基于運用實際的動車組關鍵部件服役期可靠性研究的思考及建議*

唐 輝，余 飛，楊 榆

（中國鐵路廣州局集團有限公司廣州動車段，廣東 廣州511483）

我國高鐵營業里程已超過2.5萬公里，占世界三分之二，動車組保有量已超過3000標準組，部分動車組服役時間接近或超過10年。隨著動車組服役時間的增加，動車組部件在服役期里的可靠性問題已愈發引人關注，同時，結合中國鐵路總公司“強基達標、提質增效”的思路，如何安全、經濟的維修動車組已成為當前急需解決的問題。傳統的可靠性分析方法，是基于對故障數量的統計分析，此方法對設備進行可靠性分析評估時，首先需收集足夠的失效數據（故障數據），以此為基礎進行可靠性分析，找到部件失效與服役時間之間的規律。然而，我國高速動車組是先進技術裝備的代表，關鍵部件的可靠性相對高，壽命也越來越長，在有限的時間內很難收集足夠的失效數據。本文即從動車組運用檢修實際，分析開展動車組服役期可靠性的方法及存在缺陷，并結合實際提出解決方法，為全面開展動車組部件可靠性分析提供支撐。

1 基于動車組運用檢修實際的部件服役期可靠性方法研究

動車組部件種類相當多，各類部件本身工作機理、工作環境、工作頻次均存在較大差異，因此，對待不同的部件應采取不同的服役期可靠性研究方法。

1.1 通過跟蹤，找出磨耗規律

對于磨耗類部件，通過分別對不同速度等級的動車組碳滑板、閘片、輪對的磨耗情況進行跟蹤，采取有效精確的數據處理方式，找出磨耗規律。分析思路如圖1所示。

圖1 分析思路

針對閘片，采用“磨耗量（mm）÷總走行公里（km）”對比的方式，沒有考慮制動施加次數這一主要因素引起的磨耗差異，得出的結論參考意義不大。基于此，考慮到動車組運行時施加的制動絕大部分為正常的停站所需制動（當然也有可能意外停車、限速等，但相對正常停站數量小得多，而且隨著數據樣本的不斷增大，意外停車、限速的制動所占影響理論上可以忽略不計），因此可以采取如下分析方法：跟蹤某一周期內動車組閘片磨耗量以及總的停站數量（可將其當成制動次數），采用“磨耗量÷總停站數量”，得到動車組正常情況下“單次制動”閘片的磨耗量以及更為準確的閘片磨耗預測模型。

1.2 通過性能檢測的方式，研究部件性能的退化規律

此類部件在工作機理上屬于性能耗損型，在車組上或地面設備安裝能檢測其直接性能的檢測裝置，且數據能實時得到。或是通過其他方面的參數間接反應該部件性能參數的部件。基本的開展方式流程如圖2所示。

圖2 開展方式流程

此類部件可以通過收集不同運用公里數或時間的性能參數，通過數學工具得到性能變化的擬合曲線，由已發生的數據預測未來的趨勢走向。并可以通過加速老化試驗、持續跟蹤等方式來不斷驗證和修正曲線的準確性，流程如圖3所示。

圖3 具體流程

以CRH380B型動車組為例，選取的關鍵部件與對應的檢測方法列表如表1所示。

表1 關鍵部件與對應的檢測方法

1.3 通過故障發展規律來分析部件發展

此類部件在工作機理及失效形式上屬于過應力型，其在失效前無法從性能的變化預判出來，如表2所示。如部分機械結構部件的過應力型失效機理。

表2 部分機械結構部件的過應力型失效機理

2 開展可靠性研究存在的困難及解決方案

2.1 部分系統及部件的關鍵工作參數未能落地

實際研究過程中，邊門系統、牽引系統、制動系統的運行過程數據因為技術封鎖或車組MVB網絡容量的限制，沒有實時的傳輸至MVB網絡，導致數據無法落地，而這些數據中，有大量能體現部件性能情況的數據。

解決方案：一方面在動車組存放地點建設無線AP系統，改進此類系統的控制器，使其具備存儲并無線發送數據至地面AP系統的作用。基于此方案，目前廣州局已經開始著手建設試點。另一方面，增加動車組傳輸數據的能力，采取控車數據與關鍵系統運行的過程數據分開，兩套網絡傳輸系統并存。

2.2 各系統測量的性能數值沒有規范管理

動車段日常檢修中，對各系統測量的性能數值沒有規范管理，也未綜合利用。這類數值包括齒輪箱潤滑油化驗數據、邊門系統尺寸測量、蓄電池電壓測量、減震器測量數據等。

解決方案：對動車組檢修過程實現信息化過程管理，將檢修過程中的相關測量參數規范化錄入系統管理，便于動車組健康管理平臺進行大數據分析。

2.3 部件性能檢測裝置少

動車組本身針對部件性能檢測的裝置太少，目前僅有各類軸承溫度類、冷卻循環溫度類等，還沒有振動、絕緣性等性能參數的檢測裝置。

解決方案：開展拓展智能檢測手段研究。如針對關鍵部件可靠性影響因素，有目的地增加狀態過程檢測設備。比如研究通過增加相應振動傳感器，采集振動數據對軸箱軸承和齒輪箱早期故障、輪對多邊形進行預警分析；普及軌邊聲學檢測系統（TADS）等與動車組運行相關的、非動車組自身設備的狀態檢測裝置，提高軸箱軸承等部件可靠性模型的準確性。

3 結束語

動車組服役期可靠性研究是一項巨大的工程，其涉及動車組設計、制造、運用檢修、高級檢修等全過程，需要部件供應商、主機廠、使用單位通力配合支持才能完成；同時針對不同的部件，采取不同的跟蹤研究方法，才能更加準確地找出部件的服役規律。