关于可靠性分析的轨道交通车辆的转向架维修周期研究

关于可靠性分析的轨道交通车辆的转向架维修周期研究

赵同旭

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 266000

摘要：随着我国轨道交通的快速发展，城市交通拥堵的问题得到了很大的缓解，让我国城市的空间利用程度更加科学与合理。不过轨道交通为人们生活带来便利的同时，也面临了许多问题，车辆供需逐渐跟不上生活的节奏、车辆的维修费用也在日益增加，本文主要通过利用可靠性分析手段来对车辆的维修周期进行合理规划，以提高维修效率，从而解决城市轨道交通运维紧张、安全性存在隐患的问题。本文主要从轨道交通车辆辆的转向架RCM分析与轨道交通车辆辆的转向架维修方法来进行分析。

关键词：可靠性；轨道交通；转向架；维修周期

引言：随着我国轨道交通的快速发展，城市交通拥堵的问题得到了很大的缓解，让我国城市的空间利用程度更加科学与合理。不过轨道交通为人们生活带来便利的同时，也面临了许多问题，车辆供需逐渐跟不上生活的节奏、车辆的维修费用也在日益增加，本文主要通过利用可靠性分析手段来对车辆的维修周期进行合理规划，以提高维修效率，从而解决城市轨道交通运维紧张、安全性存在隐患的问题。本文主要从轨道交通车辆的转向架RCM分析与轨道交通车辆的转向架维修方法来进行分析。车辆车辆车辆

1、轨道交通车辆辆的转向架RCM分析

转向架在轨道交通车辆中是十分重要的一个单元，它包含了轮对轴箱定位设备、中央悬挂及牵引设备、牵引电机及齿轮箱、基础制动系统、构架等部件，它起到了承载轨道交通车体的关键性作用。而对于其的RCM分析要从轨道交通车辆辆的转向架的设备特性、故障类型以及可靠性指标三个方面来进行。

1.1轨道交通车辆的转向架的功能分析

1.1.1轨道交通车辆的转向架的特性分析

①设备结构与系统的复杂性

轨道交通车辆的转向架是一个非常复杂的设备系统，其包含了四个子系统，分别是液压系统、气动系统、机器系统、电力系统，每个子系统之间有各自的功能但却又互相结合，使轨道交通车辆的转向架能够正常运作。因其复杂的设备结构并且含有各个不一样的机电组合元器件，所以对于轨道交通车辆的转向架的维修模式是非常灵活的，所以在对其进行维修时，应该抛弃传统的维修模式，这样才不会造成维修不足或者维修过剩的情况。基于复杂设备当中的低阶分布结构与零件本身具有的结构特点和复杂性，可以将相关性比较大的零件当做一个整体来进行维修，这样不仅能够减少维修过程当中的复杂性，还能够增加整个设备的维修质量，减短维修周期。

②寿命分布与故障特性的多样性

根据轨道交通车辆技术的日益发展，对于车辆的转向架这种复杂的设备结构的维修模式变得越来越复杂，通过对其本身结构的分析和大量试验数据的收集，可以看出这种复杂设备的故障曲线除了时域曲线之外，还有其他的五种故障曲线。从维修理论研究的时间曲线来分析，可以得出如图1复杂设备故障分布曲线。从图中可以看出，曲线A是右半频域曲线，形成这个曲线的原因是因为设备的老化而引起在设备使用过程中的后期故障率增加的情况；曲线B便是一个典型的频域曲线；曲线C是一个左半频域曲线，形成这个曲线的原因是在设备使用的初期阶段呈现的故障，而在设备使用的后期阶段故障率稳定的一种情况；曲线D是设备在整个使用过程当中的故障率维持稳定的一种情况；曲线E是设备在使用过程当中的初期阶段故障率增加后便维持稳定的一种情况；曲线F是设备在整个使用过程当中故障率一直增加的一种情况。一般情况下，设备故障率的特点契合A曲线或者B曲线的分布特性时，都是因为设备具有机器磨损、原料老化、金属疲劳等原因造成的，所以对于现如今的复杂设备的维修模式已经不能够完全按照传统的频域曲线来确定，这样不能够满足其维修的基本要求。

图1 复杂设备的故障分布曲线演变

从另外的方面来说，车辆的转向架故障特性的多样性是由于其设备的结构复杂性而造成的。在轨道交通车辆的转向架的使用过程当中，因为运作模式的不一样，转向架上的零件也会呈现不一样的故障模式。一般情况下，造成零件呈现故障的原因都是因为它的设计、制作、原料以及使用条件和储存条件，所以对于不一样的零件或者是同一零件当中的不一样元器件的故障模式都是不一样的。一般情况下的故障模式有磨损、轮廓损坏、缺失、加工缺陷等等。综上所述，由于轨道交通车辆的转向架的零件功能不一样、结构复杂，并且各零件之间具有一定的相关性，所以可能呈现各种各样的故障模式，对轨道交通车辆的运作产生不一样的影响。

1.1.2轨道交通车辆主要零件的可靠性框图

轨道交通车辆的转向架最主要的作用是承受车身的重量、将车身重量平均的传递到轨道上、指引车辆按照轨道行驶、安全地穿过曲线和岔道。所以转向架的装配增加了轨道交通车辆的运作平稳性，使得牵引电机和制动设备更方便装配，并且转向架是车辆的独立部件，在设计过程当中，需要其便于制作、装配、更换和维修。一般情况下，轨道城市交通车辆的转向架可以分成三个系统，分别是轮对、轴箱定位设备、中央悬挂及牵引设备。

①轮对

车轴和车轮是转向架轮对的基本构成成分。轮对的关键部件是车轴，现如今，我国使用的车轴大多数都是由圆断面实心原料构成的车轴。而对于车轴可以具体的分成轴颈、防尘板座、轴座、齿轮箱轴承座、牵引齿轮座、制动盘座、轴身这几个成分，如果是根据位置，分布不一样，也可以分成拖车转向架车轴和动车转向架车轴，转向架轮对的可靠性框图如图2所示。

图2车辆的转向架轮对的可靠性框图

②轴箱定位设备

轴箱设备构造最简单、制作最方便的是圆锥滚动轴承轴箱。其优点是检修方便、重量较轻等，其被广泛运用在转向架的装配过程当中。而定位设备一般都是转臂式定位设备，由转臂定位、垂向油压减震器、螺旋弹簧、橡胶弹性节点、锥形销轴、支撑座等结构构成。

③中央悬挂及牵引设备

空气弹簧、横向液压减震器、抗侧滚扭杆和牵引设备是中央悬挂设备的主要构成成分，前面三个设备又是二系悬挂的主要成分，二系悬挂是用来增加乘客的舒适度的设备。抗侧滚扭杆设备由抗侧滚扭杆轴承、扭杆、扭臂，吊杆，橡胶圈等成分构成。可靠性框图如图1.4所示。

1.2轨道交通车辆转向架的故障模式与影响分析

FMEA是失效与影响分析的意思，而对于车辆的转向架的FMEA分析分成零件故障模式的辨识、呈现此故障的原因、此故障对于轨道交通车辆的影响以及此故障级别的区分，下面将从这几个方面来进行分析。

①零件故障模式的辨识：轨道交通车辆因其零件结构的复杂性与多样性，其出现的故障模式也是多种多样的，但是总的来说可以概括为零件结构完整性的损坏、零件结构功能性的损坏、零件制作工艺的损坏以及零件使用寿命的锐化这四种模式。其中对于轮对当中出现的故障可以分成：轮径同轴超差、轮径比规范值低、轮径有沟壑形状的磨损、踏面环状剥离、踏面点状剥离、轮缘高度超过规范值、轮缘润滑器的位置装配不准确等几种模式；在油箱以及油箱定位系统当中出现的故障可以分成：工艺堵头丢失、减震器出现漏油情况等几种故障模式；在中央悬挂以及牵引设备系统当中出现的故障可以分成：减震器出现漏油情况、空气弹簧出现漏风情况、空气弹簧对于补偿值的控制不准确、抗侧滚扭杆的橡胶圈脱落或者呈现撕裂的情况等这几种故障模式；在牵引电动机和齿轮箱系统当中出现的故障主要有：齿轮箱出现渗油情况；基础制动系统当中出现的故障主要是闸瓦磨耗到限等。

②零件呈现故障的原因：因为轨道车辆转向架的零件构成非常复杂，所以其零件出现的故障模式也是多种多样的，所以需要对车辆转向架的零件出现故障的原因进行分析，找到导致出现此故障或者是潜在故障出现的设备自身具有的物理、化学因素等。通常情况下，可以将轨道交通车辆出现故障的原因分成以下三种情况：零件出现断裂、零件因磨损而出现故障、零件因振动而出现故障。零件出现断裂指的是转向架零件呈现了裂纹情况，这是由于制作零件的原料自身具有炼制瑕疵或者是在加工、制作、装配以及使用过程当中呈现的损害；零件出现磨损情况指的是转向架的零件在使用过程当中零件轮廓与气体、液体和固体等出现作用引起其出现脱落或者移动而形成的机器损坏；零件呈现振动损害是由于车辆行驶过程当中零件的振动幅度超过了零件原料所能承受的最大范围。

③故障对轨道交通车辆的影响以及故障级别的区分：轨道交通车辆转向架的故障影响可以分成三个方面，第一个方面是转向架零件本身造成的影响，第二个方面是转向架系统造成的影响，第三个方面是轨道交通车辆运营的影响。通常情况下，在轨道交通车辆的转向架上出现的故障会对车辆自身造成一定程度的影响，在上一层面，造成转向架的临时性损坏会导致轨道交通车辆的舒适性和运营性受到影响。根据不一样的故障模式造成的影响的后果，可以将其区分成不一样的级别，最基本的参考条件是轨道交通车辆转向架的零件出现故障时，会对轨道交通车辆造成的故障大小进行区分。具体的四个级别如下表1所示。

表1故障级别区分

2、轨道交通车辆维修周期的方法分析

对于轨道交通车辆转向架的维修方法包括了对车辆转向架的预防性维修和故障性维修两种模式，如果再详细的将两种维修模式分类。可以分成预防性修复、预防性更替和故障性修复、故障性更替四种模式，其中预防性更替和预防性修复是预防性维修包含的内容，故障性修复和故障性更替是故障性维修所包含的内容。在拟定维修方案时假设轨道交通车辆的转向架在有限的行驶距离[0，L

_mis]之间行驶，如果车辆转向架的行驶距离达到了设计方案所需要的预防性维修周期时，那么必须要对车辆转向架进行预防性维修，即对车辆转向架的零件及设备系统进行预防性修复或者预防性更替。在这种维修方法之下，在轨道交通车辆行驶的距离之间，车辆的转向架总共进行的N次维修，维修时间分别在l₁,l₂,...l_n。

在预防性维修方法的拟定过程当中，决策变量的确定是能否拟定科学的维修方法的关键。如果转向架的维修周期设计时间过短，那么便会增加维修的次数，呈现过维修的情况。这种方法虽然在一定程度上增加了转向架的使用寿命，使其出现故障的概率减小，但是这种方法的维修成本过于高昂，并且因为转向架的预防性维修时间大大增加，使得其正常使用的时间减少即使用效率减少；反过来如果转向架的维修时间太长，那么维修的次数会变少，呈现欠维修的情况，这种方法会大大增加转向架在运作时的危害，减少其可靠性。所以需要找到一个平衡点来确定维修距离和维修次数之间的效率最大化，同时避免过维修和欠维修两种情况，这样才能够拟定出效率最高、安全性最大的维修方法。

转向架的维修模式分别为更替和修复两种方式，具体采用哪种维修模式需要根据轨道交通车辆转向架在有限的行驶距离之内具体情况来确定。其中更替维修是用一个新的设备来对呈现故障的设备进行更替，因为新设备的性能齐全，所以这种修复模式可以将设备当中出现的故障概率降到最小，增加轨道车辆转向架在使用过程当中的安全性和可靠性，但是这种维修模式的成本过于高昂；修复维修模式是指将轨道车辆转向架设备之中呈现了故障的零件进行擦拭和修复，呈现故障的设备的性能会有一定程度的增加，所以出现故障的概率会恢复到修复之前的水平，但是这种维修模式不能够彻底消除由于设备带来的故障率。所以在轨道交通车辆转向架对维修模式的选择上有很多种不一样的方法，需要根据具体的情况来进行方案的选择，其中每种维修模式所代表的方法如表2所示。

表2各维修方法的符号与方法具体说明

结束语

轨道交通车辆转向架是轨道交通车辆当中最重要的系统之一，其安全性与人民的出行息息相关，所以需要工作人员投入更多的时间与精力来对其进行研究，找到更加科学与合理的维修方案来对转向架的维修周期进行分析。

参考文献

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