高速動車組列車齒輪箱的故障樹分析

高速動車組列車齒輪箱的故障樹分析摘要：隨著社會經(jīng)濟水平的飛速發(fā)展，高速動車組列車逐漸成為人們生活中最常見的交通工具之一。高速動車的動力系統(tǒng)在運行的過程中，齒輪箱故障是造成的動車運行安全故障的主要問題。在分析高速動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)庫進行定性定量分析，對消除動車運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：高速動車；齒輪箱；故障樹引言：我國對高速鐵路等基礎(chǔ)交通建設(shè)的重視程度不斷加強，高速動車的運行安全問題關(guān)系到每一位乘客。在國家相關(guān)的高速動車運行安全管理標準中，對列車的相關(guān)故障評估分析有一定的規(guī)范，但仍然缺少完整的分析流程規(guī)定。高速動車組列車齒輪箱是動力系統(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)定性進行必要的評估，是目前定位高速動車組列車齒輪箱故障點、分析零件重要性的主要方法。高速動車組列車齒輪箱故障樹的構(gòu)建高速動車組列車是目前人們出行最經(jīng)常選擇的一種交通工具，為了提高其運行的穩(wěn)定性和安全性，對發(fā)生動力故障的車組進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)時間的因果快速定位故障零件[1]。齒輪箱故障樹建立高速動車的動力驅(qū)動系統(tǒng)在運行過程中涉及的零件有很多，在構(gòu)建故障樹時主要可以分為兩個方面。首先，要根據(jù)齒輪箱的軸承系統(tǒng)中主要的失效模式進行分析，辨別齒輪箱故障屬于什么類型。齒輪在運行過程中如果出現(xiàn)了發(fā)熱或振動的情況，說明齒輪運行時間過長，軸承連接的位置出現(xiàn)了松動。此時要將零件拆除進行更換，不能再繼續(xù)使用。如果齒輪箱的潤滑系統(tǒng)因為潤滑劑缺失導致的軸承轉(zhuǎn)動不暢或出現(xiàn)跳動，應當及時進行處理，否則會給設(shè)備帶來嚴重損壞[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行分析。在高速動車組列車中，故障來源不是某一輛動車，而是動車車組中的某個連接部件的功能溶于給整個車組帶來的問題。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，快速定位故障點和故障情況。故障邊界條件的確定對故障系統(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輛車組成的高速動車組列中，超過3輛動車的制動問題發(fā)生故障后才會在車組運行的速度變化中找到問題。車輛制動時會合輪軸之間發(fā)生較大的摩擦，緊急制動帶來了力量變化十分迅速，會引起乘客摔傷等安全問題。經(jīng)過數(shù)據(jù)庫對比分析發(fā)現(xiàn)，高速動車組列車的制動極限為0.75m/s3。其次，高速動車組列車的防滑功能需要依靠安裝車軸防滑閥來實現(xiàn)，8輛次的車組需要安裝32個防滑閥同時工作[3]。防滑閥失效會引發(fā)車輛的動力系統(tǒng)產(chǎn)生問題，導致車軸的受力增大，影響列車組整體的運行安全。最后，在高速動車組列車中還存在一些其他的邊界條件，如清潔制動中車輛需要施加70kPa的壓力，車輛停放時需要有4節(jié)車輛安裝控制裝置等。高速動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，將高速動車組列車齒輪箱中會造成運行安全故障的事件進行依次羅列，將其中階數(shù)最小的一組作為標準值，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)表中反復出現(xiàn)的某個齒輪箱故障可以認定為是最小割集列表中的故障點位置。定性分析高速動車組列車齒輪箱故障樹的定性分析是一種預判環(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，并將其認定為一個最小割集，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]。定量分析高速動車組列車齒輪箱故障樹的定量分析主要是指通過對故障樹中涉及事件的平均壽命計算的過程。在定量分析的過程中，要根據(jù)已經(jīng)可測得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，聯(lián)系故障樹模型中數(shù)據(jù)的最小割集，計算出平均壽命數(shù)值。高速動車組列車齒輪箱故障樹定量計算中涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容很多，包括車輛的運行時間、故障發(fā)生的時間區(qū)間、列車組動力系統(tǒng)的功率輸出。由于車輛運行的時間較長，計算制動輸出的數(shù)據(jù)點也很多，依靠最小割集分析能夠縮小計算范圍。計算機仿真分析由于一些高速動車組列車的零件眾多，通過人工的方式進行建模分析工作量較大，一般使用計算機來進行仿真分析，提高工作效率。計算機仿真技術(shù)的主要原理是，對輸入的基礎(chǔ)事件數(shù)據(jù)進行反復仿真，以最大的工作時間來分析系統(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，這個零件就是出現(xiàn)故障概率最高的部分，動車維修人員可以根據(jù)仿真結(jié)果快速找到故障零件進行維修處理。計算機仿真結(jié)果中還有一項可靠性分析，是根據(jù)故障數(shù)據(jù)庫錄入的歷史數(shù)據(jù)進行對比，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之間被認定為有效。結(jié)束語總之，高速動車在運行過程中的安全問題十分重要，齒輪箱是動車動力系統(tǒng)中的元件之一，對齒輪箱的故障分析有一定的現(xiàn)實意義。研究者們針對高速動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，可以通過計算機仿真模擬的方式對其進行分析，對比數(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，節(jié)約維修時間，為高速動車的平穩(wěn)運行提供支持。參考文獻：趙博,吳鳳林等.高速動車組列車齒輪箱的故障樹分析與仿真[J].機械設(shè)計與制造,2018(01):148-151．戴志輝,王增平等.基于動態(tài)故障樹與蒙特卡羅仿真的保護系統(tǒng)動態(tài)可靠性評估[J].中國電機工程學報,2011,31(19)