第一篇：車組轉向架故障原因分析及改進方法

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。客車安全工作就是運用科學的維修策略，做到超前處置，預警預控，提前將各種故障源排查出，將風險點消除掉，加強安全控制力，降低事故損失，確保旅客列車安全秩序平穩。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。針對影響客車走行部的主要故障模式，運用故障樹的模型分析，查找出影響故障模式中基本事件，以風險管理的理念，對故障模式中的基本事件進行風險要素分析評估，確定影響崗位質量安全的風險點，通過風險對策措施表，對影響質量安全的關鍵環節以及卡控流程進行完善，做到隱性故障的提前消除，預防客車安全事故的發生。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：故障模式；相關性；維修策略 1

目 錄

摘 要...............................................................1 第1章 緒論..........................................................4 1.1 研究背景及意義....................................................4 1.1.1我國機車車輛維修現狀與發展.......................................4 1.1.2課題選擇及意義...................................................5 1.2 文獻綜述..........................................................6 1.2.1國內外檢修策略的發展.............................................6 1.2.2以可靠性為中心的維修（RCM）概述..................................7 1.3 文獻分析及總結....................................................8 1.4 論文的研究內容及方法.............................................8 第2章..............................................................10 2.1動車轉向架故障類型統計............................................10 2.2動車組轉向架故障原因分析..........................................12 2.2.1部件設備漏油分析................................................13 2.3制動裝置故障分析..................................................13 2.4其他零部件的故障分析..............................................13 第3章..............................................................14 3.1動車組轉向架的故障模式、致命性分析（ＦＭＥＣＡ）..................14 第4章..............................................................17

4、結束語.............................................................17 參 考 文 獻...........................................................18

第1章 緒論

1.1 研究背景及意義

1.1.1 我國機車車輛維修現狀與進展

（1）我國機車車輛修制狀況近年來隨著我國高速鐵路的開通運營，以及動車組的廣泛開行，我國在機車車輛的維修模式上也逐漸發生著顯著地變化[1]。一方面以高速動車組的維修模式已經脫離了原有的傳統檢修模式，運用先進的可靠性和安全性維修理念，以走行公里合理安排一、二、三、四、五級修程，實行白天運行，夜間停留檢修的修制，充分利用庫停時間，按不同修程完成各檢修單元，體現靈活多樣的維修特點。另一方面是傳統的普速鐵路，依然沿用比較成熟的計劃性預防維修體制，并增加了關鍵零部件的壽命管理，雖然提高了計劃標準化維修的高安全性，在統一的計劃修體制下，維修的靈活性不足，直接造成維修成本居高不下。

（2）我國機車車輛維修存在的問題

1、我國機車車輛維修制度不均衡。隨著近幾年我國高速列車的投入使用，機車車輛維修工作將呈現以向“以可靠性為中心(RCM)”的維修制度發展的動車組檢修制度

[1]，和以計劃預防修為主的普速列車檢修制度這兩種維修模式共存的局面。一是在部分檢修段兩種維修制度同時存在必然會增加維修組織的難度。二是檢修周期短、維修成本高、停車時間長的計劃預防維修制度已經逐漸無法適應“大密度、高頻次、高安全”的列車組織模式。

2、我國維修理論基礎薄弱。多年來，我國客車車輛維修重視實踐，輕理論現象比較突出，致使實踐中經常出現基本概念混亂，導致“維修不足”和“過度維修”維修的現象。隨著鐵路運營體制的深入改革，客車維修部應進一步對可靠性、可維護性、可用性方面的研究和實踐，加強對設備設施的風險研判，建立適應自身環境特色的維修理論體系。

3、客車車輛采購、設計中缺乏可靠性、維修性工程的應用。這種現象尤其凸顯在普速列車的維修中，在我國鐵路客車車輛在出廠設計方面只對客車車輛性能和結構進行設計，沒有對可靠性、維修性指標提出要求，也沒有對客車車輛交貨后進行可維護性檢驗驗證，這就造成客車車輛可靠性和維修性方面得不到很好的保證，給運營維修帶來了不少的困難。

1.1.2 課題選擇及意義

位于祖國大西北的某車輛檢修段承擔著日均檢修到發列車18列300余輛，確保著日均發送20000余名旅客出行安全，并擔負著2100余輛運用客車的維修、保養安全管理任務。主型車為構造時速140公里、轉向架為CW-2型準高速25K型車底，主要擔負烏魯木齊至北京（T69／70）、上海（T53／54）、漢口（T193／194）的旅客運輸，一次往返需連續運行4-5天，走行里程達8000公里以上。轉向架是鐵路客車運用安全的核心部件之一，它直接承載車體和旅客重量，保證車輛順利通過曲線，它的各種參數直接決定了車輛的穩定性和乘坐舒適性，其運用的高安全性和高可靠性是確保旅客生命財產安全的關鍵中的關鍵。該客車車輛段主型客車是長春客車廠2000年制造的以CW-2型轉向架為走行部的25K型客車，保有量為467輛，約占保有客車總數的40%。長春客車廠生產制造的準高速客車CW—2型客車轉向架，是在充分吸收借鑒國外先進技術經驗的基礎上，并結合我國實際情況新設計的轉向架，在通過安全性、平穩性實驗后，已于1995年春投入運行。該段自2001年8月正式投入CW-2型轉向架運用以來，在檢修理念、維修體系、作業方式等方面產生了翻天覆地的變化。同時，為運用維護好該型客車，結合人員結構、配件供給模式、以及相關的工裝設備改進等方面，在確保25K型客車安全、可靠方面歷經9年做了大量的探索與嘗試，并積累了內容豐富的故障和維修數據資料。論文選題將從主型25K型車的CW-2轉向架結構、檢修人員的素質、檢修設備、檢修標準和制度等方面來思考25型客車走行部安全性、可靠性的維修模式。同時根據西北地區客車運行的線路環境和檢修情況，結合事故致因模型化進一步分析導致轉向架事故的原理和機制，采用數理統計方法對轉向架系統故障數據進行了分析,通過獲得轉向架系統故障模式生成規律，進一步運用以可靠性為中心的維修思想，改進完善客車轉向架運用維修策略，降低維修費用，確保25型客車持續、安全平穩、可靠運行。

1.2 文獻綜述

1.2.1 國內外檢修策略的發展

工業化從手工作坊對機械化、電氣化、信息化時代，各個時期的設備管理與檢 4 修方式有很大的變化[2]，一般來說可分為故障檢修階段、計劃檢修階段和狀態檢修階段。

（1）故障檢修階段

故障檢修階段也稱為事后檢修階段[2]，是設備檢修最早出現的方式。也是一種比較直觀的維修方式，即設備設施出現故障不能確保安全有效運行的時候，對設備設施采取故障消除性維修，也屬于一種應急性維修，由于對檢修條件的安全性考慮的不是很充分，在維修過程中往往付出較高的維修成本。

（2）計劃檢修階段

針對故障維修存在準備工作不足的弊端，計劃性檢維修根據設備故障功能失效與運行時間之間的關系，確定檢修內容和檢修周期，維修人員根據所確定的維修內容準備相應的維修配件、工裝和場地，并在周期臨界點實施維修，提前將故障預防在事故發生之前，確保了設備設施在運轉中期內的可靠性和安全性，這種 維修模式對與時間有關的損耗性部件有較好的效果，但對非損耗性部件就難以確定出其周期性，為了確保安全，往往采取提前更換的方式，也造成了不必要的“過度維修”現象的出現。

（3）狀態檢修階段

隨著故障診斷水平的提高，以及故障診斷設備的廣泛運用，設備的在線監測成為確保安全必不可少的輔助方式，對設備運行狀態的實時監控，也為設備功能性的失效狀態提供了比較直觀發現手段，維修人員可根據監測結果在設備部件臨近，失效的時候，進行實時維修，達到了設備按需維修的目的。但對于設備系統 性強、構造復雜的設備，由于監測點繁多，增加了檢測的難度和維修計劃的復雜程度，不利于維修效率的提高。

（4）以可靠性為中心的維修

在1960年代，美國聯邦航空局對當時最先進的波音747飛機有著嚴格的維修要求[2]，導致產生非常繁重的維修任務計劃，使這種技術先進的飛機給維修體制提出了嚴峻的考驗。而繁雜的維修任務使得航線運營波音747飛機難以盈利。同時也暴露出，即便使用基于時間的更換或翻修之類的預防性維修，也沒有有效地現住地 5 減少產品失效率。1980年通過對航空工業費用效益的觀察得到廣泛共識，軍事工業和其他工業也都作為加強維修程序的要求，開始應用以可靠性為中心的維修方式，諸如核電站、化工、汽車、制造、石油和天然氣、建筑等行業。

1.2.2 以可靠性為中心的維修（RCM）概述

RCM（以可靠性為中心的維修，Reliability Centered Maintenance）是當前維修領域比較通行的以設備預防維修理念為基礎的體系性維修的工程過程[2]。

（1）RCM的基本觀點

1、設備設施的固有可靠性和安全性是由最初設計和制造水平決定的，如果設備的固有可靠性與安全性水平不能滿足使用要求，相通過提高維修的次數來提高設備的安全性是達不到預期效果的。因此，增加維修次數，不一定會使設備越可靠和越安全。

2、設備設施在運行過程中出現故障隱患是不可避免的，而且每種設備故障產生的原因也不盡相同，維修工作的重點就是預防有嚴重后果的故障發生。因此，在故障維修工作中，要根據設備故障所產生的不良影響及后果，有針對地制定不同的維修策略。

3、探查設備設施故障規律，合理安排維修時機。在對設備進行維修工作時，要盡量弄清設備的故障模式，對有耗損性的設備可很據故障統計規律安排較為合理的保養和維修（更換），來預防故障隱患造成設備功能性失效。對損耗較少的設備設施，如果按照故障統計規律，安排定期的維修或更換，可能對設備的維護效果不是很理想，對此類設備更適宜于通過檢查、監控采取視情維修方式。

4、以最小經濟費用保證設備設施的安全性和可靠性。維修工作中，對設備采用不同的維修策略，其所需要耗費的維修資源是不相同的，甚至是相差巨大。

1.3 文獻分析及總結

從上述文獻綜述可以看出，無論是傳統的事后維修還是現代發展起來的RCM/LCC模式，都把確保設備的安全可靠作為維修的第一出發點。由于行業、地域、裝備、人員、環境的差異，對設備的維護往往是各種維修方式相互交叉、綜合運用，在滿 足可靠性、可用性的前提下，盡可能的減少維修費用和人力成本。

維修理論發展歷史表明，任何一種維修方式、維修理論，都是通過總結前人的理論、方法以漸進的方式發展起來，不存在基于某一種設備檢修理念和維修策略可以確保使用設備的絕對安全，再科學的檢修理念和設備維護手段也只有和現場實際環境緊密結合，基于相似設備的維修經驗和現場數據統計，分析清楚理論、方法與現場的實際差距，相互取長補短才能發揮其應有的效果。

隨著現代設備的系統復雜性和運行環境的不確定性，只有在鞏固和加強現有的維修基礎上，充分吸收、借鑒當代最新的維修理論和方法，努力探索出新的維修模式，才有可能不斷改善現有環境對維修的束縛，進而實現設備安全性、可靠性和可用性的新的突破。

1.4 論文的研究內容及方法.本論文以鐵路交通運輸系統某站 25K 型客車 CW-2 型轉向架作為研究對象，以該對象故障統計數據作為分析依據，運用數據統工具計統計，分析了客車轉向架的多種故障模式，綜合該車輛段所處的地理位置、氣候條件、運營線路、運行里程以及維修水平等多方面故障影響要素，分析確定出影響故障的主要因素，并結合因素相關性分析，尋找出影響客車走行部主要故障模式的關鍵風險因素。

運用故障樹的模型分析，對影響客車走行部的主要故障模式，查找出影響故障模式中基本事件。運用風險管理的理念，對故障模式中的基本事件進行風險要素分析評估，辨析出影響維修質量的風險點，通過制定合適的風險對策措施表，對容易造成故障隱患安全的關鍵環節進行有效維修，做到隱性故障的提前消除，預防客車安全事故的發生。

本論文結合客車安全現場作業實際，根據“管理規范化”的要求，選取了影響客車走行部維修質量的庫檢班組和乘務組作為基于風險管理維修策略的實施對象。通過構建風險管理維修策略體系，從崗位安全職責、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入手，重點是為了修訂出符合現場風險管理 實際的控制流程。根據“作業標準化”的要求，認真分析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風險辨析措施。

通過對轉向架故障統計以及因素相關性分析，運用故障模式事故樹分析，基本 事件的風險辨析、評估和層級防控，目的是為了構建確保了現場安預警預控的客車維修策略，能夠進一步提高客車維修水平。

第2章

2.1動車轉向架故障類型統計

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

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。

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。

2.2動車組轉向架故障原因分析 2.2.1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。

2.3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。

2.4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。

第3章

３.1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，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：

式中αｉｊ是部件ｉ以失效模式ｊ而引起部件的失效模式概率；βｉｊ是部件ｉ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，其計算公式為：

式中ｎｉ為部件ｉ 在規定時間內的故障總次數；Ｔｊ為部件ｉ在規定時間內故障間隔時間序列中的第ｊ個故障間隔時間；ｍ 為故障間隔時間的個數。

根據上面介紹的ＦＭＥＣＡ分析方法，結合筆者掌握的動車組轉向架使用維護故障數據，經過處理，得到該車型轉向架主要部件的ＦＭＥＣＡ分析結果如表３所示。

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。

表3 動車組轉向架主要部件FMECA分析表

續表3

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 15 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）鐵路管理部門，應加強鐵路線路鋼軌和沿線設施設備和運行環境的整理維護，以減少車輛運行除外的意外故障。（３）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4章

４、結束語

通過ＦＭＥＣＡ方法分析可以發現同一設備系統中不同功能的零部件因其重要程度不同以及結構上的差異，其危險優先數也會有所不同，因此在設計中就需要區別對待，將危險優先數特別高的部件優先考慮。本文通過現場使用維護數據，對動車組轉向架故障車控制電器柜其他空氣斷路器故障導致的質量問題。

參 考 文 獻

[1] 董錫明.近代鐵道機車車輛維修現狀與發展趨勢.鐵道機車車輛, 2002 增刊: 213-218.[2] 董錫明.機車車輛運用可靠性工程.中國鐵道出版社, 2002.[3] 賈希勝.以可靠性為中心的維修決策模型.國防工業出版社, 2007.[4] 程五一, 王貴和, 呂建國編著.系統可靠性理論.中國建筑工業出版社, 2010.[5] 吳波, 丁毓峰, 黎明發編著.機械系統可靠性維修及決策模型.化學工業出版社, 2007.[6] 束洪春.電力系統以可靠性為中心的維修.機械工業出版社, 2009.[7] 國務院.鐵路交通事故應急救援和調查處理條例.中國鐵道出版社, 2007.[8] 鐵道部.鐵道交通事故調查處理規則.中國鐵道出版社, 2007.[9] 崔殿國.機車車輛可靠性設計及應用.中國鐵道出版社, 2008.[10] 楊玉興, 朱啟新.預防性維修活動關鍵件的確認方法和流程.電子產品可靠性與環境試驗, 2008, 26(3): 13-15.[11] 賈俊平編著.統計學（第二版）.清華大學出版社, 2007.[12] 何鐘武, 肖朝云, 姬長法編著.以可靠性為中心的維修.中國宇航出版社, 2007.[13] 楊景輝 , 康建設.RCM 維修管理模式及其應用分析.科學技術與工程 , 2007, 7(15):3881-3885.[14] Kumar U.D.等編.可靠性、維修與后勤保障——壽命周期方法.電子工業出版社, 2010.[15] 王衛江.故障與預防性維修對機械可靠性影響的統計分析.機械管理開發, 2000, 6: 60-61.[16] 金玉蘭, 蔣祖華.以可靠性為中心的多部件設備預防性維修策略的優化.上海交通大學學 報，2006, 40(12): 2051-2057.[17] 余卓民，趙洪倫.以可靠性為中心的機車車輛結構生命周期安全管理體系.中國鐵道科學, 2005, 26(6): 0001-0005.[18] 嚴俊, 周峰.以可靠性為中心維修在地鐵車輛制動系統中的應用.城市公共事業, 2008, 22(4): 30-33.[19] 周學兵，段國富.以可靠性為中心的裝備維修管理系統.機械工程與自動化，2008,1： 0054-0056.[20] 狄威.簡論機車車輛的可靠性與維修性及維修信息管理.北京交通大學學報, 2007,6.[21] 金蓮珠,楊晨輝.CW-2 型準高速客車轉向架.鐵道車輛, 1995, 33(12): 57-60.

第二篇：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：

[1].袁清武.車輛構造與檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2006.[2].陳世和.車輛修造工藝與裝備[M].北京：中國鐵道出版社，2004.[3].宋永增.動車組制造工藝[M].北京：中國鐵道出版社，2007.[4].中國鐵道部.CRH1型動車組途中故障應急處理手冊[M].北京：中國鐵道出 [5].曾全君.地鐵車輛車輪壽命分析[J].鐵道技術監督，2008,36 [6].國瑩，馬賢海，楊存法.轉K2型轉向架輪對偏磨故障分析[J].鐵道機車車輛，2007,27(4).[7].李春艷，霍秀峰.轉K2型轉向架故障分析及改進建議[J].鐵道車輛，2001,39(6).[8].薩師煊,王珊數.數據庫系統概論[M].北京:高等教育出版社.2000.[9].施敏芳.滾動軸承在線監測與故障診斷系統[J].軸承,2001,(8):4一7.1 9

第三篇：動車組車門故障分析及改進方法

摘要

車門故障一直是影響動車組正常運行的主要故障之一，本文通過介動車組車門的工作原理，針對動車組車門故障的幾起典型故障案例，按機械類、電氣類等故障引發的原因分類進行分析總結，并就零部件專業檢修、動車組運用檢修提出對策措施。2013年年底，全路動車組在運營過程中發生多起車門故障，嚴重影響了鐵路運輸正常秩序，成為影響動車組運行安全的極大隱憂，為降低動車組車門系統故障率，確保運輸秩序，通過梳理車門故障記錄，分析查找共性問題，并以典型案例為突破點進行分析研究，制定完善動車組檢修檢修整治方法。關鍵詞;動車組車門故障分析處理措施。

I

目錄

摘要..................................................................................................................................................I 第1章緒論.......................................................................................................................................1

1.2動車組的發展....................................................................................................................3 第2章塞拉門介紹...........................................................................................................................6

2.1塞拉門系統組成................................................................................................................6 2.2塞拉門主要功能簡介........................................................................................................7 2.2.2塞拉門控制....................................................................................................................7

2.2.3拓展功能................................................................................................................9

2.3典型故障原因及分析...............................................................................................................10

2.3.1動車組運行中通過司機室監控屏顯示的幾種故障現象........................................12

2.4動車組車門常見故障分析.......................................................................................13

第3章動車組車門系統的日常管理和維護.................................................................................15

3.1減少動車組運行中車門故障的數量.......................................................................16 3.2加強對相關部件清潔和潤滑...................................................................................16 3.3對策措施...................................................................................................................17

致謝................................................................................................................................................19 參考文獻:.......................................................................................................................................20

II

第1章 緒論

隨著世界經濟的迅速發展，人們生活中的交通不僅變得越來越便利，同時還給社會發展帶來了巨大的幫助。在這其中，動車因為自身具有安全和高效的工作特點，成為了社會各界共同關注的問題，其中單翼塞拉門與雙翼對開門一直是動車中對應的自動門系統最為典型的兩種結構。本文將目前新型動車中自動門系統自身工作原理以及結構性能進行了一次闡述，并且以此作為基礎對塞拉門方面的電氣控制系統進行了研究。

當今，社會的發展與人們周邊的交通環境是分不開的，交通方面的問題一直是自古以來人們共同關注的問題。由于最近幾年交通事故在國內引起的社會反映非常強烈，所以交通狀況也逐漸成為了人們在生活中經常談到的話題。在動車方面，因為其自身所具有的快速以及安全等特點，自從出現以來就一直被社會各界的人們所喜愛。本文對動車中塞拉門電氣相關控制系統進行了一次分析，并將其中存在的相關問題進行了解決。

動車組最先是從德國與法國這兩個國家開始進行研究的，在1903年，世界第一輛動車組在德國誕生。由于德國和法國自身國土面積相對較小，同時歐洲各國自身鐵路路基所具有的承重能力相關標準有著巨大的差異，因此在德國以及整個西方國家之中，動車組的發展速度一直都比較緩慢。但是在日本，人們在1964年的時候首先進行了高速新干線的建設與開通，直至今日，日本高速機車方面都在不斷地發展著，其傳動方式也一直在不斷地發生著變化，并且進行著持續地更新和進步，對應的動車組速度也從每小時210千米逐漸提升到了每小時300千米。而和日本情況不同的是，德國與法國兩個國家在對動車進行研究的時候，其主要的研究內容是以動力牽引相關模式為主的，法國主要研究的為動力集中式，并且對應的當地第一條投入運行的鐵路干線在1983年出現，在動力集中牽引這一作用下，動車組自身速度能夠達到每小時270千米，而在1990年，其最高的運行速度已經達到每小時300千米。在德國，人們于1962年所研制出的客車能夠達到每小時160公里，在1977年之后便提高到了每小時200公里。在1989年的時候，德國終于開始對高速列車進行制造，并且在1990年的時候這種列車被投入使用。至今，德國已經研制出第三代具有動力分散功能的高速列車，其車速最高 能夠達到每小時300千米。在這之中，動車組自身車門都是電動車門，是通過系統進行統一控制的，人們在上下車以及乘車的過程中如果擠靠車門，那么可能會發生嚴重事故。現在在國內，大部分動車所使用的都是塞拉門式的電氣控制相關系統。

1.1動車組簡介

動車組，亦稱多動力列車組合（Multiple Units,MU），電力動車組叫做EMU，內燃動車組叫DMU，把動力裝置分散安裝在每節車廂上。動車的動力來源分布在列車各個車廂上的發動機，而不是集中在鐵路機車上。電力動車組又分為直流電力動車組和交流電力動車組兩種。動車一般指自帶動力的軌道車輛，區別于拖車。動車和拖車一起構成動車組。動車類似機車要牽引拖車，因此，某動車的時速肯定大大高于它所在動車組的時速。動車組有兩種牽引動力的分布方式，一是動力分散，二是動力集中。但實際上，動力集中式的動車組嚴格上來說只能算是普通的機車+車輛模式的翻版再升級。動車組是城際和市郊鐵路實現小編組、大密度的高效運輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全，可靠、舒適為特點備受世界各國鐵路運輸和城市軌道交通運輸的青睞。

我們通常看到的電力機車和內燃機車，其動力裝置都集中安裝在機車上，在機車后面掛著許多沒有動力裝置的客車車廂。如果把動力裝置分散安裝在每節車廂上，使其既具有牽引動力，又可以載客，這樣的客車車輛便叫做動車。而動車組就是幾節自帶動力的車輛加幾節不帶動力的車輛編成一組，就是動車組。帶動力的車輛叫動車，不帶動力的車輛叫拖車。

動車組有兩種牽引動力的分布方式，一種叫動力分散，一種叫動力集中。動力分散電動車組的優點是，動力裝置分布在列車不同的位置上，能夠實現較大的牽引力，編組靈活。由于采用動力制動的輪對多，制動效率高，且調速性能好，制動減速度大，適合用于限速區段較多的線路。另外，列車中一節動車的牽引動力發生故障對全列車的牽引指標影響不大。動力分散的電動車組的缺點是：牽引力設備的數量多，總重量大。動力集中的電動車組也有其優點，動力裝置集中安裝在2～3節車上，檢查維修比較方便，電氣設備的總重量小于動力分散的電動車組。中國的動車組列車分為三大級別：高速動車組（時速250及其以上，標號G，主要對應高速鐵路），目前還沒有上限時速；一般動車組或中速的（標號D，時速160和200公里，主要對應快速鐵路）、低速動車組（南車青島公司把技術能力下延而研究時速140公里的，以適應城市輕軌）。

2007年，動車組開進了北京站、興城站。

圖1 動車組展示

中國的動車技術時速上升很快，株洲南車集團動車組技術僅用了不到4年就從時速160公里起步到2008年實現時速300公里的大飛躍，后來的試驗時速接連突破一個個臺階。另外，2015年8月它中國出口馬來西亞的米軌鐵路動車組創下了時速176公里的米軌鐵路世界速度之最。另外，種類發展多，如研制高寒型、城際型如2013年中國首列時速160公里城際動車組下線并準備時速下延以覆蓋更多

1.2動車組的發展

動車發明了，單節車廂會動了。由動車編成的動車列車和與無動力車廂混編的列車也有了。編組靈活，加速能力強，有些動車、動車列車或混編列車甚至兩頭都有司機室，不用專門的調車作業就能往返運行。

早期的動車各節自成體系，不能相互操作，列車中每節動車都要有人操作。然而通勤線路九曲十八彎，通勤列車又走走停停，即使是經驗豐富的老司機之間的配合也難免會出差錯，一旦前車猛然減速而后車剛好加速，又寸到彎道上。

頻繁的脫軌事故使得動車列車編組只能很小，這大大扼殺了動車編組靈活的優勢。好在車到山前自有路，一項來自新型電力機車的技術──重聯──砸碎了動車發展的枷鎖。重聯，指用特定手段將兼容機車的聯系在一起，由一個司機室操縱。最常見的手段是用一組重聯電纜連接多臺同系列機車的操控系統或動力系統。動車由電力機車發展而來，產生于電力機車的重聯技術也很快用于動車列車。從此，動車列車與無動力車廂混編的列車可以由一個司機全面操控了。從此，動車組誕生了。動車組展示

二戰結束，內燃機車也能重聯了，內燃動車組出現。

70年代，法國試制了燃氣輪機高速動車組──TGV-0。80年代，高速鐵路網在歐洲延伸，風馳電掣的各系TGV以300km/h的速度成為法國人的驕傲。

90年代，TGV試驗速度突破500km/h。

新世紀，TGV試驗速度突破570km/h。中國CRT實驗速度突破600公里每小時。

然而在大多數場合，動車組擔負的都是市內、市郊、城際通勤任務。大多數輕軌、地鐵以及國外大多數城際列車都是動車組。高速列車在動車組中只占很小比例。

引用一份來自網絡的統計，世界各國/地區的鐵路系統中，使用動車/動車組最大的為日本，占87%；荷蘭、英國次之，分別占83%和61%；法國、德國又次之，分別占22%和12%。

我國400km/h以上速度動車組關鍵技術獲得突破

（2015年）8月7日從科技部獲悉，近日，科技部高新司在北京組織專家對“十二五”國家科技支撐計劃“更高速度等級動車組轉向架關鍵技術研 4 究及裝備研制”（2011BAG10B00）項目進行了驗收。

項目由青島市科學技術局組織實施，在南車青島四方機車車輛股份有限公司、北京交通大學、西南交通大學、同濟大學等課題承擔單位共同努力下，研制出適用于400km/h以上速度等級動車組轉向架樣機，并通過臺架試驗驗證。這也標志著我國高速軌道交通技術在350km/h動車組技術平臺的基礎上得到了進一步的提升與完善

第2章塞拉門介紹

圖3 動車

組司機登乘門

2.1塞拉門系統組成

塞拉門系統主要由門板、門上部運動機構、下導軌、門控單元、門開關按鈕、緊急開門裝置、門鎖閉和隔離裝置、活動腳蹬等組成。門板、手柄、門鎖以及門機構可以滿足承受6KPA的空氣動力載荷和800N作用于門板中央集中力的強度要求。門機構，門板，門控器，門框組成采用模塊化設計。采用整體單元式門框，安裝方便，易于維護保養，并具有如下的設計創新：密封采用壓緊方式而非充氣方式，局部損壞時對密封性影響小，壓緊密封對乘客無人身危險，防凍密封系統等。門板與門框之間采用雙唇加壓密封方式，能保證氣密性。

圖4 動車組自動塞拉門的基本技術

參數 2.2塞拉門主要功能簡介 2.2.1原理設計

新型動車組每節車廂共有4扇門（除特殊車型外），每扇門由獨立的門控器（DCU）控制，4個DCU中設置一個主門控器（MDCU），負責與列車控制與監測系統（TCMS）進行數據交換。新型動車組塞拉門電氣控制系統由硬線控制、網絡控制以及網絡監測3部分組成。其中對安全性和可靠性要求較高的功能由硬線控制完成，特殊功能由網絡控制完成，整列車塞拉門系統的狀態反饋與故障顯示由網絡監測完成。每個DCU均根據硬線控制命令執行相關功能，同時也接收做為診斷備份使用的網絡控制信號（數據流：TCMS-MDCU-DCU）。另外，MDCU將接收從TCMS發送的指令來完成特殊的功能模式。TCMS將從MDCU接收信息用于塞拉門的狀態顯示、故障維護等功能。每個DCU處理硬線控制命令和網絡控制命令的原則如下：

① 硬線+一致時，DCU執行相關功能。

②當硬線信號存在，網絡信號無時，DCU執行硬線指令相關功能，DCU產生并在內部儲存一個“網絡信號與硬線信號不一致”的故障記錄。

③當硬線信號無，網絡信號存在時，DCU不執行任何功能，DCU產生并在內部儲存一個“網絡信號與硬線信號不一致”的故障記錄。

④當硬線信號存在，網絡信號存在但二者不一致時，DCU執行硬線指令相關功能，DCU產生并在內部儲存一個“網絡信號與硬線信號不一致”的故障記錄。

2.2.2塞拉門控制

集控模式門側選擇為了防止司機的誤操作和增加塞拉門系統的可靠性和安全性，新型車增加了門側選擇開關。當列車即將進站時，由司機根據車站調度命令選擇開門。

側門緩解、開門、關門塞拉門系統共有4條貫穿全列的控制硬線：左側門緩解控制線，左側門開門控制線，右側門緩解控制線，右門開門控制線。所有的門控器均并聯在相應的控制線上。

①集控門緩解功能在列車停車時，司機啟動門側選擇開關后，按下相應側的門緩解按鈕，相應側門緩解指令激活，緩解控制線得電，全列相應側DCU得到門緩解指令。

②集控開門功能在列車停車時，司機啟動門側選擇開關，相應側門緩解按鈕激活后，按下開門按鈕，相應側門打開指令激活，打開控制線得電，全列相應側DCU得到門打開指令。

③集控關門功能在列車速度V<5km/h，司機啟動門側選擇開關同時門處于緩解或者打開狀態時，激活關門按鈕，全列兩側門緩解控制信號消失，則塞拉門由緩解狀態或打開狀態變成鎖閉狀態。

通過速度信號關門如果DCU通過硬線信號得知列車速度大于5km/h，所有的門立即關閉。由于列車是開門行駛，必須要逆著行駛方向進行關門動作，因此DCU會增加關門的力度。通過速度信號關門具有最高優先級，即如果速度信號不符合設計要求規定的值，車門將立即關閉。

門鎖閉①當DCU執行門關閉后，會將門關閉的狀態反饋給MDCU，MDCU將4個門的鎖閉狀態通過RS485總線反饋給TCMS。

②每節車均有一個硬線環路監測門的鎖閉狀態。當4個門均鎖閉后，該硬線環路建立，TCMS收到DI輸入信號。門的鎖閉狀態由硬線環路反饋信號和網絡反饋信號共同決定：a.當硬線環路反饋信號與網絡反饋信號一致時，門鎖閉狀態正常；b.當硬線環路反饋信號與網絡反饋信號不一致時，TCMS發出診斷報警信息。

狀態反饋MDCU將4個門的狀態信息、故障診斷信息匯總后通過RS485總線發送給TCMS，TCMS將信息實時顯示在司機室顯示器上，并在維護界面顯示相關故障信息，同時生成故障記錄。在司機室顯示器上，車體兩側的外面各有一條長的黃色直線表示門處于未緩解狀態。

防擠壓功能有的電動或電控氣動塞拉門均需有防擠壓功能，以防止門在動作過程中將乘客擠傷。在塞拉門關閉過程中，在車門達到關閉鎖緊位置之前，以下情況都可以激活防擠壓功能：

①通過防夾手感應膠條的防夾保護塞拉門門扇的前緣安裝有2個互相獨立的防夾手感應膠條。感應膠條內有一個密閉的空氣腔。關門時,在限位開關(門關閉98%)未被激活前,如果遇到障礙,就會在空氣腔內產生一個壓力波動信號,這個信號通過門板內的空氣壓力感應開關轉換成電信號輸入DCU，激活相應的防夾 保護功能。一旦塞拉門到達關閉和鎖閉位置后，即限位開關(門關閉98%)未被激活，防夾手感應膠條可以自動失效。

②電機電流監控DCU中存有一個標準電流限界曲線。這個限界曲線不是恒定不變的，而是依據門的位置以及電機在以前關閉過程中的工作電流（變化的限界曲線）生成的。這個工作電流由DCU測量,當車門運動時所測量的電機電流超過標準的限界值，門控單元就視為探測到一個障礙物，防擠壓功能激活。

③位移/時間監控塞拉門的位移傳感器將門位移劃分成許多小段，當在一段確定的時間段內沒有走完確定的路程，則啟動相應的障礙物探測功能。DCU會測量每段關閉位移的關閉運行時間同時計算下一個關閉位移的關閉運行時間。

換端模式當列車進入換端模式后，在司機離開主控司機室前，塞拉門控制系統通過網絡控制信號和硬線控制信號的自動轉換，使兩端司機室內的相關控制按鈕無效，塞拉門保持換端前的狀態。

2.2.3拓展功能

遠程關門模式隨著鐵路速度等級和服務需求的不斷增長，根據用戶的需求，所有乘客登車后，乘務員可以在任何一個塞拉門通過四角鑰匙開關發出實現此功能的“遠程關門”指令。該功能可以使乘務員不通過司機而關閉全列車的塞拉門。在執行本功能前，乘務員所在位置的塞拉門必須是打開的。執行本功能后塞拉門將執行下列動作：

①如果塞拉門此時處于關閉且緩解狀態,則緩解狀態取消；

②如果塞拉門此時處于打開狀態，則塞拉門關閉。以上動作不包括乘務員所在位置的門。[1]模式激活與結束乘務員順時針旋轉四角鑰匙開關，此動作至少持續1s,該模式激活，乘務員所在門的DCU將遠程關閉車門指令發送給本車MDCU（若所在門為MDCU則直接發送），由MDCU通過RS485總線發送給TCMS，TCMS接到該指令后，通過RS485總線將指令“遠程關門”再發送給各車MDCU，由MDCU通知每個DCU執行遠程關閉車門指令。當其他車所有車門均關閉后，TCMS向發出“遠程關門模式”指令的MDCU發出“其他所有塞拉門已關閉”信號。該MDCU接到此信號后同時評估本車4個車門的狀態。如果本車除發出“遠程關門模式”指令的門外，其余3個門均處于鎖閉狀態，那么MDCU負責激活（或負責通知相應門的DCU激活）發出“遠程關門模式”指令的門的蜂鳴器。當乘務員接收到蜂鳴器的通知后，關閉自己所在位置的車門，遠程關門模式關閉，所有車門被關閉。9 [2]模式取消在乘務員所在位置的車門沒有完全關閉之前,按下本地開門按鈕，即取消該功能，乘務員所在那一側的門重新被緩解。

通知司機出發在所有塞拉門被安全地關閉后，乘務員向司機發出發車命令。乘務員逆時針旋轉四角鑰匙開關，連續做兩次，此時DCU通過RS485總線向TCMS發出信號“激活蜂鳴器”，TCMS激活司機室內的蜂鳴器。司機在聽到蜂鳴器鳴響后且司機室顯示器上顯示所有門已鎖閉后開車。

當列車臨時停車時，為了使司機能夠在運行線路上離開列車，司機可以激活此模式，打開司機室后部的左門和右門，而不需要緩解全列其他塞拉門。1）退出司機室司機將退出司機室模式按鈕按下，模式被激活并發送給TCMS。司機將四角鑰匙開關順時針從“0”打到“1”位；按下本地開門按鈕打開塞拉門。離開列車后，使用司機專用鑰匙將塞拉門鎖閉。2）進入司機室使用司機專用鑰匙將塞拉門打開，操作本地關門按鈕關閉塞拉門，司機將退出司機室模式按鈕恢復，模式結束。

列車進入整備模式后，列車內部人員（如清潔人員）可以下車，但是未經允許的人員不能登車（兩側塞拉門都鎖閉）。司機在顯示器上觸發該模式，TCMS向各車MDCU發出指令。僅當兩側的車門都鎖閉時，塞拉門系統才接受TCMS發送的整備模式指令，整備模式才能被激活。在進入整備模式后，塞拉門就再不會從外面打開，但可通過按下本地開門按鈕從車內打開，同時頭車的門可通過司機專用鑰匙打開。在整備模式下，塞拉門通過以下2種方式關閉： 1在車內：按下本地關門按鈕； ○②在車外：按下本地開門按鈕，在該模式下，車外的開門按鈕被定義成“關門”，與普通模式相反。

2.3典型故障原因及分析

案例1 XX年XX月XX日，CRH2066C擔當G7002次（上海-南京，00車為主控端）交路，列車運行長江至南京區間時，CRH2066C02車3位門報車門關閉故障（代碼110）。司機隨即停車并通知隨車機械師，隨車機師立即趕往02車3位門處，檢查無異常后，隨車機械師手動將車門隔離，維持動車組運行。故障排查：當晚動車組入庫進行詳細檢查，發現02車3位門機構有漏油現象 10 且油位表內已顯示無油。原因分析：

車門關閉故障原因該故障為機械類故障，由于密封件（該密封件的使用壽命為3年）磨損變形導致門機構漏油，致使門機構無法動作，引起車門故障。②密封件損壞原因一是因橡膠密封圈老化引起橡膠密封圈在使用中受到油質、溫度、時間因素的影響，容易出現老化現象，使密封圈本體失去彈性、密封狀態發生改變，此時泄漏發生；二是因機件間的磨損引起，導向活塞表面粗糙度過大降低了密封件的壽命；三是因受力變形引起，油壓缸蓋與油缸、導向部與間隔筒等處。

處理措施：更換門機構，試驗正常。

案例2 XX年XX月XX日RH2075C擔當G7002次（上海-南京，00車為主控端）交路，列車運行至蘇州至無錫區間，CRH2075C03車報2位車門關閉故障（109），司機停車后隨車機師立即趕往03車查看車門關閉情況，對2位車門進行檢查未發現異常，隔離2位側2、4位車門后，司機室關門燈亮，列車恢復正常，后續交路運行正常。

故障排查：當晚動車組入庫進行詳細檢查，發現03車2位車門關門到位開關145+線在接線端子處斷開，145C線狀態良好。原因分析：

①車門關閉故障原因 車門關閉故障檢測原理如下：

該故障為電氣類故障，因145+線斷開導致DIRR21繼電器失電，MON終端裝置無法接收車門關閉到位信號而報出車門關閉故障，進而導致牽引丟失故障。

②145+線斷線原因

車門關閉到位開關（DS2）安裝于門機構上，其伴隨車門的壓緊動作向車體外側移動，由于145+線捆扎余量不足，在長期運動作用下導致接線端子尾部電纜疲勞斷裂。

處理措施：對145+線重新壓接端子并恢復接線，多次開關門試驗正常。2.3.1動車組運行中通過司機室監控屏顯示的幾種故障現象

(1)司機室 BPS 屏顯示車門未關閉,此類故障多為車門鎖閉不到位。由于車內外空氣壓力差過大,運行前期車門承受壓力限度 60 Pa,車門關閉時經常由于內壓過大導致車門無法正常關閉。經過對車門軟件升級將車門壓力限度調為 80 Pa 后,此類故障基本消除.(2)司機室 BPS 屏報警, TD 屏顯示車門故障,監控室 LT 屏顯示故障,車門顯示燈紅燈亮。此類故障大多為車門機構鎖閉不到位,重新開關門或復位后,此故障基本可以消除。

(3)司機室 BPS 屏報車門故障,TD 屏顯示車門故障,監控室 LT 屏顯示故障,車門指示燈顯示正常。此類故障主要是車門主鎖閉機構上 S12限位開關位置發生偏移,造成主鎖在一級鎖閉時 S12開關不能正常釋放,車門關閉信號不能正常傳輸。經過對 S12 開關調整后故障消失。

(4)司機室 BPS 屏報車門故障,TD 屏顯示車門故障,監控室 LT 屏顯示正常,車門指示燈顯示正常。此類故障判斷為網絡故障,主要是網絡傳輸異常或受到干擾導致,一般進行復位后故障可以消除。

(5)司機室 BPS 屏瞬間性報車門(主要是機械門)故障。CRH5 型動車組開行前期,經常出現司機室 BPS 屏瞬間性報車門故障,停車檢查時故障馬上消失,后經檢查發現,動車組在高速運行時,由于空氣阻力使得機械車門晃動,導致機械鎖鎖閉機構出現瞬間性的活動, 造成限位開關信號時斷時續,以至于檢測系統誤判斷為車門未鎖閉。后來經過對機械門門鎖進行改造,此類故障消除。

2.3.2動車組運行中車門一般性故障產生原因分析

(1)操作不當而產生的故障：

①自動翻板上的機械隔離鎖被打到隔離位未恢復, 導致門激活信號輸出后,開門按鈕燈不亮。②自動翻板電隔離開關(S22)被打到 on 位,導致門激活信號輸出后,開門按鈕燈不亮。

③車門內、外部緊急解鎖裝置在使用后未復位,導致報警器長響,集控信號無作用。

④自動翻板鎖在翻板豎起或放下后未鎖閉到位,導致門激活信號輸出后,開門按鈕燈不亮。當CRH5 型動車組發生以上4 類故障時,一般情況恢復車門或自動翻版隔離開關后故障均能消除。

(2)門控器(DCU)插線排松動及自身原因產生的故障

2.4動車組車門見故障分析

（1）操作不當。故障檢查完畢后,假如故障仍未消除的、則考慮故障可能是因為門控器插頭松動而產生,所以建議在排除其他故障時,首先考慮門控器的插頭是否松動,如有松動應緊固處理。

（2）如果門控器插頭緊固后故障未能消除,考慮是否門控器故障,此時可以查看車門控器狀態指示燈,如果檢測到門控器故障時,需更換處理。

(3)車門反復開關故障①下踏板關閉后行程開關不到位,此時應調節罩板調節桿的長短,使其在關閉后聽到清脆“咔”的一聲,表明車門正常關閉。②檢查 98%行程開關位置是否正常,主要是位置是否發生偏移,否則需重新進行調整。③檢查門關閉及鎖閉限位開關(S12)位置是否正常,車門經過長時間動作,限位開關很容易產生松動或偏移,當位置不正確時要重新進行調整。④檢查氣動鎖的位置是否準確,不準確重新進行調整;檢查氣動鎖滾輪上是否有灰塵等贓物,要及時對車門機構進行清潔;檢查車門氣動鎖壓力是否大于 4.5×102Pa。⑤檢查自動翻板的位置是否正確,門關閉到一定程度時門膠條是否會撞擊到自動翻板的邊緣,導致敏感膠條被激活。

13(4)車門集控時不開門和集控時不關門故障①先檢查翻版是否鎖閉到位,隔離是否恢復,氣動鎖滾輪上壓力是否正常。②檢查 5 km 信號、門釋放信號、高低站臺的選擇是否正確。檢查網絡信號是否到位。③檢查車門敏感膠條上是否有撞痕,膠條的電氣接線是否脫落。④檢查車門集控時網絡信號是否正常,若不正常, 車門將無法接受集控指令,導致無法集控開啟或關閉。

(5)車門正常關閉且指示燈正確,但 TD 顯示屏上卻顯示離線或故障當發生此類故障時,應打開相應位置車門檢查門, 將S5 由“1”位撥至“0”位,關閉此門控制系統的電源,并在再次送電時(將 S5 由“0”位撥至“1 位”)徹底重啟門控器(具體操作為送電之前按住門控器上的 Reset 鍵, 當門控器上的標志燈只剩下最上面和最下面兩個綠燈亮時,松手),如果按此操作仍顯示錯誤,應為網絡故障,此時以門狀態為準,并檢查網絡。

(6)其他原因導致的車門故障①車內緊急解鎖長時間被激活。此操作會導致車門K1繼電器始終吸合,這是一種非常規的操作,長期發生將會導致K1繼電器的觸點接觸不良。②保潔人員在車門打開或者踏板伸出的狀態下清洗車體。在車門打開狀態下清洗車體或高站臺翻板時,有時會使水濺到供電設備上,導致電氣設備燒毀,如黃色踏板電機、臺階踏板電機等的非正常燒損也是日常車門的典型故障之一,當水流入臺階內時,還可能會使車門下踏板的轉動機構生銹,從而導致下踏板開啟時機械卡滯(低站臺模式開門時,如果臺階 3 s 內未打開,車門將不能正常開啟)。③動車組運行途中,車門集控關閉時,突然受到障礙物擠壓(如夾旅客行李等),導致車門故障。④日常缺少對車門機構的保養和維護,也是造成車門故障的主要原因之一。諸如車門運動機構的潤滑、維護不到位時,也會造成車門工作停止卡滯。

圖3為動車組車門故障總數統計分析第3章動車組車門系統的日常管理和維護

3.1減少動車組運行中車門故障的數量

(1)加強地面檢修人員的業務技能培養。作為動車組運營部門,最重要的一個環節就是動車組檢修,始終堅持檢修保運用的原則,抓好動車組各項檢修工作。首先就是要對地面檢修人員進行基礎的車門控制系統的培訓和實地演練,做到每個人整體業務水平的提高。

(2)加強隨車乘務人員的理論培訓和實地演練,可以通過現車模擬動車組運行途中出現的故障,對車門故障進行系統演練。對每個可能發生故障的部位進行剖析,分析原因。

(3)加強各項工藝標準的落實,無論是地面檢修人員或是隨車乘務人員,學習動車組相關檢修工藝標準。

(4)建立動車組車門故障管理臺帳,由專人負責收錄日常發生的車門故障,并通過對故障進行分析歸類,掌握車門故障的規律,采取技術措施,有效控制車門故障的發生。

3.2加強對相關部件清潔和潤滑

(1)要通過對車門故障的統計分析,逐步摸索車門故障規律,適當調整有關部件檢修周期,有效降低車門故障的發生。

(2)定期對車門相關部件進行集中普查,如限位開關,門控器插線排、臺階踏板行程開關等,由于動車組高速運行,勢必會造成限位開關偏移、線排松動或行程開關移位等現象,可以采取定期普查的方式消除車門較易發生的故障。

(3)地勤人員根據機車交路情況,合理安排班中工作,主動了解機車運行中存在的問題,提前做好閘瓦備品、機車滑油的準備,做好小輔修作業人員地勤作業兼 16 崗培訓,在機車進庫較集中的時間段,抽調小輔修人員協助檢查,均衡地勤作業,提高機車檢查質量。

(4)按輪次確定地勤作業范圍。按機車走行公里,分輪次確定機車進庫檢查范圍,綜合分析機車整備信息與碎修、臨修、小輔修信息,將整備檢查、走行部檢測信息與動態檢測信息反饋相結合,找出各輪次的檢查重點,明確各輪次的作業流程。

(5)通過不斷引進和運用機車檢測的各種先進設備與手段,加強機車狀態把控,逐步達到地勤人員按狀態檢查、檢測,上班乘務員重點機能試驗的整備作業方式。

3.3對策措施

1.完善運用檢修工藝、提高檢修標準 2.修訂完善一、二級修車門作業指導書

針對車門部件故障發生的頻次，成立攻關小組，修訂完善CHR2C型動車組車門檢修作業指導書，增加“客室車門專項整修”等作業指導書，完善2項作業項點<1>開門到位開關的碰頭與開關碰臂配合狀態；開門到位開關與周圍的螺釘關系<2>有效的解決了開門到位開關動作卡滯的問題。3.加強運用檢修動車組車門專業化檢修質量卡控

一是動車組車門檢修過程中著重注意開關門按鈕、固定螺栓、門機構及繼電器安裝狀態的檢查，避免發生由于螺栓松動、繼電器安裝不到位等原因引起的車門故障；二是對車門潤滑項目的潤滑使用油量及擦拭標準進行嚴格卡控，切實提高車門檢修作業水平；三是結合春秋兩季整治，開展動車組車門的整修，對動車組車門進行一次全面的維護保養。4.加強車門常見故障的分析匯總

一是建立車門故障庫，將發現的問題進行匯總分析，分析查找慣性故障點，聯合主機廠和配件供應商細化作業指導書，逐項制定日常檢查維護作業要點，明確相關部件間隙調整周期、項點、方法、標準等要求，從而形成常態化維護；二 17 是組建車門故障攻關組，專項負責車門故障的分析及技術攻關工作，對每一類車門故障，采取合理化措施及整修方案進行處理，有效降低車門系統故障率。5.完善高級修制造工藝、提高驗收標準。5.1 完善高級修制造工藝、安裝方式。

一是完善高級修部件安裝方式，針對CRH2C型動車組繼電器盤安裝松動故障頻發問題，可加強側門繼電器盤的檢查，同時改進控制繼電器盤各子板的固定方式，從源頭質量上解決，降低車門故障發生率；二是完善高級修制造工藝針對案例1問題，對新造和分解修的壓緊缸，將導向活塞表面粗糙度由1.6改為0.8，減少由于運動部件間的磨損對密封件壽命的影響，減少門機構漏油故障的發生率。

5.2提高高級修驗收標準

加強出廠檢驗的標準，例如針對案例1問題，可在對增壓缸調試過程中，延長其保壓時間（由20min延長至30min），可有效防止車門漏油現象的發生。6.加強隨車機師應急處理能力

定期對隨車機械師開展車門故障應急處理培訓，保證隨車機械師在動車組運行途中能夠做到快速、有效地處理好故障，維持動車組安全運行。

致謝

金工實訓已經結束了,首先要感謝我的指導老師——何劍老師,謝謝他為我熱心的指導和幫助,是他給我細致的解答疑問,為我提供眾多的有關設計書籍資料,又為我提綱契領,梳理脈絡,使我確立了本文的框架。論文設計過程中,他為我指導一些以前沒有弄清楚的知識,最終圓滿的完成了本次設計.通過本次金工實訓論文設計使我在各方面都有了很大的提高,還要感謝各位代課老師的精心指導,使我對實際機械加工過程有了更深更全面的認識,對工藝設計公差配合等方面也有更多的了解,為我以后的工作鑒定了扎實的基礎。參考文獻:

[1].上海鐵路局動車組典型故障案例匯編》，上海鐵路局車輛處.[2].CRH2C動車組原理圖》，南車青島四方機車車輛股份有限公司.[3].大連機車車輛工廠.東4型內燃機車電力傳動[M].大連:大連理工大學出版社,1994.[4].趙敬超,張金才.內燃機車電力傳動[M].北京:中國鐵道出版社,2002.[5].林聰云.內燃機車電力傳動[M].北京:中國鐵道出版社,1998.[6]中華人民共和國鐵道部.CRH5型動車組途中應急故障處理手冊[M].北京:中國鐵道出版社,2009.[7]張曙光.CRH5型動車組[M].北京:中國鐵道出版社,2008.

第四篇：動車組故障分析及改進方法（范文模版）

摘 要

轉向架是動車組安全、可靠運行的關鍵部件，轉向架的維修是動車組可靠安全高效運行的必要保障。當轉向架出現故障時，如果不能及時維修，嚴重的會導致系統運營中斷，甚至威脅人們的生命及財產安全;如果維修不當，可能導致“維修不足”或“維修過剩”。鑒于此本文以動車組轉向架為研究對象，對其維修決策過程的維修方式確定、計劃維修周期、視情維修時機三個環節，分別建立數學模型，運用維修決策理方法，有效地解決維修方式不當，計劃維修不足或維修過剩以及視情維修時機不準確等問題，為動車組轉向架的修程修制優化提供理論依據。

在總結分析動車組轉向架主要結構特點及功能原理基礎上，分析影響維修決策過程的因素，劃分維修模型，對相應模型故障率演化規律進行分析。建立轉向架重要功能部件評估模型，為轉向架關鍵零部件的維修方式決策提供參考依據。基于動車組轉向架實際維修過程中出現的“維修不足”或“維修過剩”的現狀，建立動車組轉向架在預防計劃性維修中的故障率演化模型，并建立在一個周期內和一個大修周期內的計劃性維修周期決策模型，以單位時間維修費用最小為目標函數針對視情維修時機不準確的問題，建立威布爾比例強度模型描述轉向架壽命分布與伴隨變量之間的關系，運用物理規劃法，保證可靠度和單位時間維修費用在期望區間內，求解最優的維修閡值，確定最優視情維修時機。

通過建立的重要功能部件評估模型，確定轉向架子系統中重要功能部件的排序及維修方式，為實際動車組轉向架零部件的維修方式優化提供了理論參考;運用建立的計劃維修周期決策模型，得到轉向架在一個大修周期內的最優維修周期及維修次數，降低了大修期內的維修次數，減少了人力財力的消耗，增加了動車組實際運營時間;運用威布爾比例強度模型和維修閡值，結合歷史故障統計數據，得到轉向架視情維修時機決策圖和維修時機建議，所得到的結論與實際現場維修決策基本一致。

因此，本文所做的動車組轉向架維修決策研究為其修程修制的優化提供了良好的理論依據，所建立的維修決策模型也同樣適用其它復雜系統的維修決策研究。關鍵詞:轉向架;維修方式決策;計劃維修周期決策

目 錄 第1章 緒論.........................................................1 1.1課題研究背景及意義...........................................1 1.2維修決策國內外應用研究現狀...................................2 1.3論文主要研究內容與技術路線...................................5 第2章 動車組轉向架維修決策理論基礎.................................8 2.1轉向架概述...................................................8 2.2維修決策概述................................................10 第3章 動車組轉向架維修方式決策....................................13 3.1維修方式概述................................................13 3.2動車組轉向架維修方式........................................13 結 論..............................................................16 展望...............................................................17 參考文獻...........................................................18 致謝................................................................................................................................................23

第1章 緒論

1.1課題研究背景及意義

隨著“一帶一路”概念的提出以及實施方案的落實，相應“一帶一路”區域的交通運輸的需求也日益增長，加快高鐵建設己成為解決日益增長交通運輸的需求的主要途徑。隨著大量的動車組列車投入使用，優質的維修和管理并保證動車組列車安全、可靠、高效、經濟地運營，無疑成為當前迫切需要解決的問題。

科學合理的修程修制是動車組高效、安全、經濟運營的重要保證。對于現有國產動車組的修程修制方案，很大程度上是綜合和延續引進的國外動車組的修程修制，沒能全面考慮國內動車組具體運營條件，目前的修程修制方案仍需要進一步根據國內的具體運營條件進行完善。通過對我國動車組目前的維修現狀調研，發現動車組維修的技術政策是“在預防計劃修的前提下，逐步實施視情維修、換件修和關鍵零部件的專業化集中修”，其中預防計劃修屬于預防性維修范疇。但通過對動車組歷史可靠性數據統計分析發現，實際維修決策和管理實施過程中，大部分還是延承歷史經驗，沒有系統的運用可靠性與維修決策理論方法作為指導，最終導致動車組在出現故障時未能進行及時的維修或進行了提前維修，從而未能保證動車組故障得到有效地預防的同時也增加了維修成本。

本文研究的目的是在以可靠性理論為基礎，維修思想為指導，對動車組轉向架關鍵零部件的維修決策進行研究，主要從維修方式確定、計劃維修周期優化和視情維修閡值的優化三方面，結合維修決策方法和建立相應的維修決策模型，從而得到最優的維修策略，從而解決轉向架維修中“維修不足”或“維修過剩”以及維修時機不恰當的問題。

最終實現以下幾個方面的意義:(1)盡量減少轉向架在維修過程中的“維修不足”或“維修過剩”，保持轉向架固有可靠度，提高使用可靠度;(2)盡量避免故障發生，降低單位時間內的維修費用;(3)以最少資源消耗保證轉向架可用度要求，延長其在線使用壽命;(4)為動車組轉向架修程修制的優化提供可行的理論依據。

1.2維修決策國內外應用研究現狀

1.2.1維修決策國內外應用研究現狀

根據所查文獻，目前的維修決策應用研究主要集中在模糊理論在維修決策上的應用、系統重要功能部件的評估、維修周期的優化決策研究以及維修決策支持系統的研究四方面，涉及的應用領域包括軍事、船舶、航空、機械以及軌道列車的運用維修中。其具體的應用研究如下:(1)模糊理論在維修決策上的應用通過將層次分析方法和模糊理論相結合，解決在維修決策過程中影響因素模糊問題。將系統的可靠度函數取為模糊集，基于定義的模糊集推導出維修集，包括役齡因子、維修因子以及維修成本三方面，進而根據對應的維修決策準則計算最優的維修周期及對應的維修方式。崔建國等人針對在飛機維修保障過程中，專家知識運用不合理，從而引起的維修不當問題，創建基于灰色模糊與層次分析的多屬性飛機保障維修決策模型。徐輝運用灰色馬爾科夫和灰色關聯分析的神經網絡法對設備的動態監測數據進行故障分析，估算設備剩余壽命，從而進行維修決策研究。顧煌炯等提出將嫡權法和層次分析法結合解決發電設備的維修方式決策的問題。

陶基斌等針對視情維修過程中的維修方式優化問題，運用BP神經網絡方法，以維修影響因素的隸屬度為輸入，最終維修等級為輸出，根據輸出結果選取最優的維修方式。王凌針對視情維修的建模和優化問題進行研究，并運用模糊優化算法對不同決策目標下的設備進行維修決策優化。在建立以可靠性數據為基礎的專家系統時，運用模糊推理算法，計算每種故障模式發生的概率以及故障后果影響程度的大小，從而避免嚴重故障的發生，優化修程修制。劉宇[川針對傳統設備中故障的兩態假設，提出復雜系統的多態維修決策理論以及模糊多態復雜系統的可靠性建模理論，運用模糊多態元件的維修決策方法，建立維修決策模型，進而為模糊多態元件的維修決策提供理論指導。

(2)系統重要功能部件的評估系統重要功能部件的評估一般用重要度衡量，代表部件在對應系統中的重要程度，是故障率、故障后果、故障維修費用、可維修性等各種因素的綜合度量。趙登福等同時考慮到設備狀態及系統風險建立輸電設備的重要度評估模型，從而確定實時的重要功能部件，為輸電設備的狀態維修決策提供依據。董玉亮等選擇屬性加權和作為部件重要功能部件評估的指標，運 用本征向量法計算出不同影響因素的權重，同時使用蒙特卡洛法仿真模擬，通過統計分析得到系統各部件的重要程度排序，最終實現重要功能部件的評估。李國正等采用改進的層次分析法進行地鐵車輛子系統的重要度評估，通過分析影響重要度評價的因素，計算重要度評估值，確定重要子系統，為地鐵車輛的維修決策提供了參考。高萍等在己建立的設備重要度評估模型的基礎上運用蒙特卡洛算法，來降低評估過程中主觀數據的影響，從而為進一步科學的維修決策提供理論參考依據。

(3)維修周期的優化決策研究維修決策用于預防計劃維修中，主要包括對設備最佳維修周期的決策以及最優設備檢測時間長度。等基于可靠性和馬爾可夫鏈建立了電力設備的維修周期模型，并運用遺傳算法求解維修周期的最佳值，從而最小化維修費用。馬颯颯等建立混合粒子群和蟻群優化算法的群智能優化策略，應用在混聯系統的預防性維修周期優化問題上，提高了優化尋優的效率。俞秀蓮等考慮故障發展規律對維修周期的影響，引入役齡回退因子，以可靠度和總成本最小為約束條件建立維系周期優化模型。毛昭勇等引入役齡回退因子描述維修后的系統性能，并重點對不同計劃維修周期下總體維修費用隨著計劃維修次數的變化進行研究，從而優化維修周期。謝慶華等以可靠性為狀態參數，使維修費用率最小為原則下優化維修周期。等通過建立部件單位時間成本內函數，在成本函數取最小值的前提下，優化部件的大修周期、大修周期的檢修次數以及維修間隔。陳城輝等針對軌道交通行車關鍵設備中的可修復和不可修復的設備，提出壽命數據分布檢驗方法，并以單位時間維修成本最低為優化目標建立了維修周期優化模型。運用馬爾可夫理論建立維修費用率函數，并令其去最小極值進而優化求解狀態檢測周期。蔣太立以RCM為理論基礎，在不同的決策目標下建立維修周期決策模型，并運用MATLAB軟件編寫了維修決策的軟件界面。

(4)維蟹決策文持殺統陰研兒將維修決策研究成果同計算機相結合，實現研究成果的軟件化是維修決策研究應用到實踐的必要環節。目前很多專家和學者在所在研究領域上設計開發出對應的維修決策支持系統。郝晉峰等為預防自行火炮故障并縮短維修時間，實現有針對性的對自行火炮進行維修，并保證維修效果的前提下，在自行火炮維修中引入了基于狀態的維修，設計并開發了自行火炮狀態維修決策支持系統。周尚文將系統的壽命數據、信息工程同維修決策支持系統三 3 者聯合，設計開發出了智能管理優化設備維修的維修決策支持系統。王險峰結合數據庫系統、模型庫系統以及知識庫系統，設計并開發了“三位一體”的維修決策支持系統。胡岳鵬以列控設備為研究對象，設計列控設備的數據存儲模型，實際狀態預測及評價模型，并綜合上述模型設計以數據倉庫為支撐的維修決策支持系統。朱清香針對維修決策支持系統中總體內容進行模塊化研究，分別包括確定決策目標，重要件的判定及分析，非重要功能部件的處理、實際運行轉臺監測。董玉亮運用以可靠性為中心的維修思想，對發電設備進行重要度評價，針對故障風險、設備的綜合狀態以及對狀態的預測驚醒研究，并建立設備的維修決策模型，同時將所建立模型軟件化，設計發電設備的運行與維修智能決策支持系統，從而為發電設備的維修人員提供輔助維修決策工具。1.2.2維修決策

在動車組上的應用研究現狀隨著近年來軌道高速列車的發展，維修決策建模和優化技術在動車組列車上也逐步得到了應用，據所查文獻，主要應用研究如下:康健等對我國現行鐵路的列控設備，以列控設備維修費用最小為目標函數，以可用度要求和故障風險為約束，建立維修決策優化模型，運用蒙特卡洛仿真方法求解最優維修周期。但其假設列控設備維修后的可靠度和故障率沒有變化，事實上設備隨著設備的每次維修，列控設備的可用度也逐漸降低，即每次的維修并不能保證設備整體修復如新。

王靈芝根據以可靠性為中心的維修分析方法，分別從判定設備重要功能部件、建立壽命分布模型、評價及預測設備運行狀態、確定維修周期以及檢測周期幾方面進行研究，并建立相應的模型，并將研究成果軟件化，設計并開發智能維修決策支持系統考慮到動車組復雜系統部件間的相關性，包括經濟相關性、故障相關性、結構相關性。楊曉帆重點考慮系統動車組零部件間的經濟相關性進行分析，以動車組維修率最小為目標，建立多部件維修決策模型，通過模型求解，得出最優的維修方案，從而很大程度上降低動車組的實際維修費用。但考慮經濟相關性的同時未能同時保證系統的使用可用度的要求。

孫研婷根據以可靠性為中心的維修的邏輯分析方法，重點對動車組的重要功能部件進行評價、建立零部件壽命分布模型，針對關鍵零部件維修周期的確定進行研究，同時以動車組維修優化決策思想為基礎，將建立的優化模型軟件化，最 4 終設計并開發出智能的維修決策支持系統，通過實例分析應用驗證所建立模型的可行性和所建模型的有效性。趙金方針對動車組負責零部件提出了基于基于RCM的狀態維修決策模型以及基于維修費用最小的計劃維修決策模型，并運用編程軟件對模型進行軟件化，建立維修決策支持系統。

孫研婷根據以可靠性為中心的維修的邏輯分析方法，重點對動車組的重要功能部件進行評價、建立零部件壽命分布模型，針對關鍵零部件維修周期的確定進行研究，同時以動車組維修優化決策思想為基礎，將建立的優化模型軟件化，最終設計并開發出智能的維修決策支持系統，通過實例分析應用驗證所建立模型的可行性和所建模型的有效性。趙金方針對動車組負責零部件提出了基于基于RCM的狀態維修決策模型以及基于維修費用最小的計劃維修決策模型，并運用編程軟件對模型進行軟件化，建立維修決策支持系統。

1.3論文主要研究內容與技術路線

1.3.1主要研究內容

本文以動車組轉向架關鍵零部件為研究對象，針對當前動車組轉向架維修中“維修不足”或“維修過剩”及視情維修時機不準確問題，對轉向架關鍵零部件的維修方式進行決策，并對預防性維修中的計劃周期進行優化決策，對視情維修的決策閡值優化決策。具體工作及研究內容包括以下幾個方面:(1)第一章主要介紹課題研究的背景和意義，維修決策理論國內外應用研究現狀綜述，同時介紹了維修決策理論在動車組上的應用研究現狀，針對現行轉向架維修過程“維修不足”或“維修過剩”及視情維修時機不準確問題，提出本文的研究對象、目的、方法和思路。

(2)第二章對本文的研究對象動車組轉向架的結構組成、工作原理、主要功能分析進行論述;對維修決策基本的基本內容進行分析闡述，給出作為維修決策信息輸入的常用可靠性指標及相互轉化關系，并對應用廣泛的威布爾分布模型進行簡介;給出維修模型的分類以及其相應的故障率演化規律。

(3)第三章是確定動車組轉向架的維修方式。給出維修方式決策的邏輯決策模型，對于重要功能部件的確定，運用層次分析法和蒙特卡洛模擬方法相結合的方式確定重要功能部件的權重，進而根據維修方式決策準則確定動車組轉向架零 部件的維修方式;最后以實例證明了上述方法的有效性，為下一步不同維修方式下維修活動決策打下基礎。

(4)第四章基于動車組轉向架實際維修過程中往往出現的“維修不足”或“維修過乘”的現狀，并綜合役齡遞減因子和故障率遞增因子，提出動車組轉向架在預防計劃性維修中故障率的演化規律，分別建立在一個周期內和一個大修周期內的計劃性維修周期決策模型，并分別以可靠度和可用度要求為約束條件，建立維修周期優化決策模型，并運用MATLAB軟件中的遺傳算法模塊進行模型的優化求解。最后運用實例分析證明了所建立模型的可行性和有效性。

(5)第五章針對動車組轉向架中的關鍵重要部件的視情維修，引入威布爾比例強度模型對實時狀態進行描述，給出維修決策條件，進而根據實時監控數據決策維修時機;針對維修決策閡值的確定，引入物理規劃法在保證可靠度和單位時間內維修費用最小的約束下，求得最優的維修閡值，進而得出維修決策曲線的上下控制限;根據實時狀態信息的輸入，對比維修決策條件曲線，從而實施維修活動，最后運用歷史監控數據驗證所提出模型的有效性。

(6)最后對文章整體研究內容進行總結，得出研究結論以及本維修決策中有待進一步研究的內容和方向。1.3.2技術路線

本文在對動車組轉向架維修決策研究過程中，采用的研究方法涵蓋統計學范疇、可靠性工程理論、維修工程學范疇以及計算機模擬技術。從實際過程中存在的問題出發，遵循理論研究為基礎、模型建立為手段和應用驗證為實踐方式三者相結合的基本原則，對課題進行研究的整體技術路線如圖1.1所示。

圖1.1論文整體技術路線

第2章 動車組轉向架維修決策理論基礎

2.1轉向架概述

轉向架是支承車體并擔負動車組沿著軌道走行的支承走行裝置，是動車組的重要組成部分之一，其結構是否合理直接影響動車組的運行品質、動力性能和行車安全。

2.1.1動車組轉向架結構組成

動車組轉向架主要任務是承載、牽引、緩沖、導向和制動，一般由下列主要部分組成:(1)構架:主要用來承受和傳遞各種載荷，是轉向架的基礎骨架，是轉向架各個零部件的安裝平臺;(2)輪對:通過車輪的回轉實現車輛在鋼軌上的運行，通過輪軌間的茹著產生牽引力，通過輪軌間的摩擦產生制動力，并通過輪對將列車自身的重力傳遞給鋼軌;(3)軸箱及定位裝置:保證輪對與構架聯接的關節，同時保證輪對自身回轉運動，也保證輪對能夠適應線路不平順等線路條件。

(4)彈簧懸掛裝置:主要由彈簧和阻尼器組成，既可以用來平衡分配軸重，也可以緩和由于不平順線路造成的對車輛的沖擊，從而促進車輛在軌道上平穩運行，并保證車輛通過曲線時使轉向架能相對于車體轉動靈活;(5)車體與轉向架間的縱向牽引裝置:傳遞車體與轉向架之間的垂向力和縱向力。

(6)基礎制動裝置:通過制動缸產生制動力，經杠桿系統增大，傳遞給閘瓦或閘片，通過制動盤或車輪踏面，使列車施行制動停車;(7)驅動機構:將動力裝置產生的動力通過齒輪減速裝置傳遞給輪對，驅動輪對轉動。

2.1.2動車組轉向架系統工作原理及功能分析

動車組動力轉向架的主要能量轉換過程為:將電能轉化為機械能。工作原理為:通過電力驅動，齒輪箱運轉帶動輪對滾動，軸箱和定位裝置實現了將輪對的滾動轉化為車體沿著軌道的平動;彈簧懸掛裝置用來減小線路不平順，并緩解輪對與鋼軌間的振動給車體帶來的不利影響;運用基礎制動裝置，傳遞并放大制動 缸的制動力，使閘瓦與輪對之間的內摩擦力轉換為輪軌之間的外摩擦力(即制動力)，進而實施制動。轉向架的基本功能為承載、牽引、緩沖、導向和制動。

(1)承載:承受轉向架上部所有重量，并使軸重分配均勻;(2)導向:保證車輛在運行過程中順利通過線路曲線;(3)緩沖:由于彈簧裝置，使其減震特性良好，能夠緩和線路不平順對車輛的沖擊，保證車輛具有良好的運行平穩性;(4)牽引:保證一定的車輪與軌道間的茹著力，同時將車輪與鋼軌接觸處的輪周牽引力傳遞給車體、車鉤，從而牽引列車行進;(5)制動:產生需要的制動力，使車輛在規定的距離內和時間內減速或停車。如圖1.1所示，為動車組轉向架系統的功能框圖。

圖1.1動車組轉向架系統的功能框圖

2.2維修決策概述

2.2.1維修決策簡介

維修(Maintenance，根據GB/T3187-9439〕是為保持或恢復產品處于能執行其規定的技術狀態所進行的所有技術和管理，包括監督活動。系統在使用過程中受載荷和環境作用，其組成部件不可避免的會出現劣化、故障及失效，從經濟、安全、質量和效率方面考慮，維修是恢復可修系統功能的過程。隨著現代工程系統的復雜化和大型化，系統建造成本顯著增加，在大幅度提高生成效率和生產質量的同時，對社會安全的作用和環境的影響越來越大。維修可以使系統持續保持其安全性、可靠性和生產質量，節約全壽命成本，提高服役效率，延長使用壽命。決策C Decision，是人們為了實現一定的目標，根據特定的環境條件尋找、擬定、分析、比較可能的行動方案，并作出選擇的過程。

維修決策是以維修思想為指導，結合現代決策方法，對不同維修策略下的維修目標進行建模和維修參數的優化。其根本目的是:在保證系統安全性和可靠性的前提下，綜合權衡維修成本及收益，進而確定并調整維修時機以及維修計劃，最終實現及時、高效并經濟的維修。維修決策的過程并非單一的決策過程，整個過程中涉及到很多其它相關學科的信息作為決策信息的輸入，如圖1.2所示，為維修決策理論同相關學科的關系

圖1.2維修決策理論同相關學科的關系示意圖 2.2.2維修決策影響因素

一個完整的維修決策主要受到以下六方面因素的影響:(1)維修對象不同的維修對象對維修決策有以下兩方面影響: ①系統結構類型結構類型可分為單部件系統、多部件組合系統和大型復雜系統，一般情況下，系統的結構類型越復雜，對應建模和維修決策的難度就越大。

②系統故障狀態系統的故障狀態有二態系統(正常或故障)和多態系統之分，系統的故障狀態越多，維修決策模型建立越復雜，維修決策結果的求解就不容易。

(2)維修影響因素

①維修過程占用的時間模式系統維修所用時間是影響維修成本關鍵，目前在維修決策建模過程中，維修時間占用模式可分為三種類型:維修瞬間完成的、維修時間是常數以及維修時間是隨機的。一般的建模過程均假設維修是瞬間完成的，但隨著建模技術的進步，計算機求解功能的強化，以及維修決策過程科學化程度不斷增強，在維修建模中逐步假設維修時間是常數或是隨機的。

②維修成本分析維修成本包括計劃維修成本、非計劃維修成本、直接維修成本以及間接維修成本，維修成本的大小是影響維修決策效果的關鍵因素。

③檢測條件檢測條件一般分為連續檢測、定時檢測以及隨機檢測。不同的檢測條件同視情維修決策有緊密關系，同時為維修決策提供的信息儲備也是不同的，也影響視情維修時機的準確度;但隨著檢測條件的技術含量提高，提高決策精確的同時，也增加了維修成本。

(3)決策目標 ①可用度目標

可用度是可用性的概率衡量標準。可用性是指可修產品在某時刻具有或維持規定功能的能力。系統在某一時間段內正常工作時間與總的時間比為系統可用度。一般計算公式為:}OMTBFMTBF+MTTR(2.8)其中，MTBF為正常工作時間;MTTR為平均維修時間。

②費用目標維修過程中需要消耗備件、材料以及工時，同時故障引起的誤工成本及經濟損失，以及不及時維修造成的其他損失都屬于維修費用的范疇。因此，在分析維修費用時一般需要考慮三方面的費用:第一是直接維修費用，包括預防性維修費用和修復性維修費用兩類;第二是故障損失費用;第三是由預防 11 性維修或修復性維修而進行停機的損失費用。

實際的維修過程中，系統零部件在不同狀態下的維修費用是不同的，狀態越惡劣維修費用就越高。維修費用與部件之間的狀態關系一般通過比例強度模型、統計分析和專家信息得到。

③風險目標

是指保證故障的發生概率在期望的范圍內，一般將風險目標作為約束條件來處理。設定的維修決策目標不同，維修決策優化結果也不盡相同，以下為常用的幾種決策目標:(4)維修決策方法

目前維修決策建模過程中常用的方法包括數學模型方法、人工智能方法以及仿真方法。其中，數學模型方法是指參照某種事物的特征、結構相互間關系，運用形式化的數學語言近似的表達的一種數學方法。通俗的說就是是將系統從現實中抽離，實現對客觀事物特定屬性的近似反映。人工智能方法主要運用人工智能中的對確定性東西的判斷和不確定性因素的判斷，典型人工智能方法有:退火算法、啟發式算法、遺傳算法、決策樹機制、神經網絡等。

(5)決策變量維修決策過程中常用的決策變量有:維修間隔、維修措施以及維修等級。其中維修間隔又可以表達為工作時間、循環次數、工作里程、日歷時間、啟動次數等。

(6)維修評估通過確定維修方案、維修策略、明確維修目標、選定決策方法以及優化決策變量后，要對維修工作實現的效果進行整體的評價，進而確定維修方案的可行性。本章小結

本章介紹了轉向架的基本結構組成、工作原理，并對轉向架進行系統功能分析，給出其基本功能框圖;對維修決策理論基本概念進行介紹，對維修決策信息輸入中可靠性信息涵蓋的常用可靠性指標做了介紹，并用圖示表示可靠性指標的相互轉化關系，對應用廣泛的威布爾分布進行簡介;并對影響維修決策過程的六個影響因素進行闡述，具體包括:維修對象、維修影響因素、決策目標、決策方法、決策變量以及維修評估;對維修類型的分類以及相應的模型下的故障率演化進行了說明，為下面的維修周期決策和視情維修決策提供理論依據。

第3章 動車組轉向架維修方式決策

3.1維修方式概述

維修方式是指為保證系統在運用過程中滿足期望的可靠性要求的前提下，對預防性維修加以控制的不同形式以及方法的統稱。為了保證設備在使用中處于一定的可靠性水平范圍內，主要從兩個方面進行控制:一方面是弄清設備故障的演化規律，從而決策維修時機;另一方面是控制故障發生后引起的故障后果，從而有針對性的進行維修。本章從動車組轉向架的維修方式分類入手，給出其維修方式的邏輯決策模型，并運用層次分析法和蒙特卡洛算法相結合進行重要功能部件的評估，實現動車組轉向架重要功能部件的維修方式決策。

3.2動車組轉向架維修方式

通過實際調研，對于動車組轉向架這類復雜系統，按照維修時機和維修目的的不同，目前較通用維修方式分類為兩大類，如圖2.1所示。

圖2.1動車組轉向架維修方式分類

3.2.1修復性維修方式

修復性維修(Corrective Maintenance CM，是指“系統在發生故障后，為了保證能夠維修效果滿足規定狀態進行的全部活動，可能包括:定位故障、隔離故障、結構分解、零件更換、重新組裝以及檢測等”。同意表達有:被動維修、事后維修、故障后維修以及排除故障維修。廣義的說即是允許故障發生后再進行相關維修的維修方式都屬于修復性維修的范疇。對于動車組轉向架中，對于不影響列車整體運行安全和運營任務的故障可繼續使用，待運營結束后統一維修。(1)能充分利用零件壽命;(2)不做預防性維修，降低了維修成本;修復性維修的缺點是:(1)由于故障發生具有隨機性，因此無法提前安排維修，備件的數量也無法控制，往往造成較大的停機損失;(2)為保證運行需求，往往需要搶修，容易造成列車維修不足，進而危及行車安全;(3)對于維修人員、備件以及維修工具需要隨時處于待命狀態;修有陣雛修的什占早.3.2.2預防性維修方式

預防性維修(Preventive Maintenance PM，是指“通過對產品的系統檢查、檢測和發現征兆以防止故障發生。使其保持在規定狀態所進行的全部活動。它包括:調整、潤滑、定期檢查和必要的修理等”。目的是提早發現故障，防患于未然。預防性維修具體適用于故障后果危及行車安全以及生命財產安全情況 預防性維修又可分為兩類。(1)計劃性維修計劃維修(Planning Maintenance PM)通常也稱定期維修、定時維修，指“以上次檢測后經歷的工作小時數或日歷時間為依據對產品進行維修”。對于動車組轉向架而言，計劃維修主要以轉向架的關鍵零部件的使用時間和走行公里作為維修時間點。計劃維修的優點是: ①定時維修，有利于保持產品性能和部件安全;②能提前安排維修所需備件材料和人員，降低非計劃維修產生的人工加班成本;③減少了二次損傷，減少維修成本。計劃維修的缺點是: ①定時進行維修，維修活動增多，導致成本提高;②計劃維修可能會引起不必要的維修，帶來成本提高;③計劃維修可能會損壞相鄰部件;④只適用于壽命分布規律己知并確有耗損期的系統。(2)視情維修方式

視情維修(On Condition Maintenance OCM，指“對產品參數值及其變化進行連續、間接或定期的監測，以確定產品的狀態，檢測性能下降，定位其故障或 14 失效部位記錄和追蹤失效的過程和時間的一種維修”。對于動車組轉向架系統而言，主要是指根據轉向架的實際技術狀態來決定維修實際和維修項目。即不規定部件的維修期限，不固定拆卸分解范圍，而是采用一定的狀態監測技術對產品可能發生功能故障的各種物理信息進行周期性檢測、分析、診斷，以此推斷設備狀態，根據狀態發展過程安排預防性維修。適用于耗損故障初期有明顯劣化癥候，并且故障危及系統安全的昂貴系統。視情維修實施的事實基礎是大部分故障的發生存在一個發展過程，即不會瞬間發生。實踐中主要采用檢測技術手段來識別潛在故障征兆，及時采取措施，預防故障的發生，避免不良后果的發生。

研究人員針對轉向架從開始出現可被檢測到的潛在故障征兆到其發展為功能故障(F點)的整個過程，給出了如圖2.2所示的曲線。從圖中可以看出，轉向架故障的發展過程中可以分為三個階段:

圖2.2轉向架故障發展過程

本章小結

本章首先對動車組轉向架這類復雜系統維修方式做了一般性分類，給出了動車組轉向架的維修方式邏輯決策的模型，其中的關鍵就是對動車組轉向架重要功能部件的確定;然后運用層次分析法和蒙特卡洛模擬方法相結合的方法確定重要功能部件的權重，得出轉向架子系統的重要功能部件排序，進而根據維修方式邏輯決策模型及相應維修要求確定動車組轉向架關鍵零部件的維修方式;最后以實例證明了上述方法的有效性。

結 論

本文在借鑒國內外維修決策研究成果的基礎上，通過對國內動車組轉向架的運行及維修情況調研，針對動車組轉向架維修方式不當，“計劃維修不足”或“維修過剩”以及視情維修時機不準確的問題，建立或完善相關維修決策模型，經過上述研究，得到如下結論:(1)對于動車組轉向架維修方式的決策，給出維修方式邏輯決策模型，問題轉化為對轉向架重要功能部件的評估，文中首先運用層次分析法確定影響轉向架各子系統重要程度的影響因素的權重，綜合專家評分，建立重要度評估模型，運用蒙特卡洛仿真算法隨機產生一組(0 1)之間的隨機數，按照從大到小的順序賦值給按照層次分析法所得的影響因素從高到低權重排序的影響因素，作為影響因素的權重，代入重要度評估模型，得到一種重要功能部件排序，經過多次仿真模擬，得到轉向架的重要功能部件的排序，運用維修方式邏輯決策模型確定轉向架重要功能部件的維修方式。實例分析應用證明了方法的有效性，對輪對等關鍵重要部件的維修方式決策也符合實際情況，為實際維修方式的優化決策提供了理論依據。

(2)通過分析動車組運行過程中可能出現的修復性故障以及更換性故障，提出故障維修后系統的故障演化規律模型，建立任一計劃維修周期以及一個大修周期內的保證可靠度和可用度要求的維修周期優化模型，引用遺傳算法進行優化求解。運用歷史監控數據進行實例分析，將實際的預防性維修周期時間上延長了一萬公里，大約to天左右，在保證相同的可用度和可靠度的前提下，減少了維修費用，同時降低了人力和物力的消耗，增加了動車組的實際的運營時間。該模型的運用為實際動車組轉向架計劃維修周期的決策提供了參考。(3)對于動車組轉向架視情維修時機的決策，運用物理規劃法在保證可靠度在期望范圍內的同時確保維修費用率最低，求得最優的維修決策閡值，進而根據實時狀態信息的輸入，確定維修時機。同時實例分析表明，運用歷史監控信息可確定動車組轉向架的維修時機，并與實際現場的10組維修決策數據進行對比，兩者基本一致，證明了所建立模型的可行性和有效性。引用的方法以及建立的模型為動車組轉向架整體的修程修制優化提供了可信的理論依據。

展望

動車組轉向架維修決策的研究工作開展過程中，首先是在實際的運營維護過程中發現問題，有了較好的研究背景，才會驅動維修決策的進一步研究。為進一步做好動車組轉向架的維修決策研究，還需要從以下幾個方面加強:(1)在維修決策過程中，動車組的運行、故障、維修等數據信息是一切分析和決策的基礎，然而工程實際中，這類數據的收集卻是道難題，盡管有的車輛段對部分故障及維修信息進行了收集記錄，但往往未加統計分析歸類，因此建立完善的維修信息管理系統是未來的必然趨勢。

(2)對動車組轉向架的視情維修保證了系統整體的可靠性和運營高效性，但由于要求對系統零部件的實時狀態監測一方面提高了系統的維護費用，另一方面對維修操作的技術人員的要求更高，這往往限制了視情維修的應用，因此也為系統的故障診斷技術以及狀態監測技術提出了更高的要求。

(3)本文中對轉向架的故障分布假設為兩參數的威布爾分布，隨著維修決策研究的深入，運用三參數威布爾分布甚至混合威布爾分布模型將逐步成為研究趨勢。總之，對于動車組轉向架這類結構復雜、狀態多樣的設備，面臨的維修決策問題也非一成不變的，也非一朝一夕的時間能夠解決的，需要我們遵循理論與實踐相結合，逐步探索，發現問題，解決問題，進而實現更優的維修決策結果。

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致謝

兩周的金工實習生活即將結束，在何老師與曹老師的指導下，我的專業知識得到了全方面的提升，為課題研究和進展打下了堅實的基礎。同時在思想上、生活上曹老師也給予我以無微不至的關懷，在此，向尊敬的何老師致與曹老師以最崇高的敬意和最誠摯的感謝!最后感謝所有幫助過我的朋友和同學，愿你們前程似錦!23

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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