以可靠性为中心的地铁车辆轮对系统维修策略应用

以可靠性为中心的地铁车辆轮对系统维修策略应用

熊飞李明杨鹏飞潘天翔  孙永鹏

武汉中车株机轨道交通装备有限公司  湖北武汉  430200

摘 要：本文以地铁车辆轮对系统为研究对象，探讨了以可靠性为中心（RCM）的维修策略应用。首先介绍了地铁车辆轮对系统的功能和结构，然后分析了原有定期维修策略的不足之处，接着阐述了以可靠性为中心的维修策略的原理、优势以及应用方式，最后通过案例分析验证了该策略的有效性和可行性，并基于RCM分析结果，通过与既有检修规程进行对比，提出了轮对系统检修规程优化建议。本文的研究结果为地铁车辆的维修提供了新的思路和方法，并提出了检修规程的合理化建议，有效减少了过度修和欠修问题，对提高地铁车辆的运营效率和安全性具有重要意义。

关键词：地铁车辆;轮对系统;可靠性;维修策略；检修规程

1  概述

地铁车辆是城市轨道交通的重要组成部分，其安全性和可靠性对乘客的生命财产安全具有重要意义。地铁车辆轮对系统作为车辆的走行部，承受着车辆的全部重量，同时也受到来自轨道的各种激励，其性能和状态直接影响到车辆的运行安全性和乘坐舒适性。因此，对地铁车辆轮对系统进行科学有效的维修策略研究和应用具有重要意义。

目前，大多数地铁车辆对轮对系统采用定期维修的方式进行检修。这种模式的优点在于它能够预防潜在问题的发生，确保列车在运行过程中的安全。然而，这种维修模式也存在一些问题。首先，由于维修周期是固定的，因此，即使轮对系统在某一时间段内运行状态良好，也必须按照规定进行维修。这无疑增加了维修成本，并可能导致资源的浪费。其次，固定的维修周期可能无法及时发现某些潜在问题。如果这些问题在维修周期内出现并导致故障，将会对地铁的运行效率产生影响，甚至可能威胁到乘客的安全。另外，不同的部件具有不同的故障模式和寿命周期，采用统一的维修周期往往会导致过度维修或维修不足的问题。例如，车轮的磨损和裂纹是其主要的故障模式，而车轴和轴承的故障模式则更加复杂，包括疲劳裂纹、磨损、腐蚀等。因此，需要针对不同部件的故障模式和寿命周期制定不同的维修策略。

因此，我们需要一种更为科学、合理的维修策略。可靠性为中心的维修（RCM）策略正是这样一种解决方案。RCM策略基于对设备可靠性的全面分析，通过预测设备可能出现的问题来确定维修需求。相比之下，RCM策略能够更精确地判断何时需要对轮对系统进行维修，从而避免了不必要的停机时间和资源的浪费［1-2］。

2  RCM在轮对系统中的应用方法

应用RCM技术可以更合理地通过逻辑判断方法来确定维修大纲，确定需要进行预防性维修的产品或项目、实施维修工作的类型或方式、时机和维修级别等，以达到优化维修的目的。

在轨道交通轮对系统中，RCM的应用方法主要包括以下几个方面：

（1）故障模式和影响分析：对轨道交通轮对系统进行故障模式和影响分析，确定各种故障模式对系统可靠性的影响程度。这需要深入了解轮对系统的结构和功能，识别可能发生的故障模式，并分析其对系统性能的影响。

（2）制定维修策略：根据RCM理论，制定出针对轨道交通轮对系统的维修策略。这包括确定维修的类型、级别、内容和维修的间隔时间。在制定维修策略时，需要综合考虑轮对系统的可靠性、安全性、可用性和经济性等因素，制定出合理的维修计划。

（3）状态监测和故障诊断：利用状态监测和故障诊断技术，对轨道交通轮对系统进行实时监测和故障诊断。通过监测系统的运行状态，可以及时发现潜在的故障隐患，采取相应的预防性措施。同时，通过对故障模式的分析，可以确定合适的维修方式和时间，提高维修的针对性和有效性。

（4）维修实施和管理：根据制定的维修策略和计划，对轨道交通轮对系统进行维修。在维修过程中，需要全面考虑维修的费用和效果，选择最优的维修方案。同时，还需要对维修过程进行监控和管理，确保维修质量和进度。

（5）评估和优化：在维修完成后，需要对维修效果进行评估和优化。这包括对维修前后的轮对系统性能进行测试和比较，分析维修的效果和效益，总结经验教训，并提出改进措施。通过不断评估和优化，可以进一步完善维修策略，提高轨道交通轮对系统的可靠性和安全性。

总的来说，以可靠性为中心的维修策略是一种基于设备可靠性的维修策略，通过分析设备的故障模式和原因，制定相应的预防性维修措施，以达到优化维修的目的。在轨道交通轮对系统中，通过结合具体情况制定相应的应用方法，以提高设备的可靠性和降低维修成本［3-4］。

3 RCM在地铁车辆轮对系统中的应用案例分析

以某城市地铁车辆的轮对系统为例，探讨以可靠性为中心的维修策略的应用。具体步骤如下：

3.1确定维修项目

3.1.1  地铁车辆轮对系统分解图

地铁车辆轮对系统由车轮、车轴、轴承、轴箱、齿轮箱等组成，其主要功能是支撑车辆的全部重量，传递牵引力和制动力，同时也受到来自轨道的各种激励。

将地铁车辆轮对系统分解为最小可更新或最小可修复部件。轮对系统部件分解图如图1所示。

图1 轮对系统部件分解图

3.1.2  轮对系统各部件功能

车轮：车轮是地铁车辆轮对系统中最直接的与轨道接触的部件。它的主要功能是承载车辆的全部重量，并通过与钢轨的接触传递牵引力和制动力。同时，车轮也承受来自轨道的各种激励，如高低不平的轨道、曲线轨道等。

车轴：车轴连接着两个车轮，是支撑车轮和传递牵引力和制动力的关键部件。它承受着车轮和车辆的全部重量，并通过轴承将重量分散到轴箱和齿轮箱等其他部件上。

轴承：轴承是连接车轴和轴箱的关键部件，它的主要功能是支撑车轴，减少摩擦和磨损，并使车轴能够在轴箱内自由转动。轴承的精度和性能直接影响列车的运行平稳性和安全性。

轴箱：轴箱是连接车轮和转向架的关键部件，它的主要功能是支撑轴承和车轴，并将车轮的重量分散到转向架上。同时，轴箱还能够减少振动和冲击，提高列车的运行平稳性和舒适性。

齿轮箱：齿轮箱是连接电机和车轴的关键部件，它的主要功能是传递牵引力和制动力，并通过齿轮的变速和转向实现列车的加速、减速和停车。齿轮箱的精度和性能直接影响列车的运行效率和安全性。

3.2  故障模式与影响分析

以某城市地铁车辆的轮对系统为例，基于检修过程中对该城市地铁车辆的轮对系统长期积累的故障维修数据，对轮对系统进行故障模式与影响分析，其分析结果见表1。

表1中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ为严酷等级，罗马数字越小，严酷等级越高。并通过功能编码、故障模式编码和故障原因编码组成故障影响编码。例如，故障影响编码1aA指轮对系统第1种功能（提供运行舒适性），在故障模式a （异常磨损）下，第A个失效原因（轮缘磨损）。

表1 地铁车辆轮对系统故障模式与影响分析结果

3.3  逻辑决断

参照标准GJB 1378A—2007 《装备以可靠性为中心的维修分析》中的逻辑决断图，按照两个逻辑层次对表1中的故障影响进行层次决断［5］。

地铁车辆轮对系统逻辑决断流程图见表2所述，其中第1个逻辑层次有5个判定点，分别为表2中的（1，2，3，4，5），5个判定点的判定逻辑顺序详见标准GJB 1378A—2007 。其中1表示发生功能故障对正常使用操作装备人员的影响是否明显；2表示发生功能故障或由功能故障引起的二次损坏，对使用安全性是否有影响；3表示发生功能故障对完成任务是否有直接影响；4表示发生隐蔽功能故障、与系统有关故障和备用功能故障或三者的综合，对使用安全性是否有直接影响；5表示发生隐蔽功能故障、与系统有关故障和备用功能故障或三者的综合，对完成任务是否有直接影响。通过上述5点判定功能故障会产生何种影响，具体影响分类为：A明显安全性影响、B明显任务性影响、C明显经济性影响、D隐蔽安全性影响、E隐蔽任务性影响、F隐蔽经济性影响中的 。

第1级逻辑层次判定完成后，根据第1层次的判定结果进行第2级逻辑层次判定，通过对装备保养、操作人员监控、功能检测、定时拆修、定期报废、使用检查等工作开展分析，确定预防性维修工作类型、维修间隔期和维修级别。其中维修级别分类为：L1表示日检、周检、月检、年检，L2表示架修，L3表示大修。

表2 地铁车辆轮对系统逻辑决断流程图

3.4  针对预防性维修工作级别的建议

针对地铁轮对系统不同形式的功能故障，表2逻辑决断给出了其最小可更换部件或最小可维修部件的预防性维修工作类型间隔期和维修级别。

通过总结得到预防性维修工作级别建议见表3。

表3 预防性维修工作级别建议

3.5  轮对系统检修技术规程优化

轮对系统既有的检修规程主要根据检修内容和检修周期确定。轮对系统的日常检和架大修规程见表4所示，结合上述轮对系统预防性维修工作级别建议，对表4检修规程进行优化，优化后的轮对系统检修规程见表5所示。

表4 轮对系统检修技术规程

表5 优化后的轮对系统检修技术规程

4  结论

本文以地铁车辆轮对系统为研究对象，探讨了以可靠性为中心的维修策略应用。通过分析原有定期维修策略的不足之处和以可靠性为中心的维修策略的原理和优势，得出了以可靠性为中心的维修策略在地铁车辆轮对系统中的应用方法。并借鉴标准GJB 1378A—2007的维修理念，通过逻辑决断，确定了合理的预防性维修工作计划及维修间隔期，对地铁车辆轮对系统维修大有益处，同时通过与既有检修规程进行对比，提出了轮对系统检修规程优化建议，有效减少了过度修和欠修问题。本文的研究结果为地铁车辆的维修提供了新的思路和方法，对提高地铁车辆的运营效率和降低维修成本具有重要意义。

参考文献:

[1] 贾希胜.以可靠性为中心的维修决策模型[M].北京：国防工业出版社,2007.56．

[2] 张东平田京鹏.RCM理论在军用车辆维修中的应用[J].百科论坛电子杂志, 2020．

[3] 齐晓明,张青松,宋庆兰,等.以可靠性为中心的轨道交通车辆维修[J].铁道技术监督, 2021, 49(3):5.

[4] 庞明潇,程灏,张志龙.基于RCM的地铁车辆维保周期研究[J].佳木斯大学学报:自然科学版, 2021.

[5] 中国人民解放军总装备部．装备以可靠性为中心的维修分析：GJB 1378A—2007［S］．