地铁车辆的可靠性验证测试
摘 要 阐述了地铁车辆的可靠性内容和水平,对车辆故障和故障率进行了定义;分析了列车故障的特性变化; 提出了可靠性的验证测试方法。
关键词 地铁,车辆,可靠性验证
地铁车辆的可靠性直接关系到车辆的运营维修成本以及运营服务质量。为了降低车辆的运营维修成本,达到运营服务的高质量,用户在车辆的设计阶段就应重视并控制车辆的可靠性。
1 设计的可靠性
供货商应在设计阶段定期向用户提供产品可靠性工作报告,并在出厂试验完成后向用户签发所有安全证明文件,以证明车辆符合全部安全要求。安全证明文件至少应包括下列部分:
(1) 简述及综合结论;
(2) 车辆动力学性能的安全评价;
(3) 结构的整体承载能力及耐撞击能力;
(4) 车辆的动态稳定性;
(5) 符合相关的电气系统标准;
(6) 标准电气系统的安全;
(7) 车辆检修时的安全性;
(8) 防止对运行信号的干扰;
(9) 防止产生火灾的危险。
供货商向用户提交的系统主要部件的可靠性/ 故障数据,如:故障间平均运行距离(lMDBF) 、故障间平均运行时间(tMTBF) 、故障率(λ),将在列车的第二个质保年份受到验证。如果供货商提供的可靠性数据与实际不符,则该系统需要改进设计。
为达到产品的高度可靠性,供货商应按照有关的标准进行设计。电路的设计应保证当其发生故障时,对其它系统带来的间接损坏最小;线路和元件的设计应留有足够的余量;车上所有机电设备、零部件以及线路设计和其它器件的选用,必须按照一个原则,就是已被铁路或相应设备的成功运行所验证的产品。值得注意的是,在设计阶段必须对所有的潜在故障作深入分析。
2 可靠性水平
可靠性的计算和验证前提条件是用户严格按照供货商在相关操作和维修手册中的指导和建议对列车进行操作和保养。
一项责任故障是指造成此设备或器件丧失其功能而引起的一个独立的故障,它包括:一项设备或器件在其设计和环境极限内操作时,随机出现的故障;根据供货商的说明书进行操作或测试所产生的故障。根据引起的后果故障可分为三类:
(1) 救援故障 列车严重损坏,需要牵引车或另一列车来救援,牵引回车辆段;
(2) 清客故障 列车故障后不能继续载客运行,需要疏散乘客,但能空车返回车辆段;
(3) 运行故障 列车故障后,影响地铁系统正常运行,列车在线路上停车超过5 min 。故障率(λ) 是一个给定项目的责任故障数目(υ) 与其总运行公里数( ∑d) 或总运行时间(∑t) 的比率。
即 λd =υ/ ∑d
或 λt =υ/ ∑t
如以lMDBF 或tMTBF 来表示,则:
tMTBF = 1/λt
lMDBF = 1/λd
对于列车各类故障的tMTBF 或lMDBF 值,不同的供货商提供的数值一般各不相同,通常运行故障不小于100 000 km , 清客故障不小于6 000 h , 救援故障不小于25 000 h 。故障分类亦可按其它定义进行, tMTBF 或lMDBF 值因定义不同而不同。例如,若将运行故障中的停车时间改为3 min ,则tMTBF 值为1 500 h 。
3 可靠性的测试
列车故障具有特征性的变化,如图1 所示。从变化的程度很明显地看出:随着行车公里数的不断增加,故障发生的频率则不断减少,车辆的可靠性也在不断提高。一般而言,在5 000 km 内,车辆电气和机械部件有磨合过程, 车辆发生故障的频率很高,所以用户通常要求在车辆验收前进行5 000 km 的试运行。从5 000 km 至50 000 km , 故障发生的频率大幅下降;从50 000 km 至105 000 km , 故障发生的频率稳步下降;105 000 km 以后, 故障发生的频率趋于稳定,即车辆的可靠性达到一个基本稳定的数值。从上可以看出,车辆前期阶段和后期阶段的测试,会产生不同的结果。
图1 故障的变化规律和以公里数为基准的故障率
可靠性测试在验证期间进行。所谓验证期间累计的测试行车距离,即将所有相关列车运行的公里数相加得出的总数。测试包括以下的步骤:
·列车组的可靠性在验证期间用定量表示(以公里数计算);
·将实测的可靠性值与目标可靠性值进行比较,以评定列车是否满足用户预期的要求。
3.1 可靠性监测
车辆运营的可靠性在商业运营前的服务期应受到监测。从第一列车开始测试,到最后一列车最终验收为止,工作人员应收集和比较每一个缺陷和故障。每一个出现故障的零部件都要进行故障分析以求确定故障原因。在可靠性监视期间,每个月应出具一份报告。
该报告至少应该包括以下参数:
·列车编号;
·开始时的公里数,现在的公里数;
·累计公里数;
·相关故障列车的详细资料和误点情况。更进一步,它还应该包括以下细节和资料:
·故障指示和类型;
·车体结构中出现故障的零部件的安装位置;
·维修数据;
·零部件更换;
·现时公里读数的日期和时间。
报告也应记录其它有关的资料,例如相应的信息发生器和故障列车驾驶员的详细资料。
3.2 测试方法件(或有问题的设备) 发生故障,它们会被立即更换或维修。图2 中符号的含义如下:N, 测试列车单可靠性验证测试宜以一列车为一个测试单元。元总数;X, 故障显示。故障的总数为验证期内被测列车单元累计故障的可靠性性能是通过供验证使用的列车在测试总和。图2 是可靠性测试计划的一个例子: 期间所运行的公里数来评定的,早期的故障不属于此范围内(列车运行10 万km 以内发生的故障属于早期故障) 。在正常或模拟运营的条件下,当列车运行至少10 万km 之后,开始测试。验证期约持续12 个月,预计车辆走行12. 5 万km 验证期结束后的lMDBF 测试结果是验证期内测试列车组的公里数和总故障数的比值,可用下式计算: d1 + d2 + dilMDBF ,T = X1 + X2 + + Xi 式中:d1 ,d2 ,di 为每一列车的运行距离。每一图2 测试计划范例段距离的计算为列车运行的距离减去开始预定的根据上述测试计划,N 个列车单元接受了测10 万km 。X1 ,X2 ,Xi 为测试期间记录的每一测试。每列车须完成设定的小时数或公里数。当零部试列车的故障数。
