动车组转向架系统故障模式及影响分析

动车组转向架系统故障模式及影响分析

赵伟

中车青岛四方机车车辆股份有限公司检修服务事业部山东青岛266100

摘要：动车组动车转向架是高速动车组的走行装置，具有承载、减振、导向、牵引和制动等重要功能，是动车组的重要组成部分，决定了列车运营速度和运行品质。在实际运行中列车转弯频繁，使用状态复杂多变，加之操纵使用与维护中的环境不利因素，导致出现各种故障。本文分析了动车组转向架系统故障模式及影响。

关键词：动车组；转向架系统；故障模式；

随着我国经济的飞跃发展，铁路交通尤其是客运已经逐步进入高速化时代。近些年来，具有世界先进水平的高速列车已大范围地在我国投入运行，极大地提高了我国铁路运输能力，取得了巨大的社会和经济效益。与此同时，随着动车组运营数量的迅速增长，对动车组在运行可靠性和安全性方面的要求越来越高。转向架是动车组最重要组成部分之～，其运行状态直接影响列车的运行安全，因此转向架的维修工作就成了当前亟待解决的课题。

一、动车转向架故障类型统计

在分析产品故障时，一般是从产品故障的现象入手，通过故障现象（故障模式）找出原因和故障机理。对机械产品而言，故障模式的识别是进行故障分析的基础之一。故障模式一般按发生故障时的现象来描述。由于受现场条件的限制，观察到或测量到的故障现象可能是系统的，如制动系统不能制动；也可能是某一部件，如传动箱有异常响声；也可能就是某一具体的零件，如油管破裂等。因此，针对产品结构的不同层次，其故障模式有互为因果的关系。故障模式不仅是故障原因分析的依据，也是产品研制过程中进行可靠性设计的基础。如在产品设计中，要对组成系统的各部分、组件潜在的各种故障模式对系统功能的影响及产生后果的严重程度进行故障模式、影响及危害性分析，以确定各种故障模式的严酷度等级和危害度，提出可能采取的预防改进措施。因此将故障的现象用规范的词句进行描述是故障分析工作中不可缺少的基础工作。

二、动车组转向架系统故障模式及影响

1.转向架零部件的可靠性框图。可靠性框图指的是为了描述系统可靠性建立起来的逻辑关系图，是系统中各个设备之间关联度的表达。可靠性框图描述了当其中一部分设备发生故障或者失效后，对整个系统状态的影响关系。一般的，可靠性模型有串联、并联和混联三种可靠性模型。以下对串联可靠性模型进行介绍：若系统是由n个部件或者子系统构成，当且仅当n个单元全部正常工作时，系统才能正常工作，即其中任意一个部件发生故障，就会影响系统正常运行。这时称系统是由n个单元构成的可靠性串联系统，其动车组转向架是由多个零部件串联构成的系统，而且每一个零部件又可以进一步细分为由若干个元器件经过串联组合而成，只有当所有的零部件运行正常的情况下列车才能安全行驶。通过用可靠性图形来描述系统内各部件之间功能上的逻辑组合关系，为后续转向架故障率函数的建立提供了依据。

2.故障模式分析。故障是产品或产品的一部分不能或将不能完成规定功能的事件或状态。而故障模式是产品故障的外在表现形式，例如断裂、轮对表面擦伤和过度耗损等。这种表现形式可以通过观察得到，也可用测量仪器测量出。在本文对故障模式的提取时主要是从部件的故障描述入手，得到部件的故障外在表现形式，进而找出故障原因。产品在工作过程中，同一种故障可能出现多次，这些都称为一种故障模式，并且通过故障次数的统计可以计算出故障的发生率。在对具体的系统进行故障分析前，必须明确系统的故障判据，这样才‘能区分产品此时表现的非正常状态是否为该产品的故障模式。动车组故障的定义：“动车组整车或其零部件的一项或者多项技术经济指标偏离了规定的正常状态，在规定的使用条件下不能完成规定功能的事件或状态”。如某零件及配件的损伤或部件的损坏导致系统功能不正常或性能下降；电机功率下降；动车牵引力降低；传动系统平稳性变差、振动噪声增大等。动车组的故障判据：（1）在规定条件下，规定时间内不能完成规定功能的事件。（2）设备尚能工作，但有一个或者几个性能参数达不到规定要求。（3）因操作失误或者由于环境应力变化，导致的功能丧失。（4）动力性能下降一一动车组不能发出预定的功率，牵引力下降。（5）经济性能下降一一工作效率降低，如齿轮传动效率降低等。（6）可靠性能下降一一如机械部分配合问隙加大，导致连接松动、产生振动，可能引起部件的断裂，甚至危及行车安全。

3.故障原因分析。故障模式分析只说明了产品发生故障的表现形式，但并未说明产品为何发生故障。所以，为了提高产品的可靠性，对故障的原始数据进行故障模式鉴别之后，还必须对每一种故障模式的所有可能原因进行分析。往往引起某种故障的原因可能不只一种，因此需要通过具体的故障表现形式以及各零部件功能和彼此之间的逻辑关系进行综合的评定，最终找出产生故障的关键因素。分析故障原因一般从两个方面入手，一方面是产品自身的物理、化学或生物变化过程等导致产品功能故障或潜在故障的直接原因，即故障机理；另一方面是由于环境因素和人为因素和其他产品的故障等引起的问接原因。比如转向架牵引拉杆出现裂纹，有可能是因为材质的问题、供方制造质量问题或加工工艺问题，也有可能是因为机械运动的不合理、受到外力的撞击或者巡检人员的失误。面对不同的故障原因，相应的故障处理方式也不同，因此更需要对故障原因进行明确。

4.故障影响分析。故障影响是指产品的每一个故障模式对产品工作、功能和状态的影响。当分析系统中某产品的故障模式对其他产品的故障影响时，不仅要分析该故障模式对产品本身或相同层次的其他产品造成的影响，即局部影响，还要分析该故障模式对上一层和最终的影响。就动车组转向架而言，转向架部件发生的故障产生的影响，对部件本身层面会造成轻微的零部件的损坏；对上一造成转向架系统的暂时性的损坏，而造成的最终影响是影响列车的舒适性和正常运营。由于不同故障的影n向程度也不相同，这就需要我们对故障影响的严重程度进行等级划分，一般用严重度表示。严重度是给产品故障对设备的正常运行所造成的影n向程度规定的一个量度，用数字表示影响程度的高低。故障严重度等级的划分是为了对故障影H向进行量化度量，为每个故障机理分配一个严重度等级，这样便于掌握零部件故障对系统的影响以及可靠性评价和故障模式及其影响分析。故障严重度等级的划分是按照造成系统性能丧失的程度及对行车安全的影响情况进行划分。

5.预防性维修策略描述。在动车组转向架的维修中，如果用各零部件的最优维修问隔来确定转向架的维修策略，那么系统就需要不断地停机。因此必须考虑各部件间的时问相关性，将很多的维修工作集中起来，重新调整各部件的维修任务，从而使整个系统的目标达到最优，这就是多部件机会维修的策略。其中，故障维修采用最小维修（修复如旧）；预防性维修和机会维修采用不完全维修；预防性更换采用完全维修（修复如新），主要是通过将设备系统的预防性维修与故障维修时间点相接近的一些部件同时进行维修，从而减少系统的总维修成本和时间。铁路管理部门，应加强铁路线路钢轨和沿线设施设备和运行环境的整理维护，以减少车辆运行除外的意外故障。动车组维修部门维护转向架时应严格按照维修手册规定进行，并对致命度大的部件和模式加以重视。

一般故障模式对转向架功能影响进行了定性与定量分析，可以作为设计改进，特别是使用维护的依据。综合考虑了故障率数确定时的影响，建立了预防维修模型，通过最小化费用率得到了最优维修次数和维修计划，对于其他类型的转向架的研究有好的参考价值。

参考文献：

[1]孙永才，鲍维千.机车总体及转向架[M].北京.中国铁道出版社，2016

[2]严隽耄，傅茂海.车辆工程[M].北京.中国铁道出版社，2016

[3]曾声奎．可靠性设计与分析FM-]．北京，国防工业出版社，2016．