基于故障統計分析的動車組運用維修研究*

尹鵬飛

(中國鐵道科學研究院， 北京 100081)

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基于故障統計分析的動車組運用維修研究*

尹鵬飛

(中國鐵道科學研究院， 北京 100081)

蘭新客專特殊的環境及運用特點使動車組運用維修面臨嚴峻的考驗，以實際故障數據為依據，運用數理統計的方法，研究分析了蘭新客專動車組上線運行一段時間以來，其主要系統故障發生的總體趨勢、波動分布情況及運用維修特點等。

運用維修； 動車組； 蘭新客專

動車組運用維修是預防、發現、分析、消除故障的一項活動，也是動車組安全、可靠、可持續運用的重要保障。目前各國對動車組的運用維修總體是在以可靠性為中心的維修(RCM)理論[1-3]基礎上，實行計劃預防修，同時結合換件修和集中修模式。國內關于動車組運用維修的研究，一方面分析、討論故障發生的原因、處理方法與防范措施[4-8]，另一方面則分析、研究和總結動車組的修程修制、工藝流程、作業辦法等[9-11]。蘭新客運專線是國內首條在高溫、高寒、高海拔、強風沙、強紫外線等特殊環境下運營的線路，由于運用環境的特殊性、復雜性，使動車組的運用維修面臨著挑戰。從2014年12月開始，以周為單位對烏魯木齊鐵路局管內發生的動車組故障進行了統計，共計20周，研究分析故障發生的規律及特點，并以此為基礎，對動車組運用維修進行研究。

1　動車組總體故障特點及規律

圖1是動車組故障總體情況與時間的對應關系，它直觀地反映故障發生趨勢。從圖中可以看出，首先是隨著嚴冬的來臨，故障頻次呈現不斷上升的趨勢，在1月份最為寒冷的第8周左右達到峰值，然后又隨著氣候的轉暖故障頻次逐漸下降，這過程中，動車組車型及結構沒有發生變化，檢修條件沒有變化，但運用環境因素發生了很大變化，如氣溫的劇烈變化，風雪、風沙等惡劣天氣的頻繁出現，此圖說明動車組總體故障發生率的變化與運用環境有很強的相關性。

圖2給出動車組8個主要功能系統故障發生的均值和方差情況，系統1～8分別為：車內環境系統、車體及車端連接系統、輔助電氣系統、高壓牽引系統、給排水及衛生系統、供風及制動系統、列車網絡系統和轉向架。

圖1　總體故障情況

圖2　各系統均值、方差

均值代表各個系統平均每周故障水平，而標準方差則描述了系統故障的波動幅度，可以用來反映系統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為：給排水及衛生系統、車內環境系統、車體及車端連接系統、供風及制動系統、轉向架、高壓牽引、輔助電氣和列車網絡控制系統；動車組故障波動從大到小依次為：給排水及衛生系統、車內環境系統、車體及車端連接系統、供風及制動系統、轉向架、高壓牽引、列車網絡控制系統和輔助電氣系統。故障率高且波動大的系統為給排水及衛生系統、車內環境系統和車體及車端連接系統。

2　動車組各系統故障特點及規律

圖3～圖10給出蘭新客運專線動車組各主要功能系統故障變化趨勢，據此并結合運用實際的典型故障對各個系統故障特點及規律進行分析。

圖3　車內環境系統

圖4　車體及車端連接系統

圖5　輔助電氣系統

圖6　高壓牽引系統

圖7　給排水及衛生系統

圖8　供風及制動

圖9　列車網絡控制系統

圖10　轉向架

2.1車內環境系統

車內環境系統主要包括空調和照明兩大部分，從圖3中反應出車內環境系統故障先是急速上升，在第8周、第9周時間節點，即1月底天氣最寒冷時間達到最高值，然后急速下降，最后在波動中平穩下降，表現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。運行中故障率較高的為空調報紅、工況不良，其原因主要有：①高溫、高寒增加了空調的負載；②強風沙、風雪不但使空調各部濾網臟堵；③沙塵聚集在風機的風扇上，一段時間后造成扇葉偏心，導致車頂空調機組振動大、異聲。

2.2車體及車端鏈接系統

車體與車端連接系統主要包括車體部分、邊門和車端風擋等連接部分，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的震蕩的趨勢。開通運營以來塞拉門故障頻發，其原因主要有：①大風：當遇大風時，車體受到側風的作用力，造成塞拉門裝飾膠條脫落及開閉失效；②高寒：由于雨雪進入塞拉門滑道和門邊密封膠條內后結冰，造成滑道卡滯。③強紫外線：長期在強紫外線下運行，導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，導致限位開關不能觸發。

2.3輔助電氣系統、高壓牽引系統

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

2.4給排水及衛生系統

給排水及衛生系統主要包括衛生間及電茶爐兩個方面，從圖7中可以看出故障的規律是先上升，在第5周后出現在一定范圍內震蕩。實際運用故障統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施設備的損壞，說明此系統受如環境和配件質量因素的影響很小，主要受人為因素影響。

2.5供風及制動系統

供風與制動系統包括風源裝置、供風管路、制動控制裝置、基礎制動和防滑裝置，從圖8可以看出，每周故障數差別不大，在總體上前期較平穩，后期呈現下降的趨勢。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部橡膠部件作用不良而導致備用制動試驗無制動力。供風及制動系統故障既有配件性能不穩定的因素，也與外界環境因素有較大關系。

2.6列車網絡系統

作為動車組的神經中樞，列車網絡控制系統在圖形上無規律可循，說明列車網絡控制系統故障的發生具有偶然性和隨機性。典型故障多為軟件或硬件故障造成的RIOM及MPU報紅等問題，屬于配件質量問題。

2.7轉向架

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

3　運用維修分析

通過對動車組總體和各個系統故障特點及規律的分析發現，蘭新客運專線動車組運用環境的季節性、特殊性對運用維修產生了較大影響。

3.1牽引變壓器散熱器、牽引變流器散熱器及濾網清潔

根據運行觀察，當在高溫、風沙季節時，CRH5型動車組牽引變壓器、變流器運行超過3萬 km時，出現報紅、離線等現象，經檢查發現主要原因為冷卻器臟堵導致引起的變壓器、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空調濾網的更換

對CRH5型動車組空調故障或者功能不良情況進行了統計，當空調濾網臟堵時，造成空調故障或者功能不良，在高溫、高寒、風沙季節，動車組運行 2.5至3萬 km進行一次濾網更換，以保證空調機組良好的狀態。

3.3裙板濾網的更換

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

3.4融冰除雪

融冰除雪沒有固定的周期，當寒冷、雨雪天氣時，轉向架內發生結冰或積雪并影響到檢修人員檢查時必須首先進行此項作業。

3.5塞拉門冰雪檢查擦拭

冬季低氣溫的雨雪天及風沙季節進行此項作業，其余情況下不在一級修作業時間內進行此項作業。

4　結　論

通過故障統計分析并結合動車組運用實踐，蘭新客專特殊氣候環境對動車組運用維修的影響有以下幾項：

(1) 動車組部分系統的檢查、保養項目需縮短周期并安排在一級修范圍內進行，分別是車內環境系統的空調濾網清潔、更換，牽引、輔助系統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、裙板濾網清潔或更換。

(2) 蘭新客專線氣候的季節性、特殊性特點，在一級修增加的檢查、保養作業項目，其檢修周期不能嚴格按照以走行公里、運行時間來確定，需要在故障統計和實踐觀察的基礎上，從維修的均衡性、氣候的季節性及特殊性等因素來綜合考慮，結合開通以來的檢修經驗確定相應的維修周期。

(3) 由于一級修作業內容的變化，在參考現有技術標準的基礎上，需對作業流程、組織方式進行優化調整。

[1]Ronald,T.A.andLewis,N. Reliability-centered Maintenance[M]. London: Elsevier Science, 1990.

[2]Anthony, M. and Smith, P.E. Reliability-centered Maintenance[M]. New York: Mc-Graw-Hill，1993.

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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計劃課題(2014J006-B,2013J005-B,2015J006-A);中國鐵道科學研究院科研項目(2014YJ043)