地鐵車輛的可靠性驗(yàn)證測(cè)試

摘　要　闡述了地鐵車輛的可靠性內(nèi)容和水平,對(duì)車輛故障和故障率進(jìn)行了定義;分析了列車故障的特性變化; 提出了可靠性的驗(yàn)證測(cè)試方法。
關(guān)鍵詞　地鐵,車輛,可靠性驗(yàn)證
地鐵車輛的可靠性直接關(guān)系到車輛的運(yùn)營(yíng)維修成本以及運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量。為了降低車輛的運(yùn)營(yíng)維修成本,達(dá)到運(yùn)營(yíng)服務(wù)的高質(zhì)量,用戶在車輛的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)重視并控制車輛的可靠性。
1 　設(shè)計(jì)的可靠性
供貨商應(yīng)在設(shè)計(jì)階段定期向用戶提供產(chǎn)品可靠性工作報(bào)告,并在出廠試驗(yàn)完成后向用戶簽發(fā)所有安全證明文件,以證明車輛符合全部安全要求。安全證明文件至少應(yīng)包括下列部分:
(1) 簡(jiǎn)述及綜合結(jié)論;
(2) 車輛動(dòng)力學(xué)性能的安全評(píng)價(jià);
(3) 結(jié)構(gòu)的整體承載能力及耐撞擊能力;
(4) 車輛的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性;
(5) 符合相關(guān)的電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn);
(6) 標(biāo)準(zhǔn)電氣系統(tǒng)的安全;
(7) 車輛檢修時(shí)的安全性;
(8) 防止對(duì)運(yùn)行信號(hào)的干擾;
(9) 防止產(chǎn)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。
供貨商向用戶提交的系統(tǒng)主要部件的可靠性/ 故障數(shù)據(jù),如:故障間平均運(yùn)行距離(lMDBF) 、故障間平均運(yùn)行時(shí)間(tMTBF) 、故障率(λ),將在列車的第二個(gè)質(zhì)保年份受到驗(yàn)證。如果供貨商提供的可靠性數(shù)據(jù)與實(shí)際不符,則該系統(tǒng)需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。
為達(dá)到產(chǎn)品的高度可靠性,供貨商應(yīng)按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。電路的設(shè)計(jì)應(yīng)保證當(dāng)其發(fā)生故障時(shí),對(duì)其它系統(tǒng)帶來的間接損壞最小;線路和元件的設(shè)計(jì)應(yīng)留有足夠的余量;車上所有機(jī)電設(shè)備、零部件以及線路設(shè)計(jì)和其它器件的選用,必須按照一個(gè)原則,就是已被鐵路或相應(yīng)設(shè)備的成功運(yùn)行所驗(yàn)證的產(chǎn)品。值得注意的是,在設(shè)計(jì)階段必須對(duì)所有的潛在故障作深入分析。
2 　可靠性水平
可靠性的計(jì)算和驗(yàn)證前提條件是用戶嚴(yán)格按照供貨商在相關(guān)操作和維修手冊(cè)中的指導(dǎo)和建議對(duì)列車進(jìn)行操作和保養(yǎng)。
一項(xiàng)責(zé)任故障是指造成此設(shè)備或器件喪失其功能而引起的一個(gè)獨(dú)立的故障,它包括:一項(xiàng)設(shè)備或器件在其設(shè)計(jì)和環(huán)境極限內(nèi)操作時(shí),隨機(jī)出現(xiàn)的故障;根據(jù)供貨商的說明書進(jìn)行操作或測(cè)試所產(chǎn)生的故障。根據(jù)引起的后果故障可分為三類:
(1) 救援故障 列車嚴(yán)重?fù)p壞,需要牽引車或另一列車來救援,牽引回車輛段;
(2) 清客故障 列車故障后不能繼續(xù)載客運(yùn)行,需要疏散乘客,但能空車返回車輛段;
(3) 運(yùn)行故障 列車故障后,影響地鐵系統(tǒng)正常運(yùn)行,列車在線路上停車超過5 min 。故障率(λ) 是一個(gè)給定項(xiàng)目的責(zé)任故障數(shù)目(υ) 與其總運(yùn)行公里數(shù)( ∑d) 或總運(yùn)行時(shí)間(∑t) 的比率。
即　λd =υ/ ∑d
或　λt =υ/ ∑t
如以lMDBF 或tMTBF 來表示,則:
　　tMTBF = 1/λt
　　lMDBF = 1/λd
對(duì)于列車各類故障的tMTBF 或lMDBF 值,不同的供貨商提供的數(shù)值一般各不相同,通常運(yùn)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 。故障分類亦可按其它定義進(jìn)行, tMTBF 或lMDBF 值因定義不同而不同。例如,若將運(yùn)行故障中的停車時(shí)間改為3 min ,則tMTBF 值為1 500 h 。
3 　可靠性的測(cè)試
列車故障具有特征性的變化,如圖1 所示。從變化的程度很明顯地看出:隨著行車公里數(shù)的不斷增加,故障發(fā)生的頻率則不斷減少,車輛的可靠性也在不斷提高。一般而言,在5 000 km 內(nèi),車輛電氣和機(jī)械部件有磨合過程, 車輛發(fā)生故障的頻率很高,所以用戶通常要求在車輛驗(yàn)收前進(jìn)行5 000 km 的試運(yùn)行。從5 000 km 至50 000 km , 故障發(fā)生的頻率大幅下降;從50 000 km 至105 000 km , 故障發(fā)生的頻率穩(wěn)步下降;105 000 km 以后, 故障發(fā)生的頻率趨于穩(wěn)定,即車輛的可靠性達(dá)到一個(gè)基本穩(wěn)定的數(shù)值。從上可以看出,車輛前期階段和后期階段的測(cè)試,會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。

圖1 　故障的變化規(guī)律和以公里數(shù)為基準(zhǔn)的故障率
　　可靠性測(cè)試在驗(yàn)證期間進(jìn)行。所謂驗(yàn)證期間累計(jì)的測(cè)試行車距離,即將所有相關(guān)列車運(yùn)行的公里數(shù)相加得出的總數(shù)。測(cè)試包括以下的步驟:
·列車組的可靠性在驗(yàn)證期間用定量表示(以公里數(shù)計(jì)算);
·將實(shí)測(cè)的可靠性值與目標(biāo)可靠性值進(jìn)行比較,以評(píng)定列車是否滿足用戶預(yù)期的要求。

3.1 　可靠性監(jiān)測(cè)
車輛運(yùn)營(yíng)的可靠性在商業(yè)運(yùn)營(yíng)前的服務(wù)期應(yīng)受到監(jiān)測(cè)。從第一列車開始測(cè)試,到最后一列車最終驗(yàn)收為止,工作人員應(yīng)收集和比較每一個(gè)缺陷和故障。每一個(gè)出現(xiàn)故障的零部件都要進(jìn)行故障分析以求確定故障原因。在可靠性監(jiān)視期間,每個(gè)月應(yīng)出具一份報(bào)告。
該報(bào)告至少應(yīng)該包括以下參數(shù):
·列車編號(hào);
·開始時(shí)的公里數(shù),現(xiàn)在的公里數(shù);
·累計(jì)公里數(shù);
·相關(guān)故障列車的詳細(xì)資料和誤點(diǎn)情況。更進(jìn)一步,它還應(yīng)該包括以下細(xì)節(jié)和資料:
·故障指示和類型;
·車體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)故障的零部件的安裝位置;
·維修數(shù)據(jù);
·零部件更換;
·現(xiàn)時(shí)公里讀數(shù)的日期和時(shí)間。
報(bào)告也應(yīng)記錄其它有關(guān)的資料,例如相應(yīng)的信息發(fā)生器和故障列車駕駛員的詳細(xì)資料。

3.2 　測(cè)試方法件(或有問題的設(shè)備) 發(fā)生故障,它們會(huì)被立即更換或維修。圖2 中符號(hào)的含義如下:N, 測(cè)試列車單可靠性驗(yàn)證測(cè)試宜以一列車為一個(gè)測(cè)試單元。元總數(shù);X, 故障顯示。故障的總數(shù)為驗(yàn)證期內(nèi)被測(cè)列車單元累計(jì)故障的可靠性性能是通過供驗(yàn)證使用的列車在測(cè)試總和。圖2 是可靠性測(cè)試計(jì)劃的一個(gè)例子: 期間所運(yùn)行的公里數(shù)來評(píng)定的,早期的故障不屬于此范圍內(nèi)(列車運(yùn)行10 萬km 以內(nèi)發(fā)生的故障屬于早期故障) 。在正常或模擬運(yùn)營(yíng)的條件下,當(dāng)列車運(yùn)行至少10 萬km 之后,開始測(cè)試。驗(yàn)證期約持續(xù)12 個(gè)月,預(yù)計(jì)車輛走行12. 5 萬km 驗(yàn)證期結(jié)束后的lMDBF 測(cè)試結(jié)果是驗(yàn)證期內(nèi)測(cè)試列車組的公里數(shù)和總故障數(shù)的比值,可用下式計(jì)算: d1 + d2 + dilMDBF ,T = X1 + X2 + + Xi 式中:d1 ,d2 ,di 為每一列車的運(yùn)行距離。每一圖2 　測(cè)試計(jì)劃范例段距離的計(jì)算為列車運(yùn)行的距離減去開始預(yù)定的根據(jù)上述測(cè)試計(jì)劃,N 個(gè)列車單元接受了測(cè)10 萬km 。X1 ,X2 ,Xi 為測(cè)試期間記錄的每一測(cè)試。每列車須完成設(shè)定的小時(shí)數(shù)或公里數(shù)。當(dāng)零部試列車的故障數(shù)。