地鐵轉向架系統可靠性分析與維修方式探討

李永菲

摘要：地鐵是城市交通的主要工具，其良好的運行對于城市來說是非常重要的，地鐵轉向架系統的安全度決定這地鐵的安全運行和乘客的生命安全，維持地鐵轉向架系統安全、可靠、經濟性是地鐵運行非常重要的環節。文章通過地鐵轉向架系統的可靠性的影響因素分析及維修方式的探討和選擇，以求達到提高地鐵轉向架系統的可靠性、維修經濟性、運營安全性。

關鍵詞：地鐵轉向架系統;可靠性分析;維修方式探索

0 ?引言

城市經濟發展的速度與城市交通關聯度很大，我國城市交通比較發達與經濟發展協調匹配，地鐵成為了城市交通的寵兒。截止2019年初我國城市軌道運營線路185條，總長度5761.4公里，其中地鐵總長為4353.3公里，占比75%.6，隨著不斷發展地鐵還在不斷的增加線路和長度，已經成為主要的交通工具。其作為公共交通的主要工具，具有效率高、速度快、承載量大、環保節能等優勢，是未來公共交通不可或缺一部分，其安全運營一直是一個重要的問題，尤其是保證地鐵轉向架系統的安全可靠性決定著地鐵運營的效率。下面我們了解一下地鐵轉向架系統。

1 ?地鐵轉向架的結構及可靠性分析方法

1.1 轉向架系統的組成結構

地鐵轉向架系統是地鐵運行中很重要的一個系統，技術含量較高、結構相對繁雜，由若干系統和零件組合而成。構架是決定著地鐵承載力的部分，可以緩沖水平和豎向的作用力，構架配有彈簧座、減震器、驅動電機座、抗側滾扭桿座等，為了保障構架的安全性;輪對是保障地鐵安全行駛的構件，主要是車軸和車輪構成，利用冷壓方式緩解來自各方的沖擊和振動;軸箱裝置是連接架構和其他裝置的，主要由軸箱體、前蓋、軸承、壓板、防塵圈和密封組成;驅動系統是通過牽引力達到列車運行的作用，主要是電機、軸節、齒輪等裝置;制動是利用摩擦力制動電車的裝置，主要是制動缸制造摩擦力強制車輛制動的裝置和中心牽引、懸掛裝置等其他系統和零件保持車輛的良好運行裝置組成。

1.2 故障模式及影響分析方法

首先找到轉向架系統中的存在故障并確定屬于功能性故障還是潛在性故障，在確定后找出故障原因是屬于內因還是外因，對原因進行深入分析會對哪些系統和零件產生影響，是局部影響、上層影響還是整個系統，最后針對評估結果決定維修措施。此方法是找出系統中可能存在的故障，對這些故障和系統進行優化和改進處理，以提高系統的安全性。主要遵從規則為熟知各個系統和零件的影響關系、為改進提供方案、給維修決策提供基礎、為以后的分析提供數據支持。

1.3 故障樹分析方法

通過樹狀邏輯關系圖來對系統的結構和功能分析和解決系統各個部件的因果邏輯，對系統的可靠性分析、故障分析、安全分析等起到重要作用。其通過故障樹對故障發生的原因進行分析，進而找出發生故障所在零件或者系統，通過因果關系來找到問題所在，首先基本事件通過中間事件導致結果事件的基本邏輯原理，分析出頂事件再反推出中間事件，最終確定基本事件也就是原因，依據原因決定適合的維修決策。

1.4 貝葉斯網絡可靠性分析方法

貝葉斯是基于數學概率基礎關系進行因果分析的方法，其包含了概率和圖論，作為相對較科學的方法，能夠對故障進行定性分析和定量分析，能夠處理較為復雜和抽象的問題，這也是其廣泛用于可靠性分析的主要原因。該方法利用數據得到根節點的后驗概率、重要度，以此二項指標利用推理能力完成可靠性分析的過程，后再進行維修方法決策。后驗概率是對發生故障幾率部件進行賦值，數值越高說明故障發生在相應位置的可能性越大，檢修時應有限處理。重要度是對發生故障引起的影響程度進行評估賦值，數值越高影響的程度越大。根據以上數據指引找出故障的位置或者潛在故障，針對故障進行選擇維修策略。

2 ?維修方式及影響因素

2.1 發生事后維修

指的是轉向架系統故障發生后，對應故障的情況使用的維修方法，這種是比較常見的方式，也是對隱患故障掌握最不好的方式。其還可以針對情況使用應急維修和深度維修，應急維修是為了不影響運行采取臨時恢復性維修，等到計劃維修時再進行徹底恢復維修，深度維修是故障短時間內不能恢復的，采取直接徹底維修以對系統或者零件進行修復。此種維修方式是對故障的檢測要求比較高，如果判斷不出只能采取徹底維修的方式以規避運營風險。

2.2 計劃性維修

計劃性維修分為短期計劃維修和長期計劃維修，針對轉向架系統故障發生的概率和重要度進行維修，概率低和重要度比較低的且維修周期短的的采用長期計劃維修以保證其安全度，針對概率高和重要度較高的且維修周期較長的采用短期計劃維修以保證其安全度。此類維修方式是預防性維修為主，根據計劃性維修以保證能夠提前發現潛在故障，并及時維修以降低潛在故障擴大造成維修成本增加和安全性降低。

2.3 根據影響因素劃分維修重要度

維修方式的選擇主要取決于其影響因素，這些影響因素是評價維修重要的的重要指標。

故障發生的概率是根據故障發生的頻率進行分類為：極多、很多、較多、一般、較少、很少、極少幾個層級。

故障的安全影響是故障發生后造成的車輛安全系數影響程度進行分類為：極大、很大、較大、一般、較小、很小、極小幾個層級。

故障對轉向架系統功能的影響程度分為：極大、很大、較大、一般、較小、很小、極小幾個層級。

維修轉向架系統所需要的時間長短分為：極長、很長、較長、一般、較短、很短、極短幾個層級。

維修難易度分為：極大、很大、較大、一般、較小、很小、極小幾個層級。

故障檢測難易度分為：極大、很大、較大、一般、較小、很小、極小幾個層級。

維修費用分為：極高、很高、較高、一般、較低、很低、極低幾個層級。

根據以上的分類評價對系統或者零件進行維修的重要度，故障的發生率及故障的安全影響部件為最重要級別，故障功能影響、維修時間、維修難度、維修費用為較重要級別，其余影響不大的為一般級別。對轉向架構件進行綜合排名，歸類出維修重要度級別。

3 ?開發地鐵轉向架系統可靠性分析與維修管理軟件

3.1 系統軟件的規劃設計

通過上文的我們可以明確軟件的功能和設計原理，可靠性分析方法選擇貝葉斯網絡分析方法，因為其可以實現模糊概念數據化，為軟件開發最適合和分析可靠性最易實現的方式。再通過維修方式和影響因素進行系統邏輯關系設計，達到需求功能實現，并且基于此可以建立數據庫，把維修記錄作為數據庫儲存并分析以備后期參考。最主要的是通過數據庫的分析可以得出最適合的維修方式，這也是軟件系統的核心即決策維修方式。同時對列車有一個比較全面的記錄，包括轉向架系統發生的故障是什么、什么時間發生的、怎么維系的、維修之后的可靠性評估、未來的維修計劃安排準確零件和日期，把轉向架系統的維修換為軟件化、智能控制。通過上文解決的重點、難點問題進行系統規劃設計，邏輯方式的選擇，數據的收集、處理、儲存、分析、提醒等一系列的需求模塊完善。

3.2 系統軟件的優化

根據需求設定使用角色，普通用戶具備查閱權限，管理員用戶可以修改、增減、維護等權限，便于軟件的維護與使用。主菜單的設計在使用上更加方便快捷，能夠迅速找到需求功能，提高工作效率。系統管理需要增加記錄、管理權限、管理使用角色、查詢、增減等功能，最重要的是可以增加多輛車轉向架系統的記錄，并對應車輛故障檢測數據和維修管理記錄，可以數據導入和導出便于數據的提取和使用。內部數據精確到每個部件，并針對相同或者不容的部件自動分析并出具數據表。檢修計劃顯示與查詢，并設定跟蹤報警提示系統，如果到期未進行檢測操作會在各個界面進行提醒顯示，知道檢修完成并在軟件上操作已檢修。

3.3 軟件可靠性分析與重要度評價及維修決策設置

作為軟件系統的核心部分，貝葉斯網絡可靠性分析單獨制作頁面，主要是顯示后驗概率和重要度并且具備輸入和輸出口，便于轉向架系統升級后結構改變造成的不匹配。重要度評價及維修決策設置在一個界面，因為兩個因素關聯度比較高，在一個界面操作起來比較方便，重要度評級直接決策維修方式。針對故障的補位和涉及的部件進行可靠性分析，再通過重要度評價直接決定維修方法。可靠性分析能夠及時發現轉向架系統的潛在故障，為維修計劃提供參考依據，是非常重要的環節。維修決策主要是基于安全性和經濟性來考慮，保證安全運行的同時一定程度上降低維修成本。可靠性分析與維修決策既是兩個分開的重要環節，又是一個因果關系的重要邏輯組合，也是軟件系統核心的部分。

4 ?總結

地鐵轉向架系統的安全性決定著列車的安全性，保證轉向架系統的安全運營是非常重要的，該系統是地鐵的核心系統之一，復雜程度非常高，所以要想保證其可靠性和安全性，這項復雜的工作簡單化就需要借助很多的手段。首先根據現有的可靠性分析方法，找到適合的、能夠進行定性和定量分析，并能夠處理較為復雜和抽象的問題，這是我們選擇貝葉斯網絡的主要原因。然后通過部件的重要度評價及邏輯關系完成維修方式決策，最終以軟件系統的形式將這些組合到一起，以達到復雜的工作通過軟件簡單化。文章通過地鐵轉向架系統可靠性分析與維修方式探索，對其可靠性分析進行了深入的研究，并找到需求的分析方法，對維修方式進行解讀，并解決維修決策的實現過程及引用，最終以軟件系統方式實現復雜的工作簡單化。

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