基于运用实际的动车组关键部件服役期可靠性研究的思考及建议*

2021-11-25唐辉，余飞，杨榆

科技创新与应用 2021年33期

唐辉，余飞，杨榆

（中国铁路广州局集团有限公司广州动车段，广东广州511483）

我国高铁营业里程已超过2.5万公里，占世界三分之二，动车组保有量已超过3000标准组，部分动车组服役时间接近或超过10年。随着动车组服役时间的增加，动车组部件在服役期里的可靠性问题已愈发引人关注，同时，结合中国铁路总公司“强基达标、提质增效”的思路，如何安全、经济的维修动车组已成为当前急需解决的问题。传统的可靠性分析方法，是基于对故障数量的统计分析，此方法对设备进行可靠性分析评估时，首先需收集足够的失效数据（故障数据），以此为基础进行可靠性分析，找到部件失效与服役时间之间的规律。然而，我国高速动车组是先进技术装备的代表，关键部件的可靠性相对高，寿命也越来越长，在有限的时间内很难收集足够的失效数据。本文即从动车组运用检修实际，分析开展动车组服役期可靠性的方法及存在缺陷，并结合实际提出解决方法，为全面开展动车组部件可靠性分析提供支撑。

1 基于动车组运用检修实际的部件服役期可靠性方法研究

动车组部件种类相当多，各类部件本身工作机理、工作环境、工作频次均存在较大差异，因此，对待不同的部件应采取不同的服役期可靠性研究方法。

1.1 通过跟踪，找出磨耗规律

对于磨耗类部件，通过分别对不同速度等级的动车组碳滑板、闸片、轮对的磨耗情况进行跟踪，采取有效精确的数据处理方式，找出磨耗规律。分析思路如图1所示。

图1 分析思路

针对闸片，采用“磨耗量（mm）÷总走行公里（km）”对比的方式，没有考虑制动施加次数这一主要因素引起的磨耗差异，得出的结论参考意义不大。基于此，考虑到动车组运行时施加的制动绝大部分为正常的停站所需制动（当然也有可能意外停车、限速等，但相对正常停站数量小得多，而且随着数据样本的不断增大，意外停车、限速的制动所占影响理论上可以忽略不计），因此可以采取如下分析方法：跟踪某一周期内动车组闸片磨耗量以及总的停站数量（可将其当成制动次数），采用“磨耗量÷总停站数量”，得到动车组正常情况下“单次制动”闸片的磨耗量以及更为准确的闸片磨耗预测模型。

1.2 通过性能检测的方式，研究部件性能的退化规律

此类部件在工作机理上属于性能耗损型，在车组上或地面设备安装能检测其直接性能的检测装置，且数据能实时得到。或是通过其他方面的参数间接反应该部件性能参数的部件。基本的开展方式流程如图2所示。

图2 开展方式流程

此类部件可以通过收集不同运用公里数或时间的性能参数，通过数学工具得到性能变化的拟合曲线，由已发生的数据预测未来的趋势走向。并可以通过加速老化试验、持续跟踪等方式来不断验证和修正曲线的准确性，流程如图3所示。

图3 具体流程

以CRH380B型动车组为例，选取的关键部件与对应的检测方法列表如表1所示。

表1 关键部件与对应的检测方法

1.3 通过故障发展规律来分析部件发展

此类部件在工作机理及失效形式上属于过应力型，其在失效前无法从性能的变化预判出来，如表2所示。如部分机械结构部件的过应力型失效机理。

表2 部分机械结构部件的过应力型失效机理

2 开展可靠性研究存在的困难及解决方案

2.1 部分系统及部件的关键工作参数未能落地

实际研究过程中，边门系统、牵引系统、制动系统的运行过程数据因为技术封锁或车组MVB网络容量的限制，没有实时的传输至MVB网络，导致数据无法落地，而这些数据中，有大量能体现部件性能情况的数据。

解决方案：一方面在动车组存放地点建设无线AP系统，改进此类系统的控制器，使其具备存储并无线发送数据至地面AP系统的作用。基于此方案，目前广州局已经开始着手建设试点。另一方面，增加动车组传输数据的能力，采取控车数据与关键系统运行的过程数据分开，两套网络传输系统并存。

2.2 各系统测量的性能数值没有规范管理

动车段日常检修中，对各系统测量的性能数值没有规范管理，也未综合利用。这类数值包括齿轮箱润滑油化验数据、边门系统尺寸测量、蓄电池电压测量、减震器测量数据等。

解决方案：对动车组检修过程实现信息化过程管理，将检修过程中的相关测量参数规范化录入系统管理，便于动车组健康管理平台进行大数据分析。

2.3 部件性能检测装置少

动车组本身针对部件性能检测的装置太少，目前仅有各类轴承温度类、冷却循环温度类等，还没有振动、绝缘性等性能参数的检测装置。

解决方案：开展拓展智能检测手段研究。如针对关键部件可靠性影响因素，有目的地增加状态过程检测设备。比如研究通过增加相应振动传感器，采集振动数据对轴箱轴承和齿轮箱早期故障、轮对多边形进行预警分析；普及轨边声学检测系统（TADS）等与动车组运行相关的、非动车组自身设备的状态检测装置，提高轴箱轴承等部件可靠性模型的准确性。