动车组牵引系统可靠性分析

动车组牵引系统可靠性分析

金元庆

(中车长春轨道客车股份有限公司吉林省长春市130000)

摘要：在机车组系统中动车组牵引系统可以说是重要的电气组成部分，牵引系统的稳定性直接决定了动车组的稳定性。在对高速动车的牵引传动系统相关的工作原理以及系统构成进行分析的基础之上建立有关的牵引传动可靠性模型。在此基础之上通过可靠性的理论分析对高速动车牵引传动系统的故障系统数据进行统计，进而推算出高速动车组牵引系统各个部件的相关可靠性规律，同时给出相关的可靠性计量办法，从而分析出高速动车牵引系统的各个部件相关可靠性数据。本文结合高速动车牵引传动系统的可靠性模型，同时结合相关部件的可靠度以及故障率，对高速动车的牵引传动系统进行可靠性分析。研究结论可以为今后的高速动车牵引传动系统各部件的运营维护以及安全运行提供参考依据。

关键词：动车组；牵引传动系统；可靠性评估

在快速运输动车的快速发展背景下，动车组的安全稳定运行受到人们的广泛关注。其中，动车组的牵引传动系统在动车组的电气系统中占据重要部分，该系统的可靠性以及稳定性直接决定了动车组工作的正常运行。本文首先针对高速动车牵引系统的组成以及结构性特点，形成牵引系统的可靠性运行模型。同时基于高速动车组的牵引系统相关数据统计信息，这样就能很好的反映出牵引系统各个部件的可靠性特征，提供了有关各个部件的可靠度以及故障率的计算指标。同时根据给出的可靠性理论，结合已有的牵引传动系统各部件可靠性分析指标，对现有的高速动车牵引系统进行相关的评估。

1、牵引传动系统构成

在现有的高速动车组中，每一节列车都是由两个对等的牵引单元构成，而且两个牵引单元的布置方式基本一致。以其中的一个牵引单元来说，主要构成部件有车辆间的跨接电缆、牵引变压以及变流器、牵引电动机、牵引变流器中的接线端子还有整体的冷却装置以及传动部件等。

2、牵引传动系统可靠性模型

在进行实际的可靠性评估过程中，一般都需要通过可靠性框图来构建可靠性模型。可靠性框图正好反应了系统内部的各个单元部件之间的关系，同时还能用框图表示各单元的故障分析图。对此明确的提出了产品的可靠性定义，然后在规定的时间以及规定的条件下完成特定的功能。此处的高速动车组相关的可靠性就是指在规定的时间以及条件下动车组能够完成预定功能的能力。动车组的功能在于运送旅客到达预定位置，所以牵引系统占据重要地位，任何一部分的功能损坏都会导致动车的延迟晚点，影响到动车组的运营以及维护，同时还会导致列车出现安全事故。本文正是以CRH3型号的高速动车组牵引传动系统的各个部件所发生的故障对列车的运行状况进行可靠性指标评判，然后使用框图评价的办法实现CRH3型号的高速动车组牵引系统的可靠性评价。该型号的高速动车组的牵引系统有两个互为补充，当其中的一个牵引传动单元部件发生故障，另一个互补的牵引传动系统依旧可以很好的工作，在可靠性评估框图中，两个牵引传动单元部件呈现并联的关系。当其中一个牵引单元中采用的变压器经过电缆获取到电能后就能将电能输送给牵引变流器中。此处的牵引变流器经过接线端子后实现四台均布的动力轴牵引电机之间的连接，同时将两台牵引机同时分布在同一转向架上，共用一台冷却式电机进行供电。牵引电机的机械能输出能够通过传动轴的机械传动实现车轮的运转。作为牵引系统的核心部件，牵引变流器主要由输入接触器、控制单元、整流器、充电电路、谐振电路、电压检测单元、压力限制模块、灭弧电路、电容器、故障检测模块、牵引变流器以及逆变器、变流器冷却系统等部分构成[1]。

3、牵引传动系统可靠性评估

这对当下的武广高铁CRH3型号的动车组以及京津城际的牵引传动系统故障进行分析，同时利用统计到的故障数据进行可靠性的指标分析，相关的数据统计时间范围从武广高铁以及京津城际开通到2011年为止计算在内。因为统计数据的数据量较大，所以只针对武广高铁的高速动车组牵引传动系统各个部件的可靠性指标进行分析。根据该型号的高速动车组牵引传动系统可靠性模型框图，基于计算所得的牵引传动系统部件的可靠性指标参数，得出牵引传动系统的平均故障率以及平均故障间隔里程，十万里程的可靠度也能得到。根据以上分析同样可以得出武广高铁以及京津城际的高速动车牵引系统可靠性指标数据。根据数据计算结果可以得知武广高铁以及京津城际的高速动车牵引系统可靠度变化曲线，进而得出京津城际中的高速动车动车组牵引系统相关的平均故障率，以及平均故障里程数据，其中每十公里的可靠度达到99．78％；武广高铁之中的CRH3型号高铁动车组牵引系统的平均故障率以及平均故障里程，其中的每十公里可靠度可以达到99．48％。根据上述计算所得的武广高铁以及京津城际的高速动车牵引传动系统各个不同部件的平均故障以及平均故障里程，推算出该两条线路的牵引部件各个系统的维护周期。例如武广高铁中的牵引电机可以将其将其维护周期进一步缩短检修周期。从上述计算结果可以看出京津城际的高速动车牵引传动系统可靠性较于武广高铁更高，同时随着高铁里程数目的增加，使得两者的故障率差异逐渐增加，而且当里程数处于某一水平时就会使得两条线路的CRH3型号的高速动车牵引系统可靠度相差最大，其中统计到的最大差距为21．84％。正是因为武广高铁的正常运营线路长，而且线路相对较为复杂，相比较而言运营路段的温度差以及湿度差变化范围较大，这很容易导致武广高速的动车牵引系统可靠性相比低于京津城际的高速运输可靠度[2]。

结论

本文正是基于CRH3型号的高速动车牵引系统的构成以及工作原理进行介绍，进而建立可靠的牵引传动系统可靠性模型框架。之后根据可靠性框图，依据可靠性计算理论进行高速动车牵引系统的故障数据统计，进而推导以及证明了CRH3型号的高速动车牵引系统各个系统发生故障的规律以及指数分布规律。同时根据牵引传动系统的各个部件的可靠性规律得出其平均故障率以及可靠性指标，结合牵引传动系统的可靠性模型框图，进而估算CRH3型号的高速列车系统的可靠性，分析结果表明当下的CRH3型号的高速动车牵引传动系统相对来说可靠性较平均水平来说较高。相应的研究结论也能为后期的CRH3型号的高速动车牵引系统构建以及安全稳定运行提供科学的参考性依据。

参考文献：

[1]董锡明.机车车辆运用可靠性工程[M]北京：中国铁道出版社，2002．

[2]李志刚，李玲玲．串联系统的可靠性评估方法[J]电工技术学报，2011，26(1)：

作者简介：金元庆（1984-07-21），男，朝鲜族，籍贯：吉林省长春市，当前职务：站主任，当前职称：助理工程师，学历：大专，研究方向：动车组牵引传动系统方面