第一篇：7.23動車組事故原因分析及我們如何加強安全保護

7.23動車組事故原因分析及我們如何加強安全保護

一、事故原因分析

2011年7月23日20時30分05秒，甬溫線浙江省溫州市境內，由北京南站開往福州站的D301次列車與杭州站開往福州南站的D3115次列車發生動車組列車追尾事故，造成40人死亡、172人受傷，中斷行車32小時35分，直接經濟損失19371.65萬元。

經調查認定，“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故是一起因列控中心設備存在嚴重設計缺陷、上道使用審查把關不嚴、雷擊導致設備故障后應急處置不力等因素造成的責任事故。具體原因如下：

（1）設備缺陷+雷擊+信號錯誤

國務院事故調查組通過周密細致的現場勘察、檢驗測試、技術鑒定、調查取證、綜合分析和專家論證，查明“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故的原因是：通號集團所屬通號設計院在LKD2－T1型列控中心設備研發中管理混亂，通號集團作為甬溫線通信信號集成總承包商履行職責不力，致使研發的LKD2－T1型列控中心設備存在嚴重設計缺陷和重大安全隱患。鐵道部在LKD2－T1型列控中心設備招投標、技術審查、上道使用等方面違規操作、把關不嚴，使其上道使用。當溫州南站列控中心采集驅動單元采集電路電源回路中保險管F2遭雷擊熔斷后，采集數據不再更新，錯誤地控制軌道電路發碼及信號顯示，使行車處于不安全狀態。

雷擊也造成5829AG軌道電路發送器與列控中心通信故障，使從永嘉站出發駛向溫州南站的D3115次列車超速防護系統自動制動，在5829AG區段內停車。因軌道電路發碼異常，司機三次轉目視行車模式起車受阻，7分40秒后才轉目視行車模式以低于20公里／小時的速度向溫州南站緩慢行駛，未能及時駛出5829閉塞分區。

因溫州南站列控中心未能采集到前行D3115次列車在5829AG區段的占用狀態信息，使溫州南站列控中心管轄的5829閉塞分區及后續兩個閉塞分區防護信號錯誤地顯示綠燈，向D301次列車發送無車占用碼，導致D301次列車駛向D3115次列車并發生追尾。

（2）通號集團：監督管理缺失

經調查認定，通號集團及其下屬單位在列控產品研發和質量管理上存在嚴重問題。通號

集團履行甬溫線通信信號集成總承包商職責不力，對相關重點設備研發情況不跟蹤、不過問，監督管理缺失。

通號設計院在未全面了解LKD1－T型列控中心設備升級平臺研發過程、進度的情況下，僅憑其所屬的列車自動控制研究所（以下簡稱列控所）負責人口頭匯報，即同意啟動升級平臺研發工作；對列控中心設備研發設計審查不嚴，未能保證提供的信號產品達到“故障導向安全”的根本要求。通號設計院列控所草率研發LKD2－T1型列控中心設備，未組織正式的研發設計團隊，研發工作管理混亂；對設備研發設計過程管理控制不嚴格，未對列控中心設備開展全面評審，也未進行單板故障測試，未能查出列控中心設備在故障情況下不能實現導向安全的嚴重設計缺陷。

（3）鐵道部：招投標把關不嚴

鐵道部及其相關司局（機構）在設備招投標、技術審查、上道使用上把關不嚴。鐵道部執行基本建設程序不規范、不認真，片面追求工程建設速度，對安全重視不夠，對客運專線系統集成工作管理不力；運輸局、科學技術司等相關職能部門在LKD2－T1型列控中心設備招投標、技術審查、上道使用等多個環節違規操作、把關不嚴，進行無依據、不規范的技術預審查，同意沒有經過現場測試和試用的LKD2－T1型列控中心設備上道使用。

（4）上海鐵路局：應急處置不力

海鐵路局及其下屬單位應急處置不力。上海鐵路局安全基礎管理薄弱，執行應急管理規章制度、作業標準不嚴格，對職工履行崗位職責和遵章守規情況監督檢查不到位；有關負責人在事故搶險救援中指揮不妥當、處置不周全；車務、電務、工務系統相關作業人員在故障處理中存在違規作業行為。

同時，在應急救援過程中也暴露出鐵道部和上海鐵路局針對動車組重特大事故的應急預案和應急機制不完善，處置不當，信息發布不及時，對社會關切回應不準確等問題，造成了不良影響。

二、如何加強安全保護

（1）設備的安全可靠性

列車的信號、控制、防護系統對列車的安全至關重要，如果運行時除了任何差錯，都會導致十分嚴重的后果，威脅到乘客的人生、財產安全，造成巨大的經濟損失。從設備的設計研發到最后的招標投入使用，都要經過嚴格的檢查和試驗，同時還要考慮到各種復雜的情況下，設備運行的可靠性，比如雷電、地震和大風等。

（2）列車運營管理系統的同步改進

我們中國這些年大力發展高速鐵路，都是從國外引進高鐵技術，然后消化吸收，最后再自主研發國產的動車組。但是，實際上，鐵道部經常為了追求速度，不僅是列車的速度要快，修建運營的速度也快，引進的技術沒有充分吸收，從而帶來很多問題。比如列車的制造技術已經是世界一流，但是列車運營管理系統卻跟不上，這次動車組事故就充分反映了這一現象——列車遇到緊急情況時，信號出現問題，列車的運營管理系統沒有任何應急措施。日本的新干線為何能夠創造47年無重大事故的安全神話？最重要的一點就是日本的新干線實行車輛制造技術與運營管理技術同步成長，列車技術改進一下，運營管理系統也跟著改進，不會出現兩者脫節的現象。

（3）司機職業素質的提高

隨著列車設備與系統的更新換代，自動化程度也越來越高，司機需要的技術要求就變得更低。這樣雖然可以提高效率和消除一些認為因素引起的故障，但是卻同時增加了安全隱患。如果系統出現故障或者遇到不可抗力的破壞，列車的運行就完全要靠司機的判斷和能力，這關系著整個動車組的安全。我認為法國的TGV就是個很好的例子，它的列控系統就要求司機更多參與控制當中，系統的判斷和司機的技術經驗相結合，發出各種命令。這就要求司機的素質和經驗要比一般的列車司機更高，同時也更加安全。

（4）乘客的自我保護

乘客的保護主要可以分為被動防護方法與乘員主動防護方法。

被動防護主要依靠軌道車輛設計人員的優化設計來完成，設計時應該對室內設施、內裝和材料等多方面加以仔細考慮。在空間布置方面，應盡量采用同向布置，使運動空間減小，減小乘員與車體碰撞強度，這樣能使乘員傷害降低。而小桌的材質的選擇應盡量從減緩沖擊力的角度來選取，這樣可以避免乘客胸腹部沖擊小桌時造成肋骨及內臟的傷害。安全帶的設

置也可以納入安全防護設計的考慮范圍，發生碰撞時起到把乘員固定在座位上的作用，防止飛出。

主動防護主要依靠乘員的安全意識及安全常識來進行防護。列車碰撞時乘員應盡量選擇與運行方向相反方向的座位就坐，這樣可以避免瞬間的沖出，從而避免撞擊車體造成傷害。同時應該盡量采取抱頭的姿勢，避免后腦受到猛烈撞擊。如果身邊有固定物可以抓住，盡量緊抓固定物，防止瞬間飛出，造成傷害。

第二篇：7.23動車事故原因分析及安全措施

7.23動車事故原因分析及安全措施

交設0803 顏歡

1104080326 事故原因分析：

事故原因一：由于雷電因素，導致D3115車次車輛停電后停車

近一個月，雷雨天氣讓中國高鐵多批次延誤，鐵路系統解釋，這是處于“試運行時期”或“磨合期”。很少有人關注到，7.23當天另一輛廈門開往杭州的動車D3212先在溫州段附近遭遇雷擊并出現了故障，動車在半個小時后主電源用盡，車子停駛。同時，在前方十余公里處，雙嶼區域居民區發生大面積停電。D3115約在19時50分到達永嘉站，廣播通知說，因天氣原因將延長停站時間。D3115的出站速度正常，并未發現異常。

接下來，D3115在駛向雙嶼路上，一直以奇怪的低速行駛。或許該車的相關系統此時已被雷擊發生故障。而即便是雷擊停車，前車司機還可以在第一時間將停車地點及目前概況向調度中心報告。一輛前行列車突然斷電拋錨，將引起列控、調度、監測等多個系統同時反應，D3115的車況數據應在10毫秒內傳遞至相關調度室。

任何一處的斷電信息，至少會同時傳往溫州南站、永嘉站和上海鐵路局的監測系統。然后，后方列車的監視屏幕上，將會出現一條紅色光帶，警示前方情況。如果車距過近，調度室會傳輸指令到動車裝載的ATP系統，使之自動停車。

如果車內斷電，車長必須通過緊急無線通信設備，告知調度室車輛情況。在D3115停駛期間，車內手機信號正常，一些乘客撥通了家人電話。

整條甬臺溫鐵路的調度中心，在專設于上海鐵路局內的甬臺溫調度臺，它有專用的通信服務器，標配值班人員至少是三位，一位總攬調度，一位協助溝通各站，一位負責維修設備。

D3115在任何路段的拋錨，都可以為調度室知悉。他們擁有整整10分鐘時間，讓D310司機潘一恒停下車，即便潘未能注意到警示信息，列車中的乘務員也可以在車廂過道的數據儀表上發現信息，提醒駕駛員。但這一切，都沒有發生。

事故原因二：溫州南站和永嘉站的列控系統很可能轉為“非常站控”模式 目前來看，前車D3115是CRH2型,后車D301是CRH1型。這兩個型號的車用的是我國自主研發的CTCS-2列車控制設備。設計方中國鐵路通號集團的資料顯示，全線各站（除溫州動車存車場、溫州南駝峰以外）均配備相應的地面列控設備，以保證運行區段地面列控信息的完整性。從寧波到溫州南，13個上下客站通過帶寬2兆的環形光纖網絡，日夜交換監測信息。調度室的設備也設計有安全防護。每一套CTC系統設備和傳輸通道，都采用行話所說的“雙套冗余結構”，即每一設備都配有一套即時可開啟的備用設備。并且，在關鍵的信息處理環節，還采用“二乘二取二”的設置，類似于同時開啟兩種品牌的四臺處理器，取兩個不同品牌處理器生成的數據，且只有兩者數據一致，才會被調度系統采納。

在永嘉至溫州南站之間的自動閉塞系統中，排布著多個無人控制臺，它們在實時監控閉塞區間路況，并發出指示信號，即便在停電狀況下，也可以繼續運轉2個小時。正常情況下，在D301接近D3115十多個閉塞區間前，控制臺就會發出警告。按理說，當前車突然停駛后，后車的自動控制系統將自動報警，并立刻停止運行。

除非后車司機將自動控制系統關閉，那么自動控制系統沒有運行的最大可能性是：前車停止后并未將信息傳遞給后車，導致自動控制系統錯誤判斷，進而影響到了司機的判斷。（亦不排除后車自動控制系統出現重大故障）

據說，D301的運行時速為180公里，這樣的速度就可以說明：列車收到的是“綠燈”，并且給予列車的行駛速度權限極高。

7.23動車追尾的根本原因是，區間及溫州南站信號控制設備失靈，對前車（D3115）占用區間沒有任何反應，沒能導向安全（顯示紅燈）以及啟動后車（D301）的緊急制動設備。至于信號控制設備失靈的原因只能有兩個：一個是信號系統設計，一個是信號設備質量。系統設計隱患的可能性極小，可以認定是設備質量的問題！地面信號及后車（D301）車載計算機均顯示一路綠燈，按規章規定D301司機必須以正常速度行駛。前一個區間被（D3115）占用，自己車組的緊急制動設備失靈，他一無所知。等到他目測前方有列車而緊急制動，已為時已晚。后車（D301）司機不但沒有責任，而且在很大程度上挽救了中國動車和高鐵事業，D301動車組司機是烈士，而且是本中國最大的功臣！

前車（D3115）司機只有一種職責，按調度的指令即溫州南站車務值班員的信息行事，駕駛室內的控制設備沒有向后發車出任何信息的設計程序，前車（D3115）司機也沒有任何責任！

安全措施：

鐵路信號的功能是保障列車安全正點，區間空閑或占用由軌道電路監控，信號控制系統的電源是專用供電，由地下電纜輸送。首要任務就是保障鐵路信號系統的安全，鐵路部門立即開展了安全大檢查活動，全面排查和消除安全隱患，堅決防止發生新的嚴重事故，全力穩定運輸安全局面。

高速鐵路是一個系統的科學運營管理工程，對專業化的要求非常高，但專業精神這一點，整個中國社會目前都還是比較欠缺的。所以，下一步最重要的是要注重人才的培養，實現動車、信號系統、列控系統的國產化，掌握其核心技術，自主研發制造，徹底擺脫國外技術壟斷，“先引進后吸收”的捷徑應該著手轉變。中國高鐵發展的前提是：信號控制系統及設備質量絕對安全可靠！

現代企業安全管理的特征也告訴我們，安全管理已逐步實現由傳統的事故處理向事前預防、由“要我安全”的被動安全向“我要安全、我會安全”的主動安全的巨大轉變。在以人為本、創建和諧社會的今天，讓我們把握源頭、做好事故的預防，為企業的和諧健康發展架起一道堅實的安全屏障。

第三篇：動車組操縱與安全文檔

動車組操縱與安全

1.動車組司機作業程序與機車乘務員作業程序大體相同，主要由出勤、接車、出庫、發車、運行、終到、入庫、退勤、出勤等環節組成

2.出勤及接車作業20分鐘 3.出庫時間距開車點前不少于40分 4.入庫作業及退勤時間60分

5.出乘前充分休息。做到二必須一嚴禁：本段夜間出乘前，必須按規定待班時間到段待乘室休息，外段出乘前必須在公寓休息4小時以上，班前嚴禁飲酒，保持良好的精神狀態

6.出勤時做到：準時到達機調室，接受酒精含量測試，領取司機手冊、添乘指導簿、司機報單和運行揭示，閱讀安全通報，逐條核對運行揭示，對與本趟列車相關的運行揭示逐條打勾，根據天、時、人、車等情況做好預想，做到不錯、不漏、全員清楚，制訂安全正點，操縱保養、節約等方面的有關措施，記錄于司機手冊 7.站段分界點一度停車，隨車機械師下車簽點，記錄出庫時間，并了解股道和走行線路，按信號顯示出段

8.動車組運行至監控裝置開車對標位置、按壓開車鍵 9.動車組在運行或未停穩時禁止換向操作

10.起動動車組時，應將牽引手柄在P1位稍做停留，在根據目標速度采用適當級位。動車組運行途中，牽引手柄無須逐級提升或降低，可根據加減速需要自由操控

11.進站停車時按停車位置標做到一次穩、準停車，力求停車平穩。站內停車速度低，盡量采用B4級以下的制動級位，待動車組產生制動后，根據停車位置逐步減擋至B1級停車。動車組停車后將制動手柄置B1位，使列車制動

12.在長、大坡道起動動車組時，可將牽引手柄置于一定牽引級位在緩解列車制動，防止動車組溜逸

13.牽引手柄與制動手柄的配合操縱，應充分利用動車組制動優先的控制邏輯設計。正常情況下，使用制動手柄前，應先將牽引手柄回切位，再實施制動。緊急情況下要調速時，牽引手柄在任一牽引位上，可直接利用制動手柄調速，在將牽引手柄回切位 14.列車停車后，應追加制動手柄至B7位 15.必須接收書面行車憑證時，應停車接驗

16.在整備線路準確位置停車，將牽引手柄置切位，換向手柄置關位 17.司機臺正面下側布置有關空調出風口、風笛腳踏開關及MON裝置的IC卡插口

18.司機室空調與車廂空調系統相分離，是一個獨立的空調系統 19.車輛在起動狀態時，列車前照燈就會自動打開

20.我國傳統列車的信息控制系統可分為機車信息控制系統和車輛信息控制系統兩部分

21.我國動車組列車的信息控制系統由監控器和控制傳輸裝置兩部分組成

22.我國動車組的車載信息控制系統普遍采用了貫穿整個列車的連接總線進行信息傳輸 23.動車組列車信息控制系統主要由列車信息中央裝置、終端裝置、列車信息顯示器，車內信息顯示器等3部分組成 24.傳送線有列車信息傳送線及自我診斷信息傳送線兩種

25.動車組車載信息控制系統由3種模式：一般模式、檢修模式、診斷模式

26.動車組旅客廣播信息服務系統包括廣播系統、顯示系統和娛樂系統等3個子系統

27.乘務員間聯絡呼叫的主要方式有全體聯絡呼叫和個別聯絡呼叫兩種

28.動車組2小時以內的救援可以采用機車與動車組直接通過過渡車鉤連接

29.運行中發現受電弓故障，應立即降弓，采取緊急停車措施 30.遇天氣惡劣，信號機顯示距離不足200時，司機立即報告列車調度員

31.遇ATP裝置故障時，司機匯報調度員后，停車轉換為LKJ裝置控制，限速160KM/H繼續運行

32.動車組的回送采用回送車與動車組固定連接，而后由客運機車牽引回送

33.回送限速120KM/H 34.回送途中不得通過半徑小于200M曲線

35.以5KM/H及以下的速度移動機車并與回送車連掛

36.按照地面向機車傳送信號的連續性來分類，分為連續式列控系統和點式列控系統

37.按照人機關系 來分，分為設備優先控制和司機優先控制 38.按照列車速度防護模式，分為階梯速度防護模式和曲線速度防護模式

39.CTCS0級適用于最高運行速度為160KM/H及以下的列車 40.CTCSO級的控制模式是目標距離式

41.CTCSO級的自動閉塞設計仍按固定閉塞方式進行 42.CTCS2級采用目標距離控制模式

43.CTCS2級采取的閉塞方式稱為準移動閉塞方式，強調了線路數據由地面傳送，而CTCS1級的線路數據是在車上存儲的.44.CTCS2列控系統分為車載設備和地面設備2部分，地面設備又分為軌旁和室內設備兩部分 45.應答器分有源應答器和無源應答器

46.200KM/H動車組車載列控系統，同事裝備ATP車載設備和列車運行監控裝置LKJ-2000。ATP由車載安全計算機、軌道信息接收單元（STM）應答器信息接收單元(BTM)制動接口單元、記錄單元、人機界面(DMI)、速度傳感器、BTM天線、STM天線等組成 47.在CTCS2級區段由ATP車載設備控車

48.ATP車載設備主要工作模式有完全監控、部分監控、目視行車、調車監控、隔離模式等10種

49.鐵路交通事故：特別重大事故、重大事故、較大事故、一般事故 50.事故救援方法：原線復軌開通法、便線開通法、拉翻法、移車法。

第四篇：動車組轉向架故障原因及改進方法

摘要

安全是鐵路運輸的永恒主題，客車安全又是鐵路安全的重中之重。旅客列車作為復雜系統集成，任何細小的故障隱患，都將可能造成無法估量的損失。本論文以 25K 型客車 CW-2 型轉向架的故障統計數據作為分析依據，統計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營線路、季節氣候、運行里程以及維修水平等多方面因素，運用數據統計以及相關性分析，確定出影響客車走行部故障主要的相關因素以及故障模式。合現場作業實際，本論文選取了客車走行部維修班組作為基于風管理維修策略的實施對象。根據“管理規范化”的要求，融合崗位安全職責、基本作業過程、規章管理制度以及安全質量控制措施等方面，修訂出符合現場風險管理實際的《檢車員崗位風險控制說明書》；根據“作業標準化”的要求，客車走行部故障模式、事故基本事件、安全風險點、基本作業過程以及質量標準，修訂完善出具有操作性的《25K 型客車轉向架流程風險辨析指導書》。通過對基于 25K 型客車 CW-2 型轉向架故障統計以及因素相關性分析，運用故障模式故障樹分析，基本事件的風險辨析、評估和層級防控，完善了分級管理、預警預控的客車維修策略，確保了現場安全作業管理的全面、準確、有效，進一步提高了客車維修水平。

關鍵詞:CRHIn型動車組;轉向架構架;車軸齒輪箱;轉向架軸承

I

目 錄

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

1.1轉向架的總體概括.........................................................................................1 1.2故障案例分析.................................................................................................1 1.3故障原因分析.................................................................................................2 第2章轉向架的結構....................................................................................................3

2.1轉向架由那些組成.........................................................................................3 2.2轉向架的結構圖.............................................................................................3 2.3輪對踏面壓到異物后的異響.........................................................................3 2.4管路泄露故障引發的異響.............................................................................3 2.5油壓減振器引發的異響.................................................................................3 2.6 自動車鉤偏移引發的異響............................................................................4 第3章.轉向架的作用..................................................................................................6

3.1轉向架的歷史.................................................................................................6

3.1.1準高速客車型.....................................................................................6 3.1.2高速型.................................................................................................7 3.2轉向架的主要作用.........................................................................................7 第4章 轉向架的故障分析..........................................................................................9

4.1動車轉向架故障類型分析.............................................................................9 4.2動車組轉向架故障原因分析.......................................................................12 4.2.1部件設備漏油分析...........................................................................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動車組轉向架的故障模式、致命性分析(FMECA).....................................13 第5章.動車組轉向架軸承的檢測技術與處理........................................................14 5.1動車組轉向架軸承故障診斷的基本內容...................................................14 5.2動車組轉向架軸承故障監測常用技術.......................................................14 5.3機車車輛軸承故障機理分析.......................................................................16 5.3.1軸承故障的振動原因.......................................................................16 5.3.2動車組轉向架軸承缺陷產生的特征頻率........................................16 結束語..........................................................................................................................18 參考文獻：..................................................................................................................19

第1章.緒論

1.1轉向架的總體概括

轉向架是軌道車輛結構中最為重要的部件之一，其主要作用如下： 1）轉向架是車輛的一個獨立部件，在轉向架于車體之間盡可能減少聯接件。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）轉向架的結構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，減小動應力，提高車輛運行平穩性和安全性。

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

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

1.2故障案例分析

動車組在檢修時發現有部分構架組成制動吊座表面有損傷現象，損傷狀態主要呈現麻點狀損傷(片狀麻點，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)四種現象，具體如圖1 ～ 4 所示。

圖1 麻點狀損傷 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運行途中隨車機械師發現05車A架異響，出動熱備車組替換CRH1092A回動車所后對05車A端轉向架進行落輪檢查，落輪后手動旋轉05車2軸4位軸箱軸承時，可以聽到軸承內部有異音。隨后對軸承進行分解，內圈和滾子組件油脂狀況：后擋側（A）保持架上有金屬。

圖5 后擋側（A）保持架

外圈滾道狀況 :A側外圈滾道面承載區有約90°范圍的剝離區（見圖 5）。外圈滾道狀態 ：A側外圈滾道承載區下方約90°范圍剝離剝離區內可見與滾子接觸形狀和間距對應的原始剝離區域，非剝離有其它點狀異物壓痕，且非承載區較輕。由此可見該轉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

通過匯總動車組轉向架在運行中出現的異響故障，分析主要原因如下：（1）軸承內部故障引發的異響中巡視發現（故障表現為動車組運行達到一定速度后發出固定頻率的異響，通過隨車機械師途因福州動車段發現的軸承故障造成的異響均在故障初發階段，軸溫升高尚未達到報警界限，所以在監控動車組狀態的 IDU 上未能發現該（故障），此故障較難發現，要在一定速度才會發出異響，需隨車機械師認真甄別。其產生的主要原因為：[1]軸承材質問題；[2]熱處理不良；[3]局部外傷、銹蝕、偏載或過載；[4]材質正常疲勞破壞。

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

第2章轉向架的結構

2.1轉向架由那些組成

轉向架的附屬裝置，輪對電機組裝，構架，一系彈簧懸掛裝置，二系彈簧懸掛置牽引裝置，電機懸掛裝置基礎制動裝置，手制動裝置和砂箱等組成。

2.2轉向架的結構圖

圖2 2.3輪對踏面壓到異物后的異響

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

2.4管路泄露故障引發的異響

故障表現為車輛下部發出尖嘯聲，漏泄量大可通過 IDU 所報故障信息進行判斷，漏量小可通過隨車機械師途中巡視或地勤機械師入庫檢查作業發現。其主要原因為車組經長時間運行震動或運行途中管路遭異物擊打，使管路連接處出現松動、變形，導致管路中的壓力空氣漏泄發出異響。

2.5油壓減振器引發的異響

其主要原因為車組在轉彎時車體兩邊出現高度差情況下（特別是左右空氣彈簧壓力差超過 20kpa 以上時），造成油壓減振器的偏磨（主要為二系橫向）而發出異響，此為正常現象。如油壓減振器發生嚴重偏磨或漏油則屬于故障。

2.6 自動車鉤偏移引發的異響

在動車組運行中，通過曲線時自動車鉤支架左右彈簧位置發生偏移，導致晃動產生共所發出間斷的敲擊聲，此為正常現象。（1）車鉤的結構特點

車鉤的連掛間隙小；車鉤具有聯鎖和防脫功能；鉤舌銷不受力；耐磨性；良好的防跳性能；結構強度高；自動對中功能。(2)車鉤的結構圖見圖3

圖3 4

（3）原送料皮帶存在的問題

在用戶使用過程中，發現送料機構問題不少。由于每邊采用(根3帶，兩邊共有6根，換帶時間長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造成生產線停頓，經濟損失大，用戶的意見非常大。（4）新型送料皮帶的優點

為了改變這種狀況，對送料機構進行了改造。去掉原來的3帶，重新設計了一種新式帶。因為這種帶的內面帶有凸起的糟形，使得帶在垂直位置工作時，靠凸起的槽形定位，不會改變位置，而向下掉，相應的帶輪也改成中間有一槽。配合情況這種帶實際上是由平帶和 3 帶組合而成。采用這種皮帶后，調整帶的張緊力非常方便，也不會出現松緊的現象。送料過程中也不會出現停頓，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.轉向架的作用

3.1轉向架的歷史

20世紀50年這個時期，我國首次自行設計了轉向架，主要型號有101、102、103型，是21型客車使用的導框式轉向架，構造速度是100km/h，其結構復雜，笨重，運行性能差，現已淘汰!70年代，四方廠研制了U型結構的206型轉向架，浦鎮廠研制了H型構架的209轉向架。206型轉向架采用側部中梁下凹的U型構架，干摩擦導柱式軸箱定位裝置，帶橫向拉桿的小搖動臺式搖枕彈簧懸掛裝置，雙片吊環式單節長搖枕吊桿外側懸掛以及吊掛式閘瓦基礎制動裝置等，結構可靠，運行平穩，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點的縱向牽引拉桿，形成206G型轉向架，后加裝盤型制動裝置，形成206P型轉向架。

209轉向架是浦鎮廠在205轉向架的基礎上研制的，于1975年開始批量生產。它采用H型構架，導柱式軸箱定位裝置，搖動臺式搖枕彈簧懸掛裝置，長吊桿，構架外側懸掛，兩高圓彈簧，搖枕彈簧帶油壓減振器，吊掛式閘瓦基礎制動裝置等。1980年后，又生產了具有彈性定位套的軸箱定位結構和牽引拉桿裝置的209T轉向架。在此基礎上，還生產了采用盤型制動的209P轉向架。

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

3.1.1準高速客車型

1994 年，四方廠、長客廠、浦鎮廠相繼研制出了 206WP、206KP、CW-2、209HS 轉向架，在廣深線動力學試驗中最高時速達到了 174km/h，這些轉向架的研制成功，標志著我國客車轉向架技術上了一個新臺階。

206KP、206WP 轉向架是四方廠為廣深線準高速客車和發電車設計的轉向架，二者除中央懸掛部分和構架側梁全旁承支重；中央懸掛為有搖動臺結構；設帶橡

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，抗側滾扭桿；軸箱懸掛系統設垂直油壓減振器；基礎制動裝置為單元盤型制動，設電子防滑器；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向架，例如浦鎮廠的PW-200轉向架，長客廠的CW-200轉向架，四方廠的SW-200、SW-220K轉向架等。PW-200轉向架（PW代表PuzhenWork）是在209HS轉向架的基礎上重新研制的，它優化了一系和二系懸掛參數；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制動裝置；優化了結構設計。

SW-200 轉向架結構與 SW-160 轉向架基本相同，其改進如下：優化了一系、二系懸掛系數；采用軸盤式基礎制動裝置，適用于200km/h的高速列車。該轉向架在1998年6月的鄭武線動力學試驗中最高時速達到了240km/h。在這一階段，長客廠生產了我國第一臺 CW-200 型無搖枕轉向架。其構架采用4塊鋼板拼焊，橫梁采用無縫鋼管，與側梁連通作為附加空氣室，中央懸掛。

3.2轉向架的主要作用

轉向架是承載車體重量和傳遞走行動力的導向部件，是大型養路機械的重要組成部分，其主要作用如下：

1）承載車體重量轉向架作為一個獨立的走行裝置，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裝置等）的重量。2）傳遞走行動力把輪軌接觸處產生的輪軸牽引力，以及通過曲線時輪軌之間的橫向作用力傳至轉向架構架，經過減震環節再傳向車體，同時，轉向架引導車輛在線路上運行。

3）曲線通過轉向架可相對車體回轉，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行阻力。

4）提高車輛的運行平穩性轉向架的結構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，提高車輛運行平穩性和安全性。

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，放大制動缸所產生的制動力，使車輛具有良好的制動效果，以保證在規定的距離之內停車。

6）便于檢修，轉向架是車輛的一個獨立部件，在轉向架于車體之間盡可能減少聯接件。易于從車輛底架下推進，推出，便于檢修，有利于勞動條件的改善和檢修質量的提高。

7）轉向架的主要技術要求，轉向架是大型養路機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生。轉向架結構性能的好壞，直接影響大型路養機械的牽引能力、運行品質、輪軌磨耗和運行安全。

第4章 轉向架的故障分析

4.1動車轉向架故障類型分析

在分析產品故障時，一 般是從產品故障的現象入手，通過故障現象（故障模式）找出原因和故障機理。對機械產品而言，故障模式的識別是進行故障分析的基礎之一。

由于故障分析的目的是采取措施、糾正故障，因此在進行故障分析時，需要在調查、了解產品發生故障現場所記錄的系統或分系統故障模式的基礎上，通過分析、試驗逐步追查到組件、部件或零件級（如螺母）的故障模式，并找出故障產生的機理。

故障的表現形式，更確切地說，故障模式一般是對產品所發生的、能被觀察或測量到的故障現象的規范描述。

故障模式一般按發生故障時的現象來描述。由于受現場條件的限制，觀察到或測量到的故障現象可能是系統的，如制動系統不能制動；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，針對產品結構的不同層次，其故障模式有互為因果的關系。

故障模式不僅是故障原因分析的依據，也是產品研制過程中進行可靠性設計的基礎。如在產品設計中，要對組成系統的各部分、組件潛在的各種故障模式對系統功能的影響及產生后果的嚴重程度進行故障模式、影響及危害性分析，以確定各種故障模式的嚴酷度等級和危害度，提出可能采取的預防改進措施。因此將故障的現象用規范的詞句進行描述是故障分析工作中不可缺少的基礎工作。

依據某檢修部門幾年內積累的故障數據；故障數據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；二級系統包括車體系統、車外系統、電氣系統、給水衛生系統、供風系統、內裝系統、轉向架系統7大系統；各系統的故障百分比如表1所示。

由表1可知轉向架系統在整個動車組系統中故障頻率所占有效百分比達20％以上。根據轉向架系統的結構特點和功能，將轉向架劃分為懸掛裝置、架構組成。輪對軸箱定位裝置、排障裝置、驅動裝置、制動裝置、轉向架配管及配線等。

表1 二級系統頻率分布的輸出結果

制動夾鉗安裝槽底部的加工刀痕是新造時遺留的質量問題，在制動夾鉗檢修工藝文件中并未規定該部位細化的檢修要求。據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，使用細砂紙打磨消除刀痕，保證安裝槽底部的平面度。同時要求將檢修過程出現的問題在后續新造產品中須做好產品質量控制，即對于新造產品也增加了底部平面度檢查工序，確保后續產品的質量，這樣就可杜絕出現損傷現象。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工藝。要求制動夾鉗在運輸過程中需對底部安裝槽進行合理防護，以防止安裝槽底部受到磕碰或沾染異物而影響組裝質量。

依據某機車車輛股份有限公司采集積累的大量使用維護數據，進行了分類處理，得到動車組轉向架的故障部位和故障類型表，如表２所示。

0

表2 轉向架系統故障模式統計表

從表２中明顯看出，轉向架系統總共有42個故障模式，制動裝置包括輪對等故障達到30條，占26.78％，應重點加強與制動裝置相關部件的管理維修和保養工作，及時發現故障隱患，杜絕事故。1 4.2動車組轉向架故障原因分析 4.2.1部件設備漏油分析

通過表２分析可知零部件設備漏油在轉向架故障中較為常見，可以占到總故障數的25％。通過對設備運行的觀察發現可能故障原因是

（１）動車在運轉時，在相對封閉的機械箱里，機器在運轉時會產生大量的熱量。動車組在全日制工作時，箱內溫度逐漸升高，箱內壓力也會逐漸增大．油液在箱內壓力作用下從密封間隙處滲出。

（２）設計不合理；制造質量不良；使用維護不當，檢查不及時。設備上的某些靜、動配合面缺少密封裝置，或采用的密封方案不合適；設備上的某些潤滑系統只有給油路，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向架系統故障中占到最大的比例，達到了26％以上。動車組轉向架制動裝置采用空液轉換液壓制動方式。制動裝置故障不僅會造成動車組途中晚點，而且如處理不當會導致動車組發生事故，嚴重影響運輸秩序，威脅乘客的生命財產安全。

制動系統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電機斷線、制動力不足、制動不緩解、監控顯示器顯示抱死、列車緊急制動不能復位、監控器等控制設備無電等。制動控制裝置傳輸不良時，制動時會檢測制動力不足。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。當制動控制裝置速度發電機斷線時，車輛將無法進行滑行控制。制動力不足時，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。但出現制動抱死故障顯示時，可能是由速度傳感器斷 線、PCIS防滑閥故障、CI與BCU信息傳輸故障導致再生制動與空氣制動同時發生、BCU內部滑行、抱死檢測控制錯誤顯示制動系統故障等造成的。

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，運行狀況復雜，且輪對組成乃轉向架的重要部件，如有故障易造成嚴重的事故。其次空氣彈簧故障因其材質特殊為橡膠所制，較易被劃傷，若運行時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。制動夾鉗的長時間使用及檢修維護不當，使制動裝置易出現故障。

4.5動車組轉向架的故障模式、致命性分析(FMECA)

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

部件ｉ以失效模式ｊ 發生失效時，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發生失效造成部件損傷的概率。國標草案中將此稱為喪失功能的條件概率。其值為１，表示肯定發生損傷；0.5表示可能發生損傷；0.1表示很少可能發生損傷；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，可以看到在轉向架的各個主要部件中輪對部件的部位致命度最大，主要是因為輪對承受了車輛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，它們將是影響轉向架可靠性的關鍵部件。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具有良好的平穩性、舒適度和安全性的保證，列車在高速行駛中易發生轉向架蛇行運動，所以也應該加以重視。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，要加強車輛行駛前、行駛后檢查，必要時采取無損檢測或磁力探傷，如發現部件有微小裂紋，應及時更換防止裂紋進一步擴展，磨損加劇等。同時建議使用抗拉壓、抗剪切、抗扭轉、耐磨損的材料來制造，合理改進制造工藝過程，提高部件的質量和使用壽命。

（2）動車組維修部門維護轉向架時應嚴格按照維修手冊規定進行，并對致命度大的部件和模式加以重視。

第5章.動車組轉向架軸承的檢測技術與處理

5.1動車組轉向架軸承故障診斷的基本內容

動車組轉向架軸承故障診斷與監測是通過軸承的劣化損傷以及性能狀態參數,來判斷和預測其可靠性和使用性,對異常情況的部位!原因和危險程度進行識別和診斷,及時的可靠的反映故障,防止事故的發生,保證整個動車組運行正常“總的來說,動車組轉向架故障診斷的內容是:狀態的監測,故障診斷和正確指導軸承的管理與維修三部分。

1.狀態監測狀態監測就是要采用各種方法掌握設備的運行狀態,如檢測!測量!分析和判別等”還需要結合系統的現狀以及經驗,考慮環境和突發因素,準確判斷軸承狀態,當其出現異常時,發出警報,提醒相關人員采取及時的措施“系統要具有顯示和記錄其狀態的功能,為設備的故障分析和可靠性分析提供信息和基礎數據”

2.故障診斷故障診斷技術的實質是:根據狀態監測所獲得的信息與數據,結合滾動軸承的運行歷史!結構特性和參數條件,對滾動軸承的各種不同類型的故障進行預報和分析,并確定其性質!類型!原因!部位!嚴重程度!性能趨勢和后果“

3.指導軸承的管理維修根據診斷結果,決定設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備精度降低,延長設備壽命;減少維修時間,提高生產效率和經濟效益;減少和避免重大事故發生,故不僅能獲得巨大經濟效益,而且能獲得很好的社會效益“ 5.2動車組轉向架軸承故障監測常用技術

機械故障診斷技術發展幾十年來,產生了巨大的經濟效益,成為各國研究的熱點，從診斷技術的各分支技術來看,美國占領先地位”美國的一些公司,如Bently,HP等,他們的監測產品基本上代表了當今診斷技術的最高水平“發展至今,動車組轉向架軸承故障監測的常用技術主要有:振動診斷技術,溫度診斷技術,油樣分析技術,油膜電阻診斷技術,聲發射診斷技術等”下面簡要介紹這些方法“1.振動診斷技術振動診斷技術是應用最早的!使用范圍最廣的故障監測診斷技術”運行的機械設備產生振動的原因是:表面的接觸摩擦和旋轉部件的不平衡等“進一步的研究表明:振動的強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系。本論文就是采用振動診斷技術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;診斷結果可信度高,在實際中得到了極為廣泛的應用，在實際診斷中,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動部件和結構的干擾噪聲，在動車運行中,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,軸承振動診斷技術的關鍵是采用先進合理的振動診斷分析處理技術來抑制干擾信號，提取故障特征信息，有效地及時地發現軸承故障。

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

3.油樣分析技術磨損斷裂腐蝕和潤滑不當是動車組轉向架軸承失效的方式,其中潤滑不當占主要部分，由于軸承在運行過程中是用油潤滑或油冷卻,零部件磨損等原因產生微小顆粒必然會帶入到循環油液中，對軸承所使用的潤滑油進行常規理化分析,或對其中的金屬顆粒進行鐵譜分析!顆粒計數等分析以及根據其形狀和尺寸來判斷軸承故障,就是油樣分析技術，它能發現軸承的早期疲勞失效,可作磨損機理研究等特點,但是,這種方法易受其它外界因素的影響,一般用于離線監測,這樣會導致信息可能不全面,還得依靠人力來管理,所以,這種方法具有很大的局限性

4.油膜電阻診斷技術動車組轉向架軸承在旋轉過程中,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,內圈與外圈之間有很大的電阻,達到兆歐姆以上;當油膜遭到破壞時,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,屬于正常運行狀態;若電阻很小時,油膜就比較薄,軸承摩擦大,屬異常運行狀態，我們可以通過測量軸承內外圈的電阻, 1 5 對滾動軸承磨損腐蝕等異常進行判斷,但對表面剝落壓痕裂紋等異常診斷效果差,其特點是適用于旋轉軸外露的場合,對不同的工況條件可使用同一評判標準。

5.聲發射診斷技術聲發射(AcousticEmiSSion簡稱AE)是指物體在受到形變或外界作用時,因迅速釋放彈性能量而產生瞬態應力波的一種物理現象發射檢測是一種動態無損檢測方法,即:使構件或材料的內部結構,缺陷或潛在缺陷處在運動變化的過程中進行無損檢測發射信號來自缺陷本身,對被檢件的接近要求也不高,可以利用發射診斷技術長期監測軸承的運行狀態與安全性發射檢測到的是一些電信號,根據這些電信號來解釋結構內部的缺陷變化往往比較復雜,需要豐富的知識和其他試驗手段的配合，另一方面,聲發射檢測環境常常有強的噪聲干涉,雖然聲發射技術中己有多種排除噪聲的方法,但在某些情況下還會使聲發射技術的應用受到限制。

5.3機車車輛軸承故障機理分析 5.3.1軸承故障的振動原因

動車組轉向架一般是內圈與動車的傳動軸的軸頂過盈配合連接,工作時隨軸一起轉動;而外圈安裝在軸承座或箱體上,工作時是固定或相對固定“由于內圈與傳動軸連接,外圈又安裝在軸承座或軸箱上,這樣在動車組的運行過程中,對軸承和軸承座或箱體組成的振動系統產生激勵,使該系統振動”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動和力的作用等)之外,如圖 3-1所示。

5.3.2動車組轉向架軸承缺陷產生的特征頻率

當滾動體和滾道接觸處遇到一個局部缺陷時,就有一個沖擊信號產生缺陷在不同元件上,接觸點經過缺陷的頻率是不相同的,這個頻率就稱為特征頻率,特征 6 頻率可以根據軸承的轉速!軸承零件的形狀和尺寸由軸承的簡單運動關系分析得到如圖3一2所示，在外圈固定,內圈與軸一起旋轉的情況下,假如內圈滾道!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的沖擊振動間隔頻率。1 7

結束語

踉踉蹌蹌的忙碌了半個月，我們的實習論文課題也終將告一段落，也基本達到預期的效果，心里也有一絲絲的成就感。但由于能力和時間的關系，總是覺得有很多不盡如人意的地方，本設計在何劍和曹楚君老師的悉心指導和嚴格要求下已經完成。從課題選擇、方案設計到具體的設計和定稿，每一次改進都是我學習的收獲。在實訓的這段時間，也始終感受著導師們的精心指導和無私的關懷，我受益匪淺，在此向何劍和曹楚君老師表示深深的感謝。

轉向架是動車組的走行部，而構架組成作為轉向架的重要組成部分，其重要性尤為突出。一個小的產品缺陷也有可能引發大的產品質量問題。車輛檢修過程不僅是產品功能恢復的過程，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行分析并徹底解決，完全消除影響列車安全運行的因素，為列車的安全運行保駕護航。1 8 參考文獻：

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第五篇：動車組系統故障原因及改進方法資料

目 錄

第1章 緒 論...............................................................................................................................2 研究背景及意義.......................................................................................................................2 1.2國內外研究現狀................................................................................................................3 1.2.1國內外動車組可靠性研究現狀............................................................................3 1.2.2國內外動車組預防維修周期研究現狀................................................................6 1.3文章結構............................................................................................................................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..........................................................................................15 2.2.3分析過程及分析結果..........................................................................................17 致謝................................................................................................................................................24 參考文獻.........................................................................................................................................25

摘 要

動車組子系統的可靠性分析以及維修策略的優化研究已成為保障動車組安全、高效運營的關鍵課題。根據調研得到的動車組故障、維修數據，在總結和分析現有可靠性理論和模型的基礎上，主要對動車組故障等級的劃分、動車組子系統故障模式危害度分析、動車組子系統壽命分布的擬合、預防維修對動車組子系統可靠性的影響以及預防維修周期決策模型的優化方面進行了研究，得到如下結果:(1)對現有故障數據進行統計分析，利用層次分析法，基于故障的影響等級、影響時間以及發生概率三個維度將動車組的故障分為四個等級。由于評價指標都是針對故障本身，所以得出的結論對于分析故障、優化維修策略等都有一定的指導意義。對某型動車組高壓牽引系統的故障模式進行了統計分析，提出了一種結合故障等級的故障模式危害度計算方法，計算得到此系統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的處理措施，以提高易發高故障模式的部件的可靠性。

(2)推導出了基于維修條件下動車組的可靠度函數和平均失效前工作時間表達式;采用統計學與可靠性理論，擬合出某型動車組高壓牽引系統的基本壽命分布函數，并驗證了其分布服從威布爾分布;將得到的壽命分布函數代入新建立的預防性維修條件下的可靠度函數模型進行定性、定量的對比分析，得到了預防維修可以明顯增加此系統的運用壽命并且可以減慢其可靠度下降速度的結論，同時，也驗證了此系統現行的預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的蒙特卡洛法制定預防維修周期的模型。在此基礎上，采用多目標規劃方法對提出的模型進行了優化，設置綜合評價指標，綜合考慮動車組在一個維修周期內的可用度、經濟性和可靠度，此模型以通過調節權重系數來改變計算過程中可用度、經濟性和可靠度的優先級，應用范圍較廣。兩個模型以某型動車組高壓牽引系統作為算例分別進行分析，得到了該子系統在相應目標下的預防維修周期。

關鍵詞:動車組;狀態監測;故障數據挖掘;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輸需求，鐵路列車的運行速度逐步提高，密度也在不斷加大，鐵路運輸生產對列車運行的可靠性要求越來越高。動車組列車是完成鐵路高速運輸任務最重要的移動設備，其可靠性研究和維修策略的優化是高速鐵路系統綜合保障工程中的重要組成部分，也是動車組安全、高效運行的重要保障。

高速鐵路技術已經成為衡量一個國家鐵路技術發展水平的重要標志。截至到2014年底，中國高速鐵路總運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濟對交通運輸需求的口益增長，根據我國鐵路發展戰略確立了鐵路近期的發展規劃:在2020年以前，構建以北京、上海、廣州和武漢為中心，部分省會城市為節點，輻射全國主要城市，逾幾萬公里的鐵路客運專線網。屆時，將會有更多的cRH系列高速動車組投入使用。國產C動車組結構復雜，其運用、維修方式與傳統機車車輛有所不同，并且動車組開行密度大、運營里程長、運用環境復雜、檢修質量要求高，所以動車組能否保證以高可靠度，安全、高效的運行，成了鐵路部門科研工作者和技術人員所關注的最重要問題。

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

本論文是在中國鐵道科學研究院行業服務技術創新項目《高速動車組故障規律分析及可靠性試驗方案研究》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的深入調研發現:基于動車組實際運行故障數據來探索動車組系統故障規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政策是“在計劃預防修的前提下，逐步實施狀態修、換件修和主要零部件的專業化集中修”。計劃預防修符合先進維 2 修理論思想，屬于預防性維修，也適用于我國鐵路維修現狀。但是，我國動車組可靠性研究剛剛起步，動車組子系統的可靠性分析與維修決策優化方面的理論基礎和指導方法比較少，對于動車組故障的定義以及故障等級的劃分尚無明確、統一的標準，所以仍需要在這方面進行一些基礎研究，為動車組運用部門優化維修策略提供了理論依據，具有一定的實際意義和參考價值。

1.2國內外研究現狀

1.2.1國內外動車組可靠性研究現狀

發達國家軌道交通行業的可靠性工程已發展到比較先進的水平，建立了系統的可靠性行業標準，具備先進的可靠性設計分析技術和有效的驗證方法。國外已經嘗試將可靠性技術運用于機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計、制造、評估和維修有機的結合成一體，為動車組安全可靠運行提供了保障，已引起國內相關研究者的高度重視。德國聯邦鐵路非常重視機車車輛的可靠性工程研究，率先建立了可靠性數據庫，收集全路各機務段和修理工廠的數據，并進行數據處理、分析。

德國聯邦鐵路特別重視對機車車輛故障的分析研究，包括運用中的故障以及機務段、車輛段和修理工廠在機車車輛檢修中發現的故障。聯邦鐵路認為，采用近代可靠性工程方法，可以最大限度地利用故障數據資料，得出具有參考價值的結論，對機車車輛的近期以及中長期的發展均有一定的指導作用。聯邦鐵路還應用可靠性工程方法對機車車輛主要零部件的磨損情況進行了研究，取得了一定的成果。近年來，德國ICE列車在設計和評價方面充分融入了可靠性理論，采用了模塊化設計和等壽命設計原則，在保證可靠性的前提下降低養護維修費用。在列車系統和部件設計制造完成以后，有關部門將對其進行大量的可靠性試驗考核，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，直到確認所有零部件和整個系統是完全安全可靠的，才允許批量生產和投運營使用

英國鐵路對機車車輛的可靠性十分重視，在上個世紀60年代就規定了機車車輛的可靠性指標:發生故障前行駛里程不足24000 km的機車為不良機車，超過 3 24000 km的機車為合格機車，大于48000 km的機車為良好機車。英國鐵路經對17個系列2500臺內燃機車的故障進行了統計，計算得出它們的可靠性指標，經過對比分析找出主要故障部位以及故障原因，進而采取改進措施，提高了機車的可靠性

日本原國鐵于上世紀70年代對新干線高速鐵路及機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行的可靠性和安全性。口本原國鐵利用電力機車及動車組列車在干線上發生的故障數據進行了威布爾解析分析，并推測出電力機車的可靠度，所得結論證明了當時電力機車和動車組的故障皆處于初期故障和偶發故障階段，為延長檢修周期找出了依據。與此同時，他們根據可靠性工程理論和現場實際損壞的數據來確定機車車輛主要零部件的壽命，從口本機車車輛最佳全壽命周期費用的角度來檢驗維修工作的正確性。口本原國鐵利用機車車輛監測系統和信息系統對發生的各種故障形式隨運行公里或運行時間的變化進行分析，分析結果可供可靠性設計參考;用故障樹(FTA)和故障模式及影響分析(FMEA)對機車車輛故障及其影響進行了分析，找出系統的薄弱環節，從而改進設計來提高機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。例如美國聯合太平洋鐵路公司建立了完善的可靠性信息系統，利用可靠性工程理論對數據進行處理分析，從而使機車及其零部件的可靠性評價由定性分析提高到定量分析，并制定了可靠性定量指標。美國機車車輛制造公司也應用可靠性技術來提高機車車輛的可靠性，例如在提高內燃機車的可靠性的問題上，不只是通過對薄弱零件的改進來解決，而且要將可靠性技術貫穿于內燃機車設計、制造、試驗、使用、維修和管理等各個環節，形成一個系統工程，只有這樣才能使復雜先進的內燃機車系統達到真正的高可靠性的目的

我國鐵道部門近年來在提高機車車輛可靠性方面做了很多工作，并取得一定的成效。設計制造部門針對機車車輛運用中暴露出來的問題和故障進行了分析研究;在機車車輛企業中推行了全面質量管理，提高了質量意識，促進產品質量的提升;運用單位在車輛運用中積累了大量的可靠性數據與經驗，運用維修效率不斷提高;一些高校和科研單位也開始開設有關可靠性工程的課程和培訓班，并招收了相關專業的學生，為可靠性工程的研究提供人員保障。中國鐵道科學研究院 4 對機車車輛可靠性工程的研究始于機車車輛研究所在1992年開始的“可靠性工程理論在機車車輛中的應用”課題研究，經過科研人員的多年努力，現已取得了一些成果。中國鐵道科學研究院開發了動車組運用檢修管理信息系統，該系統采集了目前國內運用的全部動車組的全壽命周期各個階段的故障信息和維修數據，動車組在運用檢修過程中產生的故障維修數據，是動車組在真實運行環境條件下產生的第一手資料，是動車組可靠性的真實反映，為今后的可靠性研究積累了重要的數據。

Bocchi W 機械產品的可靠性進行了研究，初步得出其可靠性分布模型服從指數分布的結論;但經后續研究表明Bocchi W J.的評價結果相對保守，有學者通過論證分析，認為機械產品的可靠性分布模型大多服從威布爾分布，這種分布成為現今對有耗損的動車組子系統進行可靠性分析時常用的分布，Rafal Dorociak建立了貝葉斯網絡算法，即通過建立故障傳播模型來給出機電整合系統的主要解決方案，適用于復雜的機電系統的可靠性分析，貝葉斯網絡算法的優點在于有效識別關鍵弱點并定義各自的對策，其優越性在動車組可靠性研究領域得以體現;Hanmin Lee等建立了產品資料管理的方法(PDM)，處理動車組的部件管理維護和歷史故障數據，以確保系統運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際運用狀況，依據可靠性理論和現場數據統計分析，驗證了動車組整車可靠性服從指數分布的規律，依據可靠性抽樣檢驗理論，計算不同置信度、不同故障率等級要求下的動車組允許故障發生的次數和最小累計運行里程，據此給出動車組整車可靠性的驗證方法、CRH2型動車組結構功能特征和運用維修特點，分析了各系統、分系統間邏輯功能關系，初步建立其可靠性模型，并根據其對可靠性的不同要求劃分評價等級，采用綜合評分法對動車組整車可靠性指標進行分配;胡川建立了動車組系統及其子系統故障樹模型，運用蒙特卡洛法和MATLAB軟件，對動車組可靠性進行仿真試驗和分析，并依據假設檢驗理論對動車組故障數據進行分析，基于可靠性抽樣檢驗理論，給出動車組可靠性抽樣檢驗的方案;劉建強等分析了CRH3型動車組高壓電器系統組成結構及邏輯功能關系，建立高壓電器系統的可靠性框圖模型，依據系統可靠性理論與故障統計數據，推導并證明CRH3型動車組高壓電器系統各部件的可靠性規律，給出可靠性評估指標的計算方法，分 5 析計算高壓電器系統各部件的故障率與可靠度。

我國動車組在可靠性工程領域的研究剛剛起步，尚缺乏全面、系統的可靠性工程方面的規劃、研究和分析。隨著我國經濟的發展和科學技術的進步，動車組在安全可靠的前提下向著高速的方向前進，許多可靠性問題函待解決，進行相關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系統工程，需要有關各部門進行長期的工作和積累，投入大量的人力、物力，才能真正達到提高產品可靠性、擴大運輸能力、增加運輸效率以及降低運輸成本的目的。1.2.2國內外動車組預防維修周期研究現狀

動車組的維修是客運專線系統綜合保障工程中的重要組成部分，國內、外動車組普遍采取以預防維修為主，與事后維修相結合的維修方式。預防維修思想要求裝備及其零部件在即將磨損到限，或者即將發生故障之前要及時更換、修理，維修工作在故障發生之前進行。在預防維修思想的指導下，形成了以磨損理論為基礎的預防維修制度，這種計劃維修制度以機械裝備的故障率曲線來確定維修的時機。計劃預防維修制度的具體內容可以概括為“定期檢查、按時保養、計劃修理”，通過降低故障率來保證設備的高可靠性。這種維修制度最關鍵的一步是確定設備或者子系統的預防維修周期，進而合理劃分維修等級和維修周期結構，制定相應的維修規程和規范。所以，預防維修周期的制定成了可靠性范疇內研究動車組維修策略關鍵的一步。國內一些學者和相關專業技術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防維修周期和以最大經濟性為原則制定最佳預防維修周期，隨著這方面研究的深入和對動車組維修、運用的逐漸熟悉，也出現了一些其他方法來制定最佳預防維修周期。

Joung E J等指出只通過改善驅動電機來提高動車組的可靠性是難以實現的需要對動車組的零部件和各個子系統分別預測可靠性目標，基于可靠性目標對零部件進行設計和運行檢測，對不同零部件和子系統制定不同的維修周期，以提高動車組子系統的可靠性、可用性和可維護性;Lee K M等提出通過統計動車組實際的檢驗任務周期的方法來確定其預防維修周期，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降到最低并盡可能減少維護成本;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行了數理統計，根據最大有效度原 6 則，得出旅客列車零部件最佳預防維修周期取決于平均預防性維修時間和平均事后維修時間之比;郭乃文對比了貨車轉向架零部件維修周期的可用度模型和經濟性模型，得出在定量分析中最大可用度模型更加方便的結論，并結合實例從理論上計算出轉向架零部件的最佳預防維修周期;王彩霞以可靠性工程為基礎，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可靠度模型、經濟費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下，確定了高速列車設備維修決策過程，著重研究了設備重要度分析、設備壽命模型、預防維修周期及維修優化等。

目前，國內針對動車組子系統預防維修周期的研究較少，一方面是由于動車組子系統包含的部件較多，故障模式也比其他機械設備復雜，所以并不能完全套用之前對其他機械設備或系統的預防維修周期決策模型;另外，動車組的維修數據的統計涉及到多個部門，由于沒有統一的故障數據管理體系和標準，導致可靠性數據的缺失或者數據統計難度增大。所以動車組運用、維修部門應該在以后的研究過程中，逐漸建立規范的可靠性數據收集、管理體制，為今后進一步的研究提供強大的數據支撐，為動車組可靠性理論研究打下基礎。

1.3文章結構

本文分為五個章節，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在預防維修條件下的可靠性分析，第四章為動車組子系統預防維修周期決策模型的研究，第五章為結論和展望，具體結構如圖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生故障的可能性、故障分布規律以及發生的故障對整個系統的可靠性帶來的影響，是從總體上以系統工程的觀點來分析和研究故障的，所以故障數據是可靠性工程研究的基礎。想要研究故障，首先要明確故障的定義、對故障的等級進行合理的劃分，然后才能科學地篩選、整理、分析數據，從而在龐大的數據庫中獲取有價值的資料。

采用結合故障等級的危害度計算方法，對某型動車組高壓牽引系統常見故障 模式的危害度進行計算，并針對易發生高危害度故障模式的系統或部件提出了提 高其可靠性的建議。

2.1動車組故障定義的建議

根據國家標準GB3187，失效(故障)的定義為:“產品喪失規定的功能。對可修復產品通常也稱為故障。”由此可以看出，失效與故障在含義上大致相同，又有所區別，他們都是指“產品喪失規定的功能”，但傳統意義上的“故障”一詞，用于可修復產品，而“失效”一詞多指不可修復產品。動車組屬于可修復產品，在機車車輛專業中“故障”一詞已經被相關專業人員普遍使用，所以本文在下面討論中使用“故障”來表示動車組喪失規定的功能。另外，定義中所指的“喪失規定的功能”包括以下情況:產品發生破壞性故障，使其無法工作，因而喪失其功能;產品尚能工作，但有一個或幾個性能參數達不到規定的要求;因操作失誤而造成產品功能喪失;由于環境應力變化，導致功能喪失。

以前的機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、德國規定，列車在線路上由于破損而停止運行，則算作故障;而英、法和口本鐵路都以列車破損造成的時間延誤而算作故障。并且不同國家對延誤時間值有不同的規定。因此，在利用可靠性指標對動車組進行評價時，首先要明確動車組故障的定義。

下面是國外機車車輛對故障的規定，如表2.1所示。

我國目前還沒有對機車車輛的故障做出規定，有文獻[25]曾經針對其提出了建議，即:在可靠性工程分析中，凡是由于機車車輛破損造成的機破事故就算作故障。也就是說，由于機車車輛破損而造成行車事故的，即列車在區間非正常停車或在車站內非正常停車時間超過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，影響運行的故障定義為出現下列情況之一: ①動車組在經過維修后仍能正常運行，但維修導致超過15 min的延誤。②動車組經過維修后部分功能受到影響但仍然可以運行，維修導致的延誤超過15 minx ③動車組需要被救援或回送。在動車組的實際運用中，故障可能在運用過程中或者預防性維修過程中發現。在預防性維修過程中發現的故障其實是出現在上一個運用周期中，只是沒有對行車造成明顯的影響，而在運用過程中出現的故障，對行車造成了非正常停車等影響，即影響運行的故障。我國動車組的運用是處在預防維修條件之下的，所以討論在運行過程中發生的造成晚點或運輸中斷的故障(運行故障)更有意義。隨著動車組技術的進步和動車組維修保障技術的完善，動車組的可靠性已經達到了一個相當高的水平，發生嚴重故障的幾率大大降低。所以，傳統的故障定義已經不能完全滿足當今動車組可靠性分析的需要。

根據CRHIA,CRHIB,CRHIE,CRH2A,CRH2B,CRH2C,CRH2E,CRH380A,CRH380AL, CRH380B, CRH380BL, CRH380CL, CRH3C, CRHSA共計14個車型980列動車組8557條晚點記錄，對晚點時間進行了統計分析，結果如圖 2.1所示:

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

動車組的運用范圍越來越廣，運用條件也越來越苛刻，我國新形勢下的運輸需求對動車組的可靠性提出了更高的期望，所以結合國內外對機車車輛故障的定義，以及對故障引起的晚點時間的統計分析，本文對動車組故障定義的建議為: ①動車組在經過線上或站內處理、維修后仍能正常運行，但維修導致臨時 停車或晚點。

②動車組經過線上或站內處理、維修后部分功能受到影響但仍然可以運行，但維修導致臨時停車或晚點。

③動車組經過線上處理、維修后可以限速運行到附近車站，但無法擔當后 續交路，需要乘客換乘熱備車。

④動車組在線路上非正常停車，無法繼續運行，需要被救援與回送。即動車組只要發生非正常停車或因其他原因造成晚點，這種情況就算作一次故障。對故障進行定義是對故障分析的基礎，對故障的分析又是開展可靠性工作的基礎。故障數據是可靠性分析中最重要的開展可靠性研究的數據，建立故障數據存儲和處理系統對推進可靠性技術的發展起著重要作用。故障問題貫穿于產的整個壽命周期，在產品投入使用后，對故障產品進行故障數據分析也是可靠性工程中極其重要的一環，所以故障問題是可靠性工程的核心問題之一。故障數據分析可以對可靠性工程的整個過程做出有效、實際的檢驗和評定，而且，最重要的 是故障數據是對使用現場的真實反饋，通過運用、檢修數據的積累和分析，指導設計、制造運用部門逐步規范業務流程，持續改進檢修工藝、優化修程修制、控制維修成本，完善和優化動車組運用檢修生產力布局，為動車組高效運營提供了強有力的支撐，作為可靠性設計和可靠性試驗以及評審的依據。

目前，國內對動車組運用維修的故障數據統計記錄最及時、最準確、最完整以及連續性最好的系統是中國鐵道科學研究院開發的動車組運用檢修管理信息系統，它是客運專線信息化的重要組成部分，是支撐客運專線運營的必要技術手段。該系統是實現全路動車組運用、維修信息化管理，及時掌握動車組檢修運用狀態，提高動車組專業化管理水平的重要技術平臺，也是已上線運行的重要鐵路生產系統之一。它采集了國內幾乎所有動車組全壽命周期各個階段的故障信息、維修數據。動車組在運用過程中產生的故障維修數據，是動車組在真實運行環境條件下產生的第一手資料，是動車組可靠性的真實反映。對其統計的故障數據進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律提供理論基礎;動車組的可靠性分析就是根據動車組故障模式、故障機理、故障的影響及其后果的嚴重程度，分析動車組各個關鍵零部件的失效規律，預測關鍵零部件的壽命分布模型和可靠性指標，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，可以確定動車組關鍵零部件的維修方式，同時，動車組各子系統的可靠性評估及其薄弱環節的辨識可為可靠性改進設計及維修策略的制定提供參考依據。

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的影響和造成后果的嚴重程度，以便進行可靠性評價和故障模式及影響分析，也是對于決策發生此故障模式的子系統或部件維修方式的一個依據。

之前的故障等級的劃分依據是:按故障造成人員傷亡的情況;按故障造成設備和環境的損失情況;按故障造成的直接和間接損失的情況。根據《鐵路行車事故處理規則》中的行車事故等級，有文獻[28]建議將我國機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，通常采用發生頻度的高低、嚴酷度的大小等模糊語言，判斷標準由于人員各異而產生不同，這給系統的可靠性分析帶來了較大的困難。模糊數學能夠通過定量的方法來處理定性問題，使得其評價更為科學和準確 傳統的故障等級的劃分，參照的主要是故障產生的事故造成的損失，傷亡人數和經濟損失，是通過對事故的損失情況來衡量故障的嚴重程度的，并沒有針對故障本身，對于動車組后續的故障研究以及可靠性研究并沒有指導意義。并且，隨著動車組技術的進步和預防性維修體制的不斷完善，動車組的運用可靠性已經達到了一個相當高的水平，即使發生故障也極少會出現表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，在實際運用過程中，列車由于故障晚點情況比較復雜，發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重程度進行等級的評定，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合的、系統化的、層次化的分析方法。它是將半定性、半定量問題轉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，將決策問題的有關元素分解成目標、準則、方案等層次。構建層次結構模型后，利用較少的定量信息，把決策的思維過程數學化，進而求解多目標、多準則結構特性的復雜決策問題。具體地說它是用一定標度對人的主觀判斷進行客觀量化，在此基礎上進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、數量化，并運用數學分析、決策、預報或控制提供定量的依據。應用層次分析法分析問題時，首先把問題層次化，根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同組成因素，并按照因素間的相互影響關系以及隸屬關系將因素按不同層次組合，形成一個多層次的分析結構模型。并最終將系統分析歸結為最底層相對于最高層的重要性權值的確定或相對優劣次序的排序問題。綜合評價問題就是排序問題。在排序計算中，引入1}9標度法，并寫成判斷矩陣形式，可以通過計算判斷矩陣的最大特征值及相應的特征向量，計算出某一層相對于上一層某一個元素的相對重要性權值。在計算出某一層相對于上一層各個因素的單排序權值后，用上一層因素本身的權值加權綜合，即可計算出層次總排序權值，總之，由上而下即可計算出最底層因素相對于最高層 14 的相對重要性權值或相對優劣次序的排序值。

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學表達及數學處理的方法。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分析和科學決策方法。由于層次分析法有著嚴密的數學邏輯，所以可以借助計算機程序進行輔助計算，大大簡化了分析過程。

2.2.2故障等級劃分的基礎

根據調研得到的5000余條運行故障記錄，考慮故障影響程度、故障影響時間和故障發生概率三個方面來對動車組故障等級進行劃分。

根據運行過程中發生的故障對于動車組后續運行、整條線路產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間，將故障影響程度分為4個等級，如表2.4所示。

動車組發生不影響繼續運行的故障，可以運行到站后由隨車機械師或者站內工作人員進行快速的檢修，一般操作為隔離、復位等，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行，根據臨停時間或限速造成的晚點時間的不同，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線上臨時停車后機械師下車檢查的情況時，需要封下行兩條線路上的其他車次的動車組的正常運行，影響范且機械師將承擔一定的風險，故將其劃分為較大影響;當動車組產生故障不能繼續運行時，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行后續的旅程，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行都會產生很大的影響，車上乘客的不滿情緒如果通過網絡迅速傳播會對鐵路運用部門造成負面的社會影響，故將其劃分為嚴重影響，鐵路部門應盡量避免此類故障的發生。

每種等級的影響下，都會造成不同的晚點時間，參照表2.3“京津城際鐵路高速動車組故障等級的劃分”以及對實際故障數據的統計與歸類，將晚點時間分為5個等級，如表2.5所示。

不同的故障發生的概率也不一樣，小概率故障也可能引起嚴重的危害，所以在劃分動車組故障等級的時候也應該考慮到故障發生概率的因素。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生概率的等級進行劃分，如表2.6所示。

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

構建遞階層次結構 應用層次分析法分析實際的問題，首先要把問題條理化、層次化。構造一好的層次結構對于問題的解決極為重要，它決定了分析結果的有效程度。通過對指標體系分析，建立一個由目標層，指標層和方案層組成的遞階層次模型，如圖2.2所示。

建立問題的層次結構模型是AHP法中最重要的一步，把復雜的問題分解成稱之為元素的各個部分，并按元素的相互關系及隸屬關系形成不同的層次，統一層次的元素作為準則對下一層次的元素起支配作用，同時它又受上一層次元素支配。對于評價故障影響這個問題來說，層次分析模型主要分成三層。最高目標層只有一個元素，為對故障影響的評價，中間層則為準則、子準則，在這一問題中準則有影響等級、影響時間、發生概率三個維度，最下面的一層為方案層，即可能出現的各種故障情形。參考專家的意見，將指標層中的三個指標的重要度進行排序:故障影響程度>故障影響時間>故障發生概率。構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行兩兩比較，構造出比較判斷矩陣。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度用數值表示出來，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，也是進行相對重要度計算的重要依據。

假定上一層次的元素從作為準則，對下一層元素代，C1..C2……Cn………有支配關系，我們的目的是要在準則層乓下按它們的相對重要性賦予代C1..C2……Cn………相應的權重。在這一步中要回答下面的問題:針對準則Bk，兩個元素C= 25 C….哪個更重要，重要性的大小。需要對重要性賦予一定的數值。賦值的根據或來源，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咨詢而獲得，或是通過其他合適的途徑來酌定。

對于個元素來說，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相對于目標的重要值。

一般來說，構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，此時稱該矩陣為一致矩陣。在實際問題求解時，構造的判斷矩陣并不一定具有一致性，常常需要進行一致性檢驗。

本文采用薩蒂提出的19標度法構建兩兩判斷矩陣。各級標度的含義如表 2.7所示。經過相關領域專家依據其工作及實踐經驗的判斷決策，得到指標層相 對于目標層的判斷矩陣如表2.8所示。

構造出比較判斷矩陣后，即可對判斷矩陣進行單排序計算，在各層次單排序 計算的基礎上還需要進行各層次總排序計算，在這個過程中存在一個判斷矩陣的一致性檢驗問題。

(3)計算權重

計算權重是計算判斷矩陣的特征值最大值，及其所對應的特征向量，得出層次單排序，通過獲得準則層對于目標層的重要性數據序列，從而獲得最優決策。由于故障情形較多，計算比較復雜，故借助Matlab編制了計算權重和一致性檢驗的計算程序，輸入判斷矩陣即可輸出權重系數以及一致性檢驗結果。計算過程具體如下所示:

1、利用判斷矩陣計算權重系數，由公式:

因為CR<0.1，因此該判斷矩陣與一致性檢驗符合要求。所以得到，指標層相對于目標層的權重為:、二(0.5278, 0.3325, 0.1396)o(4)綜合評價

根據以上論述，故障影響的等級分為四個等級(工級、且級、III級、IU級)，故障影響時間分為五個級別(A, B, C, D, E)，故障發生概率的等級分為五個等級(1, 2, 3, 4, 5)，因此，故障情形可以分成100種情況。首先對各個指標的不同級別進行量化表示，以便能夠對這100種情況進行比較分析。

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

利用計算得到的各指標的權重向量、_(0.5278, 0.3325, 0.1396)，對100種情況進行綜合評價，得到結果如表2.11所示。

根據以上分析得出了各個情形的故障等級由高到低的排序，表2.12可以作 為一個庫，將對應的故障對號入座。

致謝

我歷時將近兩個星期的時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的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導老師何老師何曹老師，沒有他們對我進行了不厭其煩的指導和幫助，無私的為我進行論文的修改和改進，就沒有我這篇論文的最終完成。在此，我向指導和幫助過我的老師們表示最衷心的感謝！同時，我也要感謝本論文所引用的各位學者的專著，如果沒有這些學者的研究成果的啟發和幫助，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，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。由于我的學術水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和同學批評和指正！

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