基于FMECA的軌道車輛轉向架預防性維修優化研究

張冬梅

摘要：以某城市轉向架結構相同的4條線路列車轉向架運行數據為基礎，基于FMECA分析方法對轉向架主要故障模式進行故障原因、故障后果及在不同運營里程階段的故障危害度分析，根據關鍵部件在不同里程的危害度分析結果對現有轉向架預防性維修計劃進行對比分析，進而調整維修項點及其維修級別，最終達到提高預防性維修方法的合理性。

關鍵詞：軌道車輛;轉向架;FMECA;預防性維修

0 ?引言

轉向架是城市軌道車輛的走行裝置，具有承載、牽引、減振、導向等重要功能，其可靠性決定了車輛走行的穩定性和安全性。在實際運行中列車轉向架一旦發生嚴重故障，將導致列車晚點、線路癱瘓，甚至造成人員傷亡。因此，對轉向架進行可靠性分析研究，對保證運營安全、提高維修效率和避免不必要的損失等具有重要意義。

本文以某城市轉向架結構相同的4條線路列車轉向架運行數據為基礎，按一定原則進行數據篩選，對轉向架各子系統運營過程中的故障數據進行分析，基于可靠性分析模型進行可靠度分析，為預防性維修計劃進行優化提供依據。

1 ?可靠性數據分析

FMECA（Failure Mode Effects and Criticality Analysis）即故障模式、影響和危害度分析包括FMEA（故障模式、影響分析）和CA（危害度分析）兩部分。FMEA為定性分析，CA為定量分析。FMEA的目的是分析對象的故障模式、故障原因和可能導致的后果，并采取必要的改進措施。CA是分析每一故障的嚴重程度及該故障模式發生的概率所產生的綜合影響，以便全面評價各故障模式的影響。

某些故障模式雖然發生的頻次不高，但可能是致命性的，因此，需要在故障模式分析的基礎上結合故障模式危害度進行綜合分析，以評估產品中所有可能出現的故障模式的影響。嚴重度等級為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

Ⅰ：可能導致系統功能喪失，危及行車安全，導致人員傷亡;

Ⅱ：影響行車安全，可能導致主要部件性能下降;

Ⅲ：不影響行車安全，造成行駛或性能下降;

Ⅳ：不會導致行駛或性能下降，不需要更換部件。

故障模式危害度計算公式為：

式中：

αj——故障模式相對頻率;

βj——故障影響概率;

λp——故障率;

t——工作時間。

本文故障影響概率βj的取值是根據經驗判斷得到的，通常取值為（0，1）[3]，產品肯定發生故障的取值為1;很可能發生故障的取值為（0.1，1）;不可能發生的取值為（0，0.1），對產品無影響的取值為0。

2 ?轉向架FMECA分析

本文進行FMECA的主要目的，是分析軌道車輛轉向架的主要故障模式及其影響，以及在不同運行里程階段的危害度，為優化預防性維修計劃提供依據。

以我國某城市轉向架結構相同的4條線路列車（共100列車，平均運行5年）的轉向架運行數據為基礎，統計分析轉向架正線運行和庫內維修的故障數據按各單位運行里程（每50000km）進行統計。

2.1 轉向架FMECA分析表

轉向架包括輪對軸箱定位裝置、中央懸掛裝置、構架及附件安裝、管路及配線、一系懸掛裝置、基礎制動裝置、電機、齒輪箱傳動裝置和聯軸節等驅動裝置。轉向架主要部件的FMECA分析表如表1所示。

由表可知垂向減震器、聯軸節、牽引電機、輪對的危害度較大，在維修中應給予重視。

2.2 故障模式在不同里程的危害度分析

轉向架部件的故障率是隨列車運行里程變化而變化的，因此轉向架部件故障模式的危害度也隨列車運行里程而變化。對危害度變化規律的分析是優化轉向架在各運行里程維修計劃的基礎。

以每50000km為單位統計故障模式在不同里程的數值，計算得出垂向減震器的故障模式主要集中在[10，35]萬公里;聯軸節的故障模式[0，20]萬公里;牽引電機故障模式主要集中在[5，20]萬公里;輪對的主要故障模式集中在[5，20]萬公里;水平梁和構架的故障模式規律性不強;齒輪箱故障模式主要集中在[30，35]萬公里，其他部件危害度不大。

3 ?轉向架維修計劃的分析

優化各部件或維修項點的維修周期，各部件的故障率、危害度或其故障模式的危害度是隨著列車運行里程變化而變化的，在各里程區間，可根據各部件危害度或其故障模式危害度的變化情況，調整維修部件和維修項點的維修周期。

通過對轉向架進行FMECA分析，可確定轉向架的維修優化方案。減少這些部件某些故障模式的危害度，提高轉向架的運用可靠性。優化方案如下：

垂向減震器：在C類修時，重點檢查緊固件狀態檢查，無松動;是否有漏油征兆。

聯軸節：維修時重點檢查聯軸節安裝情況，是否有松動漏油。

輪對：其C類修可延后至10萬公里，檢查車輪踏面狀態。

牽引電機：維修中增加牽引電機功能測試的維修項點，在[10，15]萬公里運行里程內，重點檢查電機功能狀況，并視情進行預防性更換。

其他維持原計劃不變。

4 ?結論

本文通過對我國某城市轉向架結構相同的4條線路列車（共100列車，平均運行5年）的轉向架運行數據，進行統計轉向架正線運行和庫內維修的故障分析，基于FMECA（故障模式、影響及危害度分析），對城市軌道交通車輛轉向架運營過程中的故障數據進行分析，根據故障原因、后果及在不同運營里程階段的故障危害度等分析結果對轉向架現有檢修計劃進行優化，進而調整檢修項點及其檢修級別，最終達到了提高檢修體制的合理性。

參考文獻：

[1]張成光，郭振通，黃挺.基于故障模式、影響及危害度分析（FMECA）的地鐵車輛檢修工藝優化方法[J].城市軌道交通研究，2017（10）：74-75.

[2]董錫明.機車車輛運用可靠性工程[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[3]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性[M].北京：中國鐵道出版社，2009.