动车组轴箱及定位装置故障模式分析及风险评估_朱亚男.pdf

引 用 格 式：，.，（）：，朱亚男，李冰毅，房楠，等动车组轴箱及定位装置故障模式分析及风险评估 甘肃科学学报，（）：，：动车组轴箱及定位装置故障模式分析及风险评估朱亚男，李冰毅，房楠，崔晶（西安铁路职业技术学院，陕西 西安 ）摘要动车组转向架的检修质量直接关乎行车安全，轴箱及定位装置作为转向架重点部件，为提高其检修品质，对轴箱装置的可靠性进行分解，并根据实车故障数据分析制定了轴箱及定位装置故障先验模式，再结合三维仿真分析和实车数据完善了轴箱装置故障后验模式，同时推导了其故障风险顺序数（）的计算权重，设计了计算方法，将实车故障数据按故障模式和 进行归纳整理，得出轴箱及定位装置不同种类故障的针对性检修方法，对指导优化轴箱装置的维修策略，提高其检修品质有着积极的促进作用。关键词动车组轴箱及定位装置；故障模式；风险评估；风险顺序数中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）在建成现代化铁路强国的目标下，保障动车组列车的检修质量并优化其维修策略显得尤为重要。转向架作为列车机械部分的重要组成结构，其检修品质直接关乎行车安全，是列车机械部分的重点维护对象。轴箱装置是转向架中受力关系最复杂的结构之一，因此也是故障高发部件。研究轴箱及定位装置故障的产生原因，分析其故障模式并评估风险，对于指导优化轴箱装置的维修策略，提高其检修品质有着积极的促进作用。轴箱装置的可靠性框图动车组的轴箱装配中包含轴箱和定位装置，当且仅当轴箱装配中的个部件全部正常工作时，轴箱装置才能正常工作，具体情况见图。轴箱装置故障模式分析轴箱装置故障先验模式根据某动车段动车组检修故障数据库，以动车组走行 天为统计周期，经过整理和统计分析，将轴箱及定位装置常见的故障模式归纳为大类：工作状态异常或作用不良；：表面损伤（含磨损、擦伤等）；：变形、尺寸超差；：裂纹（含外部裂缝和内部疲劳裂纹）；：断裂、损毁。图轴箱及定位装置装配结构可靠性框图 设轴箱及定位装置发生故障的概率为（），将过往数据整理统计得到的类故障先验发生率分第 卷第期 年月 甘 肃 科 学 学 报 收稿日期：；修回日期：基金项目：陕西省教育厅 年度自然科学类专项科研计划项目“基于移动互联技术的动车组转向架运用检修虚拟仿真操作平台开发”（）作者简介：朱亚男（），女，甘肃庆阳人，硕士，讲师，研究方向为智能测控、动车组运用与维护。：别设为（），根据贝叶斯先验分布估计，则有轴箱及定位装置故障全概率计算式，即（）（）（），。（）以某型动车组为例，其轴箱及定位装置在统计周期内共发生故障 次，具体故障模式见图。图轴箱及定位装置故障统计 在统计周期内，轴箱及定位装置的 故障共发生 次，占总故障数的 ；故障发生 次，占总故障数的；故障发生 次，占总故障数的 ；故障发生 次，占总故障数的 ；故障发生 次，占总故障数的，故类故障先验发生率分别为（）.、（）.、（）.，（）.、（）.。轴箱装置故障后验模式综上可以看出，轴箱及定位装置故障以 类故障为主，即轴箱装配部件的变形及尺寸超差是主要高发故障。为分析轴箱及定位装置各部件的故障关联规律，对轴箱装置的运动和受力情况进行三维仿真分析（见图）。图轴箱及定位装置受力分析 由图可知，轴箱装配在轮对上，是轮对和构件的连接体，因此其受力关系就存在轮对和构架的多元约束关系，具体表现为：在轮对横向运动时，轴箱会随之横动，但横动幅度受到构架横向止档的约束；在轮对受到垂向冲击振动时，轴箱也会随之上下运动，垂向振幅与轮对一致；轴箱弹簧可利用垂向的压缩形变来缓和垂向冲击，减震器可衰减垂向振动，因此构架受到的垂向振动能量要比轴箱小；轴箱转臂会受到纵向的推挽力，因此转臂定位销有可能产生此方向挤压变形。设为轴箱装置的运动函数合集，可以表述为，（）其中：为横向运动函数，其赋值受轴箱止档限制；为垂向运动函数，取值无限制；为纵向运动函数，在动车组轴箱装置中取值固定为。综上，将轴箱及定位装置的故障表现归纳为类：作用不良故障。即与运动函数无关，主要包括制造质量问题、环境问题或操作维护不当等原因引起的设备作用异常（含先验故障模式、）。：运动故障。即与轴箱运动函数相关，由轴箱的垂向、横向运动及纵向受力引发的振动异常、温升异常、磨耗、裂纹、断裂等故障（含先验故障模式、）。设轴箱及定位装置故障后验概率为（）（，），计算公式为（），（）（）（），（）（）（）（）（）。（）经后验概率计算可知，类故障发生概率高达 ，因此轴箱装置故障多为运动引发，部件的变形和尺寸超差多为异常振动导致的过度磨耗。轴箱装置故障风险评估故障风险评估采用风险顺序数（，）对轴箱及定位装置进行故障风险分析。从个方面进行综合评估：（）故障发生度（，）以故障发生概率对故障发生度进行赋值，具体见表。（）故障严重度（，）以故障发生后的影响程度对故障严重度进行量化赋值，具体见表。第 卷朱亚男等：动车组轴箱及定位装置故障模式分析及风险评估表故障发生度（）赋值 （）故障发生概率等级赋值单一故障模式发生概率单一故障模式发生概率单一故障模式发生概率 单一故障模式发生概率 单一故障模式发生概率 单一故障模式发生概率 表故障严重度（）赋值 （）故障影响程度赋值不会导致停运或性能下降，不需要更换部件，可在短时间内修复不影响行车安全，不会导致性能下降，可在短时间内修复影响行车安全，会导致主要部件性能下降，且不能在短时间内修复可能导致系统功能丧失，危及行车安全，甚至导致人员伤亡（）故障检测度（，）以故障能被检测出来的难易程度对故障检测度进行量化赋值，具体见表。表故障检测度（）赋值 （）故障检测标准赋值由人感官就可感知到故障，容易检测需要通用设备进行简易诊断或在线试验需要测试仪器进行精密诊断或离线试验根据、计算故障风险顺序数（），一旦故障风险数超过列车的临界值，这说明故障危害较大，反之则较小。对于动车组轴箱及定位装置故障，由于部分故障危害较大（），但发生概率并不高（），一旦发生很容易检测出来（）。可以看出，轴箱及定位装置故障虽然发生概率低，检测也容易，但一旦发生，就会危及行车安全，因此其 计算中、影响的权重是不一样的。设严重度的影响权重是发生度 的倍，同时是可检测度的倍，发生度 影响权重为的倍，可以得到如下权重矩阵：。（）将权重矩阵进行归一化处理，得到其特征向量：.。（）由此得出轴箱及定位装置 计算式为 。（）轴箱及定位装置 临界值为 临界值.。（）取临界值为，将轴箱及定位装置故障风险进行量化分类，具体见表。表轴箱及定位装置故障风险（）量化分类 （）风险描述 值维修方式不需要采取任何措施事后修需进行一定改进状态修需要明确具体处理措施周期修需要从工艺到质检进行较大变更以上改进修轴箱及定位装置故障数据某型动车组轴箱及定位装置故障及影响分析数据见表和表，表是轴箱装置 类故障，表是轴箱装置 类故障。表动车组轴箱及定位装置 类故障及影响分析 （）故障部位故障描述频数 轴箱轴箱前盖划伤 轴箱盖橡胶盖无法固定 轴箱盖损坏 轴承渗油 轴温检测器传输不良 轴温检测器空开跳闸 测速信号故障并闭锁 速度传感器有裂纹 速度传感器橡胶挡板断裂 定位装置减振器漏油 轴箱弹簧橡胶丢失 定位节点档铁无间隙 定位销丢失 甘 肃 科 学 学 报 年第期表动车组轴箱及定位装置 类故障及影响分析 （）故障部位故障描述频数 轴箱轴箱体漏油 承载鞍螺栓松动 前盖螺栓断裂 轴温检测器破损 检测器线螺栓脱落 检测器密封圈破裂 传感器线松动 定位装置减振器螺套脱出 减振器上盖脱落 减振器螺栓松动 弹簧橡胶垫脱落 定位套上窜 定位圈脱落 定位螺栓垫片断裂 定位节点螺栓松动 定位节点座裂纹 对表、表中轴箱及定位装置故障进行关联性分析，统计情况见图。图轴箱及定位装置故障分类分析 由图可看出：作用不良类故障（）发生概率略低但危害普遍较大，应该采用状态修和周期修相结合的方式进行维护；运动类故障（）发生点基本符合轴箱及定位装置运动规律，可按规律定期排查，同时 类故障危害普遍不大，所以此类故障适合采用事后修和周期修相结合的方式。结论对动车组轴箱及定位装置进行了可靠性分析，重点研究了故障的先验模式和后验模式，并设计了故障风险评估方法，经实车数据验证得出以下结论：（）轴箱及定位装置故障发生频繁，在对某车型的统计周期内，共发生故障 次，其中设备作用不良类故障发生 次，运动类故障发生 次。（）作 用 不 良 类 故 障 总 和 为 ，值（即中等风险）的数量为，占比 ；运动类故障 总和为，值的数量为，占比，作 用 不 良 类 故 障 比 运 动 类 故 障 风 险更大。（）作用不良类故障种类多，不可预见性大且危害也大，因此适合采用状态修和周期修相结合的检修方法；运动类故障基本符合轴箱运动规律，可预先排查且危害相对较小，适合采用事后修和周期修相结合的检修方法。参考文献：董锡明 现代高速铁路维修新进展 铁道机车车辆，（）：马松华，董黎生动车组机械设备维护与维修四川：西南交通大学出版社，（）：，（）：王灵芝，徐宇工，张家栋基于设备有效度和可靠度的预防修经济优化模型机械工程学报，（）：王彩霞高速动车组主要零部件损伤规律及维修周期研究北京：北京交通大学，宋永顺基于故障数据分析的客车转向架运用维修策略研究北京：清华大学，王少敏动车组转向架关键零部件的故障规律及维修策略研究北京：北京交通大学，（下转第 页）第 卷朱亚男等：动车组轴箱及定位装置故障模式分析及风险评估 ，（，），；（本文责编：葛文）（上接第 页），（，），（），；（本文责编：冯婷）第 卷朱焕新等：基于混合 模型的农村公路服务质量评价