基于故障統(tǒng)計分析的動車組運(yùn)用維修研究*

尹鵬飛

(中國鐵道科學(xué)研究院， 北京 100081)

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基于故障統(tǒng)計分析的動車組運(yùn)用維修研究*

尹鵬飛

(中國鐵道科學(xué)研究院， 北京 100081)

蘭新客專特殊的環(huán)境及運(yùn)用特點使動車組運(yùn)用維修面臨嚴(yán)峻的考驗，以實際故障數(shù)據(jù)為依據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的方法，研究分析了蘭新客專動車組上線運(yùn)行一段時間以來，其主要系統(tǒng)故障發(fā)生的總體趨勢、波動分布情況及運(yùn)用維修特點等。

運(yùn)用維修； 動車組； 蘭新客專

動車組運(yùn)用維修是預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、分析、消除故障的一項活動，也是動車組安全、可靠、可持續(xù)運(yùn)用的重要保障。目前各國對動車組的運(yùn)用維修總體是在以可靠性為中心的維修(RCM)理論[1-3]基礎(chǔ)上，實行計劃預(yù)防修，同時結(jié)合換件修和集中修模式。國內(nèi)關(guān)于動車組運(yùn)用維修的研究，一方面分析、討論故障發(fā)生的原因、處理方法與防范措施[4-8]，另一方面則分析、研究和總結(jié)動車組的修程修制、工藝流程、作業(yè)辦法等[9-11]。蘭新客運(yùn)專線是國內(nèi)首條在高溫、高寒、高海拔、強(qiáng)風(fēng)沙、強(qiáng)紫外線等特殊環(huán)境下運(yùn)營的線路，由于運(yùn)用環(huán)境的特殊性、復(fù)雜性，使動車組的運(yùn)用維修面臨著挑戰(zhàn)。從2014年12月開始，以周為單位對烏魯木齊鐵路局管內(nèi)發(fā)生的動車組故障進(jìn)行了統(tǒng)計，共計20周，研究分析故障發(fā)生的規(guī)律及特點，并以此為基礎(chǔ)，對動車組運(yùn)用維修進(jìn)行研究。

1　動車組總體故障特點及規(guī)律

圖1是動車組故障總體情況與時間的對應(yīng)關(guān)系，它直觀地反映故障發(fā)生趨勢。從圖中可以看出，首先是隨著嚴(yán)冬的來臨，故障頻次呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，在1月份最為寒冷的第8周左右達(dá)到峰值，然后又隨著氣候的轉(zhuǎn)暖故障頻次逐漸下降，這過程中，動車組車型及結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，檢修條件沒有變化，但運(yùn)用環(huán)境因素發(fā)生了很大變化，如氣溫的劇烈變化，風(fēng)雪、風(fēng)沙等惡劣天氣的頻繁出現(xiàn)，此圖說明動車組總體故障發(fā)生率的變化與運(yùn)用環(huán)境有很強(qiáng)的相關(guān)性。

圖2給出動車組8個主要功能系統(tǒng)故障發(fā)生的均值和方差情況，系統(tǒng)1～8分別為：車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)、車體及車端連接系統(tǒng)、輔助電氣系統(tǒng)、高壓牽引系統(tǒng)、給排水及衛(wèi)生系統(tǒng)、供風(fēng)及制動系統(tǒng)、列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架。

圖1　總體故障情況

圖2　各系統(tǒng)均值、方差

均值代表各個系統(tǒng)平均每周故障水平，而標(biāo)準(zhǔn)方差則描述了系統(tǒng)故障的波動幅度，可以用來反映系統(tǒng)對外界干擾因素的敏感程度。從均值可以看出，動車組故障率從高到低的系統(tǒng)為：給排水及衛(wèi)生系統(tǒng)、車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)、車體及車端連接系統(tǒng)、供風(fēng)及制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、高壓牽引、輔助電氣和列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；動車組故障波動從大到小依次為：給排水及衛(wèi)生系統(tǒng)、車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)、車體及車端連接系統(tǒng)、供風(fēng)及制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、高壓牽引、列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和輔助電氣系統(tǒng)。故障率高且波動大的系統(tǒng)為給排水及衛(wèi)生系統(tǒng)、車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)和車體及車端連接系統(tǒng)。

2　動車組各系統(tǒng)故障特點及規(guī)律

圖3～圖10給出蘭新客運(yùn)專線動車組各主要功能系統(tǒng)故障變化趨勢，據(jù)此并結(jié)合運(yùn)用實際的典型故障對各個系統(tǒng)故障特點及規(guī)律進(jìn)行分析。

圖3　車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)

圖4　車體及車端連接系統(tǒng)

圖5　輔助電氣系統(tǒng)

圖6　高壓牽引系統(tǒng)

圖7　給排水及衛(wèi)生系統(tǒng)

圖8　供風(fēng)及制動

圖9　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

圖10　轉(zhuǎn)向架

2.1車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)

車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)主要包括空調(diào)和照明兩大部分，從圖3中反應(yīng)出車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)故障先是急速上升，在第8周、第9周時間節(jié)點，即1月底天氣最寒冷時間達(dá)到最高值，然后急速下降，最后在波動中平穩(wěn)下降，表現(xiàn)出隨著氣溫的降低故障上升，隨著氣溫的回暖故障隨之下降。運(yùn)行中故障率較高的為空調(diào)報紅、工況不良，其原因主要有：①高溫、高寒增加了空調(diào)的負(fù)載；②強(qiáng)風(fēng)沙、風(fēng)雪不但使空調(diào)各部濾網(wǎng)臟堵；③沙塵聚集在風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇上，一段時間后造成扇葉偏心，導(dǎo)致車頂空調(diào)機(jī)組振動大、異聲。

2.2車體及車端鏈接系統(tǒng)

車體與車端連接系統(tǒng)主要包括車體部分、邊門和車端風(fēng)擋等連接部分，圖中曲線總體上是隨著氣溫的降低故障上升，在第8～10周左右達(dá)到峰值，然后氣溫變暖后故障下降，最后有保持在一定范圍內(nèi)的震蕩的趨勢。開通運(yùn)營以來塞拉門故障頻發(fā)，其原因主要有：①大風(fēng)：當(dāng)遇大風(fēng)時，車體受到側(cè)風(fēng)的作用力，造成塞拉門裝飾膠條脫落及開閉失效；②高寒：由于雨雪進(jìn)入塞拉門滑道和門邊密封膠條內(nèi)后結(jié)冰，造成滑道卡滯。③強(qiáng)紫外線：長期在強(qiáng)紫外線下運(yùn)行，導(dǎo)致塞拉門密封膠條老化，密封失效。④沙塵：因沙塵粘在防擠壓膠條上，導(dǎo)致限位開關(guān)不能觸發(fā)。

2.3輔助電氣系統(tǒng)、高壓牽引系統(tǒng)

從圖5中看出輔助電氣在開通運(yùn)營初期故障較高，后期故障平穩(wěn)震蕩，未出現(xiàn)先上升再下降的趨勢，典型的故障為輔助功率模塊故障導(dǎo)致輔助變流器報紅以及ACU故障導(dǎo)致輔助變流器切除，其主要原因是配件本身造成的，屬于源頭質(zhì)量問題。高壓牽引系統(tǒng)在后期有故障上升的趨勢，實踐證明低溫對牽引、輔助系統(tǒng)影響不大，相反風(fēng)沙和高溫對牽引變壓器和牽引變流器造成了很大影響，沙塵進(jìn)入設(shè)備艙并吸附在牽引變壓器、變流器的散熱片上，導(dǎo)致變壓器、變流器因高溫切除或離線；沙塵聚集在變壓器、變流器各冷卻風(fēng)機(jī)上，造成其異常振動。

2.4給排水及衛(wèi)生系統(tǒng)

給排水及衛(wèi)生系統(tǒng)主要包括衛(wèi)生間及電茶爐兩個方面，從圖7中可以看出故障的規(guī)律是先上升，在第5周后出現(xiàn)在一定范圍內(nèi)震蕩。實際運(yùn)用故障統(tǒng)計中突出問題是由旅客頻繁和不正確使用造成的堵塞及設(shè)施設(shè)備的損壞，說明此系統(tǒng)受如環(huán)境和配件質(zhì)量因素的影響很小，主要受人為因素影響。

2.5供風(fēng)及制動系統(tǒng)

供風(fēng)與制動系統(tǒng)包括風(fēng)源裝置、供風(fēng)管路、制動控制裝置、基礎(chǔ)制動和防滑裝置，從圖8可以看出，每周故障數(shù)差別不大，在總體上前期較平穩(wěn)，后期呈現(xiàn)下降的趨勢。常見的典型故障有：①由于板卡故障造成緊急制動不緩解、制動試驗中防滑器試驗報紅、防滑試驗做不成功等問題；②由于天氣極端寒冷時造成分配閥內(nèi)部橡膠部件作用不良而導(dǎo)致備用制動試驗無制動力。供風(fēng)及制動系統(tǒng)故障既有配件性能不穩(wěn)定的因素，也與外界環(huán)境因素有較大關(guān)系。

2.6列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

作為動車組的神經(jīng)中樞，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在圖形上無規(guī)律可循，說明列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障的發(fā)生具有偶然性和隨機(jī)性。典型故障多為軟件或硬件故障造成的RIOM及MPU報紅等問題，屬于配件質(zhì)量問題。

2.7轉(zhuǎn)向架

相對其后期而言，轉(zhuǎn)向架在前期故障較高，第6周之后，故障下降并趨于平穩(wěn)。典型故障有軸溫系統(tǒng)顯示軸溫異常和空氣彈簧受打擊損傷，其故障與環(huán)境因素和源頭質(zhì)量兩方面都有關(guān)系。

3　運(yùn)用維修分析

通過對動車組總體和各個系統(tǒng)故障特點及規(guī)律的分析發(fā)現(xiàn)，蘭新客運(yùn)專線動車組運(yùn)用環(huán)境的季節(jié)性、特殊性對運(yùn)用維修產(chǎn)生了較大影響。

3.1牽引變壓器散熱器、牽引變流器散熱器及濾網(wǎng)清潔

根據(jù)運(yùn)行觀察，當(dāng)在高溫、風(fēng)沙季節(jié)時，CRH5型動車組牽引變壓器、變流器運(yùn)行超過3萬 km時，出現(xiàn)報紅、離線等現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)主要原因為冷卻器臟堵導(dǎo)致引起的變壓器、變流器溫度過高所致，故變壓器、變流器的冷卻器清潔周期縮短為2.5萬 km。

3.2空調(diào)濾網(wǎng)的更換

對CRH5型動車組空調(diào)故障或者功能不良情況進(jìn)行了統(tǒng)計，當(dāng)空調(diào)濾網(wǎng)臟堵時，造成空調(diào)故障或者功能不良，在高溫、高寒、風(fēng)沙季節(jié)，動車組運(yùn)行 2.5至3萬 km進(jìn)行一次濾網(wǎng)更換，以保證空調(diào)機(jī)組良好的狀態(tài)。

3.3裙板濾網(wǎng)的更換

裙板濾網(wǎng)主要是對進(jìn)入設(shè)備艙的空氣進(jìn)行過濾，受影響最大的是牽引變壓器、牽引變流器以及空氣壓縮機(jī)，因此在對牽引變壓器和牽引變流器進(jìn)行清潔時須進(jìn)行相應(yīng)裙板濾網(wǎng)的更換或者清潔。

3.4融冰除雪

融冰除雪沒有固定的周期，當(dāng)寒冷、雨雪天氣時，轉(zhuǎn)向架內(nèi)發(fā)生結(jié)冰或積雪并影響到檢修人員檢查時必須首先進(jìn)行此項作業(yè)。

3.5塞拉門冰雪檢查擦拭

冬季低氣溫的雨雪天及風(fēng)沙季節(jié)進(jìn)行此項作業(yè)，其余情況下不在一級修作業(yè)時間內(nèi)進(jìn)行此項作業(yè)。

4　結(jié)　論

通過故障統(tǒng)計分析并結(jié)合動車組運(yùn)用實踐，蘭新客專特殊氣候環(huán)境對動車組運(yùn)用維修的影響有以下幾項：

(1) 動車組部分系統(tǒng)的檢查、保養(yǎng)項目需縮短周期并安排在一級修范圍內(nèi)進(jìn)行，分別是車內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)的空調(diào)濾網(wǎng)清潔、更換，牽引、輔助系統(tǒng)的牽引變壓器冷凝器清潔、變流器散熱片清潔、高壓絕緣子檢查與清潔、裙板濾網(wǎng)清潔或更換。

(2) 蘭新客專線氣候的季節(jié)性、特殊性特點，在一級修增加的檢查、保養(yǎng)作業(yè)項目，其檢修周期不能嚴(yán)格按照以走行公里、運(yùn)行時間來確定，需要在故障統(tǒng)計和實踐觀察的基礎(chǔ)上，從維修的均衡性、氣候的季節(jié)性及特殊性等因素來綜合考慮，結(jié)合開通以來的檢修經(jīng)驗確定相應(yīng)的維修周期。

(3) 由于一級修作業(yè)內(nèi)容的變化，在參考現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，需對作業(yè)流程、組織方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

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Research on the Electric Multiple Units Application and Maintenance Based on the Fault Statistics Analysis

YIN Pengfei

(China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

The special environment and features of Lanzhou-Xinjiang Passenger Dedicated Line make EMUs repair face a severe test. We have studied the general trend, fluctuation and distribution of the main system faults, and the application and maintenance features of the EMU, by method of mathematical statistics and cluster analysis according to the real fault data since running for some time.

application and maintenance; EMU; lanzhou-xinjiang passenger dedicated Line; cluster analysis

1008-7842 (2016) 01-0097-04

??) 男，高級工程師(

2015-08-06)

U279.3

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.25

*中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題(2014J006-B,2013J005-B,2015J006-A);中國鐵道科學(xué)研究院科研項目(2014YJ043)