內燃動車組動力系統可靠性分配研究

石馨月++李靜源++蘇會芳

摘 要：RAMS（可靠性、可用性、可維護性、安全性）是系統工程技術之一，也是世界先進軌道交通行業普遍采用的關鍵技術。研究軌道車輛的可靠性對保證其安全運營有著重要意義。文章主要對RAMS中的可靠性分配進行重點討論，以某出口國外內燃動車組動力系統為例，根據給定的可靠性指標，采用評分分配方法，對此關鍵系統展開可靠性分配，最后得出可靠性分配結果。

關鍵詞：軌道車輛；可靠性指標；可靠性分配

中圖分類號：U262.73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0058-02

RAMS起源于20世紀70年代，首先應用于民航、核電、軍工等領域，從20世紀80年代起，軌道交通行業引入RAMS。目前，發達國家軌道交通行業的RAMS工程已經發展到了一個比較先進的水平，建立了系統的RAMS行業標準，形成了完整高效的工作體系。我國軌道車輛還沒有形成完整的產業鏈和合理的產業結構，在項目各階段，如何更好的應用RAMS還不夠完善。文章以內燃動車組動力系統為例，在項目方案設計階段，采用評分分配方法，展開可靠性分配，得到可靠性指標，從而為相關軌道車輛關鍵系統可靠性分配提供決策性參考。

1 軌道車輛可靠性及可靠性分配

可靠性是指產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力。表征產品故障的頻繁程度和危害程度，是產品的一種固有屬性，主要有設計決定。可靠性分配是將可靠性指標（用戶提出的或在設計任務中規定）自上而下，從大到小，從系統到子系統、零部件，即將上一級產品可靠性定量要求合理的分配到下一級產品的過程，并將其寫入相應的設計任務書或合同中，是一個演繹的分解過程。

2 可靠性分配方法

常用的基本可靠性分配方法有：等分配法、比例組合法、評分分配法、Delphi法等。文章采用評分分配法，通過有經驗的設計人員或專家對影響可靠性的幾種因素評分，對評分進行綜合分析而獲得各單元產品之間的可靠性相對比值，再根據相對比值給每個分系統或設備分配可靠性指標。應用這種方法時，時間應以系統工作時間為基準。一般假設產品服從指數分布。

[分配模型]設系統的故障率，則分配給第i個單元的故障率為：

（式1）

其中

（式2）

（式3）

（式4）

式中i=1，2，…，n——單元數

——第i個單元的評分系數

——第i個單元的評分數

——第i個單元第j個因素的評分數（這里假定m個因素）

——系統的評分數

評分因素

評分分配法通常考慮的因素有：復雜程度、技術發展水平、工作時間、環境條件。可以根據產品的特點增加或減少評分因素。

分配步驟

按以下步驟進行分配：

（1）確定待分配系統的基本可靠性指標，研究待分配系統的特點，確定評分因素。

（2）確定該系統中的“特殊件”產品及其可靠性指標。

（3）聘請評分專家，專家人數不宜太少（至少5人）。

（4）產品設計人員向評分專家介紹產品及其組成部分的構成、工作原理、功能流程、任務時間、工作環境條件、研制生產水平等情況。

（5）各專家評分，經處理給出專家綜合評分值（對偏差較大的奇異值應分析其理由）。

評分原則

以列車產品的MTBF為分配參數說明評分原則：

a.復雜程度——它是根據列車產品的組成單元的元器件、部件數量以及它們組裝的難易程度來評定。最復雜的評10分，最簡單的評1分。

b.重要度——它是根據列車產品的組成單元發生故障對產品可靠性的影響程度大小來評定的。最重要的評1分，最不重要的評10分。

c.技術水平——根據列車產品的組成單元目前的技術水平和成熟程度來評定。水平最低的評10分，水平最高的評1分；

按公式1～4分配各單元的基本可靠性指標。

在可靠性分配的過程中，往往有一些系統的子系統已經有可靠性指標，此時該子系統就不需要參加分配，可以將子系統的可靠性指標從總體指標中剔除，剔除后的可靠性指標作為新的待分配指標，進行分配。具體的剔除模型：

式中：

MTBF‘——剔除子系統后的可靠性待分配指標；

λ——原系統的故障率；

λi——已知可靠性的子系統的故障率；

k——已知可靠性的子系統的個數。

3 給定的系統可靠性指標

動力系統的可靠性待分配指標，見表1所示。

4 可靠性模型

動力系統是整個動車組的動力來源，動車組的牽引、控制、冷卻、風扇、照明等所有用電全部取自動力總成。其可靠性模型如圖1所示。

5 產品評分表

通過5名專家評分，得出產品評分分配總表如表2。

6 分配結果

可靠性分配詳細結果如表3所示。

通過以上分析，得知在動力系統的設計過程中需要注意以下幾點：

（1）根據故障導向安全的原則，合理設計系統控制邏輯。

（2）采取硬線冗余的方式保證控制裝置的可靠性。

（3）合理設計管路排布。

（4）充分考慮管路連接處的受力情況及其在車輛運行過程中的可靠性，管路連接處采用抗震動的結構。

（5）通過計算校核，合理設計動力模塊與車體安裝處的接口結構，做好受力分析，設計合理的扭矩。

參考文獻

[1]British Standards Institution.EN 50125：1999 Railway applications—The specification and demonstration of Reliability，Availability，Maintainability and Safety（RAMS）[s].

[2]李國文.營運車輛使用可靠性評價研究[D].西安：長安大學，2011.

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