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(wěn)性、可靠性起著極其重要的作用。文章以我公司生產(chǎn)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(huán)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(chǎn)、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(huán)境嚴酷，對產(chǎn)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(wěn)定運營提出了進一步的要求。現(xiàn)在我國大量引進國外的軌道裝備產(chǎn)品和技術，中車集團的企業(yè)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(yè)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(chǎn)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(tǒng)保證計劃

系統(tǒng)保證計劃（SAP）是為落實RAMS 要求制定的產(chǎn)品RAMS工作計劃。包括RAMS工作系統(tǒng)、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(jù)業(yè)主的要求，結合機車的初步設計，建立了機車系統(tǒng)保證計劃。

3 整車產(chǎn)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(zhí)行的第一步。在設計評審會上，對標書規(guī)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(chǎn)品較多，零部件的可靠性數(shù)據(jù)資料不全，采用了專家評分法，請有經(jīng)驗的專家和設計師對各個系統(tǒng)進行打分，綜合權衡，得到各系統(tǒng)的可靠性分配指標。

3.2 轉向架系統(tǒng)初步危險分析

根據(jù)系統(tǒng)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(guī)避風險。依據(jù)GB/T-21562：2008的要求，風險分析如圖1所示。

4 轉向架系統(tǒng)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(shù)據(jù)來源

（1）對相似零部件的運行和故障數(shù)據(jù)進行可靠性評估；

（2）獲取供應商提供的外購件的可靠性數(shù)據(jù)。

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

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

4.2.2 根據(jù)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(shù)據(jù)：構架裝配MTBSF-7780000（共統(tǒng)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(fā)生1次任務故障），輪對裝配MTBSF-2120000（共統(tǒng)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(fā)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(fā)生概率予以分類，自下而上進行歸納。首先，采用產(chǎn)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(tài)、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(tài)監(jiān)控，事后維修）、維修間隔期和維修資源需求分析，經(jīng)濟有效地確定產(chǎn)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(huán)管理

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

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

8 結束語

從CKD0A型機車的RAMS工程實例中，可以得到結論：系統(tǒng)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(jié)的把握決定產(chǎn)品可靠性的因素，更加有利于提高產(chǎn)品設計的可靠性。產(chǎn)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(huán)。產(chǎn)品的可靠性在循環(huán)的過程中不斷提高，同時可靠性數(shù)據(jù)不斷累積，讓數(shù)據(jù)庫更加完善，并且數(shù)據(jù)（失效率等）可以直觀的說明問題，讓優(yōu)秀設計經(jīng)驗不斷的積累和沉淀，系統(tǒng)實施的過程中，更有利于設計人才的培養(yǎng)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.

[3]GB/T-21562.2008.軌道交通可靠性、可用性、可維修性和安全性規(guī)范及示例[S].

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(fā)部，碩士研究生，工程師，研究方向：機車轉向架設計。