高速動(dòng)車組列車齒輪箱的故障樹分析

高速動(dòng)車組列車齒輪箱的故障樹分析摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展，高速動(dòng)車組列車逐漸成為人們生活中最常見的交通工具之一。高速動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，齒輪箱故障是造成的動(dòng)車運(yùn)行安全故障的主要問題。在分析高速動(dòng)車組列車齒輪箱過重的過程中，要根據(jù)不同的故障模式建立故障樹的模型，通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性定量分析，對(duì)消除動(dòng)車運(yùn)行安全問題有很大幫助。因此，本文將系統(tǒng)性地介紹高速動(dòng)車組列車齒輪箱故障樹的基本概念，討論故障樹的構(gòu)建和分析仿真。關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車；齒輪箱；故障樹引言：我國對(duì)高速鐵路等基礎(chǔ)交通建設(shè)的重視程度不斷加強(qiáng)，高速動(dòng)車的運(yùn)行安全問題關(guān)系到每一位乘客。在國家相關(guān)的高速動(dòng)車運(yùn)行安全管理標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)列車的相關(guān)故障評(píng)估分析有一定的規(guī)范，但仍然缺少完整的分析流程規(guī)定。高速動(dòng)車組列車齒輪箱是動(dòng)力系統(tǒng)的重要部分，研究者們通過建立故障數(shù)據(jù)可故障樹模型，能夠?qū)Ω哞F系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性進(jìn)行必要的評(píng)估，是目前定位高速動(dòng)車組列車齒輪箱故障點(diǎn)、分析零件重要性的主要方法。高速動(dòng)車組列車齒輪箱故障樹的構(gòu)建高速動(dòng)車組列車是目前人們出行最經(jīng)常選擇的一種交通工具，為了提高其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)發(fā)生動(dòng)力故障的車組進(jìn)行快速排除定位和維修，需要通過數(shù)據(jù)庫分析和建立故障樹模型的方式。故障樹是一種將車組故障事件通過邏輯關(guān)系排列出的圖示。在故障樹模型中可以根據(jù)時(shí)間的因果快速定位故障零件[1]。齒輪箱故障樹建立高速動(dòng)車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中涉及的零件有很多，在構(gòu)建故障樹時(shí)主要可以分為兩個(gè)方面。首先，要根據(jù)齒輪箱的軸承系統(tǒng)中主要的失效模式進(jìn)行分析，辨別齒輪箱故障屬于什么類型。齒輪在運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)了發(fā)熱或振動(dòng)的情況，說明齒輪運(yùn)行時(shí)間過長，軸承連接的位置出現(xiàn)了松動(dòng)。此時(shí)要將零件拆除進(jìn)行更換，不能再繼續(xù)使用。如果齒輪箱的潤滑系統(tǒng)因?yàn)闈櫥瑒┤笔?dǎo)致的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不暢或出現(xiàn)跳動(dòng)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行處理，否則會(huì)給設(shè)備帶來嚴(yán)重?fù)p壞[2]。其次，根據(jù)齒輪箱的失效模式可以完善和建立故障樹模型并進(jìn)行分析。在高速動(dòng)車組列車中，故障來源不是某一輛動(dòng)車，而是動(dòng)車車組中的某個(gè)連接部件的功能溶于給整個(gè)車組帶來的問題。在建立模型的過程中要分組分情況，并尋找樹狀圖之間的關(guān)聯(lián)性，快速定位故障點(diǎn)和故障情況。故障邊界條件的確定對(duì)故障系統(tǒng)邊界分析模型的建立和邊界條件的確定能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決車組的齒輪箱故障問題。首先，在由8輛車組成的高速動(dòng)車組列中，超過3輛動(dòng)車的制動(dòng)問題發(fā)生故障后才會(huì)在車組運(yùn)行的速度變化中找到問題。車輛制動(dòng)時(shí)會(huì)合輪軸之間發(fā)生較大的摩擦，緊急制動(dòng)帶來了力量變化十分迅速，會(huì)引起乘客摔傷等安全問題。經(jīng)過數(shù)據(jù)庫對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，高速動(dòng)車組列車的制動(dòng)極限為0.75m/s3。其次，高速動(dòng)車組列車的防滑功能需要依靠安裝車軸防滑閥來實(shí)現(xiàn)，8輛次的車組需要安裝32個(gè)防滑閥同時(shí)工作[3]。防滑閥失效會(huì)引發(fā)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生問題，導(dǎo)致車軸的受力增大，影響列車組整體的運(yùn)行安全。最后，在高速動(dòng)車組列車中還存在一些其他的邊界條件，如清潔制動(dòng)中車輛需要施加70kPa的壓力，車輛停放時(shí)需要有4節(jié)車輛安裝控制裝置等。高速動(dòng)車組列車齒輪箱故障樹的分析最小割集最小割集的概念是指，將高速動(dòng)車組列車齒輪箱中會(huì)造成運(yùn)行安全故障的事件進(jìn)行依次羅列，將其中階數(shù)最小的一組作為標(biāo)準(zhǔn)值，即一階，在此基礎(chǔ)上分析出二階和其他的更高階。在不同階數(shù)表中反復(fù)出現(xiàn)的某個(gè)齒輪箱故障可以認(rèn)定為是最小割集列表中的故障點(diǎn)位置。定性分析高速動(dòng)車組列車齒輪箱故障樹的定性分析是一種預(yù)判環(huán)節(jié)，主要是通過定性分析快速找到故障系統(tǒng)中可能存在問題的部分，以便更有針對(duì)性地展開故障定位和判斷。故障樹的定性分析和確定最小割集之間有十分密切的聯(lián)系，在故障樹模型中，可能發(fā)生故障的事件相互存在“或”的關(guān)系，根據(jù)布爾運(yùn)算理論可以判斷出故障樹中涉及的所有基本事件，并將其認(rèn)定為一個(gè)最小割集，那么該車族系統(tǒng)可能發(fā)生的故障模式數(shù)量就和最小割集的數(shù)量相等[4]。定量分析高速動(dòng)車組列車齒輪箱故障樹的定量分析主要是指通過對(duì)故障樹中涉及事件的平均壽命計(jì)算的過程。在定量分析的過程中，要根據(jù)已經(jīng)可測(cè)得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，聯(lián)系故障樹模型中數(shù)據(jù)的最小割集，計(jì)算出平均壽命數(shù)值。高速動(dòng)車組列車齒輪箱故障樹定量計(jì)算中涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容很多，包括車輛的運(yùn)行時(shí)間、故障發(fā)生的時(shí)間區(qū)間、列車組動(dòng)力系統(tǒng)的功率輸出。由于車輛運(yùn)行的時(shí)間較長，計(jì)算制動(dòng)輸出的數(shù)據(jù)點(diǎn)也很多，依靠最小割集分析能夠縮小計(jì)算范圍。計(jì)算機(jī)仿真分析由于一些高速動(dòng)車組列車的零件眾多，通過人工的方式進(jìn)行建模分析工作量較大，一般使用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真分析，提高工作效率。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的主要原理是，對(duì)輸入的基礎(chǔ)事件數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)仿真，以最大的工作時(shí)間來分析系統(tǒng)，找到仿真結(jié)果中包含基礎(chǔ)事件最多、平均壽命最低的零件，這個(gè)零件就是出現(xiàn)故障概率最高的部分，動(dòng)車維修人員可以根據(jù)仿真結(jié)果快速找到故障零件進(jìn)行維修處理。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果中還有一項(xiàng)可靠性分析，是根據(jù)故障數(shù)據(jù)庫錄入的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，判斷出此次仿真分析結(jié)果的可靠性，數(shù)值一般在0.66-0.73之間被認(rèn)定為有效。結(jié)束語總之，高速動(dòng)車在運(yùn)行過程中的安全問題十分重要，齒輪箱是動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)中的元件之一，對(duì)齒輪箱的故障分析有一定的現(xiàn)實(shí)意義。研究者們針對(duì)高速動(dòng)車組列車齒輪箱相關(guān)狀態(tài)的分析，構(gòu)建了故障樹的分析方式，可以通過計(jì)算機(jī)仿真模擬的方式對(duì)其進(jìn)行分析，對(duì)比數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，能夠有效提高齒輪箱工作的穩(wěn)定性。這種綜合分析故障的方式能夠快速定位故障點(diǎn)，節(jié)約維修時(shí)間，為高速動(dòng)車的平穩(wěn)運(yùn)行提供支持。參考文獻(xiàn)：趙博,吳鳳林等.高速動(dòng)車組列車齒輪箱的故障樹分析與仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2018(01):148-151．戴志輝,王增平等.基于動(dòng)態(tài)故障樹與蒙特卡羅仿真的保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)估[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,31(19)