城市轨道交通车辆转向架维修周期优化模型

城市轨道交通车辆转向架维修周期优化模型

黄均洪 邝福荣

中车广东轨道交通车辆有限公司 广东 江门 529000

摘要：城市轨道交通方便人民出行，成功缓解城市路面交通拥堵的现象，促进城市的经济发展。为使车辆的使用寿命可以延长，应该及时养护相关设备。转向架设备是城市轨道交通中最为重要的设备，可以支撑车体，提高列车的运行速度，所以应该对其加强养护维修。本文建立城市轨道车辆转向架的优化模型，更好地保证转向架的性能，延长其工作寿命。

关键词：轨道交通；轨道交通车辆；转向架；维修周期；优化模型

维修工人对城市轨道车辆的维修可以分为两种，一种为预防性维修，另一种为修复式维修。所谓预防性维修就是指设备没有故障时进行维修，预防性维修可以分为两种维修方式，分别为定期维修和视情维修。修复式维修是在设备发生故障时维修人员对其的修理。本文建立城市轨道交通转向架维修周期优化模型是通过计算出最佳的维修周期，对转向架进行日常养护，避免其因为设备损坏造成过大的损失。

一、城市轨道交通车辆转向架概述

转向架是轨道交通车辆的重要交通设备，其使用性能将直接影响车辆运行的稳定性和乘客乘坐的舒适性。转向架一般都具有附带装置可以缓和轨道车辆与轨道之间的摩擦力，进而减少轨道车辆振动，保证列车可以平稳、安全的运行，并且还可以利用轮轨传递牵引力和制动力，让城市轨道车辆具有较好的制动能力。转向架系统十分复杂，具有机械、气动、电力等多个子系统，各个系统相辅相成保证列车运行的稳定性和安全性，进而保证人民的安全。由于该设备过于复杂，传统的维修方式无法对其进行全面维修，维修工人会将其相关性较强的整体进行研究，判断其是否存在损坏，如果有损坏就更换部件，如果没有明显损坏，就为其进行适当保养，再次投入使用。本文想要建立一个转向架维修周期的优化模型，计算最佳的维修周期，对转向架进行最好的养护，让维修工人可以对其进行定期维修，延长转向架的使用寿命。

二、城市轨道交通转向架的故障分析

（一）主要故障

城市轨道交通车辆上的转向架在长期使用后最容易出现两个故障，分别是转向架轴承故障和转向架出现裂痕。转向架轴承在长时间使用会导致磨损，这是一种正常损耗。轴承一般都是负责支撑系统中的机械旋转体运动的，其工作原理是通过降低旋转体运动时的摩擦系数，进而保证回转精度。当轴承断裂或者磨损，将会影响其工作性能，无法完全降低旋转体的摩擦系数，也无法保证旋转体回转到原来位置，这严重影响车辆的运行状态。通常该部位为维修人员的重点检查部位。轴承通常出现两个故障，分别是轴承断裂以及轴体部位存在大量的油污，这都会影响车辆的行车安全。因为转向架主要负责整辆车的程中，所以其容易出现裂痕。转向架是有一定使用期限的，现在理想状态下的转向架的使用寿命为30年。但是目前很多城市铺设的轨道线路并不理想，这将会降低转向架的使用寿命，当转向架的性能不佳时就会出现裂痕，应当及时修复。

（二）分析其常用寿命

在建立转向架维修周期的优化模型时，应该首先考虑设备的常见使用寿命。在计算中，关于设备寿命的分布函数可用威布尔分布函数、正态分布、指数分布以及对数正态分布四种函数表示，根据设备的性质选择合适的函数形式。威布尔分布函数是用于表示薄弱环节的模型，如机械疲劳强度、磨损、腐蚀寿命等，所以对于转向架设备的寿命分布采用威布尔分布函数表示。在实际使用中，设备的故障是由多个原因一同造成，所以在表示寿命分布时，应该对数据分布类型进行拟合，然后非线性问题转化为线性问题分析。选取设备正常工作时间t，可采用中位值法其数学期望：

，

该式中n为数据个数，i为失效样本序号，然后将其转换为线性回归方程，根据不可靠函数可得 ，转化为线性方程 ，然后根据算式绘图，分析比较选择合适的分布模型。

三、建立转向架维修周期优化模型

（一）模型的影响因素

在对转向架进行维修周期优化建模时应该首先考虑其影响转向架的运行的因素。人民对其进行维修的目的就是保证其可以正常运行，让其可以实现设备应有的功能。设备在未知的时间节点出现故障，所以时间t是不一定的。但是由于设备在不停的运转，其不可靠性会随着时间t的不断流逝而逐渐变化，所以制定不同的维修周期将会影响其设备的可靠性，所以最优的维修周期应该保证设备具有一定的可靠性。现在很多企业都会对设备开展维护管理，以延长设备的使用寿命，但是近年来，企业在维修设备上的投入越来越大，没能取得明显的效果，所以很多企业都会控制维修设备上的投入。如果维修成本大于购买成本，企业会放弃维修，直接购买。鉴于此，求出最优的维护周期，采用这种周期维修维修计划，以降低维修成本为前提延长设备的使用寿命，所以应该求取设备的最低可靠度，然后制定最优维修周期。

（二）建立维修周期优化模型

建立维修周期的优化模型，应该先假定设备的寿命分布函数为F（t），可靠性函数为R（t），概率密度函数为F（t），设备维修周期为T。再次设定C（t）为转向架的维修周期的理想损失和最佳使用寿命之间的比值。将维修周期的损失减到最小，并且设备的正常运行时间最大，则C（t）为理想损失和正常工作时间两者之比。设定每次预防维修工作所消耗的费用为C

_p，每次故障维修工作所消耗资源费用为C_f，则一个周期理想损失为：

，

在该式中， 为间隔时间T时故障发生的次数。

一个间隔周期平均无故障的运行时间为 。

本文转向架的理想模型为 ，s.t. 。

结束语：本文为提高转向架的使用寿命，节约企业的运行成本，根据分析转向架的使用寿命参数、最低可靠度等相关参数构建维修周期的优化模型，通过使用该模型计算转向架的维修周期，可以帮助企业大幅度降低运营成本。该模型是通过在转向架运转过程中设定最低可靠程度，将转运架的理想损失降到最小。企业的管理人员只要按照该模型计算的时间合理安排维修制度，可以帮助企业降低维修成本，便于企业运营。

参考文献：

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[2]郭云鹏,赵润生.城市轨道交通车辆转向架维修周期优化模型[J].电力机车与城轨车辆,2017,40(01):21-24+30.

[3]朱开勇.城市轨道交通车辆转向架轴承故障诊断相关问题分析[J].住宅与房地产,2016,(15):247.