RAMS工程在CKD0A型機車轉向架研制中的實施

摘 要：轉向架是保證機車安全運行的關鍵部件之一，它對機車的安全性、平穩性、可靠性起著極其重要的作用。文章以我公司生產的CKD0A型出口機車為實例，介紹RAMS工程在機車轉向架研制中的實施。

關鍵詞：轉向架設計；RAMS要求；可靠性建模與預計；故障分析；維修性預計；可靠性工程試驗；故障信息閉環管理

Abstract： Bogie is one of the key parts of locomotive running safety， it plays an important role in the safety， stability and reliability of the locomotive. In this paper， we take the CKD0A type export locomotive produced by our company as an example to introduce the implementation of RAMS project in the development of the locomotive bogie.

Keywords： Bogie Design； RAMS requirement； RBD； FMECA； RCMA； RAMS Test； FRACAS

1 概述

RAMS工程的實施對設計、生產、運營、維修整個流程的起到了至關重要的作用。首先，機車車輛的工作環境嚴酷，對產品的可靠性水平要求高；機車的大提速對機車的安全、可靠、穩定運營提出了進一步的要求。現在我國大量引進國外的軌道裝備產品和技術，中車集團的企業開始了與國際領先公司的技術合作與配套供應，合作中，作為供應鏈上游的國外廠商，分別對我國企業提出了相應的RAMS要求，強制要求進行FMECA、FRACAS和LCC等各項工作。另外，軌道交通產品的使用和維護費用很高，往往超過了采購成本，通過RAMS技術的推動和運用，為LCC的分析控制提供了技術支持，權衡運營、維護、供應等方面要素，分析壽命費用的關鍵因素，降低壽命費用水平。

2 RAMS系統保證計劃

系統保證計劃（SAP）是為落實RAMS 要求制定的產品RAMS工作計劃。包括RAMS工作系統、RAMS 工作責任和工作計劃等，在CKD0A型機車項目投標的初期，我們根據業主的要求，結合機車的初步設計，建立了機車系統保證計劃。

3 整車產品RAM指標分配和初步危險分析

3.1 整車可靠性分配的目標

這是RAMS工程執行的第一步。在設計評審會上，對標書規定的可靠性指標進行分配。由于此車屬于新研制車型，新技術、新產品較多，零部件的可靠性數據資料不全，采用了專家評分法，請有經驗的專家和設計師對各個系統進行打分，綜合權衡，得到各系統的可靠性分配指標。

3.2 轉向架系統初步危險分析

根據系統保證計劃，進行初步危險分析，主要目的是確定危險源、危險事件、進行控制措施分析，之后在下一步的整車設計中盡可能的規避風險。依據GB/T-21562：2008的要求，風險分析如圖1所示。

4 轉向架系統可靠性建模與預計

可靠性預計是對轉向架零部件可靠性進行定量的估計，推測其可能達到的可靠性水平。預計分析主要使用的為WQS10.1工具軟件。

4.1 故障率數據來源

（1）對相似零部件的運行和故障數據進行可靠性評估；

（2）獲取供應商提供的外購件的可靠性數據。

4.2 任務可靠性建模預計

4.2.1 在計算單元MTBSF時，采用以下兩種方法

（1）相似產品法：MTBSF=■ T為統計車輛數*總運行小時，n為單輛車元件數量，r為任務期間故障次數。（適用范圍：存在相似產品，并且相似產品有充分的可靠性數據）

（2）置信公式法：MTBFL=■ 置信度r取0.6 （適用范圍：存在相似產品，相似元件歷史任務故障數為0）

4.2.2 根據轉向架的功能關系，建立可靠性框圖

模型如圖2所示。

針對圖2中的單元輸入可靠性數據：構架裝配MTBSF-7780000（共統計類似車型300輛，600個構架裝配09年-13年累積平均運營時間3888000小時共發生1次任務故障），輪對裝配MTBSF-2120000（共統計類似車型300輛，1800個輪對裝配09年-13年累積平均運營時間3888000小時共發生11次任務故障）等等，最后WQS軟件進行任務可靠性計算，計算結果：

MTBSF=134165小時

5 轉向架故障模式、影響及危害性分析

分析轉向架零部件中所有潛在的故障模式，以及其對轉向架所造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴酷度及其發生概率予以分類，自下而上進行歸納。首先，采用產品結構樹的形式定義轉向架的結構層次，然后進行各部件的接口分析：邊界圖描述分析轉向架零部件之間的邊界范圍和接口，P圖識別構架等主要部件的的輸入（信號）、輸出（理想功能）、錯誤狀態、干擾因素和控制因素。如圖3、4所示。

以上步驟完成之后，進行各部件的FMECA分析，如表1為滾動抱軸箱的分析。

6 維修性預計

維修性分析（RCMA）包括：維修方式（定時維修、狀態監控，事后維修）、維修間隔期和維修資源需求分析，經濟有效地確定產品的預防性維修要求。對轉向架零件的分析如表2、3所示。

分析的目的在于整合資源，讓預防性維修時間更加合理。如圖5所示。

7 轉向架可靠性工程試驗和故障信息閉環管理

可靠性工程試驗主要目的和作用在于發現轉向架產品在設計、工藝方面的各種缺陷和故障，確認研發和生產是否符合可靠性要求，為評估和改進產品可靠性提供信息。利用產品各種的可靠性數據，評估產品可靠性水平，以證明達到規定的可靠性技術要求。

故障信息閉環管理系統的英文縮寫是FRACAS，利用“信息反饋，閉環控制”的原理，通過一套規范化的程序，使發生的產品故障能得到及時的報告和糾正，從而實現產品可靠性的增長，達到對產品可靠性和維修性的預期要求，防止故障再現。

8 結束語

從CKD0A型機車的RAMS工程實例中，可以得到結論：系統保證計劃中所要求的各項目與轉向架設計同步進行的，設計師可以由定性到定量的掌握部件的重要度、風險、安全性等，從宏觀到細節的把握決定產品可靠性的因素，更加有利于提高產品設計的可靠性。產品設計完成，后期通過FRACAS等管理模塊等進行追蹤，反饋信息回來，進行設計改進，這樣就形成了一個循環。產品的可靠性在循環的過程中不斷提高，同時可靠性數據不斷累積，讓數據庫更加完善，并且數據（失效率等）可以直觀的說明問題，讓優秀設計經驗不斷的積累和沉淀，系統實施的過程中，更有利于設計人才的培養和成長。

參考文獻

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[2]李良巧.可靠性工程師手冊[M].北京：中國人民大學出版社，2012.

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作者簡介：樊慧（1983，6-），女，黑龍江雙城，中國中車集團大連機車車輛有限公司技術開發部，碩士研究生，工程師，研究方向：機車轉向架設計。