《鐵路貨車控制閥主閥檢修及常見故障研究》13000字（論文）

目錄鐵路貨車控制閥主閥檢修及常見故障研究摘要如今鐵路列車高速高效發(fā)展，制動系統(tǒng)是確保旅客運輸安全最重要的一環(huán)。以103型分配閥主閥為核心的空氣制動裝置，其技術(shù)狀態(tài)直接決定了鐵路貨車的運行質(zhì)量。目前隨定檢周期進行檢修的作業(yè)模式易造成制動機件維修不足或過度維修，因此探索新的預防性檢修模式，提高質(zhì)量控制對維護鐵路貨車品質(zhì)具有重要意義。本文提出了非固定周期的103型分配閥主閥檢修模式優(yōu)化模型，并對其檢修工序中存在的問題進行質(zhì)量控制，在此基礎上對多機件空氣制動裝置的檢修計劃進行優(yōu)化。具體研究內(nèi)容如下：（1）以103型制動閥為研究對象，構(gòu)建了服從韋布爾分布的檢修模式優(yōu)化模型，將維修成本和維修時間作為優(yōu)化目標，通過多目標遺傳算法求解，將優(yōu)化后的檢修模式與傳統(tǒng)的定期檢修模式對比，分析得出優(yōu)化后的非固定周期檢修模式能以更經(jīng)濟的方式完成檢修任務。（2）對臨修制動閥進行質(zhì)量控制研究，以檢修工序作為切入點，通過Meta分析確定增加初試工序的必要性；得到103型制動閥故障的主要表現(xiàn)指標，以此為依據(jù)對103型制動閥進行漏泄量分級，根據(jù)不同等級采取不同的維護方案；并對合格閥根據(jù)其性能進行分類，使不同檢修周期的貨車選配相應性能的制動閥。關鍵詞：103型分配閥；預防性維修；優(yōu)化模型；維護方案目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 緒論1.1研究背景與意義隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，作為我國國民經(jīng)濟的大動脈，鐵路運營的交通系統(tǒng)也在不斷進步，設備也在不斷迭代。為完成客貨運輸?shù)钠D巨任務，鐵路的牽引重量和運行速度都在不斷提高，制動技術(shù)在鐵路發(fā)展中的地位也越來越重要。1997年以來，鐵道部先后6次大規(guī)模地提速中國干線鐵路[1-3]。而提高列車速度是制動技術(shù)面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)。隨著鐵路向高速、重載的方向發(fā)展，自動空氣制動的檢修以及質(zhì)量控制研究顯得尤為重要。103型分配閥是當前鐵路貨車車輛的主要空氣制動機，其性能狀態(tài)對貨車的運行質(zhì)量起著關鍵作用。本文對103型分配閥主閥的檢修模式及質(zhì)量控制進行了研究和分析。以可靠性為中心，對預防性維修周期進行優(yōu)化，考慮以103制動閥為核心的空氣制動系統(tǒng)相關多機件檢修模式優(yōu)化策略。采集103分配閥主閥各排氣口的泄漏數(shù)據(jù)，探討檢修工序。經(jīng)過整合分析，建立了質(zhì)量控制優(yōu)化方案。為使空氣制動系統(tǒng)維修成本和維修時間最小，研究了以空氣制動系統(tǒng)可靠度為約束的非固定周期預防性檢修優(yōu)化模型，并得到空氣制動系統(tǒng)各機件的維修類型計劃。為下一步鐵路制動系統(tǒng)檢修工作的發(fā)展方向提供了參考。1.2國內(nèi)外貨車檢修制度1.2.1國外貨車檢修制度國際上現(xiàn)行的鐵路車輛的檢修制度有兩種：一種是將車輛檢修劃分為若干個修程，進行有計劃的預防性維修；另一種是根據(jù)運行中車輛的技術(shù)狀態(tài)進行必要的維護和修理[11]。鐵路空氣制動裝置檢修制度也包含其中。計劃維修是指根據(jù)車輛類型，有計劃地對鐵路車輛進行預防性檢查、保養(yǎng)和維修，被東歐國家和日本等國采用；狀態(tài)維修是根據(jù)車輛的技術(shù)狀態(tài)維修車輛的制度，由美國和一些西歐國家采用，該制度只有在擁有大量車輛且無需過分追求運用效率的情況下才采用。其優(yōu)點是不需要大型檢修基地。德國貨車檢修制度德國貨車的檢修制度可分為定期檢查、及時保養(yǎng)和計劃維修三個階段。“定期檢查、及時保養(yǎng)”是指必須嚴格按照規(guī)定的時間間隔進行檢查和維護。其主要內(nèi)容包括清理檢查、調(diào)整與緊固、故障排除與潤滑、易損件更換等?！坝媱澬蘩怼笔侵赣杏媱澋貙﹁F路車輛進行修理。對具有不同損傷規(guī)律和損傷速度的機件進行分組以確定損壞極限并定義不同維修的維修期和維修范圍[12]。具體維修制度如表1.1所示：表1.1德國貨車檢修修程、檢修周期及檢修內(nèi)容修制日檢月檢大修徹底性大修檢修周期5005周100萬14-18年檢修內(nèi)容日常檢查、保養(yǎng)工作，排除走行部等關鍵部位的故障主要對走行部、制動、電氣、鉤緩等設備進行檢查對整車尤其是關鍵部位進行分解、檢修整車進行大規(guī)模翻修注：除了完成日檢和月檢外，還要完成修理量少于50的臨修工作及防寒、暑整備工作日本貨車維修制度由于日本列車密度達到73.1列/天，列車運行速度高，客運主線220，既有線120，需要相應的檢修制度與其匹配。長期以來，日本的車輛檢修制度一直采用有計劃預防性的定期維修制度，即根據(jù)車輛的走行公里數(shù)或?qū)嶋H運行時間。其維修制度、檢修周期及檢修內(nèi)容如表1.2所示：表1.2日本貨車檢修修程、檢修周期及檢修內(nèi)容車輛類型修制檢修周期檢修內(nèi)容新干線電動車定檢（交替檢查）3萬或30天對走行部、制動系統(tǒng)、電氣裝置等進行檢查大修（全面檢查）90萬或3年對系統(tǒng)進行分解、進行全面檢修一般電動車和貨車定檢（交替檢查）3萬或90天對貨車關鍵系統(tǒng)進行檢查大修（全面檢查）80萬或6年對系統(tǒng)全面分解和檢查檢修注：另外還有日常維修性的運行檢查和作業(yè)檢查等由于日本大多數(shù)貨車均使用電動車，故而故障時間間隔的統(tǒng)計離散度太大。因此，提出了一些改革維修制度的措施：將計劃的預防性維修更改為狀態(tài)修；根據(jù)經(jīng)驗和感覺的檢查方法變?yōu)槌浞掷孟冗M的診斷設備和技術(shù)，重視檢查部件或裝置的功能或特性；把以分解為主體的檢查方式變?yōu)榉欠纸鉃橹黧w的檢查方式；變勞動密集型作業(yè)為機械化作業(yè)；計算機檢驗和統(tǒng)計管理廣泛應用等。美國貨車維修制度美國貨車檢修體系是以狀態(tài)修為主，將重要零部件（如制動機）的定期維修與一般零部件的狀態(tài)維修相結(jié)合。UP公司擁有25個車輛段，負責車輛修時為24內(nèi)的維修作業(yè)，車輛大修周期為100萬或8年。美國鐵路依靠質(zhì)量良好的車輛、完善的計算機信息管理系統(tǒng)、充足、暢通的備件供應，實現(xiàn)車輛的狀態(tài)修、換件修和集中專業(yè)化管理。美國的每家鐵路公司都有自己完善的信息系統(tǒng)，利用計算機存儲車輛及其主要部件的履歷、數(shù)量、壽命預測、可靠性統(tǒng)計、檢修計劃、質(zhì)量反饋等一系列信息和程序。檢修基地的檢修作業(yè)和零部件更換情況輸入計算機后，將由其總部根據(jù)基地數(shù)據(jù)進行處理和數(shù)據(jù)分析。鐵路公司高度重視計算機軟件的開發(fā)和改進，以提高車輛檢修管理水平。1.2.2國內(nèi)貨車檢修制度貨車維修體制分為預防性維修和事后維修，預防性維修又包括定期維修和視情維修。目前國內(nèi)鐵路貨車空氣制動裝置檢修隨貨車定檢周期進行，以使用時間或運行里程作為檢修期限。只要設備運用到給其預先規(guī)定好的時間或里程，無論其技術(shù)狀態(tài)如何，都必須進行規(guī)定性維修，這是一種強制性的預防性維修方法[13]。視情維修是近年來在高可靠性鐵道機車車輛構(gòu)造的基礎上發(fā)展而來的。這種維修方式是依據(jù)設備實際情況來確定維護的時機[14]。它沒有規(guī)定機械部件的固定分解范圍和維護期限，而是在檢查和測試其技術(shù)狀況的基礎上確定每個機械部件的最佳維修時間。無論是可預防漸進性故障的屬于預防性維修的定期維修和狀態(tài)維修，還是多用于意外故障情況下，或不影響安全運行的情況用預防性維修不經(jīng)濟而采用的非預防性質(zhì)的事后維修，這三種維護方式都有一定的適用范圍。由表1.3和表1.4我國貨車檢修修程及檢修內(nèi)容可知，不論是普通貨車還是提速貨車，其檢修制度中都在輔修或級修時就對空氣制動裝置的相關部件進行檢修，尤其是制動系統(tǒng)的“心臟”：103型制動閥，其在列車進行制動作用時所處的關鍵位置和重要性決定了該機件在運用量與檢修量上有很大的需求。普通貨車（22型、25、25型等）的定期檢修修程分為輔修、段修和輔修，具體周期如表1.3所示：表1.3國內(nèi)鐵路普通貨車檢修修程、檢修周期及檢修內(nèi)容修制檢修周期檢修內(nèi)容輔修20萬或距上次輔修及以上修8個月對軸承潤滑部分和空氣制動裝置進行檢修，對其他部分做輔助性修理段修60萬或距上次段修及以上2年對貨車重點部位進行分解檢修、集中換件修，保持車輛各部狀態(tài)性能廠修240萬或距新造或上次廠修8年整車分解檢查并徹底修理，消除設計制造缺陷，恢復車輛基本性能提速貨車（25及25型等）修程分為、、、四級，具體檢修規(guī)程如表1.4所示：表1.4國內(nèi)鐵路提速貨車檢修等級、檢修周期及檢修內(nèi)容檢修等級檢修周期檢修內(nèi)容級（安全檢修）30萬km或距上次以上修1年對關鍵部位換件修，其他部位狀態(tài)修，對故障部位進行處理級（段修）60萬km或距上次以上修2年對部件分單元進行換件修和狀態(tài)修，基本恢復貨車上、下部技術(shù)狀態(tài)級（段修）120萬km或已做過一次修，距上次修2年對貨車重點部位實施大范圍換件修級（大修）240萬km或距新造或上次修10年整車全面分解、徹底修理，以及必要的技術(shù)改造工作1.3貨車制動閥維修現(xiàn)狀鐵路貨車檢修方式的發(fā)展趨勢，是事后維修逐步轉(zhuǎn)向定期預防性維修，再由定期的預防性維修走向計劃性定期檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果安排近期的計劃維護與修理。及時有效的維修在保證設備的使用壽命、安全性和可靠性等方面具有重要的地位和作用。下面將通過對制動閥檢修工序、機械系統(tǒng)維修思想及方式、組合維修策略研究及維修相關性的研究現(xiàn)狀進行總結(jié)并進行分析。1.3.1103型制動閥檢修模式目前，鐵路貨車103型分配閥檢修主要結(jié)合貨車段、輔修進行。即在貨車修或、修到期時，將分配閥卸下進行分解檢修，按檢修工序可分為：外部清洗、分解、一次清洗、零部件檢修、二次清洗、組裝、試驗、入庫幾個工序，可以實現(xiàn)工序之間的相互控制，即從以下三個方面從下道工序監(jiān)控上層工序：實物流轉(zhuǎn)、維護記錄的填寫和工位級的輸入。一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以返回上層工序進行處理，保證記錄信息和實物的一致性，從而實現(xiàn)維修質(zhì)量的可追溯性。[14]。文獻[15-18]以制動閥檢修質(zhì)量控制為研究對象，探討預防性維修策略，對制動閥檢修過程進行優(yōu)化研究。103型分配閥主閥檢修流程及儲存要求如圖1.1和表1.5所示。圖1.1103型分配閥主閥檢修流程表1.5103型分配閥主閥儲存期限及要求零部件名稱儲存期限儲存要求分配閥超過3個月不足6個月試驗超過6個月分解、檢修、試驗單元制動缸、塞門、緩解閥、集塵器、制動緩解指示器、閘調(diào)器、防滑閥等超過6個月試驗超過12個月分解、檢修、試驗軟管超過12個月試驗1.3.2組合維修策略研究組合維修策略根據(jù)維修工作的類型可分為修復組合維修策略、預防性組合維修策略和機會組合維修策略。修復性組合維護策略是當一個組件發(fā)生故障時，該組件一直處于故障狀態(tài)，直到與其他發(fā)生故障組件一起修復；預防性組合維護策略用于預防故障并降低運營成本。它通過同時執(zhí)行維護任務的方式，提前準備維護計劃達到降低維護成本的目的；機會組合維護策略是指當某個部件發(fā)生故障時，將提前達到機會維護的范圍的部件進行提前預防性維修，將故障部件的修復性維修有機地結(jié)合起來，節(jié)省系統(tǒng)的維護成本。由于一個組件的故障提供了更換或修復其他組件的機會，因此機會維護在與結(jié)構(gòu)相關的系統(tǒng)中得到了很好的應用。2維修相關理論2維修相關理論2.1可靠性維修評價指標可靠性是指機械系統(tǒng)及其部件在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、能夠完成規(guī)定功能的可能性。對于鐵路貨車而言，就是其系統(tǒng)部件在規(guī)定的維護和使用條件下，能夠保持正常工作能力，并最終完成規(guī)定的行程任務的特性，它是用來衡量鐵路貨車設備及其部件質(zhì)量的重要指標。2.1.1概率分布函數(shù)若以非負隨機變量描述設備的服役里程，表示設備失效時的里程，用表示設備工作到里程時已經(jīng)失效的概率，稱為設備的故障概率函數(shù)。失效可能發(fā)生的區(qū)間為，函數(shù)參變量亦可用服役時間表示。的數(shù)學表達式如式2.1所示：(2.1)2.1.2可靠度設備在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的里程或時間里，能夠正常行使功能的概率，稱為該設備的可靠度。因可靠度是里程或時間的函數(shù)，故參變量為設備實際服役里程的可靠度的表達形式為：(2.2)與可靠度對立的是不可靠度即故障概率函數(shù)，表示設備的不可靠程度，故障概率函數(shù)與可靠度成下述對立關系，即與互補，如式2.3所示：(2.3)2.1.3失效概率密度函數(shù)將概率分布函數(shù)對服役里程求導，得到失效概率密度函數(shù)，用表示，由式2.4所示：(2.4)2.1.4故障率一般情況下，故障率是運行里程或運行時間的函數(shù)，若用表示，則含義為設備在里程區(qū)間正常運行，在運行里程為時出現(xiàn)故障的概率。記條件概率，令，稱為瞬間危害率，或故障率。的表達式如式2.5所示：(2.5)和失效概率密度函數(shù)的關系為：(2.6)2.1.5可用度可用度是可修設備的評價指標之一，能夠客觀反映該設備的使用效率。它表示設備在規(guī)定的使用條件下使用時，在達到某時間或某運行里程時正常工作的概率。其定義表達式為：(2.7)其中表示設備平均可運行時間，表示設備平均停機時間（包含設備未故障但處于停機狀態(tài)的時間）。2.1.6特征量關系根據(jù)上述分析，可總結(jié)出以服役里程為參變量的可靠性特征量之間的轉(zhuǎn)化關系，如表2.1所示：表2.1可靠性特征量函數(shù)轉(zhuǎn)化關系特征量2.2失效分布函數(shù)2.2.1失效率曲線失效率是描述設備因失效而引起的工作過程中的可靠度衰減規(guī)律，是指設備工作到服役里程或運行時間時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。失效率曲線反映了研究對象在任何時刻出現(xiàn)失效狀況的概率變化趨勢。將設備的失效率用曲線繪制在坐標上，反映了設備在運行的整個工作過程中失效趨勢的變化情況。如圖2.1所示，它反映了機械系統(tǒng)失效率的不同階段和與其對應的運行里程：圖2.1浴盆失效曲線由圖所示，失效率曲線因狀似浴盆，故而將其稱之為浴盆失效曲線。浴盆失效曲線代表的失效率變化規(guī)律可分為三個階段，分別是早期失效期、偶然失效期和損耗失效期。(1)早期失效期(DFR)設備在工作初期的失效率很高，但隨著運行里程的增加失效率迅速下降，這個階段稱為早期失效期，該期間的行走里程長短隨設備的制造質(zhì)量和工藝設計而變化。失效主要是由制造、設計缺陷和使用環(huán)境不當，即人為錯誤等各種原因?qū)е碌摹?2)偶然失效期(CFR)偶然失效通常是具有隨機性的突然失效。盡管在此期間的失效率隨運行里程而有所變化，但由于變化細微，故而將其視作一個常系數(shù)?？梢哉f，這個時期是設備的正常工作時期。偶然失效往往起源于機械設備可靠性設計中的隱患、維修不善或使用不得當?shù)?。通過改進使用和管理、提高可靠性設計質(zhì)量、加強監(jiān)視、診斷和維護等措施，可以有效降低偶然失效期的失效率。(3)損耗失效期(IFR)在步入此階段后，設備的失效率呈逐漸上升趨勢，稱為損耗失效期。在此期間，統(tǒng)經(jīng)過長期的使用，由于老化、疲勞、磨損等原因，設備工作壽命已逐漸衰變，從而處于頻繁失效狀態(tài)，使設備失效率隨著時間的推移而遞增，最終導致設備功能喪失。2.2.2指數(shù)分布設備的維修時間和失效時間多服從于指數(shù)分布、正態(tài)分布和威布爾分布等。其中，指數(shù)分布是一種單參數(shù)型分布函數(shù)，主要用來描述承受一定載荷但磨損很小的電子元件、機械設備及其零部件的壽命和維修里程或時間。其可靠性數(shù)學表達式如下。概率分布函數(shù)：(2.8)可靠度函數(shù)：(2.9)失效概率密度函數(shù)：(2.10)失效率函數(shù)：(2.11)從以上表達式可以看出，只要確定了一個參數(shù)(失效率)，就可以完全確定可靠度函數(shù)。指數(shù)分布有一個突出的特征，即無記憶性。如果某設備的失效率是恒定的，那么它從開始到運行里程內(nèi)的可靠度為，如果在這個里程周期結(jié)束時沒有被修復，它將在下一個間隔相同的里程周期內(nèi)，可靠度仍等于。2.2.3正態(tài)分布正態(tài)分布是概率分布中最常見和最普遍使用的統(tǒng)計分布，它可以描述很多自然現(xiàn)象，如測量誤差、工藝誤差、材料特性、機械系統(tǒng)的維修時機等。其數(shù)學表達式如下所示。失效概率密度函數(shù)：(2.12)概率分布函數(shù)：(2.13)其中，是母體集中趨向的判斷值，表均值，表示母體的數(shù)學期望，是隨機變量的離散程度，作為標準差，表示母體方差的開方。失效率函數(shù)：(2.14)其中，表示標準正態(tài)分布密度函數(shù)，，可靠度?？煽繅勖?2.15)其中，，表示當標準差和均值已知，且隨機變量呈正態(tài)分布時，概率分布函數(shù)可以轉(zhuǎn)化為標準正態(tài)分布函數(shù)，并保留其特性。3103型分配閥主閥檢修模式與質(zhì)量控制研究3103型分配閥主閥檢修模式與質(zhì)量控制研究3.1問題的描述及假設本文以103型分配閥主閥作為研究對象，103型分配閥主閥是貨車空氣制動系統(tǒng)的核心，從級修程就實施換件修，經(jīng)過輔修、段修一直到廠修進行整車分解的徹底性修理。103型制動閥主閥由作用部、充氣部、均衡部、增壓閥和局減閥組成，主要利用制動主管的壓力變化來實現(xiàn)制動機的充氣、制動、保壓、緩解等作用。103型分配閥主閥的結(jié)構(gòu)如下圖3.1所示：圖3.1103型分配閥主閥結(jié)構(gòu)由圖3.1所示，作用部主要由主活塞、截止閥、滑閥及穩(wěn)定部等組成，作用部利用制動主管與工作風缸的壓力差，遮斷或溝通閥體內(nèi)相關通路，產(chǎn)生制動、緩解、局減、充氣、保壓等作用；充氣部用于控制副風缸充氣，位置位于主閥的上蓋內(nèi)，由充氣止回閥與充氣閥等組成；均衡部位置與作用部相鄰，是用來控制制動缸的充氣、排氣與保壓的作用，由上部作用閥部、下部作用活塞部以及縮孔堵組成；增壓閥在緊急制動時提升制動缸壓力，以獲得更大的制動力，由增壓閥、增壓閥彈簧、密封圈和增壓閥套等組成；局減閥位于主閥體內(nèi)作用部與均衡部之間，由局減活塞、局減閥、局減閥彈簧、壓圈和局減膜板等組成。在第二階段局減時，局減閥將制動主管的壓縮空氣送入制動缸，使制動主管產(chǎn)生局減作用，可提高制動波速，并在制動初期使制動缸獲得一個壓力的初躍升，可減小在制動時閘瓦沖擊車輪的沖擊力。在現(xiàn)場情況中，車間進行的預防性維修內(nèi)容分為修理預防性替換和預防性修理。屬于完全維修，使設備恢復“全新”狀態(tài)，具體方法為將閥體整體由全新的制動閥取代，是修復如新的修理方式，但其更換費用較高；屬于不完全維修，可以使設備變回“年輕”狀態(tài)，具體手段為對103型分配閥主閥閥體及其零部件進行分解并修理，具體方法為將小的零部件如碰傷或有裂紋的閥蓋、變形、銹蝕或折斷的彈簧、劃傷或粗糙度低于標準的滑閥和截止閥等作修平、研磨、保養(yǎng)或更換處理，是修復非新的修理方式。此外還有在列車運行狀態(tài)中出現(xiàn)的非預期故障維護，采用最小維修方式，該方式只能讓103型分配閥主閥恢復工作，不改變其工作壽命。預防性維修需要花費一定的成本和時間，但這樣的維修方式可以有效降低貨車發(fā)生突發(fā)性故障的次數(shù)，減少因故障引起的運營損失，保證旅客行車安全。充分利用系統(tǒng)的可靠性，可以合理安排預防性維修間隔期，避免103型分配閥主閥欠維修或過維修。本章在保證一定可靠度的基礎上，以有限運行里程內(nèi)的總維修成本最小、總維修時間最低為優(yōu)化目標，建立103型分配閥主閥檢修模式優(yōu)化模型。下面針對要解決的問題，作如下假設：（1）103型分配閥主閥故障里程服從于形狀參數(shù)為，比例參數(shù)為的韋布爾分布。（2）103型分配閥主閥的初始可靠度為1，即全新狀態(tài)開始運行。（3）運行過程中發(fā)生非預期故障采用小修的維修方式，小修只能使制動閥恢復正常工作，不改變其可靠度和工作壽命。（4）103型分配閥主閥的維修時間小于整車維修時間。（5）103型分配閥主閥需要貨車停止運行進行維修作業(yè)。3.2103型分配閥主閥檢修模式模型構(gòu)建3.2.1變量定義及約束條件（1）決策變量定義：制動閥預防性維修總次數(shù)：第次預防性維修施修時機：第次預防性維修采用的維修內(nèi)容（2）約束條件根據(jù)以上分析，并結(jié)合實際需要，本模型中建立約束條件如下：①可靠度下限約束該約束是指運用狀態(tài)下的制動閥，為了保證運行安全，需規(guī)定其可靠度不得低于要求的最小可靠度，表達為：(3.1)式中：為運行里程內(nèi)制動閥的可靠度；為制動閥要求的可靠度下限。②預防性維修間隔約束該約束是指制動閥的維修間隔需介于最小維修間隔與最大維修間隔之間，當，預防性維修為變周期。當，預防性維修為等周期，即：(3.2)(3.3)式中：為內(nèi)制動閥的最小維修間隔；為制動閥規(guī)定的最大維修間隔；為制動閥的維修間隔。③維修順序約束該約束是指每次進行預防性維修遵循一定次序，如下式所示：(3.4)式中：為貨車累積運行里程。3.2.2可靠度模型在貨車累計服役里程內(nèi)，對103型分配閥主閥施行了次預防性維修操作，103型分配閥主閥開始運行時為全新狀態(tài)，即。每當運行里程到達時，對其執(zhí)行預防性維修，此時103型分配閥主閥的施修內(nèi)容為。結(jié)合現(xiàn)場103型分配閥主閥預防性維修內(nèi)容，的取值如下表3.1所示：表3.1施修內(nèi)容的取值取值施修內(nèi)容1第次預防性維修內(nèi)容為預防性替換2第次預防性維修內(nèi)容為預防性修理本文采用文獻[27，31，32]中的可靠度建模過程對103型分配閥主閥可靠度進行模型建立。制動閥在經(jīng)過第次預防性維修后的可靠度如式3.5所示：(3.5)式中：表示103型分配閥主閥在第次預防性維修后，失效部分的初始可靠度；表示103型分配閥主閥在第次預防性維修后，服役里程為時未失效部分的可靠度。對于采取不同的預防性維修內(nèi)容，制動閥可靠度的變化及劣化程度有所不同，如圖3.2所示。圖3.2103型分配閥主閥可靠度在不同維修內(nèi)容下的變化（1）失效修復模型對103型分配閥主閥進行第次預防性維修后，其失效部分的初始可靠度建模。若在第次預防性維修時進行預防性更換，則全新狀態(tài)下；若在第次預防性維修時進行預防性修理，則其可靠度得到修復。如式3.6所示：(3.6)式中，為失效恢復因子，可以通過歷史故障維修數(shù)據(jù)估得；表示制動閥在第次預防性維修后的可靠度恢復值；表示制動閥在第次預防性維修前的瞬時可靠度。（2）劣化加速模型隨著貨車運行里程的增長，可靠度劣化速度逐漸加快。如圖3.1所示，對機件施行第次預防性維修后，預防性修理比預防性替換的的可靠度劣化程度更高。103型分配閥主閥故障時間服從韋布爾分布，則制動閥在第次預防性維修后，在其時未失效部分的可靠度建模如式3.7所示：(3.7)其中，為未失效可靠度改善因子，為可靠度劣化加速因子，通過歷史故障維修數(shù)據(jù)和故障分析估得。關于取值表示如下：(3.8)綜上可得，103型分配閥主閥在時的可靠度如式3.19所示：(3.9)3.2.3故障率模型故障率與可靠度之間的關系如下：(3.10)結(jié)合103型分配閥主閥的可靠度模型，可得時服從韋布爾分布的故障率模型如下所示：(3.11)其中，表示第次預防性維修后103型分配閥主閥的初始故障率：(3.12)式中，表示制動閥在第次預防性維修后的故障率；表示制動閥在第次預防性維修前的故障率。3.2.4期望時間建模103型分配閥主閥在運行里程內(nèi)維修的總期望時間如下式3.13所示：(3.13)總期望時間由制動閥進行的預防性維修活動期望總時間和非預期故障維護期望總時間組成。其中，表示制動閥進行預防性維修單次維修用時，表示非預期故障維護單次期望施修時間。函數(shù)表達式如下式3.14所示：(3.14)式中，表示制動閥預防性替換單次期望施修時間；表示制動閥預防性修理單次期望施修時間。3.2.5期望成本建模服役里程內(nèi)103型分配閥主閥維修的總期望費用表達為：(3.15)總期望費用由制動閥進行的預防性維修活動期望總費用和非預期故障維護期望總費用組成。式中，表示非預期故障維護單次期望施修成本；為制動閥進行預防性維修的單次維修費用，其中表示制動閥預防性替換單次期望操作成本；表示制動閥預防性修理單次期望操作成本。3.2.6優(yōu)化目標函數(shù)以有限運行里程內(nèi)的總維修時間最少、總維修費用最低為優(yōu)化目標，103型分配閥主閥檢修模式優(yōu)化模型如式3.16所示，式3.17~3.20為優(yōu)化目標的約束條件：(3.16)(3.17)(3.18)(3.19)(3.20)3.3求解算法遺傳算法的早期研究工作始于1960年代。它是從生物的進化過程中抽象出來的求解方法。遺傳算法通過綜合模擬自然選擇和遺傳機制，編碼空間代替問題的參數(shù)空間，以編碼種群為進化基礎，個體基因的遺傳操作實現(xiàn)了選擇和遺傳機制，建立迭代過程。針對總維修時間最少、總維修成本最低的優(yōu)化模型，采用多目標遺傳算法進行求解[33]，算法流程圖如圖3.3所示：圖3.3多目標遺傳算法流程圖（1）編碼實數(shù)編碼具有高精度、易于搜索大空間的優(yōu)點。根據(jù)實際需要，選用實數(shù)位串對103型分配閥主閥檢修模式染色體進行編碼。染色體由預防性維修施修時機染色體和預防性維修施修內(nèi)容染色體兩段構(gòu)成。預防性維修施修時機染色體中的基因用整數(shù)表示，。用作為基因長度的限制條件。預防性維修施修內(nèi)容染色體中的基因用表示，。和分別表示103型分配閥主閥在運行里程時進行預防性替換或預防性修理。預防性維修施修內(nèi)容染色體的長度與預防性維修施修時機染色體的長度一致。將預防修施修時機染色體中不進行預防性維修用“-1”表示，并延長至整段。初始化群體按約束條件和編碼規(guī)則生成，若103型分配閥主閥服役里程，預防性維修最小維修間隔，最大維修間隔，則生成的檢修模式染色體組成初始化群體如下：(3.21)（2）雜交算子本章選用一點雜交操作，對交配池中一對染色體，根據(jù)基因長度，選擇一個雜交位，對兩個位串中雜交位右側(cè)部分的染色體位串互換，左側(cè)位置基因不變，從而形成新的一對染色體。對預防性維修施修時機染色體和預防性維修施修內(nèi)容染色體組成的個體進行雜交，從中選擇兩個父個體作為一對，雜交操作后將其生成的一對子個體放入下一代種群。如果父染色體Ⅰ，父染色體Ⅱ，選擇3為雜交位，則生成子染色體Ⅰ，子染色體Ⅱ。（3）變異算子變異操作模擬自然界生物進化過程中染色體上某個基因的突變，從而改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。進行一點變異操作時，變異算子從種群中，通過對父染色體變異點位的基因突變實現(xiàn)，父染色體的其余位置基因不變。當變異點在預防性維修施修時機染色體時，則對變異點基因變異，產(chǎn)生新的運行里程子染色體；當變異點在預防性維修施修內(nèi)容染色體時，通過一點變異，得到新的維修內(nèi)容子染色體。變異點若無效，則重新選擇變異位置變異。（4）選擇算子根據(jù)支配的概念[34]，設和為種群中的染色體，若對于，有，且至少有一個，有，則個體支配個體；若種群中不存在個體使個體支配個體，稱為種群中的非支配個體。對于多目標的解中，若任意和對于所有的目標非劣于，且至少有一個目標劣于，則和之間由支配。若染色體在該代種群中被個染色體支配，則在該種群的秩如式3.22所示：(3.22)多目標優(yōu)化問題中，由所有非支配解構(gòu)成Pareto最優(yōu)集。非劣解的，如圖3.4所示：圖3.4種群中染色體的秩當未達到最大循環(huán)數(shù)時，，計算個體的秩，將秩從小到大排序并更新精英集，從而剔除劣解。本章優(yōu)化目標為預防性檢修時機和成本，求解后將的非支配解放入Pareto最優(yōu)集。當?shù)竭_最大循環(huán)數(shù)后，所有Pareto最優(yōu)解為優(yōu)化目標解。3.4算例分析103型分配閥主閥的服役里程為，制動閥服從韋布爾分布，，；失效恢復因子，未失效可靠度改善因子，可靠度劣化加速因子；最小可靠度，，；，；，；，。以上參數(shù)帶入優(yōu)化目標函數(shù)進行求解，通過Matlab編程實現(xiàn)。遺傳算法中最大循環(huán)數(shù)為種群代數(shù)，種群代數(shù)為100，種群規(guī)模為500，雜交概率為0.7，變異概率為0.05，結(jié)果如下表3.2所示：表3.2103型分配閥主閥檢修模式優(yōu)化結(jié)果編號預防性維修里程預防性維修內(nèi)容128.320813.435-52-74-101-117-134-150-167-186-2031-1-1-1-2-1-1-2-1-1229.719396.233-49-68-87-119-132-147-165-1971-1-1-1-2-1-1-1-2331.817857.334-59-81-106-129-147-179-2011-1-1-2-1-1-2-1根據(jù)表3.2可知，在一定可靠度的要求下，方案1和方案2對比可知，方案2比方案1的維修時間多5%的情況下，方案1比方案2的維修成本高出7%；方案3比方案1的維修時間增加11%，但維修成本可以比方案1減少14%；方案3比方案2多花費7%的時間進行維修，維修成本可以比方案2節(jié)約8%。若以節(jié)約維修成本為第一考慮要素，則方案3優(yōu)于方案1和2。在同等約束下對現(xiàn)行貨車原始檢修模式進行優(yōu)化，103型分配閥主閥的維修間隔隨貨車定檢周期進行，定檢周期，利用多目標遺傳算法，對最小維修間隔和最大維修間隔都為時進行求解，結(jié)果如下所示：表3.3103型分配閥主閥原始檢修模式優(yōu)化結(jié)果編號預防性維修里程預防性維修內(nèi)容433.222386.830-60-90-120-150-180-210-2401-1-2-1-1-2-1-2由表3.3可知，采用原始的檢修模式，在一定可靠度的約束下，制動閥的維修成本將會增加。對表3.2和表3.3進行對比，如圖3.5所示：圖3.5兩種檢修模式非惡劣解對比由圖3.5可知，原始檢修方式在比方案1的維修時間多15%的前提下，維護成本高出7%；在維修時間方面，原始檢修方式分別比方案2和方案3多出11%和4%，維修成本方案4比兩者分別高出13%和20%。綜上可知，采用非固定周期的檢修模式明顯優(yōu)于原始的檢修模式。3.5103型分配閥主閥試驗質(zhì)量控制研究3.5.1微控705型制動閥試驗臺機能自檢微控705型制動閥試驗臺需要在每日工前進行機能自檢，以保證后續(xù)正常工作試驗的準確性。試驗臺機能自檢包括機能校驗、合格閥與故障閥反比對試驗，若自檢過程中出現(xiàn)不合格項目，需要聯(lián)系設備車間進行檢查檢修，直至試驗臺各項校驗指標達到要求，方可正常使用。（1）機能校驗微控705型制動閥試驗臺性能是否合格需要每日開工前進行機能校驗測定。首先調(diào)試開關，總風源壓力需大于；調(diào)整調(diào)壓閥壓力至；接著將限壓閥壓力調(diào)試到。下一步將主閥座、緊急閥座蓋板卡在安裝座上，由計算機控制開始進行自動校驗，并在校驗完畢后打印校驗記錄。檢查校驗記錄，若發(fā)現(xiàn)不合格指標，則對試驗臺進行修理，直到校驗合格為止。（2）合格閥與故障閥反比對試驗將機能校驗合格的微控705型制動閥試驗臺進行合格閥與故障閥反比對試驗。首先通過將前一天試驗合格的合格閥作為試驗標準，在機能校驗合格后再次對標準閥進行試驗，要求各項試驗參數(shù)與標定參數(shù)誤差不得超過。若試驗誤差大于，需要對微控705型制動閥試驗臺各傳感器和壓力表進行檢查維修。標定后的試驗臺需要使用已判定不合格的故障閥進行反比對試驗。通過對故障閥的再次試驗，觀察首次試驗不合格的試驗參數(shù)是否與反比對試驗的不合格參數(shù)保持一致，從而判斷試驗臺是否具備檢測故障閥故障因素的能力。以上自檢方式可以在每日開工前對微控705型制動閥試驗臺的性能做出判斷，保障當日試驗結(jié)果的準確性，是確保103型分配閥主閥檢修質(zhì)量的輔助性方法。3.5.2103型分配閥主閥質(zhì)量分等策略目前在裝載和使用方面，對103型分配閥主閥沒有進行明確的性能劃分，部分性能較好的103型主閥安裝在檢修周期短的鐵路貨車上，而部分性能較差的103型主閥安裝在檢修周期較長的車輛上。為了更好地發(fā)揮和充分利用103型主閥的制動性能，節(jié)約檢修成本，提出將檢修合格的制動閥進行質(zhì)量分等，提高列車運行效率和行車安全。統(tǒng)計呼和浩特鐵路局故障閥試驗不合格指標，103型分配閥主閥不合格指標中影響最大的兩項為充風位大、小排風口漏泄量和緊急制動位大、小排風口漏泄量。影響103型分配閥主閥故障及返修的主要因素為滑閥、節(jié)制閥漏泄，屬于滲漏型故障，兩項泄漏性指標均為反映滑閥、節(jié)制閥漏泄的關鍵指標，故而將其確定為決定合格103型分配閥主閥的質(zhì)量分等指標。兩個試驗參數(shù)中，充風位大、小排風口漏泄量要求，緊急制動位大、小排風口漏泄量要求，對試驗合格的103型分配閥主閥按試驗參數(shù)進行質(zhì)量分等如下表3.4所示：表3.4合格制動閥質(zhì)量分級等級充風位大、小排風口漏泄量；緊急制動位大、小排風口漏泄量占比優(yōu)秀且53%較好且38%一般且9%由表3.4所示，根據(jù)兩項漏泄量指標和，可判斷滑閥及其閥座與截止閥的配合情況。其中，漏泄量且為性能較好的優(yōu)等閥，占全體裝車合格制動閥的53%，優(yōu)等閥中包括因試驗項目不合格而換新的新品閥；性能較好的制動閥漏泄量范圍為且，此時滑閥與截止閥、滑閥座與閥體座配合度低于優(yōu)質(zhì)閥，但漏泄量仍符合要求，占比為38%；對于漏泄量指標在且范圍內(nèi)的制動閥，配合面性能低于優(yōu)質(zhì)閥和較好閥，試驗指標僅為合格狀態(tài)。在行車過程中，試驗漏泄量越小，代表各配合面作用越良好，工作性能越強，越不容易引起制動閥泄露或作用不良等故障；反之，試驗漏泄量越大，行車過程中作用不良的可能性也越高。因此，需要將性能更好的制動閥裝配在檢修周期長的貨車上，以符合實際運用需求。統(tǒng)計呼和浩特鐵路局2020年檢修的、和級修情況，對檢修間隔期按時長進行劃分，如下表3.5所示：表3.52020年檢修貨車時長劃分時間時長1年占比時長1.5年占比時長2年占比一季度12%46%42%二季度11%42%47%三季度13%49%38%四季度14%43%43%根據(jù)鐵路貨車高速重載的發(fā)展需要，鐵總公司定期對服役時間過長、運行性能差的旅客列車解體報廢，這類貨車由于長期損耗，往往具有可靠度衰減過快的特點，故而檢修間隔期比新造車或性能良好的貨車更短。近年來的總體趨勢是檢修間隔期長的貨車比例逐漸上漲，而檢修間隔期短的貨車比例逐年下降。由表3.4和表3.5對比可知，臨裝車103型分配閥主閥中，優(yōu)等閥占比略大于時長為2年的貨車比例；性能較好的制動閥比例略小于時長為1.5年的貨車比例；而一般閥占比也小于時長為2年的貨車占比。因此，采用優(yōu)秀閥優(yōu)先裝配到檢修間隔相對最長的貨車上運用，較好閥裝配在檢修間隔相對中等的貨車上，而性能一般的制動閥裝配到檢修間隔相對最短的貨車上。整體服從“從優(yōu)至差”的選配順序，確保103型分配閥主閥不同質(zhì)量等級的運用效率最大化。本章小結(jié)本章以103型分配閥主閥為研究對象，進行失效率服從韋布爾分布的預防性維修非固定周期檢修模式模型構(gòu)建，通過和原始等周期檢修模式進行對比，得出非固定周期檢修模式更優(yōu)的結(jié)論。在此基礎上，通過對增加初試和原始檢修工序的Meta分析，確定增加初試環(huán)節(jié)的必要性，并提出不同泄漏量進行分級施修的方案。最后計劃將不同檢修周期的貨車選配對應性能的制動閥，對鐵路制動系統(tǒng)的檢修工作具有一定指導意義。參考文獻參考文獻中國鐵路總公司運輸局.鐵路貨車空氣制動裝置檢修規(guī)則[M].北京：中國鐵道出版社,2015.劉豫湘,胡躍文.我國機車制動機的發(fā)展[J].機車電傳動,2002,5(4):