內(nèi)燃動車組動力系統(tǒng)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(tǒng)工程技術(shù)之一，也是世界先進軌道交通行業(yè)普遍采用的關(guān)鍵技術(shù)。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(nèi)燃動車組動力系統(tǒng)為例，根據(jù)給定的可靠性指標(biāo)，采用評分分配方法，對此關(guān)鍵系統(tǒng)展開可靠性分配，最后得出可靠性分配結(jié)果。

關(guān)鍵詞：軌道車輛；可靠性指標(biāo)；可靠性分配

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

RAMS起源于20世紀(jì)70年代，首先應(yīng)用于民航、核電、軍工等領(lǐng)域，從20世紀(jì)80年代起，軌道交通行業(yè)引入RAMS。目前，發(fā)達國家軌道交通行業(yè)的RAMS工程已經(jīng)發(fā)展到了一個比較先進的水平，建立了系統(tǒng)的RAMS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)業(yè)鏈和合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在項目各階段，如何更好的應(yīng)用RAMS還不夠完善。文章以內(nèi)燃動車組動力系統(tǒng)為例，在項目方案設(shè)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(biāo)，從而為相關(guān)軌道車輛關(guān)鍵系統(tǒng)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(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。表征產(chǎn)品故障的頻繁程度和危害程度，是產(chǎn)品的一種固有屬性，主要有設(shè)計決定?？煽啃苑峙涫菍⒖煽啃灾笜?biāo)（用戶提出的或在設(shè)計任務(wù)中規(guī)定）自上而下，從大到小，從系統(tǒng)到子系統(tǒng)、零部件，即將上一級產(chǎn)品可靠性定量要求合理的分配到下一級產(chǎn)品的過程，并將其寫入相應(yīng)的設(shè)計任務(wù)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(jīng)驗的設(shè)計人員或?qū)＜覍τ绊懣煽啃缘膸追N因素評分，對評分進行綜合分析而獲得各單元產(chǎn)品之間的可靠性相對比值，再根據(jù)相對比值給每個分系統(tǒng)或設(shè)備分配可靠性指標(biāo)。應(yīng)用這種方法時，時間應(yīng)以系統(tǒng)工作時間為基準(zhǔn)。一般假設(shè)產(chǎn)品服從指數(shù)分布。

[分配模型]設(shè)系統(tǒng)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(shù)

——第i個單元的評分系數(shù)

——第i個單元的評分?jǐn)?shù)

——第i個單元第j個因素的評分?jǐn)?shù)（這里假定m個因素）

——系統(tǒng)的評分?jǐn)?shù)

評分因素

評分分配法通?？紤]的因素有：復(fù)雜程度、技術(shù)發(fā)展水平、工作時間、環(huán)境條件。可以根據(jù)產(chǎn)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(tǒng)的基本可靠性指標(biāo)，研究待分配系統(tǒng)的特點，確定評分因素。

（2）確定該系統(tǒng)中的“特殊件”產(chǎn)品及其可靠性指標(biāo)。

（3）聘請評分專家，專家人數(shù)不宜太少（至少5人）。

（4）產(chǎn)品設(shè)計人員向評分專家介紹產(chǎn)品及其組成部分的構(gòu)成、工作原理、功能流程、任務(wù)時間、工作環(huán)境條件、研制生產(chǎn)水平等情況。

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

評分原則

以列車產(chǎn)品的MTBF為分配參數(shù)說明評分原則：

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

b.重要度——它是根據(jù)列車產(chǎn)品的組成單元發(fā)生故障對產(chǎn)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(shù)水平——根據(jù)列車產(chǎn)品的組成單元目前的技術(shù)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(biāo)。

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

式中：

MTBF‘——剔除子系統(tǒng)后的可靠性待分配指標(biāo)；

λ——原系統(tǒng)的故障率；

λi——已知可靠性的子系統(tǒng)的故障率；

k——已知可靠性的子系統(tǒng)的個數(shù)。

3 給定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

動力系統(tǒng)的可靠性待分配指標(biāo)，見表1所示。

4 可靠性模型

動力系統(tǒng)是整個動車組的動力來源，動車組的牽引、控制、冷卻、風(fēng)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(chǎn)品評分表

通過5名專家評分，得出產(chǎn)品評分分配總表如表2。

6 分配結(jié)果

可靠性分配詳細(xì)結(jié)果如表3所示。

通過以上分析，得知在動力系統(tǒng)的設(shè)計過程中需要注意以下幾點：

（1）根據(jù)故障導(dǎo)向安全的原則，合理設(shè)計系統(tǒng)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(shè)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(jié)構(gòu)。

（5）通過計算校核，合理設(shè)計動力模塊與車體安裝處的接口結(jié)構(gòu)，做好受力分析，設(shè)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(xué)，2011.

[3]潘麗莎.城市軌道交通車輛關(guān)鍵系統(tǒng)可靠性研究[J].城市軌道交通，2012（07）：80-83.