HXD1機(jī)車牽引變流器檢修數(shù)據(jù)分析及修程優(yōu)化研究

屈波

摘要：本文收集分析HXD1型機(jī)車牽引變流器日常運(yùn)用檢修數(shù)據(jù)以及C6修必?fù)Q件、偶換件等數(shù)據(jù)，基于時(shí)間序列等數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)牽引變流器檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，研究了其故障發(fā)生的規(guī)律，提出機(jī)車牽引變流器檢修修程的優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：變流器;檢修;數(shù)據(jù)分析;修程優(yōu)化

0? 引言

大功率HXD1型機(jī)車是神朔重載鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕獧C(jī)型，HXD1型機(jī)車采用先進(jìn)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，機(jī)車維修、維護(hù)成本較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，HXD1型機(jī)車造修比達(dá)接近1：2.17，維修、維護(hù)費(fèi)用占全生命周期成本的68%[5]。其中牽引變流器是機(jī)車比較關(guān)鍵、復(fù)雜的部件，其性能是保障機(jī)車正常運(yùn)行的關(guān)鍵因數(shù)。通過(guò)對(duì)牽引變流器檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，研究?jī)?yōu)化機(jī)車牽引變流器檢修修程，可充分發(fā)揮牽引變流器部件的使用壽命，實(shí)現(xiàn)降本增效。

1? 數(shù)據(jù)分析方法簡(jiǎn)介

機(jī)務(wù)段現(xiàn)有牽引變流器碎修數(shù)據(jù)按照一車一檔存儲(chǔ)，但故障發(fā)生時(shí)間隨機(jī)性強(qiáng)，為方便尋找故障發(fā)生的規(guī)律，本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的分組分析和時(shí)間序列分析方法，對(duì)牽引變流器故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、挖掘分析。

1.1 分組分析

分組分析是根據(jù)研究需要和數(shù)據(jù)的特征、性質(zhì)，按一定的指標(biāo)劃分為若干部分，進(jìn)行對(duì)比分析。主要有三方面的作用：①劃分類型;②反映數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu);③分析各部分之間的依存關(guān)系。

根據(jù)指標(biāo)的性質(zhì)，分組分析法可分為：①屬性指標(biāo)，說(shuō)明事物的性質(zhì)、特征;②數(shù)量指標(biāo)，說(shuō)明事物的數(shù)量特征。

1.2 時(shí)間序列分析

時(shí)間序列是指將同一指標(biāo)的數(shù)值，按時(shí)間先后順序進(jìn)行排列的數(shù)列，包含兩個(gè)基本要素：時(shí)間和同一指標(biāo)在不同時(shí)間的數(shù)值，能客觀描述現(xiàn)象發(fā)展過(guò)程和規(guī)律，揭示變化趨勢(shì)。時(shí)間序列分析有三個(gè)基本特點(diǎn)：①發(fā)展趨勢(shì)向未來(lái)延伸;②數(shù)據(jù)隨機(jī);③不考慮因果關(guān)系。時(shí)間序列分析可利用歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)。

絕對(duì)數(shù)時(shí)間序列是最基本的時(shí)間序列[1]，它是把同一指標(biāo)在不同時(shí)間上的數(shù)值按時(shí)間先后順序排列而形成的時(shí)間序列，反映現(xiàn)象在不同時(shí)間上所達(dá)到的總量及其增減變化的過(guò)程。在其基礎(chǔ)上派生出相對(duì)數(shù)時(shí)間序列和平均數(shù)時(shí)間序列。

時(shí)間序列中各指標(biāo)值應(yīng)具有可比性，編制序列時(shí)必須保證：時(shí)間的長(zhǎng)短一致，指標(biāo)總體范圍、內(nèi)容涵義、計(jì)算方法等可比，計(jì)量單位一致。[2-3]

時(shí)間序列主要受長(zhǎng)期趨勢(shì)、季節(jié)變動(dòng)、循環(huán)波動(dòng)和不規(guī)則變動(dòng)四類因素影響[4]。分析各因素對(duì)事物發(fā)展的影響，研究事物發(fā)展變化的原因及規(guī)律，即可預(yù)測(cè)未來(lái)。

2? 牽引變流器檢修數(shù)據(jù)分析

牽引變流器碎修記錄數(shù)據(jù)涉及20列機(jī)車，時(shí)間跨度為2013-2019年共6年時(shí)間，一共記錄263起故障，其中已知故障原因171起，未知故障原因92起。

已知原因的故障根據(jù)故障形式可分為27類（見(jiàn)圖1），其中發(fā)生5次以上的故障有8類，發(fā)生4次的故障有4類，發(fā)生2次的故障有4類，剩余的故障均只發(fā)生一次。27類故障中，有6類故障屬外界環(huán)境和運(yùn)用維護(hù)問(wèn)題，與機(jī)車本身性能無(wú)關(guān)，故障率統(tǒng)計(jì)時(shí)不予考慮，因此所有故障中因機(jī)車本身部件性能原因造成的故障，且具有實(shí)際參考價(jià)值的故障有78起。

2.1 按故障對(duì)象分組分析

機(jī)車本身部件性能原因的故障中接觸器故障發(fā)生頻率最高，一共出現(xiàn)28次，約占總數(shù)的36%，發(fā)生故障的接觸器主要為交流接觸器（Q101/Q201）、輔助電源斷路器（K111/K211）。（表1）

9起溫度傳感器故障中8起為電機(jī)溫度傳感器故障，1起為輔助變壓器溫度傳感器故障。

8起插件故障涉及的具體變流器插件不盡相同，除G011板發(fā)生兩次故障外，其他插件故障均只發(fā)生1次。（表3）

牽引變流器（開(kāi)關(guān)）、模塊、CPU故障統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4至表6。

發(fā)生次數(shù)在2次以下的偶發(fā)故障統(tǒng)計(jì)如表7所示。

根據(jù)以上分析可知，牽引變流器故障多發(fā)生在頻繁動(dòng)作部件（接觸器、開(kāi)關(guān)），數(shù)據(jù)采集部件（傳感器），信號(hào)傳輸處理部件（模塊、板卡）等處。

2.2 按時(shí)間序列（公里數(shù)）分析

根據(jù)故障發(fā)生的時(shí)間先后順序，統(tǒng)計(jì)每10萬(wàn)公里間隔內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)，如圖2所示。由圖可知每10萬(wàn)公里內(nèi)故障發(fā)生的次數(shù)不盡相同，其中發(fā)生故障較多的區(qū)間為140～150萬(wàn)公里（11次）和190～200萬(wàn)公里（12次），其余區(qū)間均在10次以下。故障發(fā)生次數(shù)最少的區(qū)間為90～100萬(wàn)公里和180～190萬(wàn)公里（均為1次），這兩個(gè)區(qū)間為C4修（50～60萬(wàn)公里）后的第一個(gè)10萬(wàn)公里區(qū)間。從曲線變化的整體趨勢(shì)看，發(fā)現(xiàn)100～150萬(wàn)公里期間，隨著公里數(shù)的增加，故障率有逐漸增大的趨勢(shì);150～190公里期間，隨著公里數(shù)的增加，故障率逐漸降低。但從整個(gè)C5～C6修程區(qū)間來(lái)看，故障發(fā)生的時(shí)機(jī)無(wú)明顯規(guī)律[6][7]。

為進(jìn)一步查找故障發(fā)生時(shí)機(jī)的規(guī)律，擴(kuò)大時(shí)間間隔，統(tǒng)計(jì)每20萬(wàn)公里間隔內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)，如圖3所示。由圖可知100～160萬(wàn)區(qū)間，隨著公里數(shù)增加，故障率越高;160～220萬(wàn)公里區(qū)間隨著公里數(shù)增加，故障率越低。故障主要出現(xiàn)在120～200萬(wàn)公里區(qū)間，故障占比75.6%;故障率最高的公里區(qū)間為140～160萬(wàn)公里，故障占比24.4%。

根據(jù)以上分析可知，C4修（150～180萬(wàn)公里之間進(jìn)行）可有效降低牽引變流器的故障率。

3? 結(jié)語(yǔ)

機(jī)車C6修對(duì)牽引變流器的檢修項(xiàng)點(diǎn)如表8所示，多數(shù)部件為外觀和功能狀態(tài)檢測(cè)，對(duì)異常部件及關(guān)鍵部件的易損易耗零件進(jìn)行更換。部分部件，如諧振電容、接地檢測(cè)電容、輔助接觸器、輔助電源斷路器、預(yù)充電接觸器、濾波器及水壓傳感器等需要整體更換。

根據(jù)牽引變流器故障率，及C6修檢修內(nèi)容，建議對(duì)機(jī)車牽引變流器修程及進(jìn)行如下優(yōu)化：

①故障頻發(fā)的交流接觸器（Q101/Q201），故障時(shí)的運(yùn)行里程集中在110-200萬(wàn)公里之間。建議結(jié)合C5修對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)并更換關(guān)鍵零件（具體更換項(xiàng)點(diǎn)，需研究故障接觸器的具體故障點(diǎn)）。若C5修有對(duì)交流接觸器的檢修項(xiàng)目，建議在C4修中增加該檢修項(xiàng)目。

②C6修必?fù)Q件中的諧振電容、接地檢測(cè)電容、輔助接觸器、預(yù)充電接觸器、濾波器及水壓傳感器故障率基本為零，建議首輪C6修取消對(duì)其整體更換的項(xiàng)目，進(jìn)行外觀、功能檢測(cè)，有異常進(jìn)行更換，延長(zhǎng)這些部件的整體更換節(jié)點(diǎn)。建議現(xiàn)車驗(yàn)證每360萬(wàn)公里進(jìn)行整體更換的可行性。

參考文獻(xiàn)：

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