基于FTA方法的和諧機車牽引電機軸承預防性維修的探討

陳永疆

（哈密機務段，新疆哈密839001）

基于FTA方法的和諧機車牽引電機軸承預防性維修的探討

陳永疆

（哈密機務段，新疆哈密839001）

文章利用失效樹分析法（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）探究導致和諧牽引電機軸承失效的關鍵因素，以此為切入點制定諧機車牽引電機軸承維護最優的預防性維護方案，從而提升和諧機車牽引電機軸承在段運行可靠性和維護的經濟型。

失效樹分析法；軸承；預防性維修；牽引電機

隨著我國重載和諧機車全面運用，已成為鐵路貨運任務主要牽引動力，牽引電機作為和諧機車走行部的重要部件，使用條件要求苛刻，在使用中很容易由于各種內外部因素影響導致軸承的早期失效。隨著維修理念的進步，目前的修復性維修手段機制逐步顯示出不適應，預防性維修在機車檢修中逐漸凸顯出其優越性，建立合理的牽引電機軸承預防性維修措施，不僅可以提高牽引電機軸承的壽命和減少日常維修工作量，而且可以提高檢修效率、節約資源。

失效樹分析法（Fault Tree Analysis，簡稱為FTA)是一種直觀的圖像化演繹方法，是一種對復雜系統故障進行分析、評價的有效方法。利用該方法分析導致牽引電機軸承失效的關鍵因素，以此為切入點制定和諧機車牽引電機軸承維護最優化的預防性維護方案，從而提升和諧機車牽引電機軸承在段運行可靠性和維護的經濟型。

1 FTA概述

失效樹分析法（Fault Tree Analysis，簡稱為FTA）系統故障邏輯關系研究中常用的一種重要方法。它將最不希望發生的故障狀態作為故障分析的目標，然后找出導致這一故障發生的全部直接因素，以此類推，直到那些故障機理已知的基本因素為止。通常把最不希望發生的事件稱為頂事件，不可再分的事件為基本事件，而介于頂事件與基本事件之間的一切事件稱為中間事件，用特定的符號代表這些事件，再用適當的邏輯門把頂事件、中間事件和基本事件聯結成樹形圖，即得到失效樹，它表示了系統設備的特定事件（不希望發生事件）與各子系統部件的故障事件之間的邏輯結構關系。

在故障樹分析中，如果故障樹底某幾個底事件集合同時發生，將引起頂事件的發生，這個集合就成為割集，它是系統的一種故障模式。將導致系統故障發生最小故障模式的集合稱為最小割集。設故障樹中有n個底事件X1,...,Xn,C∈{X1,...,Xi}為某些底事件的集合，當其中全部底事件都發生時，頂事件才發生，則稱C為故障樹的一個割集。若C是一個割集，而任意去掉其中一個底事件后就不是割集了，這樣的割集稱為最小割集。

故障邏輯樹圖便于找出系統故障原因、它通過故障邏輯樹列出邏輯表達式，求得構成事故的最小割集和防止事故發生的最小徑集，確定出各基本事件的結構重要度排序，得到導致系統故障的薄弱環節，以便改進現有設備及檢修狀態，指導運行和維修，防止故障產生。

2 和諧機車牽引電機軸承FTA建立

和諧機車牽引電機軸承作為一個重要的精密支撐原件，其使用環境以及日常維護與其使用壽命有著直接的關系，如果維護使用不當，軸承壽命會大打折扣，導致軸承早起失效。

基于哈密機務段發生的多起牽引電機軸承故障的事件，根據軸承損壞的機理、應用環境及日常維護中影響因素的邏輯關系建立如下失效樹，如圖1所示：

圖1 牽引電機軸承失效樹

該失效樹中基本事件為{X1,X2,X3,X4,X5,X6}

利用Fussed法求解牽引電機軸承失效樹最小割集過程如下：

通過簡化、吸收得到：

則得到系統的3個最小割集合為{X1,X2,X3},{X1,X2,X6},{X1,X2,X4,X5}。

3 FTA方法的現場運用

（1）軸承的日常檢測。哈密機務段目前配屬HXD1C型電力機車125臺。對于機車走行部軸承監控采用兩種方式，一是通過JK11430機車走行部車載監測裝置進行實時跟蹤，并利用作業人員對機車每趟走行部監測裝置數據進行實時分析，專業技術人員對數據進行二級分析，提高數據利用率。二是在修程內對牽引電機軸承進行頂輪檢測，通過峭度系數以及均方根數值整體判斷軸承振動沖擊情況。

（2）軸承在段日常維護。①對機車牽引電機、抱軸承、軸箱軸承等部件定期補充油脂。②結合修程對齒輪箱油脂進行更換。③日常檢查牽引電機磁性螺栓、清渣孔、齒輪箱油脂以及牽引電機軸承密封狀態。④修程內清洗牽引電機磁性螺栓。

（3）軸承故障的處理。結合FTA理論方法，對于故障及疑似故障軸承，哈密機務段根據大量走行部監測裝置數據分析以及故障軸承解體情況總結出適應各種傳感器安裝方式的“跟蹤控制”、“復查判斷”條件，同時依據頂輪檢測作為復測手段，當軸承達到“跟蹤控制”條件時，根據軸承振動SV值的趨勢實施頂輪檢測方案后進行處置；當軸承達到“復查判斷”條件且頂輪檢測出現故障圖譜時，及時對軸承進行預防性更換。

在上述方法的指導下，從2016年至今，哈密機務段機車軸承運用方面通過有效的檢測檢修防控了多起隱患線上未發生故障，有效保證了機車的在線安全及正常運用。

從以上計算得到的三個割集對比可以看出，機車沖擊振動和機車負荷對牽引電機軸承失效有著重要的作用，同時日常維護也是保持軸承運行良好的關鍵因素。由于機車負荷是不可變更因素或者考慮到機車使用效率的最大化，在牽引電機使用過程中，采取對輪對維護使振動沖擊減弱，機車頂輪檢測預防已隱患軸承固死以及在牽引電機軸承潤滑等預防性維等措施，可以極大減少牽引電機軸承失效，文章基于以上分析，主要提出以下預防性措施：

（1）機車在運行中由于負荷、運行線路、控制及天氣原因，不可避免的會導致輪對損傷，但是如果不及時修正，輪對失圓會加劇，導致機車牽引電機軸承承受振動沖擊加劇，會使軸承油膜破裂，出現滾道損傷，最終導致軸承失效，所以及時對失圓的輪對修復是減少軸承故障的有效途徑之一。

（2）基于機車負荷較大，在不產生過大振動沖擊的情況下，也可能出現軸承失效，為了減少該故障的發生，對機車按修程進行軸承頂輪監測，結合機車走行在線監測數據，可以有效剔除存在風險隱患的牽引電機軸承，提前預防牽引電機軸承在線路上出現故障。

（3）牽引電機軸承在運轉的情況下，潤滑是否良好，也是影響軸承重要因素之一，所以在日常牽引電機軸承維護中，需要對牽引電機軸承的潤滑狀態做詳細的檢查和維護，提高清洗磁性螺栓疏通油路次數，保證有足量的潤滑油，保證軸承潤滑狀態良好。

總之，基于以上分析，牽引電機軸承作為機車走行部的關鍵精密部件之一，一旦出現損傷便不可修復，所以只有通過采取有效的預防性的措施，保證其在運行中不受損傷，才能保證牽引電機軸承的有效應用。

［1］魏選平.故障樹分析法及其應用［J］.計算機科學與技術，2004,（3）：43～45.

陳永疆（1966-），男，重慶人，高級工程師，主要從事內燃、電力機車檢修管理工作。