，重新設(shè)計(jì)了一種新式帶。因?yàn)檫@種帶的內(nèi)面帶有凸起的糟形，使得帶在垂直位置工作時(shí)，靠凸起的槽形定位，不會改變位置，而向下掉，相應(yīng)的帶輪也改成中間有一槽。配合情況這種帶實(shí)際上是由平帶和 3 帶組合而成。采用這種皮帶后，調(diào)整帶的張緊力非常方便，也不會出現(xiàn)松緊的現(xiàn)象。送料過程中也不會出現(xiàn)停頓，更換也非常方便。更為重要的是，這種帶的厚度增加（相對平皮帶來說），帶的壽命大大增加。5

第3章.轉(zhuǎn)向架的作用

3.1轉(zhuǎn)向架的歷史

20世紀(jì)50年這個(gè)時(shí)期，我國首次自行設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向架，主要型號有101、102、103型，是21型客車使用的導(dǎo)框式轉(zhuǎn)向架，構(gòu)造速度是100km/h，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，笨重，運(yùn)行性能差，現(xiàn)已淘汰!70年代，四方廠研制了U型結(jié)構(gòu)的206型轉(zhuǎn)向架，浦鎮(zhèn)廠研制了H型構(gòu)架的209轉(zhuǎn)向架。206型轉(zhuǎn)向架采用側(cè)部中梁下凹的U型構(gòu)架，干摩擦導(dǎo)柱式軸箱定位裝置，帶橫向拉桿的小搖動臺式搖枕彈簧懸掛裝置，雙片吊環(huán)式單節(jié)長搖枕吊桿外側(cè)懸掛以及吊掛式閘瓦基礎(chǔ)制動裝置等，結(jié)構(gòu)可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，磨損少，檢修方便，1993年開始在中央懸掛部分加裝橫向油壓減振器，加裝兩端具有彈性節(jié)點(diǎn)的縱向牽引拉桿，形成206G型轉(zhuǎn)向架，后加裝盤型制動裝置，形成206P型轉(zhuǎn)向架。

209轉(zhuǎn)向架是浦鎮(zhèn)廠在205轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上研制的，于1975年開始批量生產(chǎn)。它采用H型構(gòu)架，導(dǎo)柱式軸箱定位裝置，搖動臺式搖枕彈簧懸掛裝置，長吊桿，構(gòu)架外側(cè)懸掛，兩高圓彈簧，搖枕彈簧帶油壓減振器，吊掛式閘瓦基礎(chǔ)制動裝置等。1980年后，又生產(chǎn)了具有彈性定位套的軸箱定位結(jié)構(gòu)和牽引拉桿裝置的209T轉(zhuǎn)向架。在此基礎(chǔ)上，還生產(chǎn)了采用盤型制動的209P轉(zhuǎn)向架。

在209T轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上，浦鎮(zhèn)廠又開發(fā)了供雙層客車使用的209PK轉(zhuǎn)向架，其構(gòu)造速度為160km/h。主要有以下方面的改進(jìn)：采用盤型制動和單元制動缸，取消踏面制動；設(shè)空重調(diào)整閥；采用空氣彈簧和高度調(diào)整閥；安裝抗側(cè)滾扭桿；保留了搖動臺結(jié)構(gòu)。209PK 轉(zhuǎn)向架（P 代表盤型制動，K 代表空氣彈簧）在這段時(shí)期內(nèi)，我國還制造了少量用于公務(wù)車的三軸轉(zhuǎn)向架，在原德意志民主共和國進(jìn)口的軟座，軟臥車上采用了 211 等型號的轉(zhuǎn)向架。

3.1.1準(zhǔn)高速客車型

1994 年，四方廠、長客廠、浦鎮(zhèn)廠相繼研制出了 206WP、206KP、CW-2、209HS 轉(zhuǎn)向架，在廣深線動力學(xué)試驗(yàn)中最高時(shí)速達(dá)到了 174km/h，這些轉(zhuǎn)向架的研制成功，標(biāo)志著我國客車轉(zhuǎn)向架技術(shù)上了一個(gè)新臺階。

206KP、206WP 轉(zhuǎn)向架是四方廠為廣深線準(zhǔn)高速客車和發(fā)電車設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向架，二者除中央懸掛部分和構(gòu)架側(cè)梁全旁承支重；中央懸掛為有搖動臺結(jié)構(gòu)；設(shè)帶橡

膠套的中心銷軸牽引拉桿橫向擋，橫向拉桿，橫向油壓減振器，抗側(cè)滾扭桿；軸箱懸掛系統(tǒng)設(shè)垂直油壓減振器；基礎(chǔ)制動裝置為單元盤型制動，設(shè)電子防滑器；廣泛采用橡膠元件，改善隔振、隔音性能，減小磨耗。

3.1.2高速型

1998 年起，各工廠相繼推出了自己的高速轉(zhuǎn)向架，例如浦鎮(zhèn)廠的PW-200轉(zhuǎn)向架，長客廠的CW-200轉(zhuǎn)向架，四方廠的SW-200、SW-220K轉(zhuǎn)向架等。PW-200轉(zhuǎn)向架（PW代表PuzhenWork）是在209HS轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上重新研制的，它優(yōu)化了一系和二系懸掛參數(shù)；采用了無磨耗的橡膠堆軸箱彈性定位裝置；采用高速輕型輪對；軸頸中心距改為2000mm ；更換軸箱減振器安裝位置；裝用帶可調(diào)阻尼和彈性支承的空氣彈簧，采用兩端為球鉸的縱向拉桿；裝用新型盤軸式基礎(chǔ)制動裝置；優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

SW-200 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)與 SW-160 轉(zhuǎn)向架基本相同，其改進(jìn)如下：優(yōu)化了一系、二系懸掛系數(shù)；采用軸盤式基礎(chǔ)制動裝置，適用于200km/h的高速列車。該轉(zhuǎn)向架在1998年6月的鄭武線動力學(xué)試驗(yàn)中最高時(shí)速達(dá)到了240km/h。在這一階段，長客廠生產(chǎn)了我國第一臺 CW-200 型無搖枕轉(zhuǎn)向架。其構(gòu)架采用4塊鋼板拼焊，橫梁采用無縫鋼管，與側(cè)梁連通作為附加空氣室，中央懸掛。

3.2轉(zhuǎn)向架的主要作用

轉(zhuǎn)向架是承載車體重量和傳遞走行動力的導(dǎo)向部件，是大型養(yǎng)路機(jī)械的重要組成部分，其主要作用如下：

1）承載車體重量轉(zhuǎn)向架作為一個(gè)獨(dú)立的走行裝置，它直接支撐車體，承受和傳遞車架以上各部分（車體，車架，動力傳遞裝置及作業(yè)裝置等）的重量。2）傳遞走行動力把輪軌接觸處產(chǎn)生的輪軸牽引力，以及通過曲線時(shí)輪軌之間的橫向作用力傳至轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，經(jīng)過減震環(huán)節(jié)再傳向車體，同時(shí)，轉(zhuǎn)向架引導(dǎo)車輛在線路上運(yùn)行。

3）曲線通過轉(zhuǎn)向架可相對車體回轉(zhuǎn)，其固定軸距也較小，故能使車輛順利通過半徑較小的曲線，并大大減少車輛的運(yùn)行阻力。

4）提高車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)要便于彈簧減振裝置的安裝，使之具有良好的減振特性，以緩和車輛和線路之間的相互作用，減小振動和沖擊，使車體在各振動方向上的位移量減小，提高車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性。

5）保證必要的粘著力和制動力，充分利用輪軌之間的粘著，傳遞牽引力和

制動力，放大制動缸所產(chǎn)生的制動力，使車輛具有良好的制動效果，以保證在規(guī)定的距離之內(nèi)停車。

6）便于檢修，轉(zhuǎn)向架是車輛的一個(gè)獨(dú)立部件，在轉(zhuǎn)向架于車體之間盡可能減少聯(lián)接件。易于從車輛底架下推進(jìn)，推出，便于檢修，有利于勞動條件的改善和檢修質(zhì)量的提高。

7）轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)要求，轉(zhuǎn)向架是大型養(yǎng)路機(jī)械的主要組成部分之一，它用來傳遞車輛的各種載荷，并利用輪軌間的粘著作用保證牽引力的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)性能的好壞，直接影響大型路養(yǎng)機(jī)械的牽引能力、運(yùn)行品質(zhì)、輪軌磨耗和運(yùn)行安全。

第4章 轉(zhuǎn)向架的故障分析

4.1動車轉(zhuǎn)向架故障類型分析

在分析產(chǎn)品故障時(shí)，一 般是從產(chǎn)品故障的現(xiàn)象入手，通過故障現(xiàn)象（故障模式）找出原因和故障機(jī)理。對機(jī)械產(chǎn)品而言，故障模式的識別是進(jìn)行故障分析的基礎(chǔ)之一。

由于故障分析的目的是采取措施、糾正故障，因此在進(jìn)行故障分析時(shí)，需要在調(diào)查、了解產(chǎn)品發(fā)生故障現(xiàn)場所記錄的系統(tǒng)或分系統(tǒng)故障模式的基礎(chǔ)上，通過分析、試驗(yàn)逐步追查到組件、部件或零件級（如螺母）的故障模式，并找出故障產(chǎn)生的機(jī)理。

故障的表現(xiàn)形式，更確切地說，故障模式一般是對產(chǎn)品所發(fā)生的、能被觀察或測量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范描述。

故障模式一般按發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象來描述。由于受現(xiàn)場條件的限制，觀察到或測量到的故障現(xiàn)象可能是系統(tǒng)的，如制動系統(tǒng)不能制動；也可能是某一部件，如傳動箱有異常響聲；也可能就是某一具體的零件，如油管破裂等。因此，針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同層次，其故障模式有互為因果的關(guān)系。

故障模式不僅是故障原因分析的依據(jù)，也是產(chǎn)品研制過程中進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。如在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，要對組成系統(tǒng)的各部分、組件潛在的各種故障模式對系統(tǒng)功能的影響及產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行故障模式、影響及危害性分析，以確定各種故障模式的嚴(yán)酷度等級和危害度，提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施。因此將故障的現(xiàn)象用規(guī)范的詞句進(jìn)行描述是故障分析工作中不可缺少的基礎(chǔ)工作。

依據(jù)某檢修部門幾年內(nèi)積累的故障數(shù)據(jù)；故障數(shù)據(jù)中的列車號主要是從002A到190A；車輛編號是從1車廂到8車廂；二級系統(tǒng)包括車體系統(tǒng)、車外系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、給水衛(wèi)生系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)7大系統(tǒng)；各系統(tǒng)的故障百分比如表1所示。

由表1可知轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)在整個(gè)動車組系統(tǒng)中故障頻率所占有效百分比達(dá)20％以上。根據(jù)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能，將轉(zhuǎn)向架劃分為懸掛裝置、架構(gòu)組成。輪對軸箱定位裝置、排障裝置、驅(qū)動裝置、制動裝置、轉(zhuǎn)向架配管及配線等。

表1 二級系統(tǒng)頻率分布的輸出結(jié)果

制動夾鉗安裝槽底部的加工刀痕是新造時(shí)遺留的質(zhì)量問題，在制動夾鉗檢修工藝文件中并未規(guī)定該部位細(xì)化的檢修要求。據(jù)此完善制動夾鉗檢修工藝文件，增加了安裝槽底部檢查及打磨工藝要求，在檢修過程中須檢查制動夾鉗安裝槽底部是否存在異物及是否有明顯的接刀痕跡的施工工序。對于安裝槽底部有異物的，須打磨清除;對于安裝槽底部存在明顯加工刀痕的，使用細(xì)砂紙打磨消除刀痕，保證安裝槽底部的平面度。同時(shí)要求將檢修過程出現(xiàn)的問題在后續(xù)新造產(chǎn)品中須做好產(chǎn)品質(zhì)量控制，即對于新造產(chǎn)品也增加了底部平面度檢查工序，確保后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量，這樣就可杜絕出現(xiàn)損傷現(xiàn)象。在完善制動夾鉗檢修工藝的前提下增加了制動夾鉗底部安裝面的防護(hù)工藝。要求制動夾鉗在運(yùn)輸過程中需對底部安裝槽進(jìn)行合理防護(hù)，以防止安裝槽底部受到磕碰或沾染異物而影響組裝質(zhì)量。

依據(jù)某機(jī)車車輛股份有限公司采集積累的大量使用維護(hù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了分類處理，得到動車組轉(zhuǎn)向架的故障部位和故障類型表，如表２所示。

0

表2 轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)故障模式統(tǒng)計(jì)表

從表２中明顯看出，轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)總共有42個(gè)故障模式，制動裝置包括輪對等故障達(dá)到30條，占26.78％，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)與制動裝置相關(guān)部件的管理維修和保養(yǎng)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，杜絕事故。1 4.2動車組轉(zhuǎn)向架故障原因分析 4.2.1部件設(shè)備漏油分析

通過表２分析可知零部件設(shè)備漏油在轉(zhuǎn)向架故障中較為常見，可以占到總故障數(shù)的25％。通過對設(shè)備運(yùn)行的觀察發(fā)現(xiàn)可能故障原因是

（１）動車在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在相對封閉的機(jī)械箱里，機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生大量的熱量。動車組在全日制工作時(shí)，箱內(nèi)溫度逐漸升高，箱內(nèi)壓力也會逐漸增大．油液在箱內(nèi)壓力作用下從密封間隙處滲出。

（２）設(shè)計(jì)不合理；制造質(zhì)量不良；使用維護(hù)不當(dāng)，檢查不及時(shí)。設(shè)備上的某些靜、動配合面缺少密封裝置，或采用的密封方案不合適；設(shè)備上的某些潤滑系統(tǒng)只有給油路，而沒有回油路，使油壓越來越大，造成泄漏。

4.3制動裝置故障分析

動車組制動裝置故障在轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)故障中占到最大的比例，達(dá)到了26％以上。動車組轉(zhuǎn)向架制動裝置采用空液轉(zhuǎn)換液壓制動方式。制動裝置故障不僅會造成動車組途中晚點(diǎn)，而且如處理不當(dāng)會導(dǎo)致動車組發(fā)生事故，嚴(yán)重影響運(yùn)輸秩序，威脅乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全。

制動系統(tǒng)的常見故障包括了制動控制裝置傳輸不良、制動控制裝置故障、制動控制裝置速度發(fā)電機(jī)斷線、制動力不足、制動不緩解、監(jiān)控顯示器顯示抱死、列車緊急制動不能復(fù)位、監(jiān)控器等控制設(shè)備無電等。制動控制裝置傳輸不良時(shí)，制動時(shí)會檢測制動力不足。傳輸不良主要是光連接器的連接插頭松動、接觸不良，終端裝置接口卡板故障。當(dāng)制動控制裝置速度發(fā)電機(jī)斷線時(shí)，車輛將無法進(jìn)行滑行控制。制動力不足時(shí)，可能是UB－TRTD繼電器故障、電路故障、制動管系泄漏、EP閥故障、檢測傳感器故障、BCU故障等。但出現(xiàn)制動抱死故障顯示時(shí)，可能是由速度傳感器斷 線、PCIS防滑閥故障、CI與BCU信息傳輸故障導(dǎo)致再生制動與空氣制動同時(shí)發(fā)生、BCU內(nèi)部滑行、抱死檢測控制錯(cuò)誤顯示制動系統(tǒng)故障等造成的。

4.4其他零部件的故障分析

輪對組成故障損傷，因其裸露車體外，且直接與地面鋼軌接觸，運(yùn)行狀況復(fù)雜，且輪對組成乃轉(zhuǎn)向架的重要部件，如有故障易造成嚴(yán)重的事故。其次空氣彈簧故障因其材質(zhì)特殊為橡膠所制，較易被劃傷，若運(yùn)行時(shí)間長易造成空氣彈簧的故障。其次還有橫向減振器和抗蛇行減振器，這兩者均為油壓減振器，易造成漏 1 2 油故障，從而降低減振效果。制動夾鉗的長時(shí)間使用及檢修維護(hù)不當(dāng)，使制動裝置易出現(xiàn)故障。

4.5動車組轉(zhuǎn)向架的故障模式、致命性分析(FMECA)

經(jīng)過前面的分析，基本了解了動車組轉(zhuǎn)向架的故障模式和發(fā)生原因，但是仍不清楚每種失效模式對轉(zhuǎn)向架功能所造成的致命度的大小，所以需要對轉(zhuǎn)向架進(jìn)行FMECA分析[5-7]，以便掌握其可靠性薄弱環(huán)節(jié)，為可靠性評估與提高可靠度提供科學(xué)依據(jù)

部件ｉ以失效模式ｊ 發(fā)生失效時(shí)，該零部件的致命度為：

CRij ＝α

ijβijλ

i

ij是部件式中aij是部件i以失效模式ｊ而引起部件的失效模式概率；βi以失效模式j(luò)發(fā)生失效造成部件損傷的概率。國標(biāo)草案中將此稱為喪失功能的條件概率。其值為１，表示肯定發(fā)生損傷；0.5表示可能發(fā)生損傷；0.1表示很少可能發(fā)生損傷；０表示無影響。λi是部件i成為基本失效件的故障率采用平均故障率。

通過上面的分析，可以看到在轉(zhuǎn)向架的各個(gè)主要部件中輪對部件的部位致命度最大，主要是因?yàn)檩唽Τ惺芰塑囕v與線路間相互作用的全部載荷及沖擊，且直接與地面鋼軌接觸。其次是制動卡鉗（動車）、空氣彈簧和軸箱體，它們將是影響轉(zhuǎn)向架可靠性的關(guān)鍵部件。另外，橫向減振器部件的致命度也不小，雖然抗蛇行減振器的故障致命度并不很大，但它是使動車組在行駛時(shí)具有良好的平穩(wěn)性、舒適度和安全性的保證，列車在高速行駛中易發(fā)生轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動，所以也應(yīng)該加以重視。具體到故障模式致命度來看輪緣擦傷、橫向減振器漏油、制動夾鉗漏油、空氣彈簧破損、橡膠墊破損等，是重點(diǎn)針對的對象，對此可以采取以下措施：

（１）對于輪緣擦傷、橫向減振器漏油、制動夾鉗漏油、空氣彈簧破損、橡膠墊破損、磨損、彈簧斷裂、彈力不足等故障，要加強(qiáng)車輛行駛前、行駛后檢查，必要時(shí)采取無損檢測或磁力探傷，如發(fā)現(xiàn)部件有微小裂紋，應(yīng)及時(shí)更換防止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，磨損加劇等。同時(shí)建議使用抗拉壓、抗剪切、抗扭轉(zhuǎn)、耐磨損的材料來制造，合理改進(jìn)制造工藝過程，提高部件的質(zhì)量和使用壽命。

（2）動車組維修部門維護(hù)轉(zhuǎn)向架時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照維修手冊規(guī)定進(jìn)行，并對致命度大的部件和模式加以重視。

第5章.動車組轉(zhuǎn)向架軸承的檢測技術(shù)與處理

5.1動車組轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷的基本內(nèi)容

動車組轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷與監(jiān)測是通過軸承的劣化損傷以及性能狀態(tài)參數(shù),來判斷和預(yù)測其可靠性和使用性,對異常情況的部位!原因和危險(xiǎn)程度進(jìn)行識別和診斷,及時(shí)的可靠的反映故障,防止事故的發(fā)生,保證整個(gè)動車組運(yùn)行正?！翱偟膩碚f,動車組轉(zhuǎn)向架故障診斷的內(nèi)容是:狀態(tài)的監(jiān)測,故障診斷和正確指導(dǎo)軸承的管理與維修三部分。

1.狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)監(jiān)測就是要采用各種方法掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),如檢測!測量!分析和判別等”還需要結(jié)合系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及經(jīng)驗(yàn),考慮環(huán)境和突發(fā)因素,準(zhǔn)確判斷軸承狀態(tài),當(dāng)其出現(xiàn)異常時(shí),發(fā)出警報(bào),提醒相關(guān)人員采取及時(shí)的措施“系統(tǒng)要具有顯示和記錄其狀態(tài)的功能,為設(shè)備的故障分析和可靠性分析提供信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”

2.故障診斷故障診斷技術(shù)的實(shí)質(zhì)是:根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所獲得的信息與數(shù)據(jù),結(jié)合滾動軸承的運(yùn)行歷史!結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)條件,對滾動軸承的各種不同類型的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)和分析,并確定其性質(zhì)!類型!原因!部位!嚴(yán)重程度!性能趨勢和后果“

3.指導(dǎo)軸承的管理維修根據(jù)診斷結(jié)果,決定設(shè)備的維修方式和維修周期”避免/過剩維修0,防止因不必要的拆卸使設(shè)備精度降低,延長設(shè)備壽命;減少維修時(shí)間,提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益;減少和避免重大事故發(fā)生,故不僅能獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益,而且能獲得很好的社會效益“ 5.2動車組轉(zhuǎn)向架軸承故障監(jiān)測常用技術(shù)

機(jī)械故障診斷技術(shù)發(fā)展幾十年來,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,成為各國研究的熱點(diǎn)，從診斷技術(shù)的各分支技術(shù)來看,美國占領(lǐng)先地位”美國的一些公司,如Bently,HP等,他們的監(jiān)測產(chǎn)品基本上代表了當(dāng)今診斷技術(shù)的最高水平“發(fā)展至今,動車組轉(zhuǎn)向架軸承故障監(jiān)測的常用技術(shù)主要有:振動診斷技術(shù),溫度診斷技術(shù),油樣分析技術(shù),油膜電阻診斷技術(shù),聲發(fā)射診斷技術(shù)等”下面簡要介紹這些方法“1.振動診斷技術(shù)振動診斷技術(shù)是應(yīng)用最早的!使用范圍最廣的故障監(jiān)測診斷技術(shù)”運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生振動的原因是:表面的接觸摩擦和旋轉(zhuǎn)部件的不平衡等“進(jìn)一步的研究表明:振動的強(qiáng)弱及其包含的主要頻率成份和故障類型!部位和原因等有著密切的聯(lián)系。本論文就是采用振動診斷技術(shù)是通過安裝在軸承座和箱體上的壓電式傳感器采集軸承的振動信號,并采用有效的方法對其進(jìn)行分析和處理，振動分析法具有: 4 1.對各種類型工況的軸承適用;對早期輕微故障診斷有效;信號采集方便，分析簡單，直觀;診斷結(jié)果可信度高,在實(shí)際中得到了極為廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際診斷中,傳感器采集振動信號中不僅反映軸承本身的工作情況,還包含了動車組中其他運(yùn)動部件和結(jié)構(gòu)的干擾噪聲，在動車運(yùn)行中,有輕微的局部故障的滾動軸承的振動信號成分往往會被干擾信號淹沒,很難被分離與識別,對軸承的工況和故障的診斷會有一定的影響，因此,軸承振動診斷技術(shù)的關(guān)鍵是采用先進(jìn)合理的振動診斷分析處理技術(shù)來抑制干擾信號，提取故障特征信息，有效地及時(shí)地發(fā)現(xiàn)軸承故障。

2.溫度監(jiān)測技術(shù)溫度監(jiān)測是通過測量運(yùn)行中滾動軸承的溫度來監(jiān)測其工作狀態(tài)是否正常的方法，溫度監(jiān)測法是一種常規(guī)!操作簡單的故障診斷技術(shù),軸承的溫度對軸承的磨損程度和燒傷較為敏感,其應(yīng)用在一定程度上能較好的反映軸承運(yùn)行故障,提高了故障檢測效率和增加了行車可靠性，但這種方法的缺點(diǎn)是:只有當(dāng)軸承故障累積到相當(dāng)嚴(yán)重的程度后,也就是軸承故障的晚期癥狀,溫度才有明顯的變化，而軸承出現(xiàn)早期故障如點(diǎn)蝕!剝落和輕微磨損時(shí),溫度監(jiān)測無法發(fā)現(xiàn)”由于摩擦產(chǎn)生的熱量與相對速度的平方成正比,車輛速度與切軸時(shí)間成反比,因此,溫度監(jiān)測逐漸成為滾動軸承的輔助監(jiān)測技術(shù),降低風(fēng)險(xiǎn)。

3.油樣分析技術(shù)磨損斷裂腐蝕和潤滑不當(dāng)是動車組轉(zhuǎn)向架軸承失效的方式,其中潤滑不當(dāng)占主要部分，由于軸承在運(yùn)行過程中是用油潤滑或油冷卻,零部件磨損等原因產(chǎn)生微小顆粒必然會帶入到循環(huán)油液中，對軸承所使用的潤滑油進(jìn)行常規(guī)理化分析,或?qū)ζ渲械慕饘兕w粒進(jìn)行鐵譜分析!顆粒計(jì)數(shù)等分析以及根據(jù)其形狀和尺寸來判斷軸承故障,就是油樣分析技術(shù)，它能發(fā)現(xiàn)軸承的早期疲勞失效,可作磨損機(jī)理研究等特點(diǎn),但是,這種方法易受其它外界因素的影響,一般用于離線監(jiān)測,這樣會導(dǎo)致信息可能不全面,還得依靠人力來管理,所以,這種方法具有很大的局限性

4.油膜電阻診斷技術(shù)動車組轉(zhuǎn)向架軸承在旋轉(zhuǎn)過程中,如果潤滑良好,滾道和滾動體之間會有一層良好的油膜,由于油膜的作用,內(nèi)圈與外圈之間有很大的電阻,達(dá)到兆歐姆以上;當(dāng)油膜遭到破壞時(shí),其電阻的值就會降低,甚至接近0歐姆，故電阻越大,油膜就越厚,摩擦就小,屬于正常運(yùn)行狀態(tài);若電阻很小時(shí),油膜就比較薄,軸承摩擦大,屬異常運(yùn)行狀態(tài)，我們可以通過測量軸承內(nèi)外圈的電阻, 1 5 對滾動軸承磨損腐蝕等異常進(jìn)行判斷,但對表面剝落壓痕裂紋等異常診斷效果差,其特點(diǎn)是適用于旋轉(zhuǎn)軸外露的場合,對不同的工況條件可使用同一評判標(biāo)準(zhǔn)。

5.聲發(fā)射診斷技術(shù)聲發(fā)射(AcousticEmiSSion簡稱AE)是指物體在受到形變或外界作用時(shí),因迅速釋放彈性能量而產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力波的一種物理現(xiàn)象發(fā)射檢測是一種動態(tài)無損檢測方法,即:使構(gòu)件或材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu),缺陷或潛在缺陷處在運(yùn)動變化的過程中進(jìn)行無損檢測發(fā)射信號來自缺陷本身,對被檢件的接近要求也不高,可以利用發(fā)射診斷技術(shù)長期監(jiān)測軸承的運(yùn)行狀態(tài)與安全性發(fā)射檢測到的是一些電信號,根據(jù)這些電信號來解釋結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷變化往往比較復(fù)雜,需要豐富的知識和其他試驗(yàn)手段的配合，另一方面,聲發(fā)射檢測環(huán)境常常有強(qiáng)的噪聲干涉,雖然聲發(fā)射技術(shù)中己有多種排除噪聲的方法,但在某些情況下還會使聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用受到限制。

5.3機(jī)車車輛軸承故障機(jī)理分析 5.3.1軸承故障的振動原因

動車組轉(zhuǎn)向架一般是內(nèi)圈與動車的傳動軸的軸頂過盈配合連接,工作時(shí)隨軸一起轉(zhuǎn)動;而外圈安裝在軸承座或箱體上,工作時(shí)是固定或相對固定“由于內(nèi)圈與傳動軸連接,外圈又安裝在軸承座或軸箱上,這樣在動車組的運(yùn)行過程中,對軸承和軸承座或箱體組成的振動系統(tǒng)產(chǎn)生激勵,使該系統(tǒng)振動”引起軸承振動的原因除了外部激勵因素(傳動軸上其它零部件的運(yùn)動和力的作用等)之外,如圖 3-1所示。

5.3.2動車組轉(zhuǎn)向架軸承缺陷產(chǎn)生的特征頻率

當(dāng)滾動體和滾道接觸處遇到一個(gè)局部缺陷時(shí),就有一個(gè)沖擊信號產(chǎn)生缺陷在不同元件上,接觸點(diǎn)經(jīng)過缺陷的頻率是不相同的,這個(gè)頻率就稱為特征頻率,特征 6 頻率可以根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速!軸承零件的形狀和尺寸由軸承的簡單運(yùn)動關(guān)系分析得到如圖3一2所示，在外圈固定,內(nèi)圈與軸一起旋轉(zhuǎn)的情況下,假如內(nèi)圈滾道!外圈滾道或滾動體上有一處局部缺陷,則兩種金屬在缺陷處相接觸時(shí)的沖擊振動間隔頻率。1 7

結(jié)束語

踉踉蹌蹌的忙碌了半個(gè)月，我們的實(shí)習(xí)論文課題也終將告一段落，也基本達(dá)到預(yù)期的效果，心里也有一絲絲的成就感。但由于能力和時(shí)間的關(guān)系，總是覺得有很多不盡如人意的地方，本設(shè)計(jì)在何劍和曹楚君老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已經(jīng)完成。從課題選擇、方案設(shè)計(jì)到具體的設(shè)計(jì)和定稿，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲。在實(shí)訓(xùn)的這段時(shí)間，也始終感受著導(dǎo)師們的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，我受益匪淺，在此向何劍和曹楚君老師表示深深的感謝。

轉(zhuǎn)向架是動車組的走行部，而構(gòu)架組成作為轉(zhuǎn)向架的重要組成部分，其重要性尤為突出。一個(gè)小的產(chǎn)品缺陷也有可能引發(fā)大的產(chǎn)品質(zhì)量問題。車輛檢修過程不僅是產(chǎn)品功能恢復(fù)的過程，而且是車輛故障隱患排除的過程。所以對待修車要從問題的根源進(jìn)行分析并徹底解決，完全消除影響列車安全運(yùn)行的因素，為列車的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。1 8 參考文獻(xiàn)：

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第五篇：動車組系統(tǒng)故障原因及改進(jìn)方法資料

目 錄

第1章 緒 論...............................................................................................................................2 研究背景及意義.......................................................................................................................2 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀................................................................................................................3 1.2.1國內(nèi)外動車組可靠性研究現(xiàn)狀............................................................................3 1.2.2國內(nèi)外動車組預(yù)防維修周期研究現(xiàn)狀................................................................6 1.3文章結(jié)構(gòu)............................................................................................................................7 第2章動車組故障等級的劃分.......................................................................................................9 2.1動車組故障定義的建議....................................................................................................9 2.2層次分析法劃分動車組故障等級..................................................................................12 2.2.1層次分析法簡述..................................................................................................14 2.2.2故障等級劃分的基礎(chǔ)..........................................................................................15 2.2.3分析過程及分析結(jié)果..........................................................................................17 致謝................................................................................................................................................24 參考文獻(xiàn).........................................................................................................................................25

摘 要

動車組子系統(tǒng)的可靠性分析以及維修策略的優(yōu)化研究已成為保障動車組安全、高效運(yùn)營的關(guān)鍵課題。根據(jù)調(diào)研得到的動車組故障、維修數(shù)據(jù)，在總結(jié)和分析現(xiàn)有可靠性理論和模型的基礎(chǔ)上，主要對動車組故障等級的劃分、動車組子系統(tǒng)故障模式危害度分析、動車組子系統(tǒng)壽命分布的擬合、預(yù)防維修對動車組子系統(tǒng)可靠性的影響以及預(yù)防維修周期決策模型的優(yōu)化方面進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)果:(1)對現(xiàn)有故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用層次分析法，基于故障的影響等級、影響時(shí)間以及發(fā)生概率三個(gè)維度將動車組的故障分為四個(gè)等級。由于評價(jià)指標(biāo)都是針對故障本身，所以得出的結(jié)論對于分析故障、優(yōu)化維修策略等都有一定的指導(dǎo)意義。對某型動車組高壓牽引系統(tǒng)的故障模式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，提出了一種結(jié)合故障等級的故障模式危害度計(jì)算方法，計(jì)算得到此系統(tǒng)各種常見故障模式的危害度，并針對高危害度故障模式提出了相應(yīng)的處理措施，以提高易發(fā)高故障模式的部件的可靠性。

(2)推導(dǎo)出了基于維修條件下動車組的可靠度函數(shù)和平均失效前工作時(shí)間表達(dá)式;采用統(tǒng)計(jì)學(xué)與可靠性理論，擬合出某型動車組高壓牽引系統(tǒng)的基本壽命分布函數(shù)，并驗(yàn)證了其分布服從威布爾分布;將得到的壽命分布函數(shù)代入新建立的預(yù)防性維修條件下的可靠度函數(shù)模型進(jìn)行定性、定量的對比分析，得到了預(yù)防維修可以明顯增加此系統(tǒng)的運(yùn)用壽命并且可以減慢其可靠度下降速度的結(jié)論，同時(shí)，也驗(yàn)證了此系統(tǒng)現(xiàn)行的預(yù)防維修周期較為合理。

(3)建立了一種適用于以可用度最大為目標(biāo)的蒙特卡洛法制定預(yù)防維修周期的模型。在此基礎(chǔ)上，采用多目標(biāo)規(guī)劃方法對提出的模型進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)置綜合評價(jià)指標(biāo)，綜合考慮動車組在一個(gè)維修周期內(nèi)的可用度、經(jīng)濟(jì)性和可靠度，此模型以通過調(diào)節(jié)權(quán)重系數(shù)來改變計(jì)算過程中可用度、經(jīng)濟(jì)性和可靠度的優(yōu)先級，應(yīng)用范圍較廣。兩個(gè)模型以某型動車組高壓牽引系統(tǒng)作為算例分別進(jìn)行分析，得到了該子系統(tǒng)在相應(yīng)目標(biāo)下的預(yù)防維修周期。

關(guān)鍵詞:動車組;狀態(tài)監(jiān)測;故障數(shù)據(jù)挖掘;知識庫

第1章 緒 論

研究背景及意義

為了滿足人們口益增長的運(yùn)輸需求，鐵路列車的運(yùn)行速度逐步提高，密度也在不斷加大，鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)對列車運(yùn)行的可靠性要求越來越高。動車組列車是完成鐵路高速運(yùn)輸任務(wù)最重要的移動設(shè)備，其可靠性研究和維修策略的優(yōu)化是高速鐵路系統(tǒng)綜合保障工程中的重要組成部分，也是動車組安全、高效運(yùn)行的重要保障。

高速鐵路技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家鐵路技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。截至到2014年底，中國高速鐵路總運(yùn)營里程已超過一萬六千公里，全路動車組保有量已超過一千余列，分成5大系列14種子車型fl-Zl。為了滿足社會和國民經(jīng)濟(jì)對交通運(yùn)輸需求的口益增長，根據(jù)我國鐵路發(fā)展戰(zhàn)略確立了鐵路近期的發(fā)展規(guī)劃:在2020年以前，構(gòu)建以北京、上海、廣州和武漢為中心，部分省會城市為節(jié)點(diǎn)，輻射全國主要城市，逾幾萬公里的鐵路客運(yùn)專線網(wǎng)。屆時(shí)，將會有更多的cRH系列高速動車組投入使用。國產(chǎn)C動車組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其運(yùn)用、維修方式與傳統(tǒng)機(jī)車車輛有所不同，并且動車組開行密度大、運(yùn)營里程長、運(yùn)用環(huán)境復(fù)雜、檢修質(zhì)量要求高，所以動車組能否保證以高可靠度，安全、高效的運(yùn)行，成了鐵路部門科研工作者和技術(shù)人員所關(guān)注的最重要問題。

動車組運(yùn)行速度快、運(yùn)行圖編排密集，過長的停車時(shí)間會大大降低運(yùn)輸效率。動車組的故障可能會直接影響高速鐵路的運(yùn)行安全，造成運(yùn)輸中斷、線路阻塞，給國民經(jīng)濟(jì)造成較大損失。為此，提高動車組的可靠性是今后保障鐵路安全的一項(xiàng)重要工作。

本論文是在中國鐵道科學(xué)研究院行業(yè)服務(wù)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目《高速動車組故障規(guī)律分析及可靠性試驗(yàn)方案研究》的支持下開展研究的。通過對我國動車組的可靠性評估及維修技術(shù)的深入調(diào)研發(fā)現(xiàn):基于動車組實(shí)際運(yùn)行故障數(shù)據(jù)來探索動車組系統(tǒng)故障規(guī)律及評估可靠性的研究較少，而我國動車組維修策略也主要是借鑒國外的一些維修制度。我國動車組維修的技術(shù)政策是“在計(jì)劃預(yù)防修的前提下，逐步實(shí)施狀態(tài)修、換件修和主要零部件的專業(yè)化集中修”。計(jì)劃預(yù)防修符合先進(jìn)維 2 修理論思想，屬于預(yù)防性維修，也適用于我國鐵路維修現(xiàn)狀。但是，我國動車組可靠性研究剛剛起步，動車組子系統(tǒng)的可靠性分析與維修決策優(yōu)化方面的理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)方法比較少，對于動車組故障的定義以及故障等級的劃分尚無明確、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以仍需要在這方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究，為動車組運(yùn)用部門優(yōu)化維修策略提供了理論依據(jù)，具有一定的實(shí)際意義和參考價(jià)值。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1國內(nèi)外動車組可靠性研究現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家軌道交通行業(yè)的可靠性工程已發(fā)展到比較先進(jìn)的水平，建立了系統(tǒng)的可靠性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具備先進(jìn)的可靠性設(shè)計(jì)分析技術(shù)和有效的驗(yàn)證方法。國外已經(jīng)嘗試將可靠性技術(shù)運(yùn)用于機(jī)車車輛并逐步滲透到動車組列車，以可靠性為中心的維修體制將其設(shè)計(jì)、制造、評估和維修有機(jī)的結(jié)合成一體，為動車組安全可靠運(yùn)行提供了保障，已引起國內(nèi)相關(guān)研究者的高度重視。德國聯(lián)邦鐵路非常重視機(jī)車車輛的可靠性工程研究，率先建立了可靠性數(shù)據(jù)庫，收集全路各機(jī)務(wù)段和修理工廠的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析。

德國聯(lián)邦鐵路特別重視對機(jī)車車輛故障的分析研究，包括運(yùn)用中的故障以及機(jī)務(wù)段、車輛段和修理工廠在機(jī)車車輛檢修中發(fā)現(xiàn)的故障。聯(lián)邦鐵路認(rèn)為，采用近代可靠性工程方法，可以最大限度地利用故障數(shù)據(jù)資料，得出具有參考價(jià)值的結(jié)論，對機(jī)車車輛的近期以及中長期的發(fā)展均有一定的指導(dǎo)作用。聯(lián)邦鐵路還應(yīng)用可靠性工程方法對機(jī)車車輛主要零部件的磨損情況進(jìn)行了研究，取得了一定的成果。近年來，德國ICE列車在設(shè)計(jì)和評價(jià)方面充分融入了可靠性理論，采用了模塊化設(shè)計(jì)和等壽命設(shè)計(jì)原則，在保證可靠性的前提下降低養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。在列車系統(tǒng)和部件設(shè)計(jì)制造完成以后，有關(guān)部門將對其進(jìn)行大量的可靠性試驗(yàn)考核，包括單一零部件的可靠性考核和裝車后整車的可靠性考核，并對其可靠性做出評價(jià)，直到確認(rèn)所有零部件和整個(gè)系統(tǒng)是完全安全可靠的，才允許批量生產(chǎn)和投運(yùn)營使用

英國鐵路對機(jī)車車輛的可靠性十分重視，在上個(gè)世紀(jì)60年代就規(guī)定了機(jī)車車輛的可靠性指標(biāo):發(fā)生故障前行駛里程不足24000 km的機(jī)車為不良機(jī)車，超過 3 24000 km的機(jī)車為合格機(jī)車，大于48000 km的機(jī)車為良好機(jī)車。英國鐵路經(jīng)對17個(gè)系列2500臺內(nèi)燃機(jī)車的故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得出它們的可靠性指標(biāo)，經(jīng)過對比分析找出主要故障部位以及故障原因，進(jìn)而采取改進(jìn)措施，提高了機(jī)車的可靠性

日本原國鐵于上世紀(jì)70年代對新干線高速鐵路及機(jī)車車輛大力開展了可靠性工程方面的研究工作，以保證高速動車組運(yùn)行的可靠性和安全性?？诒驹瓏F利用電力機(jī)車及動車組列車在干線上發(fā)生的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了威布爾解析分析，并推測出電力機(jī)車的可靠度，所得結(jié)論證明了當(dāng)時(shí)電力機(jī)車和動車組的故障皆處于初期故障和偶發(fā)故障階段，為延長檢修周期找出了依據(jù)。與此同時(shí)，他們根據(jù)可靠性工程理論和現(xiàn)場實(shí)際損壞的數(shù)據(jù)來確定機(jī)車車輛主要零部件的壽命，從口本機(jī)車車輛最佳全壽命周期費(fèi)用的角度來檢驗(yàn)維修工作的正確性?？诒驹瓏F利用機(jī)車車輛監(jiān)測系統(tǒng)和信息系統(tǒng)對發(fā)生的各種故障形式隨運(yùn)行公里或運(yùn)行時(shí)間的變化進(jìn)行分析，分析結(jié)果可供可靠性設(shè)計(jì)參考;用故障樹(FTA)和故障模式及影響分析(FMEA)對機(jī)車車輛故障及其影響進(jìn)行了分析，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)來提高機(jī)車車輛及其主要零件的可靠性和安全性

美國各大鐵路公司廣泛開展了可靠性工程的研究。例如美國聯(lián)合太平洋鐵路公司建立了完善的可靠性信息系統(tǒng)，利用可靠性工程理論對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而使機(jī)車及其零部件的可靠性評價(jià)由定性分析提高到定量分析，并制定了可靠性定量指標(biāo)。美國機(jī)車車輛制造公司也應(yīng)用可靠性技術(shù)來提高機(jī)車車輛的可靠性，例如在提高內(nèi)燃機(jī)車的可靠性的問題上，不只是通過對薄弱零件的改進(jìn)來解決，而且要將可靠性技術(shù)貫穿于內(nèi)燃機(jī)車設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、使用、維修和管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，形成一個(gè)系統(tǒng)工程，只有這樣才能使復(fù)雜先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)達(dá)到真正的高可靠性的目的

我國鐵道部門近年來在提高機(jī)車車輛可靠性方面做了很多工作，并取得一定的成效。設(shè)計(jì)制造部門針對機(jī)車車輛運(yùn)用中暴露出來的問題和故障進(jìn)行了分析研究;在機(jī)車車輛企業(yè)中推行了全面質(zhì)量管理，提高了質(zhì)量意識，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升;運(yùn)用單位在車輛運(yùn)用中積累了大量的可靠性數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用維修效率不斷提高;一些高校和科研單位也開始開設(shè)有關(guān)可靠性工程的課程和培訓(xùn)班，并招收了相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，為可靠性工程的研究提供人員保障。中國鐵道科學(xué)研究院 4 對機(jī)車車輛可靠性工程的研究始于機(jī)車車輛研究所在1992年開始的“可靠性工程理論在機(jī)車車輛中的應(yīng)用”課題研究，經(jīng)過科研人員的多年努力，現(xiàn)已取得了一些成果。中國鐵道科學(xué)研究院開發(fā)了動車組運(yùn)用檢修管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)采集了目前國內(nèi)運(yùn)用的全部動車組的全壽命周期各個(gè)階段的故障信息和維修數(shù)據(jù)，動車組在運(yùn)用檢修過程中產(chǎn)生的故障維修數(shù)據(jù)，是動車組在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境條件下產(chǎn)生的第一手資料，是動車組可靠性的真實(shí)反映，為今后的可靠性研究積累了重要的數(shù)據(jù)。

Bocchi W 機(jī)械產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行了研究，初步得出其可靠性分布模型服從指數(shù)分布的結(jié)論;但經(jīng)后續(xù)研究表明Bocchi W J.的評價(jià)結(jié)果相對保守，有學(xué)者通過論證分析，認(rèn)為機(jī)械產(chǎn)品的可靠性分布模型大多服從威布爾分布，這種分布成為現(xiàn)今對有耗損的動車組子系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析時(shí)常用的分布，Rafal Dorociak建立了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法，即通過建立故障傳播模型來給出機(jī)電整合系統(tǒng)的主要解決方案，適用于復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)的可靠性分析，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法的優(yōu)點(diǎn)在于有效識別關(guān)鍵弱點(diǎn)并定義各自的對策，其優(yōu)越性在動車組可靠性研究領(lǐng)域得以體現(xiàn);Hanmin Lee等建立了產(chǎn)品資料管理的方法(PDM)，處理動車組的部件管理維護(hù)和歷史故障數(shù)據(jù)，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，研究表明此法有助于減少動車組的故障率，使其可靠性增加了30%;王華勝基于我國動車組實(shí)際運(yùn)用狀況，依據(jù)可靠性理論和現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證了動車組整車可靠性服從指數(shù)分布的規(guī)律，依據(jù)可靠性抽樣檢驗(yàn)理論，計(jì)算不同置信度、不同故障率等級要求下的動車組允許故障發(fā)生的次數(shù)和最小累計(jì)運(yùn)行里程，據(jù)此給出動車組整車可靠性的驗(yàn)證方法、CRH2型動車組結(jié)構(gòu)功能特征和運(yùn)用維修特點(diǎn)，分析了各系統(tǒng)、分系統(tǒng)間邏輯功能關(guān)系，初步建立其可靠性模型，并根據(jù)其對可靠性的不同要求劃分評價(jià)等級，采用綜合評分法對動車組整車可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配;胡川建立了動車組系統(tǒng)及其子系統(tǒng)故障樹模型，運(yùn)用蒙特卡洛法和MATLAB軟件，對動車組可靠性進(jìn)行仿真試驗(yàn)和分析，并依據(jù)假設(shè)檢驗(yàn)理論對動車組故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，基于可靠性抽樣檢驗(yàn)理論，給出動車組可靠性抽樣檢驗(yàn)的方案;劉建強(qiáng)等分析了CRH3型動車組高壓電器系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及邏輯功能關(guān)系，建立高壓電器系統(tǒng)的可靠性框圖模型，依據(jù)系統(tǒng)可靠性理論與故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)并證明CRH3型動車組高壓電器系統(tǒng)各部件的可靠性規(guī)律，給出可靠性評估指標(biāo)的計(jì)算方法，分 5 析計(jì)算高壓電器系統(tǒng)各部件的故障率與可靠度。

我國動車組在可靠性工程領(lǐng)域的研究剛剛起步，尚缺乏全面、系統(tǒng)的可靠性工程方面的規(guī)劃、研究和分析。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，動車組在安全可靠的前提下向著高速的方向前進(jìn)，許多可靠性問題函待解決，進(jìn)行相關(guān)可靠性工程的研究工作迫在眉睫。動車組可靠性工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要有關(guān)各部門進(jìn)行長期的工作和積累，投入大量的人力、物力，才能真正達(dá)到提高產(chǎn)品可靠性、擴(kuò)大運(yùn)輸能力、增加運(yùn)輸效率以及降低運(yùn)輸成本的目的。1.2.2國內(nèi)外動車組預(yù)防維修周期研究現(xiàn)狀

動車組的維修是客運(yùn)專線系統(tǒng)綜合保障工程中的重要組成部分，國內(nèi)、外動車組普遍采取以預(yù)防維修為主，與事后維修相結(jié)合的維修方式。預(yù)防維修思想要求裝備及其零部件在即將磨損到限，或者即將發(fā)生故障之前要及時(shí)更換、修理，維修工作在故障發(fā)生之前進(jìn)行。在預(yù)防維修思想的指導(dǎo)下，形成了以磨損理論為基礎(chǔ)的預(yù)防維修制度，這種計(jì)劃維修制度以機(jī)械裝備的故障率曲線來確定維修的時(shí)機(jī)。計(jì)劃預(yù)防維修制度的具體內(nèi)容可以概括為“定期檢查、按時(shí)保養(yǎng)、計(jì)劃修理”，通過降低故障率來保證設(shè)備的高可靠性。這種維修制度最關(guān)鍵的一步是確定設(shè)備或者子系統(tǒng)的預(yù)防維修周期，進(jìn)而合理劃分維修等級和維修周期結(jié)構(gòu)，制定相應(yīng)的維修規(guī)程和規(guī)范。所以，預(yù)防維修周期的制定成了可靠性范疇內(nèi)研究動車組維修策略關(guān)鍵的一步。國內(nèi)一些學(xué)者和相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對此做了很多工作，研究最為廣泛的模型是以最大可用度為原則確定最佳預(yù)防維修周期和以最大經(jīng)濟(jì)性為原則制定最佳預(yù)防維修周期，隨著這方面研究的深入和對動車組維修、運(yùn)用的逐漸熟悉，也出現(xiàn)了一些其他方法來制定最佳預(yù)防維修周期。

Joung E J等指出只通過改善驅(qū)動電機(jī)來提高動車組的可靠性是難以實(shí)現(xiàn)的需要對動車組的零部件和各個(gè)子系統(tǒng)分別預(yù)測可靠性目標(biāo)，基于可靠性目標(biāo)對零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)行檢測，對不同零部件和子系統(tǒng)制定不同的維修周期，以提高動車組子系統(tǒng)的可靠性、可用性和可維護(hù)性;Lee K M等提出通過統(tǒng)計(jì)動車組實(shí)際的檢驗(yàn)任務(wù)周期的方法來確定其預(yù)防維修周期，該方法是基于以可靠性為中心的維修、將不必要的檢查次數(shù)降到最低并盡可能減少維護(hù)成本;宋永增等提出利用可靠性的理論，對客車零部件的故障記錄進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計(jì)，根據(jù)最大有效度原 6 則，得出旅客列車零部件最佳預(yù)防維修周期取決于平均預(yù)防性維修時(shí)間和平均事后維修時(shí)間之比;郭乃文對比了貨車轉(zhuǎn)向架零部件維修周期的可用度模型和經(jīng)濟(jì)性模型，得出在定量分析中最大可用度模型更加方便的結(jié)論，并結(jié)合實(shí)例從理論上計(jì)算出轉(zhuǎn)向架零部件的最佳預(yù)防維修周期;王彩霞以可靠性工程為基礎(chǔ)，通過危害度評估方法確定了動車組不同零部件的維修方式，并建立了分析動車組維修周期常用的任務(wù)可靠度模型、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小模型和最大有效度模型;王靈芝在以可靠性為中心的維修思想指導(dǎo)下，確定了高速列車設(shè)備維修決策過程，著重研究了設(shè)備重要度分析、設(shè)備壽命模型、預(yù)防維修周期及維修優(yōu)化等。

目前，國內(nèi)針對動車組子系統(tǒng)預(yù)防維修周期的研究較少，一方面是由于動車組子系統(tǒng)包含的部件較多，故障模式也比其他機(jī)械設(shè)備復(fù)雜，所以并不能完全套用之前對其他機(jī)械設(shè)備或系統(tǒng)的預(yù)防維修周期決策模型;另外，動車組的維修數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)涉及到多個(gè)部門，由于沒有統(tǒng)一的故障數(shù)據(jù)管理體系和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致可靠性數(shù)據(jù)的缺失或者數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)難度增大。所以動車組運(yùn)用、維修部門應(yīng)該在以后的研究過程中，逐漸建立規(guī)范的可靠性數(shù)據(jù)收集、管理體制，為今后進(jìn)一步的研究提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐，為動車組可靠性理論研究打下基礎(chǔ)。

1.3文章結(jié)構(gòu)

本文分為五個(gè)章節(jié)，第一章為緒論，第二章為動車組故障等級的劃分，第三章為動車組子系統(tǒng)在預(yù)防維修條件下的可靠性分析，第四章為動車組子系統(tǒng)預(yù)防維修周期決策模型的研究，第五章為結(jié)論和展望，具體結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。

第2章動車組故障等級的劃分

可靠性工程是從宏觀的角度分析發(fā)生故障的可能性、故障分布規(guī)律以及發(fā)生的故障對整個(gè)系統(tǒng)的可靠性帶來的影響，是從總體上以系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來分析和研究故障的，所以故障數(shù)據(jù)是可靠性工程研究的基礎(chǔ)。想要研究故障，首先要明確故障的定義、對故障的等級進(jìn)行合理的劃分，然后才能科學(xué)地篩選、整理、分析數(shù)據(jù)，從而在龐大的數(shù)據(jù)庫中獲取有價(jià)值的資料。

采用結(jié)合故障等級的危害度計(jì)算方法，對某型動車組高壓牽引系統(tǒng)常見故障 模式的危害度進(jìn)行計(jì)算，并針對易發(fā)生高危害度故障模式的系統(tǒng)或部件提出了提 高其可靠性的建議。

2.1動車組故障定義的建議

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3187，失效(故障)的定義為:“產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能。對可修復(fù)產(chǎn)品通常也稱為故障?！庇纱丝梢钥闯觯c故障在含義上大致相同，又有所區(qū)別，他們都是指“產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能”，但傳統(tǒng)意義上的“故障”一詞，用于可修復(fù)產(chǎn)品，而“失效”一詞多指不可修復(fù)產(chǎn)品。動車組屬于可修復(fù)產(chǎn)品，在機(jī)車車輛專業(yè)中“故障”一詞已經(jīng)被相關(guān)專業(yè)人員普遍使用，所以本文在下面討論中使用“故障”來表示動車組喪失規(guī)定的功能。另外，定義中所指的“喪失規(guī)定的功能”包括以下情況:產(chǎn)品發(fā)生破壞性故障，使其無法工作，因而喪失其功能;產(chǎn)品尚能工作，但有一個(gè)或幾個(gè)性能參數(shù)達(dá)不到規(guī)定的要求;因操作失誤而造成產(chǎn)品功能喪失;由于環(huán)境應(yīng)力變化，導(dǎo)致功能喪失。

以前的機(jī)車車輛的可靠性分析中，各國鐵路對故障定義不盡相同，例如美國、德國規(guī)定，列車在線路上由于破損而停止運(yùn)行，則算作故障;而英、法和口本鐵路都以列車破損造成的時(shí)間延誤而算作故障。并且不同國家對延誤時(shí)間值有不同的規(guī)定。因此，在利用可靠性指標(biāo)對動車組進(jìn)行評價(jià)時(shí)，首先要明確動車組故障的定義。

下面是國外機(jī)車車輛對故障的規(guī)定，如表2.1所示。

我國目前還沒有對機(jī)車車輛的故障做出規(guī)定，有文獻(xiàn)[25]曾經(jīng)針對其提出了建議，即:在可靠性工程分析中，凡是由于機(jī)車車輛破損造成的機(jī)破事故就算作故障。也就是說，由于機(jī)車車輛破損而造成行車事故的，即列車在區(qū)間非正常停車或在車站內(nèi)非正常停車時(shí)間超過3 Omin以上，或由于車鉤破損而造成列車分離的均為故障。

對于動車組的運(yùn)用故障尚沒有明確的定義，有專門的動車組書籍[}a6]中提出了，影響運(yùn)行的故障定義為出現(xiàn)下列情況之一: ①動車組在經(jīng)過維修后仍能正常運(yùn)行，但維修導(dǎo)致超過15 min的延誤。②動車組經(jīng)過維修后部分功能受到影響但仍然可以運(yùn)行，維修導(dǎo)致的延誤超過15 minx ③動車組需要被救援或回送。在動車組的實(shí)際運(yùn)用中，故障可能在運(yùn)用過程中或者預(yù)防性維修過程中發(fā)現(xiàn)。在預(yù)防性維修過程中發(fā)現(xiàn)的故障其實(shí)是出現(xiàn)在上一個(gè)運(yùn)用周期中，只是沒有對行車造成明顯的影響，而在運(yùn)用過程中出現(xiàn)的故障，對行車造成了非正常停車等影響，即影響運(yùn)行的故障。我國動車組的運(yùn)用是處在預(yù)防維修條件之下的，所以討論在運(yùn)行過程中發(fā)生的造成晚點(diǎn)或運(yùn)輸中斷的故障(運(yùn)行故障)更有意義。隨著動車組技術(shù)的進(jìn)步和動車組維修保障技術(shù)的完善，動車組的可靠性已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)高的水平，發(fā)生嚴(yán)重故障的幾率大大降低。所以，傳統(tǒng)的故障定義已經(jīng)不能完全滿足當(dāng)今動車組可靠性分析的需要。

根據(jù)CRHIA,CRHIB,CRHIE,CRH2A,CRH2B,CRH2C,CRH2E,CRH380A,CRH380AL, CRH380B, CRH380BL, CRH380CL, CRH3C, CRHSA共計(jì)14個(gè)車型980列動車組8557條晚點(diǎn)記錄，對晚點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖 2.1所示:

由圖2.1可知，超過15 min晚點(diǎn)的情況只占所有晚點(diǎn)情況的7.14%，超過3 0 min晚點(diǎn)情況只占所有晚點(diǎn)情況的2.59%，由此可見，目前動車組非正常停車造成的晚點(diǎn)絕大部分在15 min以內(nèi)，所以文獻(xiàn)中建議的故障定義已經(jīng)不能完全滿足可靠性逐漸提高的動車組的故障定義需求。

動車組的運(yùn)用范圍越來越廣，運(yùn)用條件也越來越苛刻，我國新形勢下的運(yùn)輸需求對動車組的可靠性提出了更高的期望，所以結(jié)合國內(nèi)外對機(jī)車車輛故障的定義，以及對故障引起的晚點(diǎn)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析，本文對動車組故障定義的建議為: ①動車組在經(jīng)過線上或站內(nèi)處理、維修后仍能正常運(yùn)行，但維修導(dǎo)致臨時(shí) 停車或晚點(diǎn)。

②動車組經(jīng)過線上或站內(nèi)處理、維修后部分功能受到影響但仍然可以運(yùn)行，但維修導(dǎo)致臨時(shí)停車或晚點(diǎn)。

③動車組經(jīng)過線上處理、維修后可以限速運(yùn)行到附近車站，但無法擔(dān)當(dāng)后 續(xù)交路，需要乘客換乘熱備車。

④動車組在線路上非正常停車，無法繼續(xù)運(yùn)行，需要被救援與回送。即動車組只要發(fā)生非正常停車或因其他原因造成晚點(diǎn)，這種情況就算作一次故障。對故障進(jìn)行定義是對故障分析的基礎(chǔ)，對故障的分析又是開展可靠性工作的基礎(chǔ)。故障數(shù)據(jù)是可靠性分析中最重要的開展可靠性研究的數(shù)據(jù)，建立故障數(shù)據(jù)存儲和處理系統(tǒng)對推進(jìn)可靠性技術(shù)的發(fā)展起著重要作用。故障問題貫穿于產(chǎn)的整個(gè)壽命周期，在產(chǎn)品投入使用后，對故障產(chǎn)品進(jìn)行故障數(shù)據(jù)分析也是可靠性工程中極其重要的一環(huán)，所以故障問題是可靠性工程的核心問題之一。故障數(shù)據(jù)分析可以對可靠性工程的整個(gè)過程做出有效、實(shí)際的檢驗(yàn)和評定，而且，最重要的 是故障數(shù)據(jù)是對使用現(xiàn)場的真實(shí)反饋，通過運(yùn)用、檢修數(shù)據(jù)的積累和分析，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、制造運(yùn)用部門逐步規(guī)范業(yè)務(wù)流程，持續(xù)改進(jìn)檢修工藝、優(yōu)化修程修制、控制維修成本，完善和優(yōu)化動車組運(yùn)用檢修生產(chǎn)力布局，為動車組高效運(yùn)營提供了強(qiáng)有力的支撐，作為可靠性設(shè)計(jì)和可靠性試驗(yàn)以及評審的依據(jù)。

目前，國內(nèi)對動車組運(yùn)用維修的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)記錄最及時(shí)、最準(zhǔn)確、最完整以及連續(xù)性最好的系統(tǒng)是中國鐵道科學(xué)研究院開發(fā)的動車組運(yùn)用檢修管理信息系統(tǒng)，它是客運(yùn)專線信息化的重要組成部分，是支撐客運(yùn)專線運(yùn)營的必要技術(shù)手段。該系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)全路動車組運(yùn)用、維修信息化管理，及時(shí)掌握動車組檢修運(yùn)用狀態(tài)，提高動車組專業(yè)化管理水平的重要技術(shù)平臺，也是已上線運(yùn)行的重要鐵路生產(chǎn)系統(tǒng)之一。它采集了國內(nèi)幾乎所有動車組全壽命周期各個(gè)階段的故障信息、維修數(shù)據(jù)。動車組在運(yùn)用過程中產(chǎn)生的故障維修數(shù)據(jù)，是動車組在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境條件下產(chǎn)生的第一手資料，是動車組可靠性的真實(shí)反映。對其統(tǒng)計(jì)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析和等級劃分具有如下的意義: 分析動車組故障，可以從中提取出表征動車組可靠性的特征屬性，為掌握動車組的故障規(guī)律提供理論基礎(chǔ);動車組的可靠性分析就是根據(jù)動車組故障模式、故障機(jī)理、故障的影響及其后果的嚴(yán)重程度，分析動車組各個(gè)關(guān)鍵零部件的失效規(guī)律，預(yù)測關(guān)鍵零部件的壽命分布模型和可靠性指標(biāo)，從而采取有效措施，提高高速列車的可靠度;劃分故障等級，并通過危害度分析，可以確定動車組關(guān)鍵零部件的維修方式，同時(shí)，動車組各子系統(tǒng)的可靠性評估及其薄弱環(huán)節(jié)的辨識可為可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)及維修策略的制定提供參考依據(jù)。

2.2層次分析法劃分動車組故障等級

故障等級的劃分是為了便于掌握零部件的故障對系統(tǒng)的影響和造成后果的嚴(yán)重程度，以便進(jìn)行可靠性評價(jià)和故障模式及影響分析，也是對于決策發(fā)生此故障模式的子系統(tǒng)或部件維修方式的一個(gè)依據(jù)。

之前的故障等級的劃分依據(jù)是:按故障造成人員傷亡的情況;按故障造成設(shè)備和環(huán)境的損失情況;按故障造成的直接和間接損失的情況。根據(jù)《鐵路行車事故處理規(guī)則》中的行車事故等級，有文獻(xiàn)[28]建議將我國機(jī)車車輛故障等級劃分為五級，如表2.2所示:

在故障模式的描述中，通常采用發(fā)生頻度的高低、嚴(yán)酷度的大小等模糊語言，判斷標(biāo)準(zhǔn)由于人員各異而產(chǎn)生不同，這給系統(tǒng)的可靠性分析帶來了較大的困難。模糊數(shù)學(xué)能夠通過定量的方法來處理定性問題，使得其評價(jià)更為科學(xué)和準(zhǔn)確 傳統(tǒng)的故障等級的劃分，參照的主要是故障產(chǎn)生的事故造成的損失，傷亡人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失，是通過對事故的損失情況來衡量故障的嚴(yán)重程度的，并沒有針對故障本身，對于動車組后續(xù)的故障研究以及可靠性研究并沒有指導(dǎo)意義。并且，隨著動車組技術(shù)的進(jìn)步和預(yù)防性維修體制的不斷完善，動車組的運(yùn)用可靠性已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)高的水平，即使發(fā)生故障也極少會出現(xiàn)表2.2中工、且、且I.IV以及V中A類所描述的危害情況。故障并不等同于事故，表2.2更加適用于故障造成的事故等級的評定。并且，在實(shí)際運(yùn)用過程中，列車由于故障晚點(diǎn)情況比較復(fù)雜，發(fā)生的概率也有所不同，用表2.3中將故障概念和事故概念混在一起，無法客觀地對故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行等級的評定，不適用于可靠性工程中對于故障的分析，所以有必要針對故障本身對動車組故障等級進(jìn)行劃分。2.2.1層次分析法簡述

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡記AHP)是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化的、層次化的分析方法。它是將半定性、半定量問題轉(zhuǎn)化為定量問題的行之有效的一種方法，使人們的思維過程層次化，將決策問題的有關(guān)元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次。構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型后，利用較少的定量信息，把決策的思維過程數(shù)學(xué)化，進(jìn)而求解多目標(biāo)、多準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題。具體地說它是用一定標(biāo)度對人的主觀判斷進(jìn)行客觀量化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性或定量分析的一種決策方法。

層次分析法把人的思維過程層次化、數(shù)量化，并運(yùn)用數(shù)學(xué)分析、決策、預(yù)報(bào)或控制提供定量的依據(jù)。應(yīng)用層次分析法分析問題時(shí)，首先把問題層次化，根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同組成因素，并按照因素間的相互影響關(guān)系以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。并最終將系統(tǒng)分析歸結(jié)為最底層相對于最高層的重要性權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排序問題。綜合評價(jià)問題就是排序問題。在排序計(jì)算中，引入1}9標(biāo)度法，并寫成判斷矩陣形式，可以通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及相應(yīng)的特征向量，計(jì)算出某一層相對于上一層某一個(gè)元素的相對重要性權(quán)值。在計(jì)算出某一層相對于上一層各個(gè)因素的單排序權(quán)值后，用上一層因素本身的權(quán)值加權(quán)綜合，即可計(jì)算出層次總排序權(quán)值，總之，由上而下即可計(jì)算出最底層因素相對于最高層 14 的相對重要性權(quán)值或相對優(yōu)劣次序的排序值。

層次分析法是一種模擬人的思維過程的工具。如果說比較、分解和綜合是大腦分析解決問題的一種基本思考過程，則層次分析法對這種思考過程提供了一種數(shù)學(xué)表達(dá)及數(shù)學(xué)處理的方法。因此，層次分析法十分適用于具有定性的，或定性、定量兼有的決策分析，是一種十分有效的系統(tǒng)分析和科學(xué)決策方法。由于層次分析法有著嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯，所以可以借助計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行輔助計(jì)算，大大簡化了分析過程。

2.2.2故障等級劃分的基礎(chǔ)

根據(jù)調(diào)研得到的5000余條運(yùn)行故障記錄，考慮故障影響程度、故障影響時(shí)間和故障發(fā)生概率三個(gè)方面來對動車組故障等級進(jìn)行劃分。

根據(jù)運(yùn)行過程中發(fā)生的故障對于動車組后續(xù)運(yùn)行、整條線路產(chǎn)生的影響以及社會影響等，綜合考慮對故障的處理方式、處理難度以及處理時(shí)間，將故障影響程度分為4個(gè)等級，如表2.4所示。

動車組發(fā)生不影響繼續(xù)運(yùn)行的故障，可以運(yùn)行到站后由隨車機(jī)械師或者站內(nèi)工作人員進(jìn)行快速的檢修，一般操作為隔離、復(fù)位等，對旅客的出行和線上其他車次動車組影響極小，故將其劃為輕微影響;線上臨時(shí)停車或限速，將會影響故障動車組所在的整條線路其他車次動車組的正常運(yùn)行，根據(jù)臨停時(shí)間或限速造成的晚點(diǎn)時(shí)間的不同，將其劃分為一般影響對旅客的出行造成的影響也會隨之不同但是影響不大閉臨線圍較大將會影響上在出現(xiàn)線上臨時(shí)停車后機(jī)械師下車檢查的情況時(shí)，需要封下行兩條線路上的其他車次的動車組的正常運(yùn)行，影響范且機(jī)械師將承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)，故將其劃分為較大影響;當(dāng)動車組產(chǎn)生故障不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，需要救援車來救援或者需要旅客全部換乘到熱備車上以進(jìn)行后續(xù)的旅程，這種情況無論對車上乘客的正常旅行，還是整條線上其他車次動車組的正常運(yùn)行都會產(chǎn)生很大的影響，車上乘客的不滿情緒如果通過網(wǎng)絡(luò)迅速傳播會對鐵路運(yùn)用部門造成負(fù)面的社會影響，故將其劃分為嚴(yán)重影響，鐵路部門應(yīng)盡量避免此類故障的發(fā)生。

每種等級的影響下，都會造成不同的晚點(diǎn)時(shí)間，參照表2.3“京津城際鐵路高速動車組故障等級的劃分”以及對實(shí)際故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與歸類，將晚點(diǎn)時(shí)間分為5個(gè)等級，如表2.5所示。

不同的故障發(fā)生的概率也不一樣，小概率故障也可能引起嚴(yán)重的危害，所以在劃分動車組故障等級的時(shí)候也應(yīng)該考慮到故障發(fā)生概率的因素。參考《故障模式、影響及危害性分析指南》[33]，對不同的故障模式發(fā)生概率的等級進(jìn)行劃分，如表2.6所示。

對于影響程度等級高的卻并沒有對動車組、線路的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響的故障(即未臨時(shí)停車、限速或晚點(diǎn))，并不能與影響等級低卻造成了長時(shí)間晚點(diǎn)的故障直接進(jìn)行嚴(yán)重程度的對比，而不同故障發(fā)生的概率也不盡相同，甚至還有一些小概率事件，所以，用某單一的標(biāo)準(zhǔn)來評定故障的等級并不科學(xué)。本文同時(shí)考慮影響程度等級、影響時(shí)間等級和發(fā)生概率等級三個(gè)維度，利用層次分析法進(jìn)行系統(tǒng)的分析得出一個(gè)綜合評價(jià)的排序，使得我們對于動車組發(fā)生故障的嚴(yán)重程度可 以進(jìn)行更加客觀的評價(jià)。2.2.3分析過程及分析結(jié)果

構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu) 應(yīng)用層次分析法分析實(shí)際的問題，首先要把問題條理化、層次化。構(gòu)造一好的層次結(jié)構(gòu)對于問題的解決極為重要，它決定了分析結(jié)果的有效程度。通過對指標(biāo)體系分析，建立一個(gè)由目標(biāo)層，指標(biāo)層和方案層組成的遞階層次模型，如圖2.2所示。

建立問題的層次結(jié)構(gòu)模型是AHP法中最重要的一步，把復(fù)雜的問題分解成稱之為元素的各個(gè)部分，并按元素的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系形成不同的層次，統(tǒng)一層次的元素作為準(zhǔn)則對下一層次的元素起支配作用，同時(shí)它又受上一層次元素支配。對于評價(jià)故障影響這個(gè)問題來說，層次分析模型主要分成三層。最高目標(biāo)層只有一個(gè)元素，為對故障影響的評價(jià)，中間層則為準(zhǔn)則、子準(zhǔn)則，在這一問題中準(zhǔn)則有影響等級、影響時(shí)間、發(fā)生概率三個(gè)維度，最下面的一層為方案層，即可能出現(xiàn)的各種故障情形。參考專家的意見，將指標(biāo)層中的三個(gè)指標(biāo)的重要度進(jìn)行排序:故障影響程度>故障影響時(shí)間>故障發(fā)生概率。構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣。

建立層次分析模型之后，我們就可以在各層元素中進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造出比較判斷矩陣。層次分析法主要是人們對每一層次中各因素相對重要性給出的判斷，這些判斷通過引入合適的標(biāo)度用數(shù)值表示出來，寫成判斷矩陣。判斷矩陣表示針對上一層次因素，本層次與之有關(guān)因素之間相對重要性的比較。判斷矩陣是層次分析法的基本信息，也是進(jìn)行相對重要度計(jì)算的重要依據(jù)。

假定上一層次的元素從作為準(zhǔn)則，對下一層元素代，C1..C2……Cn………有支配關(guān)系，我們的目的是要在準(zhǔn)則層乓下按它們的相對重要性賦予代C1..C2……Cn………相應(yīng)的權(quán)重。在這一步中要回答下面的問題:針對準(zhǔn)則Bk，兩個(gè)元素C= 25 C….哪個(gè)更重要，重要性的大小。需要對重要性賦予一定的數(shù)值。賦值的根據(jù)或來源，可以是由決策者直接提供，或是通過決策者與分析者的 對話來確定，或是由分析者通過某種技術(shù)咨詢而獲得，或是通過其他合適的途徑來酌定。

對于個(gè)元素來說，得到兩兩比較判斷矩陣C一Ct72 X 72。其中C=J表示因素Z和因素J相對于目標(biāo)的重要值。

一般來說，構(gòu)造的判斷矩陣取如下形式:

對于這類矩陣稱為正反矩陣。對于正反矩陣，若對于任意i……., j, k有C.C二C，此時(shí)稱該矩陣為一致矩陣。在實(shí)際問題求解時(shí)，構(gòu)造的判斷矩陣并不一定具有一致性，常常需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

本文采用薩蒂提出的19標(biāo)度法構(gòu)建兩兩判斷矩陣。各級標(biāo)度的含義如表 2.7所示。經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜乙罁?jù)其工作及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的判斷決策，得到指標(biāo)層相 對于目標(biāo)層的判斷矩陣如表2.8所示。

構(gòu)造出比較判斷矩陣后，即可對判斷矩陣進(jìn)行單排序計(jì)算，在各層次單排序 計(jì)算的基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行各層次總排序計(jì)算，在這個(gè)過程中存在一個(gè)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)問題。

(3)計(jì)算權(quán)重

計(jì)算權(quán)重是計(jì)算判斷矩陣的特征值最大值，及其所對應(yīng)的特征向量，得出層次單排序，通過獲得準(zhǔn)則層對于目標(biāo)層的重要性數(shù)據(jù)序列，從而獲得最優(yōu)決策。由于故障情形較多，計(jì)算比較復(fù)雜，故借助Matlab編制了計(jì)算權(quán)重和一致性檢驗(yàn)的計(jì)算程序，輸入判斷矩陣即可輸出權(quán)重系數(shù)以及一致性檢驗(yàn)結(jié)果。計(jì)算過程具體如下所示:

1、利用判斷矩陣計(jì)算權(quán)重系數(shù)，由公式:

因?yàn)镃R<0.1，因此該判斷矩陣與一致性檢驗(yàn)符合要求。所以得到，指標(biāo)層相對于目標(biāo)層的權(quán)重為:、二(0.5278, 0.3325, 0.1396)o(4)綜合評價(jià)

根據(jù)以上論述，故障影響的等級分為四個(gè)等級(工級、且級、III級、IU級)，故障影響時(shí)間分為五個(gè)級別(A, B, C, D, E)，故障發(fā)生概率的等級分為五個(gè)等級(1, 2, 3, 4, 5)，因此，故障情形可以分成100種情況。首先對各個(gè)指標(biāo)的不同級別進(jìn)行量化表示，以便能夠?qū)@100種情況進(jìn)行比較分析。

為了使所有指標(biāo)具有可比性，對三個(gè)評價(jià)指標(biāo)均采用百分制原則進(jìn)行量化評分處理，從而消除了量綱的影響。量化處理方法如表2.10所示。

利用計(jì)算得到的各指標(biāo)的權(quán)重向量、_(0.5278, 0.3325, 0.1396)，對100種情況進(jìn)行綜合評價(jià)，得到結(jié)果如表2.11所示。

根據(jù)以上分析得出了各個(gè)情形的故障等級由高到低的排序，表2.12可以作 為一個(gè)庫，將對應(yīng)的故障對號入座。

致謝

我歷時(shí)將近兩個(gè)星期的時(shí)間終于把這篇論文寫完了，在這段充滿奮斗的歷程中，帶給我是涯無限的激情和收獲。在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師何老師何曹老師，沒有他們對我進(jìn)行了不厭其煩的指導(dǎo)和幫助，無私的為我進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)，就沒有我這篇論文的最終完成。在此，我向指導(dǎo)和幫助過我的老師們表示最衷心的感謝！同時(shí)，我也要感謝本論文所引用的各位學(xué)者的專著，如果沒有這些學(xué)者的研究成果的啟發(fā)和幫助，我將無法完成本篇論文的最終寫作。至此，我也要感謝我的朋友和同學(xué)，他們在我寫論文的過程中給予我了很多有用的素材，也在論文的排版和撰寫過程中提供熱情的幫助！金無足赤，人無完人。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和同學(xué)批評和指正！

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