基于RCM的和諧型內(nèi)燃機(jī)車可靠性及檢修方法研究

張紅濤

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460)

基于RCM的和諧型內(nèi)燃機(jī)車可靠性及檢修方法研究

張紅濤

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460)

以RCM(以可靠性為中心的維修)理論為指導(dǎo)，根據(jù)和諧型內(nèi)燃機(jī)車的結(jié)構(gòu)和功能，確定重要功能系統(tǒng)，建立機(jī)車可靠度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并給出了和諧型內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)可靠度的計(jì)算模型和算法，為和諧型內(nèi)燃機(jī)車的可靠性評(píng)估和檢修方法的確定提供了理論支持。

和諧型；內(nèi)燃機(jī)車；RCM；可靠性；檢修

和諧型內(nèi)燃機(jī)車采用了成熟可靠的交流控制技術(shù)、微機(jī)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信功能，是新一代具有世界先進(jìn)水平的重載貨運(yùn)機(jī)車。為保證機(jī)車質(zhì)量，合理有效的檢修必不可少。然而，模塊化程度很高的和諧型內(nèi)燃機(jī)車，其設(shè)備發(fā)生故障的規(guī)律比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的維修方法已不能適應(yīng)該型機(jī)車，需要在綜合考慮具體影響因素的基礎(chǔ)上，確定整車和部件的可靠性評(píng)價(jià)方法，對(duì)機(jī)車部件進(jìn)行可靠性評(píng)估，據(jù)此制定更有針對(duì)性的機(jī)車檢修方法，高質(zhì)量地指導(dǎo)機(jī)車的運(yùn)用和檢修。

1 和諧型內(nèi)燃機(jī)車RCM分析

和諧型內(nèi)燃機(jī)車是高度集成的、模塊化的鐵路流動(dòng)設(shè)備，其故障后造成的損失和維修費(fèi)用都很高，在和諧型內(nèi)燃機(jī)車檢修中通過應(yīng)用RCM分析，不僅能降低機(jī)車維修成本，而且還能提高機(jī)車質(zhì)量，保持良好的機(jī)車運(yùn)用狀態(tài)。

1.1 劃分機(jī)車系統(tǒng)和分析系統(tǒng)功能

按照和諧內(nèi)燃機(jī)車的主要功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分解，選取重要功能設(shè)備或系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)以故障發(fā)生后機(jī)車的運(yùn)用和安全是否受到影響為原則，非重要功能產(chǎn)品或系統(tǒng)則不再進(jìn)行分解和分析。

1.1.1 機(jī)車系統(tǒng)分解

機(jī)車系統(tǒng)可劃分為柴油機(jī)及機(jī)車輔助系統(tǒng)，車體和走行部系統(tǒng)，牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)，電空制動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)車線路和電器儀表系統(tǒng)，行車安全監(jiān)控系統(tǒng)，車載計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

1.1.2 機(jī)車重要功能系統(tǒng)分解(見表1)

表1 機(jī)車重要功能系統(tǒng)分解

續(xù)表

2 影響和諧型內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)可靠性的因素

由于和諧型內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)用環(huán)境是開放的、復(fù)雜的，因此影響其使用壽命和可靠性水平的因素有多種，主要包括環(huán)境影響因素，負(fù)荷影響因素，運(yùn)行速度的影響，運(yùn)用時(shí)間和走行公里的影響。若在機(jī)車檢修中不考慮這些因素的影響，單純地采用同一種維修模式，明顯不符合實(shí)際情況，也是不可行的。故此，要切實(shí)根據(jù)機(jī)車運(yùn)用的實(shí)際情況，分析各種因素的影響程度，再結(jié)合機(jī)車設(shè)備的可靠性水平，進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化機(jī)車的維修工作。

3 和諧型內(nèi)燃機(jī)車可靠性指標(biāo)

3.1 分布函數(shù)和失效概率密度

由于系統(tǒng)或部件的失效時(shí)間Tr是隨機(jī)的，因此其使用壽命也是隨機(jī)的，Tr滿足一定分布規(guī)律，常被定義為系統(tǒng)或部件的使用壽命，假設(shè)失效時(shí)間Tr的概率密度函數(shù)是fr(t)，系統(tǒng)在時(shí)刻t和t+Δt之間的失效概率fr(t)Δt由可靠度計(jì)算理論可表示為

fr(t)Δt=P{t≤Tr≤t+Δt}

(1)

若假設(shè)系統(tǒng)或部件失效時(shí)間的累積分布函數(shù)為Fr(t)是Tr≤t的概率，即

fr(t)的大小表明系統(tǒng)或設(shè)備在從t到t+1這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的可能性大小，是可度量的；Fr(t)的大小則表明運(yùn)用時(shí)間累計(jì)到時(shí)間t時(shí)，系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生失效的數(shù)量占設(shè)備總量的比率大小，也是可以度量的。fr(t)和Fr(t)反映的是系統(tǒng)或設(shè)備的不可靠狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)可靠度函數(shù)R(t)和系統(tǒng)不可靠度函數(shù)R'(t)

R(t)是指系統(tǒng)在時(shí)間段[0，t]內(nèi)能夠維持其正常功能的概率，也就是說(shuō)對(duì)滿足fr(t)變化規(guī)律的Tr大于t的概率可表示為

(2)

由上述公式可知：t=0時(shí)，R(t)=1；當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，R(∞)=0。

3.3 失效率函數(shù)h(t)

失效率指標(biāo)在系統(tǒng)的實(shí)際維護(hù)過程中，可用于大部分設(shè)備和部件的可靠性水平評(píng)價(jià)指標(biāo)。系統(tǒng)的失效率是指在某一時(shí)刻還沒有發(fā)生失效的系統(tǒng)，在下一個(gè)時(shí)刻內(nèi)發(fā)生失效的概率。h(t)、R(t)和fr(t)這三者之間的關(guān)系為

(3)

運(yùn)用微積分理論可以對(duì)上述幾種可靠性分析指標(biāo)的計(jì)算公式進(jìn)行互相推導(dǎo)(見表2)。

表2 系統(tǒng)可靠性相關(guān)函數(shù)關(guān)系表

和諧型內(nèi)燃機(jī)車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖已實(shí)現(xiàn)了信息化和模塊化，但對(duì)于不同類型的部件來(lái)講，其使用周期和磨損規(guī)律不盡相同，因此可根據(jù)其故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選擇與之相適應(yīng)的可靠性計(jì)算函數(shù)，通過系統(tǒng)可靠性相關(guān)函數(shù)關(guān)系表轉(zhuǎn)換為R(t)，作為計(jì)算和諧型內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。

實(shí)際上,設(shè)備的性能和平均壽命在描述設(shè)備屬性的諸多統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，是最為常用的兩種統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，因?yàn)檫@樣的數(shù)據(jù)的不確定性因素很大，故在描述時(shí)可采用隨機(jī)變量的方法。

4 可靠度計(jì)算模型

根據(jù)和諧型內(nèi)燃機(jī)車各子系統(tǒng)與機(jī)車整體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，確定機(jī)車系統(tǒng)整體的可靠度水平。

設(shè)柴油機(jī)及機(jī)車輔助系統(tǒng)的可靠度為R1(t)。由于該系統(tǒng)包含柴油機(jī)控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)件、固定件、傳感器、傳送系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和進(jìn)排氣系統(tǒng)，因此，上述子系統(tǒng)的可靠度可表示為R10(t)、R11(t)、R12(t)、R13(t)、R14(t)、R15(t)、R16(t)、R17(t)、R18(t)、R19(t)。

R1(t)=1-[1-R10(t)·R11(t)·R12(t)·R13(t)·→

←R14(t)·R15(t)·R16(t)·R17(t)·R18(t)·→

←R19(t)][1-R1(t)]

(4)

同理，可求得牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠度R2(t)、車載計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)R3(t)、車體和走行部系統(tǒng)的可靠度R4(t)、電空制動(dòng)系統(tǒng)的可靠度R5(t)、機(jī)車電器儀表及線路系統(tǒng)的可靠度R6(t)、行車安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠度R7(t)。因此，機(jī)車系統(tǒng)總體的可靠度計(jì)算模型為

Rs(t)=R1(t)·R2(t)·R3(t)·R4(t)·→

←R5(t)·R6(t)·R7(t)

(5)

若使t=T周期，T周期表示和諧型內(nèi)燃機(jī)車的大修周期，Rs(t)則反映了和諧型內(nèi)燃機(jī)車在檢修周期前的可靠度水平。

5 結(jié)語(yǔ)

由于和諧型內(nèi)燃機(jī)車投入運(yùn)用的時(shí)間不長(zhǎng)，在運(yùn)用、檢修等方面積累的經(jīng)驗(yàn)還不足，因此,在研究和諧型內(nèi)燃機(jī)車的系統(tǒng)整體的可靠性時(shí)，運(yùn)用系統(tǒng)可靠性分析方法，確定了影響系統(tǒng)功能的關(guān)鍵性部件，結(jié)合和諧型內(nèi)燃機(jī)車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊特點(diǎn)，對(duì)機(jī)車可靠性的影響因素進(jìn)行了分析。在確立可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，對(duì)關(guān)鍵部件類型不同的情況 也進(jìn)行了分析，最終建立了相對(duì)合理的可靠性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，以進(jìn)一步評(píng)價(jià)機(jī)車的運(yùn)用狀態(tài)。最后在系統(tǒng)可靠性理論的指導(dǎo)下，確定了和諧型內(nèi)燃機(jī)車系統(tǒng)的可靠度計(jì)算模型，進(jìn)而用以確定和諧型內(nèi)燃機(jī)車的檢修方法，以指導(dǎo)和諧型內(nèi)燃機(jī)車的運(yùn)用和檢修。

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TheReliabilityandMaintenanceMethodsResearchofHeXieDieselLocomotiveBasedonRCM

ZHANG Hongtao

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College，ZhengZhou 451460，China)

Based on the RCM theory, according to the structure and function of HeXie diesel locomotive, this paper provides the theory support for the reliability assessment and maintenance of HeXie diesel locomotive by determining the important function systems, establishing the evaluation index system of locomotive’s reliability and presenting HeXie diesel locomotive system’s reliability calculation model and algorithm.

HeXie；diesel locomotive; RCM；reliability; maintenance

2016 - 12- 10

張紅濤(1979—)，男，河南鄭州人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)闄C(jī)車牽引、機(jī)車運(yùn)用與檢修。

U262

C

1008-6811(2017)03-0004-03

趙 偉]