第一篇：動車組制動控制系統故障分析及改進

摘要

隨著高速鐵路在我國的普及，動車組的運行安全問題受到越來越多的關注。如何保障列車安全可靠的運行，成為近期的研究熱點和難點問題。

制動控制系統作為動車組制動系統的關鍵組成部分，能否正常穩定工作，直接影響動車組的安全可靠運行，因此對制動控制系統的狀態監測和故障診斷顯得尤為重要和關鍵。由于動車組制動控制系統的復雜性及引進消化吸收的時間不長，制動控制系統故障仍較為多發，嚴重影響著動車組的正常穩定可靠運行。因此本課題對動車組制動控制系統中關鍵設備和部件的故障及潛在故障隱患開展深入研究，提出和改進了己有的故障特征提取技術和故障診斷方法，用于動車組制動控制系統關鍵設備和部件的故障診斷，以提高制動控制系統的可靠性、穩定性和主動安全防護能力。設計開發了制動控制單元自動化測試與故障診斷系統，并運用在CRH2型動車組制動控制系統的監測與故障診斷中，取得了很好的效果。

關鍵詞:制動控制系統故障;診斷;集成經驗模態分解;最小二乘支持向量機;粒子群算法

目錄

摘要.....................................................................................................................1 第1章制動控制系統故障診斷研究現狀及存在的問題...................................5

1.1故障特征提取技術.................................................................................5 1.2故障診斷方法.........................................................................................6

(1)基于專家系統的故障診斷方法......................................................6(2)基于人工神經網絡的故障診斷方法..............................................7(3)基于案例推理的故障診斷方法......................................................8(4)基于多智能體的故障診斷方法......................................................8(6)基于主成分分析的故障診斷方法..................................................9(7)基于支持向量機的故障診斷方法..................................................9 1.3智能故障診斷系統...............................................................................10 1.4存在的問題...........................................................................................12 第2章故障特征提取技術與故障診斷方法.....................................................14 2.1主成分分析法.......................................................................................14 2.2集成經驗模態分解方法.......................................................................15 2.2.1經驗模態分解...........................................................................15 2.2.2集成經驗模態分解...................................................................16 2.3最小二乘支持向量機的原理及結構參數優化方法...........................17 2.3.1最小二乘支持向量機的原理...................................................17 2.3.2最小二乘支持向量機結構參數優化方法...............................18 2.3.3遺傳算法...................................................................................18 2.3.4模擬退火算法...........................................................................19 2.3.5粒子群算法...............................................................................19 2.4最小二乘支持向量機的多分類方法...................................................19 2.4.1一對多的多分類法...................................................................20 2.4.2一對一的多分類法...................................................................20 2.4.3有向無環圖的多分類法...........................................................21 2.4.4二叉樹結構的多分類法...........................................................22

2.4.5基于改進最優二叉樹的多分類法...........................................23 本章小結......................................................................................................24 參考文獻..............................................................................................................25

緒論

隨著高速動車組在我國的飛速發展，動車組運行的可靠性和安全性受到越來越多的關注。作為動車組九大關鍵技術之一，制動系統能否穩定可靠工作直接關系到動車組的安全穩定運行。而制動控制系統作為制動系統的大腦和控制核心，負責制動系統的操作和具體執行，其工作安全可靠性顯得尤為重要。

故障診斷技術是一門了解和掌握設備在使用過程中的狀態，確定其整體或局部是正常還是異常，早期發現故障及其原因，并預報故障發展趨勢的技術。隨著科學技術的進步和人民生活水平的提高，乘坐動車組出行變得越來越普遍。如果動車組上的某臺設備出現故障而又未能及時發現和排除，其結果不僅會導致設備本身損壞，還可能造成列車非正常停車或發生事故，甚至發生車毀人亡的嚴重后果，造成巨大的經濟及人員損失。因此，對動車組組成的各個設備和零部件進行故障診斷具有極為重要的意義。

制動控制系統是一個復雜的系統，產生故障的環節較多，如制動控制系統制動控制單元通訊故障可能涉及到內部所有控制板的工作狀態;制動控制系統中的傳感器故障可能導致列車制動性能的下降或紊亂。由于列車在運用過程中，工作環境和列車操作狀態等會實時發生改變，從而導致制動控制系統的某一故障可能只有在特定的條件下才能夠出現。因此有些故障需要結合車型和設備類型才能查找故障的根本原因。

當前大部分的動車組制動系統及其制動控制系統都已經具有一定的自行診斷功能，能夠診斷出常見的系統故障，但是由于出現故障的不可預知性和系統運行現場環境的多變性等因素，工作人員無法完全知道整個系統可能出現的所有故障。另一方面，設備的自診斷功能也不能診斷出設備運行的所有故障和其自身內部的故障，有些故障需要通過電壓、電流、溫度、壓力和速度等特征描述，需要應用信號處理、數據挖掘和信息融合等多種技術進行分析。由于這些技術的先進性、復雜性和智能化高等特點，往往需要專門的維修人員到現場維修，這就導致故障拖延時間長、故障原因查不清楚和維修費用高等問題。

第1章制動控制系統故障診斷研究現狀及存在的問題

目前故障診斷的理論方法主要分為三類:基于知識的方法、基于數學模型的方法和基于人工智能的方法。其中基于人工智能的故障診斷方法由于其方法的智能性和多領域結合，取得很大的進展和成就。目前對故障診斷技術的研究主要分為兩部分:故障特征提取技術的研究和智能故障診斷方法的研究，下面分別對二者作簡要的概述。

1.1故障特征提取技術

在故障診斷技術的發展過程中，最重要最關鍵而且也是最困難的問題之一就是故障特征信息的提取。在某種意義上，特征提取也可以說是當前故障診斷研究中的瓶頸問題，它直接關系到故障診斷的準確性和故障早期預報的可靠性。

傳統的頻譜分析、傅里葉分析、包絡分析、相關分析和最大墑譜分析等信號處理方法，在設備狀態監測與故障診斷中發揮了巨大作用，仍是目前最常用的故障特征提取方法之一。設備的故障通常以各種各樣的信號表征出來，可以通過信解決措施，防止類似故障的再次發生，在Entroncamento-Guarda貨運機車上應用后取得很好的效果。號分析的方法獲取某一故障的特征信息，進而對故障進行診斷。具體到動車組制動控制系統，故障特征提取與分析技術就是應用各種信號分析技術對動車組制動控制裝置的監測信號進行各種分析，進而提取出對特定故障敏感的特征信息的技術。

早期的信號分析研究主要集中在經典信號分析方法，取得了大量的研究和應用成果。然而以傅里葉變換為基礎的經典信號分析方法也存在明顯的缺點，傅里葉變換反映的是一段信號的整體統計特性，適合平穩信號的分析。實際上設備發生故障后，故障信號是包含噪聲等其他信號的非線性、非平穩隨機信號，而傅里葉變化對信號的時頻細節分解不夠，在分析非線性、非平穩信號時存在重大缺陷。隨著新技術的發展，針對非平穩信號、非線性信號的新分析方法如小波分析、希伯特一黃變換和主成分分析等信號分析方法不斷出現，并且很快應用到列車的設備狀態監測和故障診斷中，取得了很好的效果。Lin Lixin等在對SS7E電力機車變流器故障診斷中，采用小波分析的方法提取變流器輸出電流波形，提取小波特征嫡組成特征向量，輸入到神經網絡中進行故障診斷，仿真試驗證明了提出方法的有效性。Lei Yaguo等采用EEMD分解和小波神經網絡對機車的滾動軸承進

行了故障診斷，可以識別軸承故障的嚴重故障以及識別多種復合故障，取得了很好的效果。Morgado等”針對葡萄牙鐵路公司2600系列機車的齒輪箱外殼故障，采用PCA分析對引起外殼故障的振動和疲勞情況進行歸納分析，并提出了相應的解決措施，防止類似故障的再次發生，在Entroncamento-Guarda貨運機車上應用后取得很好的效果。

1.2故障診斷方法

隨著人工智能技術的發展，故障診斷方法由傳統的故障樹分析方法和邏輯推理法等系統診斷法發展到當前的專家系統、人工神經網絡、粗糙集、支持向量機、信息融合理論和多智能體方法等基于模式識別等智能化診斷方法。智能診斷技術為人們提供了用智能技術解決復雜系統故障診斷問題的強有力的工具。

在本課題中，對動車組制動控制系統關鍵設備和部件的故障診斷是屬于元器件級、電路板級和設備級的故障診斷，針對動車組制動控制系統組成設備和部件，國內外提出了很多的故障診斷方法，常見的故障診斷方法如圖1所示。

(1)基于專家系統的故障診斷方法

專家系統主要由知識庫、數據庫、推理機、解釋機構、機器學習、人機接口等組成，它是研究最多、應用最為廣泛的一種故障診斷方法。

西南交通大學的張永春和劉曉卉等分別設計開發了基于故障樹的機車制動系統狀態監測與故障診斷專家系統，通過對機車制動系統的組成和原理進行深入分析后，在Visual C++6.0開發環境下設計開發了制動系統專家故障診斷系統的軟硬件，在模擬試驗臺上進行了模擬試驗，取得了較好的效果。但該系統僅對電力機車的折角塞門誤關和空氣管路泄露故障進行了故障診斷分析，并沒有對制動控制系統開展相應的研究。

中南大學的林立新設計開發了基于知識的SS7E電力機車電氣故障診斷系統，運用邏輯識別法和模糊識別法通過對SS7E電力機車的電氣故障進行認真全面的梳理和分析，構建了電氣系統故障知識庫，并運用正反向推理和故障樹分析法，對電氣系統故障進行診斷。但是只對電力機車電氣故障進行診斷，且主要工作為設備開關量故障的檢測與診斷。

汪子皓等采用二叉樹的分析方法設計開發了二叉樹模式的知識庫和推理機，用于內燃機車的故障診斷，取得了整車故障診斷的高效率。

由于專家系統存在知識獲取較難，學習能力較弱、容錯能力差以及大容量知識情況下的知識爆炸現象，限制了其性能和推廣應用。(2)基于人工神經網絡的故障診斷方法

人工神經網絡(Artificial Neural Network,ANN)模仿人腦神經細胞結構和功能，具有自學習能力、并行計算能力和聯想能力，從而使人工神經網絡理論在機車車輛設備的智能故障診斷中得到廣泛的應用。中南大學的聶嘩提出了基于改進遺傳算法優化的BP(Back Propagation)神經網絡故障診斷方法，用來診斷動車組轉向架軸承的故障，取得了不錯的效果。楊建偉等};]提出了基于小波包變換和BP神經網絡的軸承故障診斷方法，對軸承的振動信號利用小波降噪，并提取故障特征向量，輸入到BP神經網絡進行訓練，實現智能化的故障診斷。

圖1 常見的智能故障診斷方法

大連交通大學的嚴書榮也提出了基于神經網絡的高速列車制動故障診斷專家系統，把神經網絡和專家系統相結合，發揮各自的優點，對高速列車制動故障 7

進行故障診斷。

但是人工神經網絡在故障診斷中還存在以下問題:需要大容量的樣本進行訓練學習，且學習算法收斂的速度慢;網絡的泛化能力和自適應能力較弱，網絡學習率不穩定，易陷入局部最優。

(3)基于案例推理的故障診斷方法

案例推理是一種基于經驗知識的類比推理方法，適用于沒有完整、精確的數學模型，而有豐富經驗和大量詳細歷史一記錄的領域，對于復雜系統的故障診斷具有很大優勢，相比于基于規則推理的專家系統，其知識獲取容易，具有記憶功能，更容易開發和實現等優點，被廣泛的應用在鐵路機車車輛的故障診斷領域中。美國的Anil等提出了基于案例推理的機車故障診斷系，通過對機車故障案例的整理分析，運用案例推理的優勢，開發了機車故障診斷系統。

中南大學的趙明也提出了基于案例推理的機車故障診斷專家系統，通過分析和研究機車故障診斷領域知識特點和大量的故障維修日志，構建了基于案例推理方法的專家系統，并對案例推理的知識工程和案例檢索技術進行深入的分析，最后設計和建立了系統的概念模型、物理模型和軟件原型系統，并進行了仿真測試，證明了方法的有效性。

目前，案例推理中故障案例的檢索、重用以及故障案例庫的維護成為案例推理推廣的瓶頸，案例推理需要大量的故障案例，不適合小樣本情況下的故障診斷。

(4)基于多智能體的故障診斷方法

多智能體理論和方法是分布式人工智能領域的重要成果，自20世紀70年代以來得到迅速發展，具有集體智能、可擴展性高魯棒性和高可行性的優點，適合于解決大規模的復雜問題。

針對電力機車電氣系統結構的復雜性和故障的并發性，中南大學的趙治平和、ang Yingze等分別將多智能體技術(Multi-Agent System,MAS)引入到機車故障診斷系統中，建立了基于多智能體技術的的8G型電力機車故障診斷系統結構模型，采用多智能體組合技術進行電力機車電氣系統故障的協同故障診斷，并采用智能決策方法進行最終診斷結果確定。Yang Yingze等還搭建了20000噸重載列車同步制動系統在線狀態監測和故障診斷系統，并應用到重載機車上。

目前關于多智能體理論還不完善，如智能體的知識表達、推理機制和智能體 8

學習等;系統構建復雜，各個子智能體間的協同及沖突解決問題還有待深入研究。

（5）基于貝葉斯網絡的故障診斷方法

貝葉斯網絡是一種能夠對復雜系統建模、推理和學習的重要工具，為了提高制動系統故障診斷的有效性，北京交通大學的胡玲玲在詳細闡述了貝葉斯基本原理基礎上，建立適合空氣制動系統故障診斷的貝葉斯網絡的具體模型。診斷結果表明應用該方法進行空氣制動系統故障診斷的有效性，而且可以有效的解決不確定故障的診斷。

(6)基于主成分分析的故障診斷方法

針對機車制動系統多工況的特性，中南大學的侯文明提出了一種基于多工況多主元模型的在線診斷方法，并通過仿真試驗驗證了主成分分析方法在制動系統故障診斷系統的有效性和可行性。

(7)基于支持向量機的故障診斷方法

支持向量機((Support Vector Machine,SVM)是在統計學習理論基礎上發展起來的一種新的學習算法，它基于結構風險最小化原理，很好地解決小樣本、非線性及高維情況下的分類問題。支持向量機一開始用于模式識別，近年來在故障診斷領域得到廣泛應用。與人工神經網絡相比，支持向量機樣本需求少，訓練時間少，抗噪能力強，并能很好解決局部收斂、過學習與欠學習等問題。

中南大學的耿永強等提出了利用經驗模態分解和支持向量機診斷機車軸承故障方法，運用經驗模態分解方法對軸承振動信號進行分解，將得到的若干個內察模態函數((Intrinsic Mode Functions,IMF)形成初始特征向量矩陣，然后對該矩陣進行奇異值分解，提取其奇異值作為故障特征向量，并進一步根據支持向量機分類器的輸出結果來判斷機車軸承的工作狀態和故障類型，仿真實驗結果表明該方法的有效性和小樣本情況下良好的泛化能力。

Luo Jianhui等利用基于模型和支持向量機的智能故障診斷方法，結合系統方程和非線性觀測器獲得系統殘差，以消除噪聲的干擾，然后利用非線性觀測器獲取特征信息，輸入到支持向量機中進行訓練和辨識，應用于制動系統四種傳感器參數的故障診斷中。

支持向量機中不敏感損失參數、核函數參數和規則化參數等的選擇對診斷效果有著很大的影響，需要選擇合適的優化算法對其參數進行優化處理，以獲得更 9

好的診斷效果。

1.3智能故障診斷系統

鐵路機車車輛故障診斷技術，國外發展比較快，目前國外的高速列車上都安裝有相應的列車監測診斷系統，美國GE公司開發了內燃機車故障診斷系統DELTA和電力機車的LOCOCOMM系統，德國西門子公司開發了SIBAS32系統，加拿大的龐巴迪公司開發了MICAS系統、法國阿爾斯通公司開發了AGATE系統，德國的ICE2.2高速列車安裝的DAVID診斷系統;日本新干線高速列車的監測與診斷系統主要是列車控制信息管理系統，如日本新干線200系動車組的MON 1監控系統，400系動車組的MON4監控系統、800系動車組的智能化故障監測裝置等;俄羅斯國鐵250km/h高速電動車組安裝有“雄鷹250”安全檢測與診斷系統。這都是20世紀90年代中后期發展起來的新興高速列車監控和智能診斷技術。美國和加拿大致力發展的智能化鐵路系統，將整個鐵路構成一個實時網絡系統進行考慮，確保鐵路安全、高效地運行。在車載方面，分別在列車和貨車上安裝有完備的傳感器組，以保障列車的安全運行。

我國鐵路機車車輛故障診斷技術起步較晚，但是經過多年的不斷摸索，從早期的仿制到后來的引進消化再吸收，逐步對鐵路機車車輛的制造和運用形成了一系列行之有效的方法，對機車車輛控制和故障診斷技術有了比較明確的認識。國內從事診斷方法及實現技術的研究較多，但對診斷設備的研究較少，雖然有的試制了樣機，并在鐵路現場實驗考核運用過，但由于種種原因，最終沒有形成一種產品真正的大批量在機車車輛上普及應用。如中國鐵道科學研究所機車車輛研究所在2004年開發的“KAX 1型行車安全監測診斷系統，在列車高速運行中可對基礎制動裝置的作用、轉向架的性能、防滑器的工作狀態等進行監測、診斷和報警。中南大學黃志武等研制的HXD2型機車法維萊制動機故障診斷系統，建立了制動機功率鍵合圖模型和解析冗余方程，并應用到太原鐵路局湖東機務段的HXD2型機車上。青島四方機車車輛股份有限公司開發了“高速動車組制動測試系統”，利用測試系統模擬各種速度信號、車輛空簧載荷信號及再生制動模擬信號，并把模擬信號輸入到動車組，通過車輛制動系統施加制動動作，輸出制動信息，進而通過對制動信息數據的采集分析，判定制動系統的各項性能能否滿足設計要求。北京交通大學的方科挺設計開發了CRH2動車組的應急故障模擬與維修

培訓系統，以方便動車組司乘人員熟練掌握應急故障處理方法和措施。

在我國引進的動車組系列中，CRH 1, CRH2, CRH3和CRH5分別安裝有國外相關公司的狀態監測和故障診斷系統，如引進的CRH2動車組安裝有日本東芝 的車載故障診斷系統，CRH3安裝有西門子的SBIAS車載控制和故障診斷系統診斷系統總體框架結構如圖2所示。CRH 1和CRH5也分別安裝有各自研發的列車控制監控系統。高速動車組診斷系統是一個層次化的診斷系統，其層次化體現在高速動車組是由一系列控制子系統組成的，每個控制子系統具備檢測自身故障的能力，且當故障發生時，能夠對故障信息做出相應處理。

圖2高速動車診斷系統總體框架

CRH2 型動車組具有比較系統全面的故障診斷系統，它的診斷以監測或設備測試的形式集成在動車組中。每個功能都可進行診斷，并報告可能的故障和各自的功能限制給動車組中央診斷系統，以便進行診斷。但是CRH2型動車組車輛診斷系統也存在一些不足，列車的診斷系統經常會發生故障誤報情況，經常由于某個系統方面的單個原因產生一個故障信息，由于它們是相對獨立的，所以它的故障描述及解決方案是片面的，往往無法準確描述出故障點，使得維護人員根據故障提示往往找不到故障原因。故障診斷系統是系統級的故障診斷，沒有具體定位到具體設備或部件內部的故障現象，不能給出故障的深層次原因，也不具備潛在故障預警功能。

1.4存在的問題

目前國內對于動車組制動系統，特別是制動控制系統的故障診斷的工程應用和理論研究還很少，而在動車組運行中制動控制系統在制動系統中起著至關重要的作用，包括對制動系統的控制、傳感器信號的采集處理和制動的性能等，都依賴于制動控制系統。制動控制系統是制動系統精確控制中重要的子系統，而長時間的線上運行，制動控制系統中的設備和部件容易產生故障或故障隱患。故障或故障隱患對于制動控制系統有的是突發的，故障特征明顯的，而有些是因為長時間在惡劣環境下工作導致的漂移、電磁干擾等緩變型故障，這類故障雖然不會造成制動控制系統馬上制動控制失靈等嚴重故障，但是制動控制系統的性能卻己經受到影響或改變，給動車組的安全運行埋下隱患，而且緩變故障是長期發生的，無法用精確的數學模型刻畫，傳統的基于知識的專家系統無法對這些潛在的故障和隱患建立相應的規則數據庫。隨著時間的增加，緩變故障會產生從量變到質變的過程，一旦故障發生，就會對列車制動控制系統的閉環控制產生不可估量的影響和后果，甚至導致列車制動失靈或者顛覆等嚴重危及列車安全運行的事故。所以研究動車組制動控制系統故障的智能診斷對于動車組的安全運行具有十分重要的理論意義和工程價值。

隨著現代科學技術的發展及自動化程度的提高，動車組制動控制系統故障診斷技術也在不斷的成熟，但是由于動車組的制動控制系統是典型的機電、氣、液一體化的大型復雜系統，結構龐大而復雜，很難建立起準確可靠的數學模型:另外由于制動控制系統組成的設備眾多，結構存在差異，導致故障特征的共性較差;

而且在現場的應用中，制動控制系統有效狀態信息的獲取面臨著極大的困難，傳感器性能或者不能滿足測試環境要求、或者價格昂貴。目前制動控制系統的故障診斷方法很多，比較凌亂，還不存在一種較為通用性的方法。這也是制約動車組制動控制系統故障診斷技術發展的主要因素。具體來說，目前存在的問題主要體現在以下幾個方面:(1)制動控制系統故障診斷建模過程中過度依賴于系統運行維護中收集的故障信息和專家經驗知識，診斷模型知識完備性差;(2)目前動車組已有的故障診斷系統屬于系統級的故障診斷系統，診斷的層次較低，不能定位具體故障和給出故障深層次原因，無法及時的消除故障和故障隱患;(3)由于動車組引入時間較短，還處于消化吸收的階段，對動車組制動控制系統的故障機理和故障信息的收集還比較匾乏，狀態監測和故障診斷系統的開發也受到很大的制約;(4)對于動車組制動控制系統，一旦出現重大故障將會產生嚴重的政治影響和經濟損失，事后診斷己經遠遠不能滿足列車運行維護的要求，需要開展故障預警和預測研究，提高動車組的主動安全防護能力。

第2章故障特征提取技術與故障診斷方法

故障特征提取的準確與否直接關系到智能故障診斷的準確性和早期故障征兆預示的可靠性。由于不同信號處理方法能夠從不同的角度提取故障特征信息，而且對于復雜關鍵設備的早期、微弱和復合故障，其故障特征往往不明顯。因此，需要解決在故障早期就能把故障的原始特征準確的從高維映射到低維特征空間的問題，而多種不同的信號處理方法聯合使用更可能獲得準確的故障信息特征。基于人工智能的智能故障診斷方法是目前研究的熱點，己經廣泛應用在各個領域。本章分別對目前常用的故障特征提取方法和故障診斷方法深入分析。首先對目前常見的幾種特征提取方法進行歸納分析，然后對LSSVM的基本原理及其多分類方法進行深入分析和討論，并提出了改進最優二叉樹結構的LSSVM。

2.1主成分分析法

基于主成分分析的特征提取方法(Principal Component Analysis, PCA)是傳統的基于統計理論的特征提取方法中的最典型的方法，己經被廣泛應用在模擬電路故障診斷、傳感器故障診斷、機械設備故障診斷和工業過程監控及故障診斷等中作為主要的故障特征提取方法。PCA是從特征對分類是否有效的角度，在盡可能多地保持故障特征分類的相關信息的基礎上，通過線性變換，從數據空間中接近數據方差的一組向量，從而實現數據的降維，這樣既保留了數據的核心信息，而且各主分量之間相互獨立，降低了數據處理的復雜性。

在本課題的研究中，PCA方法被用于模擬電路軟故障的故障特征提取，基于PCA的模擬電路故障特征提取和故障診斷系統結構框圖如圖3所示。首先把激勵信號輸入到待診斷電路，同時采集輸出的信號響應，經過歸一化處理后建立故障特征的特征矩陣，然后計算故障特征矩陣的特征值和特征向量，最后根據故障特征值的方差貢獻率選取PCA，經過PCA方法將故障特征向量降維后輸入到故障診斷網絡，進行故障識別和分類。PCA方法降低了診斷網絡的規模、維數和計算復雜度，提高了故障診斷的速度。但是因為概率密度函數的分布問題使最優變換矩陣的計算陷入困境，而高分辨特征提取所需的映射常常是非線性的，因此基于PCA的線性變換方法在使用時受到了限制。

圖3基于主成分分析的模擬電路故障診斷

2.2集成經驗模態分解方法

2.2.1經驗模態分解

1998年美國科學家Norde E.Huang等提出了利用經驗模態分解方法來分析非線性非平穩信號的新方法。經驗模態分解算法是一種自適應的信號分解方法，該方法不受不確定原理的限制，在時域和頻域都具有很高的分辨率，克服了傳統的Fourier變換和小波變換的缺點，可應用在非線性、非平穩信號的分析處理上。

在滿足一定的條件下，瞬時頻率即是IMF函數。IMF函數是一種簡單的不帶騎行波的信號，可以將信號分解成若干只包含這種信號之和，又由于IMF不僅局限于窄帶信號，而且其振幅和頻率也不是固定不變的，所以它能表示非平穩過程。EMD分解算法流程圖如圖4所示。但是EMD在分解過程中存在模態混疊現象，這是由于信號的突然中斷引起的，為了有效的解決模態混疊，國內外提出了不少方

法，但是都性能都具有局限性。Wu Zhaohua等在對EMD分解白噪聲研究的基礎上，提出了集成經驗模態分解的方法，有效的解決了EMD存在的模態混疊現象，下節對集成經驗模態分解的原理進行詳細的闡述和分析。2.2.2集成經驗模態分解

EEMD方法基于信號的局部特征的時間尺度，克服了EMD方法的模態混疊現象，分解出的各個內察模態函數突出了數據的局部特征，對其進行分析可以更有效的掌握原始數據的特征信息，每一個IMF函數都是自適應的。其具體的分解步驟如下：

圖4 EMD算法流程圖

2.3最小二乘支持向量機的原理及結構參數優化方法

2.3.1最小二乘支持向量機的原理

近年來，在機器學習領域中備受矚目的支持向量機在許多領域得到了成功的應用，顯示出巨大的優越性。支持向量機克服了神經網絡網絡結構確定困難、收斂于局部極小和不適合小樣本等缺點，有效解決了小樣本、高維數和非線性等學習問題。但在應用中，采用逼近算法和多類分類不如兩類分類效果顯著等不足，訓練速度慢，造成支持向量機泛化能力的下降。

最小二乘支持向量機(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)是由Suykens和Vandewalle，提出的對SVM的一種改進算法，它用二次損失函數取代

SVM中的不敏感損失函數，通過構造損失函數將原SVM中算法的二次尋優變為求解線性方程，降低了計算的復雜性，具有更好的抗噪能力和更快的運算速度。LSSVM因其求解速度快、收斂速度快而在故障診斷、回歸預測、模式識別和模型優化等領域得到了廣泛的應用。

2.3.2最小二乘支持向量機結構參數優化方法

目前，國內外優化支持向量機結構參數的主要方法有傳統的基于分析的方法和近年來成為研究熱點的基于人工智能的啟發式搜索優化算法。基于分析的方法是通過推廣誤差的梯度來確定最優的結構參數，如試湊法、交叉驗證法、梯度下降法、網格搜索法]和三步搜索法等，但這些算法往往存在計算復雜，耗時長，易陷入局部最優，不一定能獲得全局最優等缺點。第二類方法確定結構參數的采用啟發式算法，如遺傳算法、模擬退火算法、人工免疫算法、粒子群優化算法等，下面對各種啟發式優化算法的優缺點做簡要歸納總結。2.3.3遺傳算法

遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)是一種借鑒生物界自然選擇自適應搜素的全局優化算法，通過對自然界遺傳的交叉驗證環節與人工智能的結合，適合處理復雜的非線性問題的求解，具有并行搜索、群體尋優的特點。重慶大學的李峰等提出了基于遺傳算法優化的LSSVM結構參數求解算法，并用于風機傳動系統的故障診斷，取得了很好的效果。遺傳算法分層優化支持向量機的核函數參數和規則化參數，可以在小樣本空間內對LSSVM的結構參數進行尋優，避免了傳統的故障類型和規則知識的限制，提高了LSSVM的故障預測精度和自適應診斷能力，并可以推廣應用于線性、徑向基、Sigmoid等核函數條件下的LSSVM優化，深溝球軸承故障診斷實例說明該模型的有效性。

華北電力大學的王平等[ioy提出了基于GA優化的LSSVM的時間序列預測建模方法，并將該方法用于十維的Mackey-Glass混沌時間序列預測，實驗結果證明了該優化方法具有自動獲取最有參數、訓練速度快、精度高和泛化能力強的優點。

但是基于遺傳算法優化運算較復雜，存在交叉、變異等運算使群體中的染色體具有局部相似性，導致算法易陷入局部最優，不一定尋找到全局最優值。

2.3.4模擬退火算法

模擬退火算法(Simulated Annealing,SA)是以Markov鏈的遍歷理論為基礎的基于物理中固體物質的退火過程與組合優化問題之間的相似性的啟發式搜索算法。模擬退火算法采用Metropolis準則使得模擬退火算法能夠保證局部尋優的精度，避免陷入局部最優，而逐漸獲得全局的最優結果。

山東大學的隋文濤提出了基于模擬退火優化的LSSVM算法，利用模擬退火算法對LSSVM參數和特征進行尋優，并用于滾動軸承故障診斷中，與其他方法相比，故障的分類正確率更高。

雖然SA能解決優化組合問題，能克服優化過程中陷入局部最優和初值依賴性問題，但其計算時間長，全局收斂性能很差，存在結構復雜、時間復雜度高等問題。

2.3.5粒子群算法

粒子群優化算法((Particle Swarm伽timization,PSO)是一種啟發式的搜索進化算法，具有較好的全局搜索和局部搜索能力，可以對LSSVM的結構參數進行優化。

石家莊鐵道大學的耿立艷等]提出了基于灰色關聯分析和粒子群優化的LSSVM算法，用于鐵路貨運量的預測，通過對我國1980-2009年鐵路貨運量實例分析表明:該方法具有較快的收斂速度和較高的預測精度。但是粒子群存在早熟現象易陷入局部最優，影響 LSSVM結構參數的最優化。

中南大學的龍文等提出了混合PSO優化的LSSVM模型用于鍋爐延期含氧量的預測控制，通過采用以粒子群優化算法進行大范圍的全局搜索，在局部使用擬牛頓法進行局部搜索方向的計算，以求避免粒子群易陷入局部最優的缺點，但是對于局部搜索存在盲目性，不能從本質上解決粒子群早熟和局部最優的問題。

綜上可知粒子群優化算法的局限性是由于粒子群優化算法特有的粒子間單向信息流的影響，粒子群優化算法具有非常快的收斂速度，經過不太多次的迭代進化后，種群中的各粒子往往具有相同的特征。這樣，導致種群缺乏多樣性，難以跳出局部最優，往往很容易形成過早收斂。

2.4最小二乘支持向量機的多分類方法

由于標準的LSSVM只能解決二分類問題，但是現實中大部分診斷和分類都是

多分類問題的辨識和識別問題，為了有效解決LSSVM多分類問題的方法，國內外提出了很多多種分類方法，典型的有一對多多分類法、一對一多分類法、糾錯編碼多分類法、有向無環圖多分類法和二叉樹多分類法。2.4.1一對多的多分類法

對于k分類問題，一對多的多分類(One-Versus-Rest,O-V R)方法通過構造k個二值向量機分類器，每一個支持向量機分別將某一類的數據從其他類別中分離出來(圖6)。雖然OVR方法可以通過取決策函數輸出值最大的類別確定測試樣本的類別，但由于在分類中存在大量的不可分區域，而使其推廣性受到很大的影響。O-V R多分類方法簡單有效，對于k類樣本只需訓練k個支持向量機，因所得的分類函數個數較少，在決策分類時具有較快的速度。但也存在以下缺點:(1)當類別數增多時，訓練樣本間的不平衡將影響分類結果的準確性;(2)存在不可分盲區，泛化能力較弱;(3)容錯能力欠佳。

圖6一對多分類方法

2.4.2一對一的多分類法

一對一多分類法((One-Versus-One,O-V O)是利用在不同分類類別之間建立二類分類器，把多分類問題分解為多個兩分類問題，對k個類別共需要建立k(k-1)l2個支持向量機，然后分別訓練相關的兩分類樣本(圖7)，分類決策時采用“最大贏”算法，每一分類器對故障特征向量分別決策，分類結果是值最大的類。由于每個支持向量機只對二分類問題進行分類，因此訓練速度比O-V R很快。但O-V O多分類法主要缺點有:(1)存在過學習問題;(2)存在推廣誤差無界的問題;(3)算法運行時間隨著分類數目增大而快速增長，導致分類決策過慢;(4)存在拒分問題。

圖7一對一多分類方法

2.4.3有向無環圖的多分類法

有向無環圖(Decision Directed Acyclic Graph LSSVM, DDAG)多分類方法是根據圖論中的有向無環圖的思想，通過構造k(k-1)/2個兩分類器實現k分類的多分類問題。DDAG方法簡單易行，分類決策時只需使用k一1個決策函數即可得出結果，其分類精度與O-V O法相當，但運算速度更快。不過因為有向無環圖是層次結構，存在“誤差積累”效應，王艷等在考慮到DDAG的特殊結構后提出了利用基于類分布的類間分離性測度區分各分類之間的距離，并對DDAG的節點順序從新組合設計，構造了基于分離性測度的DDAG支持向量機，通過3個典型數據集的仿真測試，證實了提出的方法性能優于傳統DDAG算法。圖8是四分類問題的有向無環圖結構框圖。

圖8有向無環圖多分類法

2.4.4二叉樹結構的多分類法

Hsu Chinwei等提出利用二叉樹結構來構造支持向量機的多分類方法，可以在較少支持向量機的情況下提高訓練和決策速度。基于二叉樹結構的多分類方法是把所有分類先分為兩個子分類，然后各個子分類再分為兩個子分類，直到所有的節點只有一個分類為止(圖9)。二叉樹結構的支持向量機多分類方法具有子分類器少，不存在拒分區域、分類效率較高的優點。但是二叉樹結構的支持向量機多分類方法也存在以下缺點:(1)多分類方法的性能取決于二叉樹的生成方法;(2)存在“誤差積累”現象。

近年來，有學者在二叉樹結構的基礎上提出了幾種二叉樹的改進算法，以修正SVM的分類正確率，Yang Chih-Cheng和楊琳等。Zsa26}提出和應用了Huffinan樹構造二叉樹的概念，通過構造Huffman樹自下而上來生成二叉樹的方法。分類測試表明最優二叉樹的分類識別率比隨機偏二叉樹多分類方法要高很多，這說明二叉樹的結構對其分類的正確率有很大影響。崔江等提出了聚類二叉樹的SVM，通過引入SOFM神經網絡對訓練樣本進行分層聚類，最后形成聚類二叉樹，然后對樣本訓練和測試，仿真實驗表明，聚類二叉樹SVM與其他多分類方法(O-V O,O-V R)相比的測試時間最小，而獲得的精度較高，且測試復雜度和診斷時間較小。

但是以上這些改進基本上對于二叉樹的生成并未提出更好的解決方法，只隨機地或者借助有限的方法人為主觀的決定二叉樹的結構，未從提高推廣性能角度設計二叉樹的生成算法，如何生成完全二叉樹結構，盡可能減少誤差積累現象等

是基于二叉樹結構的多分類支持向量機需要解決的關鍵問題。

圖9二叉樹結構的多分類方法

2.4.5基于改進最優二叉樹的多分類法

從二叉樹結構的支持向量機多分類方法的基本原理可知，只有在頂層節點以最優的分類方法將不同類別分開刁‘可以獲得最優的多分類性能。因此，需要在每一個二叉樹子類分類時選擇與其他類別差別最大的類別將其分開，在吸收王艷各自算法優點的基礎上，對最優二叉樹的測向距離引入基于類分布的類間分離性測度概念，用類間分離性測度來刻畫類別之間的差異，然后通過構造改進的樹來生成二叉樹從而產生改進的最優二叉樹多類法。

標準的Huffman樹，又稱最優二叉樹，是一類帶權路徑長度最短的樹，最優二叉樹的基本構造原理如下:首先從二叉樹所有的根節點中選取權值最小的兩個根節點，從新構成一棵新的二叉樹，則該新二叉樹兩個子樹的權值之和就是根節點的權值，然后把新構造的根節點替代左右兩個字數加入到根節點組合中，循環以上二叉樹構造的流程，直到只剩下最后一個根節點。

在提出的改進算法中，也是采用自下而上構造二叉樹的方法，即先尋找最難分割的兩類作為二叉樹的下層結點，然后再尋找次難分割的兩類，直到剩下最后兩個類為止。在對訓練數據評估各類間的分離度時，通常采用歐氏距離衡量類間分離性測度，但是歐氏距離并不能全面客觀的代表類間的分離度。圖10為兩類類間分離性比較，圓形范圍代表某一類別樣本的分布范圍。可知，圖10(b)的類間距離明顯大于圖10(a)的類間距離，但是圖10(a)中的兩類別顯然要比圖2-15（b）中的兩類別要容易分離。這是因為類間的分離度不僅與類間間距有關，而 23

且和類別樣本的方差有關。類間距越大，方差越小，分離性會越強。

圖10類間分離性比較

本章小結

本章對常用的故障特征提取技術進行概述，重點對主成分分析、小波包分析技術、數學形態學濾波方法、經驗模態分解和集成經驗模態分解等故障特征提取方法進行了深入的研究，并利用仿真試驗對比分析每種故障特征提取方法的優缺點及其適用范圍。然后對LSSVM的原理進行了詳細的論述，并對其結構參數的優化方法和多類分類方法進行了歸納分析，并提出了改進最優二叉樹LSSVM的多分類方法，標準樣本多分類測試證明了提出的多分類方法在保證實時性的情況下提高了分類的正確分類率。

參考文獻：

[1]張曙光.CRH2型動車組.北京:中國鐵道出版社，2008.[2]黃采倫，樊曉平，陳特放.列車故障在線診斷技術及應用.北京:國防工業出版社，2006.[3]黃棟杰.200公里級CRH2型動車組制動控制系統的研究.成都:西南交通大學，2010.25

第二篇：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！

參考文獻

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第三篇：動車組制動名詞術語總結

制動名詞術語總結

Analog Convert電空模擬轉換 AGTU: Air Generation & Treatment Unit供風及供風處理單元 AGU: Air Generation Unit供風單元 Air Dryer空氣干燥器 ATP: Auto Train Protection列車自動防護 ATU: Air Treatment Unit供風處理單元 BCU: Brake Control Unit制動控制單元 BLCU: Brake logic Control Unit制動邏輯控制單元 BFC: Tread Brake Actuator踏面制動器 BFCF: Tread Brake Actuator + Parking Portion踏面制動器＋停放制動 BP: Brake Pipe制動管／列車管 Brake Control制動控制 Brake Disc/Disk制動盤 Compatibility Test兼容性試驗 DBV: Driver’s Brake Valve司機制動閥 Distributing Valve（空氣）分配閥 DMU: Diesel Motor Unit內燃動車組 EBCU: Electronic Brake Control Unit電子控制單元 ED: Electro Dynamic(Brake)電制動 Electric Magnet Valve電磁閥1

Emergency Exhaust Valve緊急排風閥 EMU: Electro Motor Unit電動車組 Endurance Test耐久試驗 EP: Electro Pneumatic電空 EPM: Electro Pneumatic Modulator電空調制器 LCU: Locomotive Control Unit機車控制單元 MP: Main Pipe總風管 MU: Multiple Unit重聯機車 MVB: Multi Vehicle Bus多功能車輛總線 NC: Normal Close常閉型（電磁閥）NO: Normal Open常開型（電磁閥）Option:選項 Pantograph Compressor輔助（受電弓）壓縮機 “O” Ring“O”型圈 RAMS: Reliability, Availability, Maintainability, Safety可靠性、有效性、可維護性和安全性 Routine Test and Inspection例行試驗與檢驗 Rubber Pad橡膠墊 RV: Relay Valve中繼閥 Sanding Device撒砂裝置 Screw Compressor螺桿壓縮機 Shutoff Valve Seat Cushion遮斷閥座襯墊

TCU: Traction Control Unit牽引控制單元 Type Test型式試驗 WSP: Wheel Slide Protection防滑器 WTB: Wire Train Bus絞線式列車總線

第四篇：動車組制動技術復習題及參考答案

中南大學網絡教育課程考試復習題及參考答案

動車組制動技術

一、填空題：

1.現代列車產生制動力的方法有

制動、制動和

制動三種。

2.同一材質的閘瓦的摩擦系數與、和

有關。

3.按照制動力形成方式的不同，制動方式可分為

制動和

制動。

4.動車組制動控制系統ATC包括、和

三個子系統。

5.動車組制動控制系統主要由

裝置、裝置和

裝置組成。

6.列車制動力是由制動裝置產生的、與列車運行方向、列車運行的、司機可根據需要調節的力。

7.按照列車動能轉移的方式的不同，制動方式可分為

和

兩大類。

8.動力制動的形式主要包括

和，它們又屬于

制動。

9.閘瓦制動中，車輪、閘瓦、鋼軌間一般分析時存在、、三種狀態。

10.根據粘著條件可知，動車組產生滑行原因主要有、。

11.車輛基礎制動裝置是由、、、及

所組成。

12.高速動車組制動時采用

優先的空、電聯合制動模式。

13.輪軌間粘著系數的主要影響因素有

和。

14.車輪不打滑的條件是

不應大于輪軌間的。

15.防滑裝置按其按構造可分為、和

三種防滑器。

16.動車組滑行的檢測方法主要有、和

檢測。

17.動車組制動指令傳輸信號的類型有

信號和

信號。

18.動車組的制動指令一般由頭車內的或

裝置下達的。

19.動車組空氣制動系統的基礎制動裝置是由、兩部分組成。

20.動車組空氣制動是由

裝置、裝置、裝置和

系統組成。

二、名詞解釋：

1.制動

2.緩解

3.車輛制動裝置

4.制動方式

5.空氣制動機

6.粘著

7.備用制動”

8.電制動

9.翼板制動

10.非常制動

11.常用制動

12.緊急制動

13.基礎制動裝置

14.列車制動距離

15.耐雪制動

16.閘瓦制動

17.電空制動機

三、簡答題：

1.何謂CRH2輔助制動？

2.制動控制單元（BCU）的作用是什么？

3.動車組的基礎制動裝置有哪兩部分組成？其作用是什么？

4.動車組何時會產生緊急制動作用?

5.制動力產生的條件是什么?

6.制動裝置的作用是什么？

7.縮短動車組制動距離的措施是什么？

8.基礎制動裝置的用途是什么？

9.列車制動產生的實質是什么？

10.電阻制動與再生制動各有何特點？

11.動車組的停放制動有什么作用？

12.粘著制動與非粘著制動有何區別？

13.緩解的穩定性和制動靈敏度為什么必須統籌兼顧？

四、分析題：

1.為什么動力制動裝置要和空氣制動裝置配合使用？

2.動車組為什么要采取“空、電聯合制動模式，電制動優先”的方式？

3.怎樣從概念上區分動力制動、電制動、再生制動？

4.分析車輪產生滑行的原因以及如何解決車輪滑行。

5.分析如何利用增粘技術改善粘著。

6.分析CRH2基礎制動裝置采用油壓卡鉗式盤形制動的優勢。

五、論述題：

1.動車組的特點有哪些？其中哪些對制動系統的影響較大？

2.論述車輪產生滑行的原因以及如何解決車輪滑行問題？

3.粘著系數與那些因素有較大的關系，如何提高動車組輪軌間的粘著系數？

4.論述基礎制動裝置中盤型制動與閘瓦制動相比有哪些優點與不足之處。

5.論述渦流軌道與磁軌制動各有何優劣。

6.論述飛輪儲能是如何實現能量的吸入和釋放以及在我國的應用情況

參考答案

一、填空題：

1.摩擦制動、動力制動、電磁制動

2.閘瓦壓力、列車運行速度、制動初速

3.粘著、非粘著

4.ATP、ATO、ATS

5.制動電子控制、制動信號發生、制動信號傳輸

6.相反、阻礙、外力

7.熱逸散、動能轉變成可用能、8.電阻制動、再生制動、粘著

9.理想純滾動、滑動、粘著或靜摩擦

10.制動力過大、粘著

11.制動缸、制動力傳遞裝置、閘瓦裝置、空重車調整裝置

12.電制動

13.車輪和鋼軌的表面狀況、列車運行速度

14.制動力、粘著力

15.機械式、電子式、微機控制式

16.減速度、速度差、滑行率

17.數字、模擬

18.司機制動控制器、ATC

19.傳動、摩擦

20.制動指令及傳輸、制動控制、基礎制動、制動供風

二、名詞解釋：

1.制動：就是人為地使列車減速、阻止其運動和加速或使其在規定的距離內停車。

2.對已經施行制動的物體，解除或減弱其制動作用，均可稱之為緩解。

3.車輛制動裝置就是為使車輛能施行制動和緩解而安裝于車輛上的一整套設備的總稱。

4.制動方式：所謂制動方式是指列車動能轉移的方式，或制動力獲取的方式。

5.空氣制動機：就是用壓力空氣（壓縮空氣）作為原動力，以改變空氣壓強來操縱控制。

6.由于正壓力而保持動輪與鋼軌接觸處相對靜止的現象稱為“粘著”。

7.備用制動：是當列車常用制動裝置發生故障不能實施常用制動時，利用備用制動作用能維持列車低速運行，避免救援。

8.電制動：是將列車運動動能轉變為電能后，再變成熱能消耗掉或者反饋電網的制動方式。

9.翼板制動：就是利用空氣動力學的原理，在列車各車體上，布置一定數量的空氣阻力板（翼板），直接產生作用于車體的與列車運動放向相反的外力。

10.是動車組在非正常情況下，為使動車組迅速停車而實施的一種制動作用。

11.常用制動：是列車在正常調速和進站時經常采用的一種制動作用。

12.緊急制動：是指動車組在緊急情況下，為了讓動車組迅速減速而實施的一種制動作用。

13.基礎制動裝置：傳送制動原動力并產生制動力的部分。

14.列車制動距離：就是從司機將制動閥手柄置于制動位的瞬間至列車停車的瞬間為止列車所運行的距離。

15.耐雪制動：在降雪時，為了防止冰雪進入制動盤和閘瓦之間，使得閘瓦無間隙輕輕接觸制動盤而產生的制動作用。

16.閘瓦制動：又稱踏面制動，是最常用的一種制動方式，在制動時,閘瓦壓緊車輪，輪、瓦間發生摩擦，列車的動能大部分通過輪、瓦間的摩擦變成熱能，經車輪與閘瓦最終逸散到大氣中去。

17.電空制動機：就是電控空氣制動機的簡稱，以壓力空氣為原動力，用電氣來操縱。

三、簡答題：

1.何謂CRH2輔助制動？

答：輔助制動是以在制動裝置異常、制動指令線路斷線時常用制動系統不能工作時而設置的電氣指令式的輔助制動裝置。它產生相當于3級、5級、7級常用制動及緊急制動的空氣制動。

2.制動控制單元（BCU）的作用是什么？

答：制動控制單元就是個計算機，它根據輸入的制動指令信號、速度信號和載荷信號輸出決定電制動力和空氣制動力的制動模式信號。即常用制動、快速制動、緊急制動、耐雪制動等，同時還可進行防滑控制和輔助控制。

3.動車組的基礎制動裝置有哪兩部分組成？其作用是什么？

答：其基礎制動裝置則由傳動和摩擦兩部分組成。其作用都是把制動缸活塞上的推力增大若干倍以后平均地傳給各個閘瓦或閘片，使之壓緊車輪或制動盤而產生制動作用。

4.動車組何時會產生緊急制動作用?

答：緊急制動是指動車組在緊急情況下，為了讓動車組迅速減速而實施的一種制動作用。

在列車分離、總風壓力（MR壓力）不足、制動手柄在取出位時發出動作，沒有空重車載荷調整功能以及制動力不足的情況下，緊急制動指令線失電，從而使緊急電磁閥失電打開，產生緊急制動作用。

5.制動力產生的條件是什么?

答：制動力是由閘瓦摩擦力作用而引起的，是鋼軌作用在車輪輪周上的與列車運行方向相反的外力。其大小可根據建立的力矩平衡方程式∑M=0求得。在轉動慣量忽略不計；輪子與鋼軌處于靜摩擦或粘著狀態的兩個條件下，制動力在數值上就等于閘瓦摩擦力，即

∑BL=

∑K?jk

(kN)

6.制動裝置的作用是什么？

答：制動裝置是用外力迫使運行中的機車車輛減速或停車的一種設備。它不僅是列車安全、正點運行的重要保證，而且也是提高列車重量和運行速度的前提條件。因此，制動裝置的性能好壞，對鐵路的運輸能力和行車安全都有直接影響。

7.縮短動車組制動距離的措施是什么？

答：（1）減少列車空走時間，如采用電空制動取代空氣制動；

（2）采用大功率盤形制動機；

（3）采用復合制動方式，如空氣盤形制動+電氣電力制動+非粘著制動。

8.基礎制動裝置的用途是什么？

答：(1)產生并傳遞制動原力；

(2)將制動原力放大一定的倍數；

(3)保證各閘瓦或閘片有較一致的閘瓦或閘片壓力。

9.列車制動產生的實質是什么？

答：從能量的觀點看，“制動”的實質就是設法將動能從動車組上轉移出去，使動車組減速或停止。從作用力的觀點來看，“制動”就是讓制動裝置產生與動車組相反的制動力，使動車組減速或停止。采取什么制動方式使動車組的動能轉移出去，采取什么制動方式獲取這種制動力，是制動的基本問題。

10.電阻制動與再生制動各有何特點？

答：電阻制動是把由列車動能轉化出來的電能直接消耗在隨車安裝的制動電阻上，然后轉變為熱能，再通過通風設備把熱散掉；再生制動就是將電能通過牽引傳統系統的變流器逆向變換，把三相交流電變成單相工頻交流電，再返回電網，實現能量再生。比電阻制動更具有節能、環保，而且整個動車組輕量化。

11.動車組的停放制動有什么作用？

答：停放制動是為了防止動車組在長時間停放時發生溜逸事故而設置的，動車組大多常用彈簧蓄能制動裝置來實施。動車組運行時，利用壓縮空氣的壓力抵消蓄能彈簧的彈力，不讓其發揮作用；當壓縮空氣逐漸減小時，停放制動作用就自動逐步體現。

12.粘著制動與非粘著制動有何區別？

答：依靠粘著滾動的車輪與鋼軌粘著點之間的粘著力來實現車輛的制動，稱為粘著制動。列車采用粘著制動時，能夠獲得的最大制動力不會大于粘著力。采用粘著制動方式，對車輪和鋼軌都有磨損，增加維護檢修成本；而軌道電磁制動與軌道渦流制動屬于非粘著制動。制動時，鋼軌給出的制動力并不通過輪軌粘著點作用于車輛，而由鋼軌直接作用于吊掛在轉向架上的電磁鐵。制動力的大小不受輪軌間粘著力的限制，是超出粘著力以外獲取制動力的一種制動方式。所以，也叫粘著外制動。它主要用于粘著制動力不夠的高速旅客列車上，作為一種輔助的制動方式。對車輪和鋼軌磨損較低。

13緩解的穩定性和制動靈敏度為什么必須統籌兼顧？

答：所謂穩定性即列車管的減壓速度極為緩慢時，制動閥不發生制動動作的性能。例如，列車管的減壓速度為0.5～1.0KPa/s之內，制動閥不應該發生動作。列車管以一定速度減壓，必須發生制動。即閥具有一定的靈敏度。例如，當列車管減壓速度為5～10KPa/s時，閥不應晚于6秒鐘發生動作。兩者必須統籌兼顧，既要保證列車管減壓速度低于緩解穩定性要求的臨界值時不發生自然制動，又要保證減壓速度達到制動靈敏度規定的。

臨界值時必定能起制動作用。

四、分析題：

1.為什么動力制動裝置要和空氣制動裝置配合使用？

答：空氣制動裝置主要由空氣壓縮機、總風缸、分配閥、制動缸、單獨制動閥（小閘）和自動制動閥（大閘）等部件組成。當司機操縱小閘時，通過分配閥的作用能單獨控制機車，使列車產生制動或緩解作用。動力制動裝置是利用牽引電機的可逆原理，在動車組需要減速時，將動車組轉換為制動工況，此時牽引電動機轉換為發電工況，并通過輪對將列車的動能變成電能。對電機產生的電能的不同處理方式，形成了不同方式的動力制動。動力制動的特點是速度低時制動力小，速度高時制動力大。因此動力制動特別適合于長大下坡道上進行恒功率制動，不但安全性比較高，可以縮短運轉時分，提高區間通過能力，還可以大大減少車輪和閘瓦的磨耗，而當進站停車速度低到30km/h以下時，動力制動的制動力就很小了，因此必須和空氣制動裝置配合使用。

2.動車組為什么要采取“空、電聯合制動模式，電制動優先”的方式？

答：動車組采用“空、電聯合制動模式，電制動優先”的方式可以在執行空氣制動時充分利用電制動力來減少基礎制動裝置的機械磨耗，大大地降低檢修成本，加快制動力上升速度，提高制動系統的可靠性和安全性，以達到延長基礎制動裝置的使用壽命及縮短制動距離的目的；同時也節約了電能，體現了空電聯合制動的優越性。

3.怎樣從概念上區分動力制動、電制動、再生制動？

答：動力制動是指利用動力傳動系統或其一部分產生制動力的制動方式。它包括電制動和空氣制動，電制動是指利用電力傳動裝置產生制動力的動力制動方式。電制動又分成再生制動和電阻制動兩種形式。再生制動是將牽引電機轉變為發電機，也即將列車動能轉化為電能，再將電能通過牽引傳動系統的變流器逆向變換，把三相交流電變成單相工頻交流電，再返回電網，實現能量再生。

4.分析車輪產生滑行的原因以及如何解決車輪滑行。

答：根據粘著條件可知，產生滑行原因不外乎兩個，一個是制動力過大，另一個是粘著降低。一般制動力在設計時已經考慮了設計粘著系數的限制，因此在制動時突然增大的可能性較小，唯一的可能是在電空配合的控制上存在不協調，所以只要合理設計電空配合控制，制動力過大的可能性就可以排除。然而，滑行的原因大多是由于粘著的降低，因此，可以采用主動防滑措施解決因粘著降低而造成的滑行；或者利用防滑器防止粘著制動因制動力過大而引起車輛滑行。

5.分析如何利用增粘技術改善粘著。

答：踏面清掃是改善輪軌接觸面粘著條件的有效方法。在制動時，使踏面清掃瓦貼靠車輪踏面，將踏面上的污濁物清掃干凈，恢復輪軌間應有的粘著狀態；同時，由于清掃瓦是用特殊的增粘材料制成的，所以在清掃踏面時，把微量的增粘材料附著在車輪踏面上，使輪軌間的粘著系數增加，可有效地改善粘著狀態。但并不承擔任何制動功能。

踏面清掃裝置為空氣式，清掃裝置的動作受控于踏面清掃控制系統的指令，它在車輪發生空轉滑行和速度在30km/h以上三種條件下實行。氣缸內為活塞和間隙自動調整裝置，活塞桿頭部I與閘瓦連接，閘瓦為樹脂合成材料。閘瓦可以方面地更換，打開閘瓦托座上的鎖閉裝置，就能將閘瓦由內向外的方向取出。

6.分析CRH2基礎制動裝置采用油壓卡鉗式盤形制動的優勢。

答：CRH2基礎制動裝置采用了空—油變換的液壓卡鉗式盤形制動裝置，即列車制動管的壓縮空氣需要經過增壓缸的轉換后，向制動卡鉗的小油缸輸出高壓油液，推動卡鉗活塞上的閘片夾緊制動盤形成制動力。其優點是：能夠通過制動控制系統滿足不同載重條件下對不同制動倍率（即制動力）的要求以及防滑要求；同時可以簡化制動單元的結構，取消復雜的杠桿構件和空氣單元制動缸；由于油是不可壓縮液體，空氣部分的容積變化小，壓力上升塊。

五、論述題：

1.答案要點：動車組是由帶動力的動車與不帶動力的拖車的旅客列車車組，具有以下特點：

（1）成組使用、編組固定；可單列運行，也可兩列連掛運行。

（2）按動力方式分有內燃動車組和電動車組，動力布置形式又分為動力集中和動力分散式動車組，現代高速動車組和地鐵動車組基本采用電動車組，并采用交流傳動。

（3）動車組中各車之間采用密接式車鉤，整體運用維修，大修前不解體。

（4）兩端均可操縱，不需轉向，任何一端均可控制動車。

（5）通過網絡或電纜實現同步牽引、同步調速、同步制動等重聯功能。

對動力分散的動車組而言，列車制動裝置是指動車制動裝置、拖車制動裝置的組合，它們共同形成完整的制動系統。它包括兩個部分：制動控制系統和制動執行系統。制動控制

系統由制動信號（或指令）發生與傳輸裝置和制動控制裝置組成；制動執行系統通常稱為基礎制動裝置，包括閘瓦制動和盤形制動。因此，上述（1）、（2）、（4）、（5）都對制動系統影響較大。

2.答案要點：根據粘著條件可知，產生滑行原因不外乎兩個，一個是制動力過大，另一個是粘著降低。一般制動力在設計時已經考慮了設計粘著系數的限制，因此在制動時突然增大的可能性較小，唯一的可能是在電空配合的控制上存在不協調，所以只要合理設計電空配合控制，制動力過大的可能性就可以排除。然而，滑行的原因大多是由于粘著的降低，主動防滑的主要措施就是圍繞粘著做文章，被動防滑圍繞制動力過大做文章。

1)采用減速度控制技術；

2)利用增粘技術改善粘著；

3)首車制動減速模式；

4)撤砂增粘。

被動防滑的主要方法就是利用防滑器來改善輪軌運行狀態。

3.答案要點：粘著系數的影響因素主要有兩個：列車運行速度和車輪、鋼軌的表面狀況；輪軌間表面狀況包括：干濕情況、臟污程度、是否有銹、是否撒砂以及砂的數量和品質等等。輪軌的濕度、臟污程度又與天氣、環境污染狀況和制動裝置形式(有無踏面或軌面清掃設備)等因素有關。列車運行速度對粘著系數的影響主要是：隨著制動過程中列車速度的降低，沖擊振動以及伴隨而來的縱向和橫向的少量滑動都逐漸減弱，因而粘著力和粘著系數也逐漸增大，其增大的程度與機車車輛動力性能、軌道的情況等有關。因此，（1）現代高速動車組多采用動分散模式，在牽引與制動工況下，能夠充分利用粘著；

（2）動車組均設置了高性能電子防滑器進行防滑控制，以便充分利用粘著；

（3）采用增粘裝置（車輪踏面清掃裝置）以提高粘著系數；

（4）采用撒砂裝置；由于動車組運行環境不同，在惡劣條件下，可通過撒砂系統有效

改善輪軌接觸面的工作環境，改善粘著系數，提高動車組運行品質。

4.答案要點：盤形制動又稱為摩擦式圓盤制動，是在車軸上或在車輪輻板側面裝設制動盤，用制動鉗將合成材料制成的兩個閘片緊壓在制動盤側面，通過摩擦產生制動力，把列車動能轉變成熱能，耗散于大氣之中。

優點：

(1)可以大大減輕車輪踏面的熱負荷和機械磨耗。

(2)可按制動要求選擇最佳“摩擦副”，制動盤可以設計成帶散熱筋的，旋轉時使其具有半強迫通風的作用，以改善散熱性能，適用于高速、重載列車。

(3)制動盤平穩，幾乎沒有燥聲。

不足：

(1)車輪踏面沒有閘瓦的磨刮，輪軌粘著將惡化。所以，為了防止高速滑行，既要考慮采用高質量的防滑裝置，也要考慮加裝踏面清掃器，同時采用以盤形為主、盤形+閘瓦的混合制動方式，來有效縮短制動距離。

(2)制動盤使簧下重量及其引起的沖擊振動增大；運行中還要消耗牽引功率，速度愈高，這種功率損失也越大。

5.答案要點：

軌道電磁（磁軌）制動與軌道渦流制動都屬于非粘著制動。磁軌制動就是通過講車輛轉向架上的磁鐵吸附在軌道上并使磁鐵在軌道上滑行產生摩擦制動力的制動。而軌道渦流制動是將電磁鐵落到距軌面7～10mm處，電磁鐵與鋼軌間的相對運動引起電渦流作用形成制動力。

磁軌制動的制動力取決于磁鐵長度、磁鐵對鋼軌的吸引力、軌道與極靴間的摩擦系數。

在速度為250km/h時，每組磁軌制動體的制動力可以達到3～3.5kN。每輛車若裝4組電磁鐵，在高速下可實現0.25m/s2的制動減速度。由于磁軌制動對鋼軌磨耗大，故不作為常用制動方式，只在緊急制動情況下使用。

磁軌制動與輪軌間粘著系數無關，故受氣候影響較小。使用磁軌制動還可改善輪軌粘著，在相同情況下，采用磁軌制動的列車比不采用磁軌制動的列車可提速40km/h以上。

當軌道渦流電磁鐵與軌道間隙為7mm、速度為250km/h時，28kW的勵磁功率可產生7.2kN的制動力。渦流制動對電磁鐵與鋼軌的氣隙很敏感，氣隙每變化1mm,制動力變化10%，隨著速度的增加，電磁鐵與鋼軌垂直吸引力增加。其優點：鋼軌無磨耗，高速時制動力大，可控制，結冰時有制動力；缺點：功耗大，1m：37kW，鋼軌嚴重發熱，50km/h以下不能工作，對軌道電路有影響，增加簧下質量2.4t。適用無縫軌道線路，采用LZB信號系統。

6.答案要點：飛輪儲能是具有廣泛應用前景的新型機械儲能方式，也被稱為機械電磁。

它的基本原理是由電能驅動飛輪加速到高速旋轉，電能轉變為機械能儲存，當需要電能時，飛輪驅動電動機作發電機運行，飛輪減速，將動能轉換成電能。飛輪的升速和降速，實現了電能的存入和釋放。

我國對飛輪的研究，始于1993年，最早研究儲能飛輪的實驗室建于1995年。在理論分析及模型試驗方面也已取得了一定的進展。1997年國內研制出第一套復合材料飛輪系統，轉子重8kg,直徑23cm,1998年成功運轉到48000r/m，線速度580m/s，實現充放電。

1999年國內有關單位研制出第二代飛輪，重15kg,直徑30cm，于2001年4月成功運轉到70000r/m,線速度650m/s，儲能量0.5kW·h。

飛輪儲能系統是一種具有光電一體化的高新技術產品，它能在較短時間內儲存制動過程列車的動能，并能在需要的瞬間輸出強大的電能以滿足車輛起步加速時的需要，大大提高了車輛的動力性能。

內燃動車組在制動能量回收和將其用于輔助傳動裝置中具有較大的潛力，實現制動能量回收是進一步提高內燃動車組的經濟性的有效途徑之一，利用具有制動能量回收功能的復合動力傳動裝置回收能量并加以利用，可以節約29%的燃料。

第五篇：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:

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