基于FMECA的轨道车辆转向架预防性维修优化研究

张冬梅

摘要：以某城市转向架结构相同的4条线路列车转向架运行数据为基础，基于FMECA分析方法对转向架主要故障模式进行故障原因、故障后果及在不同运营里程阶段的故障危害度分析，根据关键部件在不同里程的危害度分析结果对现有转向架预防性维修计划进行对比分析，进而调整维修项点及其维修级别，最终达到提高预防性维修方法的合理性。

关键词：轨道车辆;转向架;FMECA;预防性维修

0  引言

转向架是城市轨道车辆的走行装置，具有承载、牵引、减振、导向等重要功能，其可靠性决定了车辆走行的稳定性和安全性。在实际运行中列车转向架一旦发生严重故障，将导致列车晚点、线路瘫痪，甚至造成人员伤亡。因此，对转向架进行可靠性分析研究，对保证运营安全、提高维修效率和避免不必要的损失等具有重要意义。

本文以某城市转向架结构相同的4条线路列车转向架运行数据为基础，按一定原则进行数据筛选，对转向架各子系统运营过程中的故障数据进行分析，基于可靠性分析模型进行可靠度分析，为预防性维修计划进行优化提供依据。

1  可靠性数据分析

FMECA（Failure Mode Effects and Criticality Analysis）即故障模式、影响和危害度分析包括FMEA（故障模式、影响分析）和CA（危害度分析）两部分。FMEA为定性分析，CA为定量分析。FMEA的目的是分析对象的故障模式、故障原因和可能导致的后果，并采取必要的改进措施。CA是分析每一故障的严重程度及该故障模式发生的概率所产生的综合影响，以便全面评价各故障模式的影响。

某些故障模式虽然发生的频次不高，但可能是致命性的，因此，需要在故障模式分析的基础上结合故障模式危害度进行综合分析，以评估产品中所有可能出现的故障模式的影响。严重度等级为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

Ⅰ：可能导致系统功能丧失，危及行车安全，导致人员伤亡;

Ⅱ：影响行车安全，可能导致主要部件性能下降;

Ⅲ：不影响行车安全，造成行驶或性能下降;

Ⅳ：不会导致行驶或性能下降，不需要更换部件。

故障模式危害度计算公式为：

式中：

αj——故障模式相对频率;

βj——故障影響概率;

λp——故障率;

t——工作时间。

本文故障影响概率βj的取值是根据经验判断得到的，通常取值为（0，1）[3]，产品肯定发生故障的取值为1;很可能发生故障的取值为（0.1，1）;不可能发生的取值为（0，0.1），对产品无影响的取值为0。

2  转向架FMECA分析

本文进行FMECA的主要目的，是分析轨道车辆转向架的主要故障模式及其影响，以及在不同运行里程阶段的危害度，为优化预防性维修计划提供依据。

以我国某城市转向架结构相同的4条线路列车（共100列车，平均运行5年）的转向架运行数据为基础，统计分析转向架正线运行和库内维修的故障数据按各单位运行里程（每50000km）进行统计。

2.1 转向架FMECA分析表

转向架包括轮对轴箱定位装置、中央悬挂装置、构架及附件安装、管路及配线、一系悬挂装置、基础制动装置、电机、齿轮箱传动装置和联轴节等驱动装置。转向架主要部件的FMECA分析表如表1所示。

由表可知垂向减震器、联轴节、牵引电机、轮对的危害度较大，在维修中应给予重视。

2.2 故障模式在不同里程的危害度分析

转向架部件的故障率是随列车运行里程变化而变化的，因此转向架部件故障模式的危害度也随列车运行里程而变化。对危害度变化规律的分析是优化转向架在各运行里程维修计划的基础。

以每50000km为单位统计故障模式在不同里程的数值，计算得出垂向减震器的故障模式主要集中在[10，35]万公里;联轴节的故障模式[0，20]万公里;牵引电机故障模式主要集中在[5，20]万公里;轮对的主要故障模式集中在[5，20]万公里;水平梁和构架的故障模式规律性不强;齿轮箱故障模式主要集中在[30，35]万公里，其他部件危害度不大。

3  转向架维修计划的分析

优化各部件或维修项点的维修周期，各部件的故障率、危害度或其故障模式的危害度是随着列车运行里程变化而变化的，在各里程区间，可根据各部件危害度或其故障模式危害度的变化情况，调整维修部件和维修项点的维修周期。

通过对转向架进行FMECA分析，可确定转向架的维修优化方案。减少这些部件某些故障模式的危害度，提高转向架的运用可靠性。优化方案如下：

垂向减震器：在C类修时，重点检查紧固件状态检查，无松动;是否有漏油征兆。

联轴节：维修时重点检查联轴节安装情况，是否有松动漏油。

轮对：其C类修可延后至10万公里，检查车轮踏面状态。

牵引电机：维修中增加牵引电机功能测试的维修项点，在[10，15]万公里运行里程内，重点检查电机功能状况，并视情进行预防性更换。

其他维持原计划不变。

4  结论

本文通过对我国某城市转向架结构相同的4条线路列车（共100列车，平均运行5年）的转向架运行数据，进行统计转向架正线运行和库内维修的故障分析，基于FMECA（故障模式、影响及危害度分析），对城市轨道交通车辆转向架运营过程中的故障数据进行分析，根据故障原因、后果及在不同运营里程阶段的故障危害度等分析结果对转向架现有检修计划进行优化，进而调整检修项点及其检修级别，最终达到了提高检修体制的合理性。

参考文献：

[1]张成光，郭振通，黄挺.基于故障模式、影响及危害度分析（FMECA）的地铁车辆检修工艺优化方法[J].城市轨道交通研究，2017（10）：74-75.

[2]董锡明.机车车辆运用可靠性工程[M].北京：中国铁道出版社，2002.

[3]董锡明.轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性[M].北京：中国铁道出版社，2009.