铁路车辆论文

机车车辆整车可靠性指标的探讨摘要：通过对机车车辆整车的可靠性指标进行探讨，提出了MDBF、MDBFF和上线率作为机车车辆制造企业产品可靠性指标的建议，为制造企业进一步满足用户要求、开展产品可靠性的研究奠定基础。关键词：机车车辆；可靠性指标；平均故障间隔距离；平均功能故障间隔距离；基本可靠性；任务可靠性0引言随着我国国民经济的快速发展，交通、物流与日俱增。铁路运输担负了全国货运总量的70%和客运总量的60%。作为承担铁路运输的装备———机车车辆运用的安全准点，是保证铁路运输的关键因素之一。因此要求机车车辆具有很高的可靠性。最新的国际铁路行业标准IRIS更是明确提出了对RAMS（可靠性、可用性、可维护性和安全性）的要求。因此提高产品的可靠性，已是铁路装备制造企业参与国际竞争的关键因素。由于我国对机车车辆整车可靠性的相关研究还处于初步阶段，目前只能参照其他系统的可靠性标准，凭经验及大致的统计数据来提出可靠性的要求，尚未建立成熟的可靠性指标和验收体系，使得机车车辆整车可靠性管理不尽人意。因此开展机车车辆可靠性要求的研究，建立科学规范的机车车辆可靠性指标和验收体系对于机车车辆制造企业具有深刻的意义。由于机车车辆整车的可靠性指标及其验证方法极为复杂，本文仅对其可靠性指标的建立进行探讨，并提出建议。1机车车辆整车可靠性指标现状目前从机车车辆整车的技术文件中可以看到，涉及到的可靠性指标基本上为机破率、临修率和碎修率。然而，在具体使用机破率、临修率和碎修率来考核机车车辆整车的可靠性时将存在着一些问题。根据IEC60050（191）的定义，可靠性是“产品在规定的条件下和规定的时间区间（t1，t）2内完成规定功能的能力”，它的定量化指标———可靠度，就是“产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功能的概率”。因此，实际上讨论可靠性就是讨论故障概率。机车车辆机破率，是以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至时间t=t1的累计机破故障数量而得到的比率。机车车辆临修率，是以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至时间t=t1的累计机车非修程入库检修的故障数量而得到的比率。机车车辆碎修率，是以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至时间t=t1的累计机车非修程不入库检修的故障数量而得到的比率。这都是一种累积故障概率（F（）t）。首先，由于这种累积故障概率考核的是所有在用的特定机型的机车车辆，那么在用的机车车辆的运行公里数的大小对累积故障概率的影响很大。运行公里数越大，累积故障概率越小。同时由于每一台（批）机车车辆投入运用的时间不同，按照产品故障浴盆曲线的原理，出现的故障类型和概率是不同的。而我们就特定时间统计所有机车车辆的运用，就可能出现故障类型和概率的偏差。其次，可靠性分为固有可靠性和使用可靠性，也可分为基本可靠性和任务可靠性。机破率、临修率和碎修率，考核的是固有可靠性、基本可靠性，还是考核使用可靠性、任务可靠性，必须加以说明，否则容易对可靠性产生不同的理解，从而采取不同的可靠性保证方案。第三，机破率的统计，以导致任一列车晚点5 min（以京广线为例）的设备故障为机破故障。然而，在实际运行中，当设备故障后，影响列车晚点的因素是多方面的，它不仅与故障类型、系统的可维修性有关，还与司乘人员的技术水平、产品设计的冗余等有密切关系。如：机车运行途中硅机组因电容击穿显示主接地故障，司乘人员隔离部分电机维持运行，正点到达，未造成机破，但实际上产品出现了故障；有时，也可能因培训不到位，司乘人员对产品不熟悉，可能操作不当，使得列车晚点而导致机破，但产品本身却未出现故障。从上述分析可以看出，机破率、临修率和碎修率难以真实、全面的反映产品的可靠性，对推动制造企业提高产品可靠性的作用有限。因此，有必要对机车车辆整车的可靠性指标加以研究与探讨。2机车车辆整车可靠性指标国际电工委员会（IEC）、欧洲标准（EN）均针对轨道交通制定了可靠性要求，即IEC 62278、EN 50126、EN50128、EN 50129等。但这些标准仅给出了轨道交通适用的可靠性典型参数示例，不具有实际的操作指导意义。通过对比IEEE有关标准和机车车辆实际运行经验，在考虑机车车辆整车可靠性指标时，建议使用平均功能故障间隔距离（Mean Distance Between Functional Failure，MDBFF）、平均故障间隔距离（Mean Distance Between Fail-ure，MDBF）以及机车车辆上线率（On Line Service Rate）三个指标来综合衡量机车车辆整车的可靠性。MDBF作为机车车辆整车基本可靠性的特征量，可以反映出整车运用对维修人员、维修时间、维修费用、备品备件需求的要求。一个系统基本可靠度低，即使能够满足任务可靠度的要求，也会导致系统维护成本高。或者说通过设备冗余的保证，虽然能够满足任务可靠度，但其后发生的维修成本也是不可忽视的，由此带来的系统复杂程度增加，系统基本可靠性也会降低。从国际轨道交通装备制造企业设立的质量指标来看，有6项指标属于MDBF要衡量的范围。具体如下：1）零公里故障：产品到段尚未正式投入运用阶段出现的故障。2）早期故障：产品投入运用至定义的最短修程阶段出现的故障。3）运行故障：产品在正常运行中出现故障但能到达目的地。4）非定期检修：不在规定的修程时间所进行入库检修和不入库检修。5）停机故障：产品在运行中突然停机，但因重联或连挂的原因能够被牵引到达目的地。6）使命故障：产品在运行中故障而不能到达目的地。MDBFF作为机车车辆整车任务可靠性的特征量，可以反映出整车在规定的时间段内或任务段内完成规定功能的能力。这个特征量与我们现行通用的机破率有近似之处，但量纲不同。作为制造企业，为了保证整车的任务可靠，不得不在整车设计中考虑一定的设备冗余，同时又得兼顾系统的简化，这是一对矛盾。MDBF和MDBFF两项可靠性指标反映的是机车车辆在承担运输任务过程中的质量状况，它们均不能反映机车车辆不承担运输任务时的质量状况。有时，上线运行的机车车辆质量状况良好，没有出现故障，但在段备用的机车车辆质量状况却不佳，甚至不能上线运行。虽然MDBF和MDBFF两项可靠性指标能满足要求，但备用机车车辆的质量状况却无法满足用户的要求。因此，国际铁路行业引入了上线率这一指标。机车车辆上线率的定义是上线运行的机车车辆数与良好的备用机车车辆数之和除以总机车车辆数。上线率指标客观地反映了制造企业的服务质量、产品的可维护性和可用性水平，也影响了用户运输的可靠性，是用户目前关注的焦点之一。因此，机车车辆整车上线率也应当作为可靠性的指标。综上所述，可以将MDBF作为基本可靠性指标，衡量机车车辆整车对维修人员、维修时间、维修费用、备品备件需求的要求。将MDBFF作为任务可靠性指标，衡量机车车辆整车完成规定功能的能力。上线率作为整车可靠性的关联指标。3 MDBF和MDBFF的测算由于机车车辆是大型机电产品，不能简单以电子零部件或机械零部件来测算可靠性数据。虽然零部件本身故障模式的种类并不多，但成为整机产品后，需考虑的因素就比较多了，如各零部件所具有的故障模式的组合，由于零部件的组合而组成的（不是来自零部件的故障）故障模式的复合。因此从整机来看，形成大量近似函数的复合，其形式变得复杂。实际测算中，可以用威布尔概率纸测算故障概率直线的斜率，以获得形状参数m来确定故障的性质（m=1，偶然性故障；m>1，耗损性故障）。用指数分布来概算故障率λs，系统的每个单元都服从指数分布，则单元可靠度R（i）t=e-λit系统可靠度R（st）=e-λ1te-λ2te-λ3t……e-λnt=e-λst系统故障率λs=λi平均故障间隔时间MTBF=1/λs考虑到传统上机车车辆故障是按照运行公里数进行统计，加之机车车辆在段备用的时间对平均故障间隔时间将产生影响，因此建议采用平均无故障间隔距离（MDBF）来代替平均故障间隔时间进行可靠性的概算，仍然要统计1/λs。以配属三个机务段的某车型某年十月份的故障统计，来测算该车的MDBF和MDBFF，可以看出其与机破、临修的差异，如表1和表2所示。通时，RC回路中的冲击电流过大（为电容器最大工作电流的倍），使电容器加速老化，出现降级或损坏。电阻的功率为最大工作功率的倍，不能满足电阻的工作要求。2）采用改造后参数（R=Ω，C=18μF），在整流桥90°开放，晶闸管导通时，电容的放电电流的峰值只为改造前取值的1/3，电阻的功率也比改造前参数取值下降100 W左右。晶闸管关断时，电容器的放电电流峰值为改造前的1/2，更好地改善了整流元件的工作条件。3）改造后，在整流桥90°导通时，电容器的极限工作电流值只为最大工作电流的倍，电阻的极限工作功率为最大工作功率的倍。考虑到整流桥90°换向为瞬时发热，电阻有一定的散热时间，电阻出现烧损的可能性较小。4结语2007年底在新乡机务段和准格尔机务段，按照上述改造方案各试改了5台SS4改型机车，运行至今没有再次出现RC回路电阻和电容烧损击穿问题。说明该改造方案能解决SS4改型机车RC回路电阻和电容烧损击穿故障。并且该改造方案简单，改造成本低，适合在其他SS4改型机车进行批量改造。参考文献：[1]张有松，朱龙驹.韶山4型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，[2]2001.[2]蒋家久.电力机车牵引绕组阻尼电路参数匹配对设备安全的影响[2][J].铁道机车车辆，2005（4）.