动车组部件修程修制优化方法初探与实践.pdf
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1、Vol.43 No.42023Aug.第 43 卷第 4 期2023 年 8 月铁 道 机 车 车 辆RAILWAY LOCOMOTIVE&CAR动车组部件修程修制优化方法初探与实践杨兆禹1,钱小磊1,李雷1,艾厚溥2,许志泉3(1 北京纵横机电科技有限公司,北京 100094;2 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所,北京 100081;3 中国铁路上海局集团有限公司 上海动车段,上海 201812)摘 要 通过对动车组部件修程修制优化方法进行研究,建立以确定优化目标、可行性分析、地面验证、实车验证、形成结论等为核心环节的技术路线。从同类产品横向对比、设计冗余分析、失效模式及影响分
2、析、失效应对措施分析、故障率/性能衰变规律统计分析、优化经济性分析等多个维度进行可行性评估;通过台架疲劳试验研究部件的剩余使用寿命,评估可否满足周期延长的需要;采取小批量验证阶段评审扩大验证总结评审的分阶段实车验证策略,最后形成优化结论。关键词 动车组;部件;修程修制;优化;方法中图分类号:U269.4+3 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1008-7842.2023.04.22伴随着高速铁路的快速发展,我国铁路机车车辆装备现代化也取得了长足发展,以复兴号动车组为标志的新一代铁路移动装备各项技术指标已处于领先水平。据有关统计数据,截至 2020 年底,全路动车组拥有量达
3、3 918 标准组1。面对如此庞大的动车组数量,如何建立中国特色铁路机辆运维标准体系,在确保运输安全的前提下提高运输效率、实现提质降本增效,进而推动铁路高质量 持 续 健 康 发 展,已 成 为 迫 切 需 要 研 究 的 课 题。与世界先进水平相比,我国动车组整车和部件检修仍部分存在检修周期间隔偏低、全寿命周期内检修频次偏高,检修项目和标准制定存在过度检修的问题。动车组检修规程制定早期主要依据制造企业提供的用户手册,由于运维经验少、数据不足,部 分 零 部 件 检 修 标 准 设 置 过 于 严 苛 和 保 守。对比不同车型同类部件同级别修程,检修范围和标准差异较大。为实现进一步优化动车组部
4、件的检修周期、检修范围和检修标准,坚持以确保质量安全为前提,尊重科学、把握规律、研究建立一套科学、合理、经济的修程修制优化方法非常必要。文中以此为目标,对动车组部件修程修制优化方法进行了系统研究,并结合实际案例进行说明。1 修程修制优化项目 修程修制,狭义上指维修范围、方式、标准、周期、级别、策略等维修规程和制度方面的安排;广义上是“人、机、料、法、环、测”等维修资源的系统配置工程,还包含“人、财、物”等的分配制度和管理模式。修程修制不仅包含技术范畴内容,还是技术、经济和管理工作的综合体现。按照狭义的修程修制定义,目前动车组部件修程修制优化主要包括部件检修周期、检修方式、检修标准的优化项目2。
5、(1)检修周期延长:检修方式不变,延长相应检修周期。一般包括 2 类:一类是匹配整车高级修运用与检修基金项目:中国铁道科学研究院集团有限公司基金课题(2020YJ199)第一作者:杨兆禹(1985-)男,工程师(修回日期:2021-11-30)通信作者:钱小磊(1987-)男,高级工程师文章编号:1008-7842(2023)04-0132-07引用格式:杨兆禹,钱小磊,李 雷,等.动车组部件修程修制优化方法初探与实践J.铁道机车车辆,2023,43(4):132-138.第 4 期动车组部件修程修制优化方法初探与实践周期延长,如 CR400AF/400BF 平台动车组轴箱轴承分解检修周期由
6、132 万 km/3 年延长至 165 万 km/3 年;二类是延长至下一个或后续的高级修修程实施,如 CRH2A/2C/380A 平台动车组车钩缓冲装置分解检修周期由 120 万 km/3 年延长至 240 万 km/6 年。(2)检修方式优化:部件检修方式大体上可分为状态检修、分解检修、更新 3 种。检修方式优化一般是更新优化为分解检修或状态检修,分解检修优化为状态检修,如牵引、制动、网络控制板卡480 万 km 修程由板卡更新优化为状态检修。某级修程的检修方式优化,也相当于原检修方式的周期延长,如本例板卡相当于更新周期延长。(3)检修标准优化:如车体油漆,给排水及卫生系统,座椅、餐车、内
7、门、墙板、扶手、吧区等内装设备的检修标准优化。目前开展的动车组部件修程修制优化主要项目分类详见表 1。2 研究方法及应用 2.1基本技术路线借鉴以可靠性为中心的维修(RCM)理论在决策、失 效 模 式 及 影 响 分 析、风 险 评 估 等 方 面 的 方法3-5和近些年持续开展的修程修制优化实践经验6-8,研究制定了动车组部件修程修制优化技术路线,从总体上可分为:确定优化目标、可行性分析、地面验证、实车验证、形成结论等 5 大核心环节,技术路线如图 1 所示。其中,可行性分析是开表 1动车组部件修程修制优化主要项目类别检修周期延长检修方式优化项目轴箱轴承、橡胶节点中间车钩齿轮箱牵引、制动、网
8、络板卡牵引变流器 IGBT外风挡、侧门、自动车钩油压减振器空调机组空调组件现行周期/方式按现行检修周期120 万 km 分解检修480 万 km 更新240 万 km 更新或分解检修120 万 km 分解检修240 万 km 分解检修480 万 km 基本更新优化目标匹配整车延长后周期240 万 km 分解检修480 万 km 状态检修240 万 km 状态检修120 万 km 状态检修240 万 km 状态检修480 万 km 部分状态修备注:120 万 km、240 万 km、480 万 km 为里程周期名义值,整车高级修周期延长后将随之变化。图 1动车组部件修程修制优化技术路线图133铁
9、 道 机 车 车 辆第 43 卷 展修程修制优化的重要前提,项目必须经过充分的分析论证、安全评估、失效及应对措施预判、优化经济性评估等,确定可行后才可开展后续的地面验证、实车验证工作。如果在验证过程中发现优化的可行性较差或难度较大,不仅将导致项目的验证失败,还有可能由于故障率明显增高、性能衰退不可控等,给正常的车辆运用和运输生产组织带来额外的风险和压力,不仅没有达到降本增效的目的,反而增加了风险防控成本、降低了效率效益。因此,对动车组部件开展修程修制优化,一定 是 建 立 在 优 化 可 行 或 基 本 可 行 的 结 论 基 础 之上,才能开展下一步试验验证工作。可行性分析一般包括同类产品横
10、向对比、设计冗余分析、失效模式及影响分析(FMEA)、故障率/性能衰变规律统计分析、失效应对措施分析、优化经济性分析等主要环节。可行性分析的结论一般有 3 种:可行,可以直接实施;基本可行,需要验证;不可行。经统计,目前开展的大部分项目属于基本可行/需要验证类。验证一般采取地面验证和实车验证 2 种方法。地面验证主要是通过理论或仿真计算评估部件检修周期延长后本身性能衰变的情况及对动车组整车性能的影响,对于更新周期延长的部件,尤其是机械及橡胶类部件,则通过台架疲劳试验的方式研究部件的剩余使用寿命,评估是否满足检修周期延长的需要。地面验证通过后开展实车验证,实车验证需要制定相应的跟踪验证方案,包括
11、验证车组选取、运用跟踪项点、抽检测试项目、检修数据统计、应急处置措施等。实车验证的阶段划分一般是先小批量验证,验证结束进行阶段总结评审,评审通过后再扩大验证,扩大验证结束后进行总结评审,评审通过后形成最终结论。2.2技术路线核心环节及研究应用实例2.2.1确定优化目标动车组部件修程修制优化目标或方向的提出主要来自 2 个方面的需要:一类是匹配整车高级修周期延长的需要,例如 CR400AF/400BF 平台动车组三级修周期目标延长至 165 万 km、四级修周期目标延长至 330 万 km,相应地需要研究轴箱轴承的分解检修周期由 132 万 km 延长至 165 万 km、更新周期由 264 万
12、 km 延长至 330 万 km 的方案;二类是随着运用检修经验的积累,对产品全寿命周期质量变化和性能演变规律的认识逐步加深,原有的修程修制存在过度修等不合理、不经济的问题,通过进行一定的优化,在确保运用安全的前提下实现减少全寿命周期检修频次、降低检修成本、提高效率效益的目的。例如橡胶外风挡的设计寿命一般为 12 年左右,某型动车组检修规程规定外风挡四级修(约 56 年)更新,极大浪费了剩余寿命;再如某型动车组检修规程规定外风挡四级修分解检修,其主要工作是重新喷漆,返厂检修周期需要25 天左右,而根据统计,外风挡到四级修时胶囊漆膜的破损程度、破损率与三级修相比未发生较大变化,从检修必要性和修时
13、 2 方面考虑外风挡四级修有必要由分解检修优化为状态检修。2.2.2可行性分析动车组部件修程修制优化可行性分析一般包括同类产品横向对比、设计冗余分析、失效模式影响分析(FMEA)、失效应对措施分析、故障率/性能 衰 变 规 律 统 计 分 析、优 化 经 济 性 分 析 等 主 要环节。(1)同类产品横向对比以牵引板卡为例,目前不同车型动车组的牵引板卡在同一 480 万 km 修程的检修范围和检修要求差别较大,CRH1A、CRH3C/380B 平台动车组牵引 板 卡 主 要 进 行 板 卡 性 能 测 试 和 更 换 电 池,CRH2A/2C/380A 平台动车组规定更新整个牵引控制单元,CR
14、H5A 平台动车组要求更新牵引板卡大部分的元器件、电池并进行性能测试。此外,瑞典Regina 动车组、日本新干线动车组的牵引板卡均是执 行 状 态 检 修,故 障 或 性 能 测 试 不 合 格 时 更 新。相 比 之 下,CRH2A/2C/380A、CRH5A 平 台 动 车 组牵引板卡 480 万 km 修程检修有一定的优化空间,动车组牵引板卡检修要求横向对比见表 2。(2)设计冗余分析动车组车体、转向架、制动、电气等系统的关键部件,对安全性、可靠性要求极高,产品在设计制 造 期 间 即 采 用 了 安 全、功 能、寿 命 等 的 冗 余 设计,有的系统具备故障导向安全、测试性设计和故障自
15、诊断功能,为开展修程修制优化奠定了一定的源头基础。如车下设备吊装结构件安装强度裕量大,并134第 4 期动车组部件修程修制优化方法初探与实践采 用 多 点 悬 挂 冗 余 设 计,满 足 疲 劳 强 度 要 求;CR400AF 平台动车组某型号轴箱轴承理论计算寿命大于 360 万 km,满足整车四级修的周期延长至330 万 km 的需要;橡胶节点设计寿命为 68 年,动车组四级修周期延长后一般不会超过 6 年,橡胶节点更新周期理论上能够满足整车延长需要;主供风单元采用冗余设计,单套主供风单元工作能满足列车用风设备供风需求;制动板卡设计时充分考虑了故障导向安全原则,在电源和通信部分电路采用了冗余
16、设计,且可结合高级修性能测试进行故障预防,这些都为修程修制优化提供了保障。(3)失效模式、影响及应对措施分析失效模式及影响分析(FMEA)是开展动车组部 件 修 程 修 制 优 化 的 重 要 环 节。通 过 FMEA 分析,可以对部件检修优化后(如周期延长阶段)的可能失效形式提前预判。对于失效后果影响严重的(如影响安全和运营秩序的)部件,要制定严密的跟踪验证方案和应急处置措施,做好风险防控;对于失效后不影响动车组正常运行的部件,则可根据情况选取较大样本量的车组进行试验验证。例如,某车型动车组齿轮箱分解检修周期由120 万 km 延长至 240 万 km,根据前期运用及检修数据,齿轮箱在延长期
17、间可能发生的故障模式有异常振动、异响、渗油、润滑油发黑、齿面磨损、轴承损坏等,且随着运营里程的延长,与优化前相比故障率有升高的可能。为此,在实车跟踪验证过程中需借助齿轮箱轴温、振动监控系统进行实时监控,利用地面 TEDS 系统进行检查监控,结合一、二级修对齿轮箱渗油状态、润滑油颜色等进行重点检查,定期进行齿轮箱润滑油化验,掌握齿轮箱内部的磨损情况等,防止安全事故的发生。而对于失效后不影响动车组正常运行的部件,如外风挡、空调、板卡、牵引变流器 IGBT(失效后可切除动力车维持运行)等,则可以适当选取较大样本量的车组进行验证。(4)故障率/性能衰变规律统计分析动车组部件修程修制优化的本质是改变现行
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