（交通运输规划与管理专业论文）我国铁路动车组EMU检修与运用的优化研究.pdf

摘要 摘要 随着我国铁路2 0 0 k m h 高速动车组的上线运行，对动车组的运用维修已成为 当前铁路运输中，急待攻关解决的一项重要课题。并且将对我国铁路迈向高速时 代，起到至关重要的作用。 动车组的运用维修工程，在国内是一项全新的工作。虽然在国外，高速动车 组的检修运用已经有4 0 多年的历史，但国内目前处于刚刚起步阶段，因此借鉴 国外先进检修理念、经验和方法，探索我国铁路动车组的检修运用方式，使之形 成具有中国特色的维修保养体系，成为动车组检修运用的关键。 探索与优化我国铁路动车组检修运用方式，是本论文研究的核心内容，论文 以可靠性维修理论为基础，通过对国外原型动车组维护保养体系的剖析，针对我 国铁路现阶段施行的维护保养方式，提出了优化的方案，并以c r h l 型动车组一、 二级修优化方案为实例进行了例证。 由于动车组检修运用是一项复杂的系统性工程，必须在不断积累现场经验中 加以完善，只有通过反复的实践检验，才能最终形成适合我国铁路国情的科学的 动车组检修与运用体系。 关键词：铁路动车组检修运用优化研究 a b s t r a c t w i t ht h eo p e r a t i o no fc h i n e s e2 0 0 k m hh i l g hs p e e de m u ；i th a sb e e nap r e s s i n g t a s kt oh a v em a i n t e n a n c eo l le m u si np r e s e n tc h i n e s er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n i tw i l l m e a n w h i l et a k eas i g n i f i c a n tr o l ei np u s h i n go u rr a i l w a yi n t oah i g h s p e e de r a i nc h i n a , i ti sr e a l l yan e w p r o j e c tt oh a v em a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c eo ne m u s a l t h o u g ht h e r eh a sb e e n 4 0y e a r s e m um a i n t e n a n c ee x p e r i e n c ea b r o a d ，i ti sj u s ta tt h e e l e m e n t a r ys t a g ei nc h i n a t h e r e f o r e ，i th a sb e c o m eak e yt a s kt or e f e rt of o r e i g n a d v a n c e dm a i n t e n a n c ec o n c e p t ，e x p e r i e n c ea n dm e t h o d sa n da tt h es a m et i m ee x p l o r e 0 1 1 1 c h i n e s ew a yo fr a i l w a ye m um a i n t e n a n c es oa st of o r mc h i n e s e - c h a r a c t e r i s t i c m a i n t e n a n c es y s t e m t h et h e s i so ft h i sp a p e ri st oe x p l o r ea n do p t i m i z et h ew a yo fm a i n t e n a n c eo n0 1 1 1 r a i l w a ye m u s t h ep a p e ri sb a s e do nc r e d i b l et h e o r i e st h r o u g hd e e pa n a l y s i so nf o r e i g n o r i g i n a le m u s m a i n t e n a n c es y s t e ma n dp u t sf o r w a r da 1 1o p t i m i z e dp r o p o s a la c c o r d i n g t ot h ep r e s e n tw a yo fm a i n t e n a n c ei nc h i n a , w h i c hi sa l s oi l l u s t r a t e di nd e t a i lb y o p t i m i z e dp r o p o s a lo fc h r lo n ea n dt w og r a d em a i n t e n a n c e d u et ot h ef a c tt h a ti ti sa c o m p l i c a t e da n ds y s t e m a t i cp r o j e c tt om a k em a i n t e n a n c e o ne m u s ，a c t u a le x p e r i e n c em u s tb ea c c u m u l a t e da n dp e r f e c t e di np r a c t i c e o n l yi n r e p e a t e dp r a c t i c a lt e s t s ，c a nw ef o r ms c i e n t i f i c a n dm o s t i m p o r t a n t c h i n e s e - c h a r a c t e r i s t i cm a i n t e n a n c es y s t e m k e yw o r d s ：r a i l w a y , e m u ( e l e c t r i c a lm u l t i p l eu n i t s ) ，m a i n t e n a n c e ，m a n a g e m e n t ， o p t i m i z e ，r e s e a r c h 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：z 审 工时年f ) 月拥 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：以串 蝣年f ) 月飞。e l 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 反参 1 年月日 上蟛年尸月旷日 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 2 0 0 7 年4 月，我国铁路进行了第六次大提速，部分区段开行时速2 0 0 k r n h 的 动车组列车，作为东部发达地区的上海铁路局，在全路开行最先、数量最多的动 车组。联系自身所从事的c r h 系列动车组的检修运用工作，选题以当前我国铁路 从加拿大b o m b a r d i e rt r a n s p o r t a t i o n ( 庞巴迪公司) 引进的c r h l 型、日本k a w a s a k i h e a v y ( 川崎重7 - ) 引进的c r h 2 型、及法国a l s t o m ( 阿尔斯通) 引进的c r h 5 型 2 0 0 k m h 动车组( e 刖) 的运用检修方面着手，结合动车组本身的技术特性和当 前我国铁路动车组运用所的检修现状，研究探讨如何更为科学合理的检修中国铁 路高速动车组，以尽快达到国外的运用维修水准，从而保证动车组在中国铁道线 上能够持续良好的运行，为我国铁路迈向高速时代奠定坚实的基础。 1 2 国内外研究成果 日本新干线自1 9 6 4 年投入高速动车组运行以来，对e m u 的检修采用的是定期 预防修制度，按照一定的周期规定内容的检查、维修，由于当前新干线列车采用 了先进的故障诊断系统及检测设备，所以各修程规定的内容都以检查为主。检修 主要分日检( 4 8 h ) 、月检( 3 0 d 或3 万公里) 、年检( 1 2 m 或4 5 万公里) 和大修( 3 y 或9 0 万公里) ，检修周期的时间或公里，哪个先到取哪个，通过各不同周期的修 程，来保证动车组运用状态的良好。 法国高速动车组列车始于1 9 8 1 年，t g v 系列高速e m u 的检修分为修理、定期 检修和检查、处理性修理等几种，检修主要分运行2 5 0 0 k m 检查( e s ) 、运行9 日 舒适度检查( e c f ) 、运行2 周运转部件检查( v o r ) 、运行3 个月限制性检查( v l ) 、 运行6 个月一般性检查( v g ) 、运行1 8 个月一般性大检查( g v g ) 、运行8 年后厂 l 第1 章绪论 修，上述修程的设计采用了可靠性于维修性设计，保证了列车的质量，再加上有 维修基地的良好维修作保证，使得t g v 高速列车达到了非常好的营运效果。 德国i c e 动车组维修体制实行定期检测、保养和状态修相结合的维修原则， 主要分为a 、b 、c 三个等级，维修的原则是以可靠性为前提的最经济维修，周密 细致的计划修，对部件状态和故障能够准确指示和预报以及制造良好的维修技术 支持即：计划修+ 状态修+ 维修支持= 维修体系，构成了德国铁路的维修体系，保证 了全德高速动车组运行的安全。 1 3 研究内容 国外动车组维护保养工作是建立在机车车辆可靠性维修理论基础之上的，通 过对b o m b a r d i e rt r a n s p o r t a t i o n ( 庞巴迪公司) 、日本k a w a s a k ih e a v y ( 川崎重工) 及 法国a l s t o m ( 阿尔斯通) 原型动车组的维护保养剖析，借鉴国外先进经验，联系 到目前我国铁路机车车辆维护保养体系存在的问题和差距，结合当前已经正在施 行的c r h 系列动车组检修维护现状，依据动车组本身的技术特性，研究总结定义 各级修程框架，并提出中国铁路c r h 系列e m u ( 动车组) 的检修运用优化方案， 部分优化方案在杭州动车所c r h l 型动车组一、二级修中付诸实施。研究结果对 构建我国铁路高速动车组检修运用体系具有重要的作用。 1 4 研究思路 在对动车组检修运用的优化研究中，始终坚持以当前工作所从事的动车组运 用检修的管理工作为基础，并融合国外先进成熟的检修运用经验，依据铁道部颁 发的各类作业标准、规章，紧密结合现场实际情况，研究优化当前检修模型，并 投入实践检验，从实践中不断的修改完善研究的系统模型，真正使研究的内容和 成果与现场实际的相一致，使之具有相当高的实用价值。 2 第2 章铁路动车组基本知识和应用 第2 章铁路动车组基本知识和应用 2 1 铁路动车组基本知识 动车组是由若干动力车和拖车或全部由动力车固定联挂在一起组成的车组， 国际上主要分动力集中型和动力分散型两种模式，动力集中型的代表是法国t g v 系列高速动车组。动力分散型又分完全分散型，如日本的0 系高速动车组；另一 种是相对分散型，如日本的1 0 0 系等。动车组通常由车体、转向架、车辆连接装 置、制动装置、车辆内部设备、牵引传动系统、辅助供电系统等七大部分组成。 2 1 1 车体 动车组车体分为带司机室车体和不带司机室车体两种。它是容纳乘客和司机 驾驶的地方，同时又是安装与连接其它设备和部件的基础。为使车体轻量化，高 速动车组车体通常采用铝合金和不锈钢材料制造，而铝合金将是今后动车组车体 的主导材料。 2 1 2 转向架 动车组转向架分动力转向架和非动力转向架。动力转向架的车轴可以是全动 轴，也可以是部分动轴。转向架置于车体和轨道之间，用来牵引和引导车辆沿轨 道行使与承受和传递来自车体及线路的各种载荷，并缓和其动作用力。转向架是 保证列车运行品质和安全的关键部件。转向架一般由轮对轴箱装置、构架、弹簧 悬挂装置、车体支承装置和制动装置所组成。对于动力转向架还包括牵引电动机 及传动装置。 2 1 3 车辆连接装置 车辆编组成列车必须借助于连接装置，其中，机械连接包括车钩缓冲装置和 风挡等；同时还有车辆之间的电气和空气管路的连接、高压电器连接、辅助系统 和列车供电连接、以及控制系统连接等等。 第2 章铁路动车组基本知识和应用 2 1 4 制动装置 制动装置是保证列车安全运行所必需的装置。动车组常采用动力制动与摩擦 制动的复合制动模式，制动控制系统包括动力制动控制系统( 再生制动) 和空气 制动控制系统。此外还有电子防滑器及基础制动装置等。 2 1 5 车辆内部设备 车辆内部设备是指服务于乘客的车内固定附属装置。如车内电气、供水、通 风、取暖、空调、坐席、车窗、车门、行李架、旅客信息服务系统等。 2 1 6 牵引传动系统 牵引传动系统包括：主电路、高压设备、受电弓、主断路器、其它高压设备、 主变压器、牵引变流器、牵引电机及电传动系统的保护等。 2 1 7 辅助供电系统 辅助供电系统供电的设备包括：空气压缩机、冷却通风机、空调系统、采暖 设备、照明设备、旅客服务设备、应急通风装置等。另外，辅助供电系统还具备 应急供电功能，包括：客室应急通风、应急照明、应急显示、维修用电、通讯及 其控制等等。 2 2 我国铁路动车组运用概况 2 0 0 7 年4 月1 8 日，全国铁路进行了第六次大面积提速，在这次提速中，首次 在我国铁路既有线上开行时速2 0 0 公里的具有世界先进水平的国产化动车组，其 速度目标值、技术含量、提速规模和范围都超过前五次。到2 0 0 7 年底，全国铁路 将近有4 8 0 列时速2 0 0 公里及以上的国产动车组上线运行，覆盖全国1 7 个省、直 辖市。形成了以北京、天津为中心的环渤海，以上海为中心的长三角，以广州、 深圳为中心的珠三角三大城市群以及以郑州、武汉为中心的中原城市群，以沈阳、 长春和哈尔滨为中心的东北城市群，以西安为中心的西北城市群等城际快速客车。 时速2 0 0 公里动车组的开行，标志着我国铁路进入全球高速铁路阵营，同时 4 第2 章铁路动车组基本知识和应用 也标志着我国铁路客车技术已跻身世界先进行列，我国机车车辆技术装备已经步 入现代化行列。随着动车组上线运行，给我国铁路建设高速客运系统，提高运输能 力和运输效率，改进提高机车车辆检修能力和水平，带来前所未有的机遇和挑战。 确保动车组顺利开行及运用安全，是我国铁路面临的新课题，如何建设提速调图 安全稳定长效机制，已经成为当前铁路的首要工作，一切工作的重中之重。 时速2 0 0 公里动车组的开行，也带动了车站服务设施的建设和改善，更加体 现以人为本的要求。随着全路开行的动车组的增多，全路已有6 0 多个大客站实施 了高站台改造，方便旅客乘降。在深圳站、上海南站的建设中与城市规划和公共 交通紧密衔接，把地铁、轻轨、公交、出租车引入车站，实现“零换乘”，方便人们 出行。 2 3 动车组基本技术特性 由于速度的提高，动车组的设计与开发中需要解决一系列关键技术。如果说 高速铁路是现代化高新技术的综合集成，那么动车组则是包括材料、机械、电子、 计算机和控制等现代技术的集中体现。动车组的主要技术特点有： 优良的空气动力学外形 车体结构轻量化 高性能转向架技术 复合制动技术 密接式车钩缓冲装置 交流传到技术 列车自动控制及故障诊断技术 高速受流技术 倾摆式车体技术 目前我国引进的c r h l 型动车组是b t ( 庞巴迪交通) 公司在中国青岛的合资公 5 第2 章铁路动车组基本知识和应用 司b s p 以瑞典的r e g i n a 动车组为原型，并融合庞巴迪、a d t r a n z 、a b b 几十年来 的技术而开发出的动力分散型动车组，该系列运营时速为2 0 0 k m h 。 c r h 2 型动车组是由青岛四方股份公司以日本川崎重工e 2 1 0 0 0 型动车组为 原型车。通过全面引进设计制造技术而生产的。该系列动车组第一批为运营时速 2 0 0 k m h 。通过加装改装部分设备可升级为运营时速3 0 0 k m h 。 c r h 5 型动车组是由长春长客股份公司以法国a l s t o m 公司的s m 3 型动车组 为原型车，通过全面引进设计制造技术而生产的。该系列动车组运营时速2 0 0 k m h 。 2 4 动车组检修运用安全与维修制度 做为高速运营的动车组，其本身组成就是一项高技术的大集成，集成了系统集 成、车体、转向架、交流传动与列车网络控制、制动系统和辅助系统等关键技术， 各种新工艺、新材料的检修维护日趋复杂，维修质量的好坏直接关系到动车组运 营的安全，对动车组的维修不能是为了维持列车运行而被动进行的一种辅助性生 产活动，而是高速列车运营安全的前提和保障，是提高车辆效率、提供可靠性， 降低寿命周期成本的主要保证，是提高铁路运输企业竞争力的一个重要手段。目 前国际上各国对动车组的维修都不断进行深入研究，其已经从一种技艺发展成一 门综合利用系统工程、可靠性工程、现代维修理论、管理科学、后勤保障学等学 科的综合学科。 6 第3 章动车组维修基本理论 第3 章动车组维修基本理论 3 1 动车组维修可靠性指标 目前国际上主要以可靠性指标作为衡量动车组检修质量的主要标准。可靠性 指的是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。主要包含产 品、规定条件、规定时间、规定功能和能力等五个要素。迄今世界范围内并没有 统一的评价动车组可靠性的指标，主要的常用可靠性指标如下： 3 1 1 平均故障率 平均故障率是指在统计的走行公里或时间内，一台或多台机发生故障的次数 与累积走行公里或工作时间之比。由下式计算平均故障率： 入= n f et( 式3 1 ) 式中n f一台或多台动车组在所统计的走行公里或时间内发生的故障总数 et 一动车组累积走行公里或时间。 由上式可见，平均故障率与故障定义和规定的走行公里和时间数值密切相关。 3 1 2 平均故障间隔时间( m t b f ) 平均故障间隔时问( m t b f ) 是指动车组相邻两次故障间的平均工作时间或走 行公里数。动车组平均故障间隔时间是指一台或多台动车组，在其使用寿命期内 的累积工作时间和走行公里与故障次数之比，即 m t b f = t n f ( 式3 2 ) 或m t b f - 1 入( 式3 3 ) 可见平均故障间隔时间与平均故障率成为互为倒数的关系。 3 1 3 寿命 常用的寿命有使用寿命和总寿命，动车组的使用寿命是指在规定的使用条件 下，动车组从开始使用到大修的时间或走行公里；总寿命是指从开始使用到报废 的时间或走行公里。 7 第3 章动车组维修基本理论 3 1 4 动车组检修率 动车组检修率是指检修动车组数量与配属动车组数量之比，即 动车组检修率= 检修动车组数配属动车组数x1 0 0 ( 式3 4 ) 动车组检修率在一定程度上反映了检修质量状况，当检修质量较高时，随着 检修数量的减少，动车组检修率也愈低。反之也成立。因此提高动车组检修质量， 缩短休车时间以及加强动车组日常维护，可以降低动车组检修率。 3 2 故障与可靠性分析 动车组是各种高新技术的融合，运用环境相对更加恶劣，因此对其可靠性要 求也愈发严格，象其它产品一样，动车组在运用中必然要发生故障，这是一个不 以人们意志为转移地客观规律。可靠性工程是从宏观的角度去分析故障的可能性、 分布以及对整个系统可靠性和质量带来的后果，也即是从总体上以系统工程的观 点来研究和分析故障，指导维修工作。 3 2 1 故障模式与机理 按照国家标准g b 3 1 8 7 的规定，故障模式是产品“故障的表现形式。这种表 现形式可以通过人的感官和感觉观察到，或用测量仪表测量出。动车组及其零部 件的故障模式是十分复杂的，至今还没有一个统一的、完整的相应规范来正确和 全面地对其进行描述和规定，表3 一l 给出了1 4 2 种机车车辆故障模式。从表中可 看出，机车车辆包括动车组其故障模式类别大致可分为：工作状态不正常或作用 不良、指标超差、磨损和表面损伤、腐蚀、热作用、变形和尺寸超差、裂纹、断 裂和损坏、材料及加工缺陷、电损伤等共1 0 大类。 为了提高产品的可靠性，只了解故障模式是不够的，还必须研究故障机理， 找出产生故障的内在原因，这样才能更好地采取措施，减少故障。故障机理就是 “引起故障的物理、化学等内在原因 。常见的故障机理如表3 2 所示。从表中 可得出，产品故障机理大致分为：变形、断裂、疲劳、腐蚀和磨损共5 大类。 8 第3 章动车组维修基本理论 表3 1 机车车辆产品故障模式 故障模 序故障模式序 故障模式 序 故障模式 式类别号号号 l 功能失效、不工作 2 工作不正常 3 误动作 4 工作( 动作) 不灵活 5 转换不正常 6 指示( 显示) 不正常 工7 声音不正常8敲缸9喘振 作 1 0 振动严重 1 1 工作不稳定 1 2 游车 状 1 3 操纵( 调节、控制) 失 1 4 密封不良、不密贴、 1 5 不开启 态 灵不严密 不 1 6 特不闭合 1 7 不开始1 8不能起动 正 1 9不停止2 0不能停车2 l 自行停车、自行卸载 常 2 2 不动作、不行进、不 2 3 位置不对、偏移、不 2 4 摆动、抖动、跳动、波动、 或 运转复位脉动 作 2 5 制动不灵 2 6 不平衡 2 7 水锤 用 2 8罩油锤2 9飞车3 0冒烟 不 良 3 l 燃烧、起火、火灾 3 2 爆炸、放炮 3 3 冷却不足 3 4功率不足3 5严重过载3 6卡滞、紧涩、别劲 3 7 卡死 3 8 指标超差 3 9 介质( 燃油、机油、 4 0 介质( 燃油、机油、水、空气 水、空气等) 消耗量 等) 流量( 供应量) 不合要求 指过大 标4 1 介质( 油、水) 液面过 4 2 介质( 油、水) 液面过 4 3 转速过高 超低高 差4 4 转速过低 4 5 温度过低 4 6 温度过高 4 7压力过低4 8压力过高4 9电压过高 5 0 电压过低 5 l 电流过小 5 2 电流过大 5 3磨损5 4段磨( 楔形磨损)5 5磕伤、打坏 磨损5 6 剥离、剥落、碾片 5 7 外物嵌入 5 8 胶合、咬死 和表 5 9划痕、划伤6 0抱缸、抱轴、热轴6 1拉伤、拉毛 面损 6 2 擦伤、咬伤 6 3 折痕 6 4 粘结、粘着 伤 6 5 压痕、凹痕、磨痕( 变色) 腐6 6电化学腐蚀 6 7 纯化学腐蚀6 8点蚀 蚀6 9 侵蚀 7 0 穴蚀 7 1 锈蚀 热7 2过热 7 3 车轴轴承过热7 4熔接、熔化 作 7 5 烧痕( 变色) 7 6 热腐蚀 7 7 蠕变 用 7 8 烧损、烧断、烧穿、烧蚀 7 9变形8 0扩大、张口8 1过盈量过大 变形和8 2镦粗 8 3 拉长8 4跳动量过大 尺寸超8 5 弯曲、扭曲 8 6 符尺寸超差 8 7 间隙过大、开度过大 差 8 8松动、松脱8 9相碰、相磨9 0间隙过小、开度过小 9 l 铆接松脱 9 2 螺栓连接松脱 9 3 轮毂松脱 9 4不圆9 5配合松脱、过盈量不足 9 6 裂纹 9 7热裂纹9 8 横向裂纹 裂9 9纵向裂纹 1 0 0 发纹1 0 l龟纹 纹 1 0 2 缝裂纹 1 0 3 圆角裂纹 1 0 4 隔板裂纹 9 第3 章动车组维修基本理论 续上表 故障模 序 故障模式 序 故障模式 序 故障模式 式类别号号号 1 0 5 应力裂纹 1 0 6 冻裂、冻坏 断 1 0 7 断裂、破裂、折断 1 0 8 掉块、碎裂、崩落 1 0 9 损坏、缺损 裂 和 损 坏 1 1 0疲劳断裂 1 l l 焊缝断裂 1 1 2 齿断裂、掉牙 1 1 3 螺纹断裂 1 1 4 螺纹脱扣、滑丝 1 1 5轴承保持架断裂 1 1 6轴承内、外圈断裂 1 1 7 开胶 材料及 1 1 8颤振痕( 加工时)1 1 9伸长、胀大1 2 0老化 加工缺 陷 1 2 l 变硬、变粗糙、龟裂 1 2 2 变色、变黑 1 2 3形成气泡 1 2 4 铸造缺陷 1 2 5 部锻造缺陷 1 2 6 光洁度不够 1 2 7 塑性材料( 塑料、橡胶) 缺陷 1 2 8电流饶坏、烧损1 2 9线圈烧损 1 3 0 熔断器烧坏 电1 3 l 断路、断线 1 3 2 线圈断路 1 3 3 短路、短接 损 1 3 4接地1 3 5脱( 假) 焊、虚接1 3 6火花大 伤 1 3 7 电机环火严重 1 3 8 跳火 1 3 9 电击穿 1 4 0电门跳回( 开)1 4 l绝缘不良 1 4 2 接触不良 l o 第3 章动车组维修基本理论 表3 2 机车车辆产品故障机理 序号故障机理诱发因素表现因素 弹性变形各种受力形式和温度弹性变形、弯曲、失稳 1变 塑性变形各种受力形式和温度( 高温)塑性变形、弯曲、失稳 形 过载压痕 接触应力、温度( 高温)塑性变形 2 断塑牲断裂拉伸、剪切、冲击、温度( 高温)断裂、塑性变形 裂脆性断裂拉伸、剪切、冲击、温度( 低温) 、断裂 热冲击 疲高周疲劳交变应力 断裂 劳 低周疲劳交变塑性应变断裂 热疲劳交变温度开裂 3 表面疲劳交变接触应力 表面剥离 冲击疲劳冲击应力断裂 腐蚀疲劳交变应力+ 腐蚀应力断裂及腐蚀 微振疲劳微小振动表面开裂 纯化学腐腐蚀介质化学变化 腐蚀 4 电池腐蚀电解质化学变化 缝隙腐蚀电解质化学变化 蚀 点腐蚀腐蚀介质化学变化 品界腐蚀腐蚀介质化学变化 浸出腐蚀 腐蚀介质成分有变化 冲蚀腐蚀冲刷力、腐蚀介质化学变化、表面剥离 微振腐蚀微小振动+ 腐蚀介质表面开裂及腐蚀 氢损伤：氢介质断裂 生物腐蚀霉菌 化学变化 应力腐蚀拉应力+ 腐蚀介质断裂及化学变化 粘着磨损表面相对运动表面损伤 磨 磨料磨损硬质点研磨表面损伤 腐蚀磨损相对运动、硬质点、腐蚀介质表面损伤表面损伤、化学变 5 化 疲劳磨损交变接触压应力表面剥离 损 变形磨损过高的冲击载荷表面塑性变形、裂纹、掉粒 气蚀 瞬时冲击 表面剥离、物理变化 微振磨损微小振动表面损伤 第3 章动车组维修基本理论 3 2 2 机件故障规律 动车组及某些机件的故障规律是这些产品、零部件在使用寿命期内故障的发 展变化规律，掌握故障规律，最重要的是掌握产品的故障率随工作时间( 寿命单 位) 的变化关系。一般产品的故障率随时间的变化可划分为三个阶段：早期故障 期、偶然故障期和耗损故障期。但是复杂产品的故障率并不都有上述三个阶段。 通过对航空、铁路等行业复杂技术装备的故障率曲线研究统计，共发现如图3 1 所示。 浴盆曲线 钉耗搠期 ( 活瘩式发动匆l ) 赦障雄稍增加 ( 喷气式发动机) 敝障攀厢来不变 指数分布 敬障举后来不蹙 ( 半铮体潋餐) 穴种缓本獭式敝陬毕曲线 图3 1六种故障率曲线的基本形式 该图为美国联合航空公司统计的航空产品的故障率曲线。其中只有a 、b 两种 型式有明显的耗损故障期。符合这两种型式故障率曲线的是简单的产品或各种零 部件，诸如轮胎、刹车片、活塞式发动机和飞机结构零件等等。这些产品数量只 占统计总量的6 。另外符合c 型故障率曲线的复杂产品数量占5 ，例如航空涡 轮发动机产品，它的故障率曲线随着工作时间的增加逐渐平稳升高。在所统计分 析的产品中，大约有8 9 的产品故障率曲线没有耗损期，如图中d 、e 、f 曲线。 1 2 第3 章动车组维修基本理论 而复杂的航空电子设备故障率曲线呈f 型式。 复杂产品故障率曲线各种型式的分配比例关系，不仅适用于航空复杂产品， 也适用于其他复杂装备，如在对铁道机车车辆产品的统计数据中，符合a 至c 型 故障率曲线的产品大约占5 一1 0 ，而符合d 至f 型的约占9 0 - - 9 5 。并且在 我国海军、装甲兵、通信等装备中也有类似的分配比例关系。 3 2 3 故障诊断 在产品研制和运用维修中采用什么样的诊断方式是十分重要的，它直接影响 到装备的可用性和寿命周期费用。因此，诊断方式( 人工、a t e 和b i t e ) 的选择 应该慎重周全，各方权衡。在满足维修限定时间的情况下，决策时应综合考虑如 下因素：诊断能力和技术；使用效率和工作可靠性；对检测中的工作系统的影响， 是否可以在线测试，未被测试的系统是否必须等待等；对寿命周期费用的影响。 3 3 常用的故障分析方法 动车组故障的可靠性分析是根据故障模式、故障机理、故障的影响及其后果 的严重程度，分析部件的失效规律，估计产品的可靠度或平均故障间隔时间m t b f ， 以便采取措施预防故障的发生，提高产品的可靠性；通过故障分析，确定各种故 障的危害程度，从而合理地制订维修计划，采用适宜的维修方式，并在改进设计 时考虑运用、维修和后勤的需求，机车车辆最常用的一般为图示法及影响分析f m e a 法。目前世界上对动车组运用维修过程来说，主要是进行f m e a 及其风险分析。 f m e a 方法主要程序为：第一步针对选定的每个系统必须填写f m e a 表格，内容 包括故障模式、故障原因、故障后果、故障率、故障检测方法、检测度、改正措 施和严重程度级别等。第二步对故障进行比较和排序，以便决定故障的重要性和 优先权，并用风险等级数r f 对故障进行综合评估：按照故障的严重程度，用严重 程度等级y z 度量；按照故障发生的概率，用故障概率等级g l 度量；按照被发现 的概率，用检测率等级数j c 度量。 1 3 第3 章动车组维修基本理论 风险等级数r f = 严重程度等级y zx 故障概率等级g lx 检测率等级数j c( 式3 5 ) 根据国外经验，对动车组来说，在上式中风险等级数r f 的数值不得超过1 2 5 ， 三个单项评估等级数y z 、g l 、j c 中的任一项数值不能大于或等于7 。 3 4 机车车辆维修理论范畴 机车车辆维修理论如图3 2 所示，可以概括为两大范畴。一部分是机车车辆 维修的组织管理，包括维修的指导方针和对策等的研究，这是对维修进行宏观的 研究，寻求维修工作组织的最佳途径，称之为机车车辆维修的组织管理。另一部 分是机车车辆维修技术及手段的研究，这是对维修进行微观的研究，以寻求解决 维修工作中的具体技术问题，称之为机车车辆维修工程技术。 1 4 第3 章动车组维修基本理论 图3 2 机车车辆维修理论的范畴 1 5 第4 章制订维修制度的基本原理 第4 章制订维修制度的基本原理 4 1 维修思想、方式和制度 维修实践需要一种思想作为指导，称为维修思想。在一定的维修思想指导下， 制定出的一套规定与制度，称为维修制度。维修思想和维修制度大致可分为三个 体系：即“事后维修、“以预防为主维修 以及：“以可靠性为中心 的维修思想 及其维修制度体系。维修方式是指对装备维修时机的控制，对维修时机通常采用 不同的维修方式来实现的，一般分为三种方式：定时维修、视情维修和事后维修。 4 2 “以可靠性为中心一的维修理论( r c m ) “以可靠性为中心 的维修理论是在传统的计划预防维修理论的基础发展起 来的。按照装备各机件的功能、功能故障原因和故障后果来确定需要做的维修工 作，并提出了维修方式的“逻辑分析决断图 ，如图4 1 所示。对重要的维修项 目逐项分析其可靠性特点及发生功能性故障的影响，来确定应采用哪种维修方式。 当前全世界在机车车辆维修中普遍采用这种方式。 4 3 动车组维修等级 从概念上讲，c r h l 、2 、5 这三种动车组的检修等级都划分为五级，检修范围 在对应修程下实施的主要项目相近，在三级以上修程时，需要解编并进行分解检 修，主要区别表现在检修周期的差异上： 4 3 1 一级例行检查 在运行整备状态下，完成消耗部件的更换、调整和补充等，同时对各部分的 状态和性能进行检查，发现偶然发生的故障，在车辆使用的间隙进行维修作业。 4 3 2 二级重点检查 以不落轮的状态进行设备的检查、调整，停止车辆的使用进行维修作业。 1 6 第4 章制订维修制度的基本原理 图4 _ 1 维修方式逻辑决断原理图 4 3 3 三级重要部件分解检修 对于运用中可能因状态不良而导致重大事故的转向架等主要位置进行解体检 查。 4 3 4 四级系统全面分解检修 对各主系统进行解体检修，并且进行车体的油漆。 4 3 5 五级整车全面分解检修 对全车进行解体检查，较大范围更新零部件，并且进行车体油漆。 4 4 国外高速铁路维修制度的发展 从2 0 世纪6 0 年代开始，技术装备的维修已经广泛推行以可靠性为中心( r c m ) 第4 章制订维修制度的基本原理 的维修制度。但在机车车辆维修领域内，目前仍然是计划预防修的大框架。瑞典 x 2 0 0 0 、德国i c e 、日本新干线和法国t g v 高速列车都是整车或大部件定时或定运 行里程进行不同等级的维修。 在机车车辆计划预防维修制度日臻成熟的基础上，目前已开始向更高的阶段 发展。主要有以下几个特点：一是计划预防修制度日渐成熟。二是分层次大修。 三是在修时间大幅缩短。四是维修质量不断改善。五是维修周期不断延长。六是 采用均衡维修，增加维修的灵活性。七是采用诊断维修，扩大状态修比重。八是 不断采用以可靠性为中心的维修及寿命周期费用的维修模式，以达到最佳的效益 目的。 1 8 第5 章动车组寿命周期费用 第5 章动车组寿命周期费用 对于动车组来说，在运用中必须安全、可靠并易于维修。购买该种动车组应综 合考虑其购置费用、用户必须承担的运用和维修费用。为了使用户满意，制造厂 家必须设计出可靠，并且在装备价格和运用维修费用上具有竞争力的产品。这种 最佳费用的理念应当贯穿于产品从设计直至报废的整个寿命周期当中，这就是最 佳寿命周期费用l c c 。 5 1l c c 基本概念 根据国家军用标准g j b z 9 7 - - 9 7 的规定，寿命周期费用的定义是：在装备寿 命周期内用于研制、生产、使用与保障以及退役所消耗的一切费用之和。也就是 上述寿命周期各个阶段所发生的费用总和。 寿命周期包括新产品的概念和定义、设计开发、生产、安装、运用和维修、报 废等六个阶段，各阶段对l c c 的影响是不一样的，越是前面的阶段对l c c 的影响 越大，图5 一l 为装备寿命周期各阶段活动对l c c 的影响。由图可见，在装备论 证、研制阶段对l c c 影响就已达到8 0 以上，因此虽然使用维修费用占l c c 很 大的比例，但其大部分却是有前期论证、研制阶段中的各种决策所决定的，因此 从装备整个l c c 来看，愈早应用l c c 方法愈好。应用愈早，化费愈小，l c c 降 低的愈多。 图5 1 装备寿命周期各阶段对l c c 的影响 1 9 帅鲫弛鲫柏鲫加m o 一若墨水荭器瞄晷雷舔lli颤蒙匿母谢斜靛蓐jil 第5 章动车组寿命周期费用 5 2 产品的r a m s 与l c c 的关系 产品的r a m s ( 可靠性、可用性、维修性、安全性) 对寿命周期费用l c c 有 着重要的影响，较高的购置费用可以使产品具有较好的可靠性和维修性，虽然表 面看价格较高，使用户增加了购置费，但实质上是降低了l c c 。图4 2 为可靠性 与寿命周期费用的关系。由图可见，在保持其它条件不变的前提下，提高可靠性 会使采购费用增加，而运用维修费用将减少，作为两者之和的总寿命周期费用则 会有一最佳值。 睽 靠 最小舒用 町黪性 图5 2可靠性与寿命周期费用的关系 5 3 寿命周期费用分析与评价 寿命周期费用分析是对整个寿命周期内的各种进行计算、分析、鉴定和评价， 以便使l c c 分析结果得以正确、有效的利用。寿命周期费用l c c 分析的一般程序 如下表5 1 所示。通过程序流程图表，能得出相关解决方案。对定出各种备选方 案中，在权衡和决策备选方案时还常会遇到各种情况，不能只依靠寿命周期费用， 还要进行相关的技术经济分析。除进行费用分析外，还要进行效益分析。在费用 相同或相近的情况下，选用效益最大的方案；在效益具有同等水平的情况下，费 第5 章动车组寿命周期费用 用最低的方案应该是较好的；在费用和效益都不相同和相近的情况下，则应该选 择效费比最大的方案。 表5 1 寿命周期费用l c c 分析的一般程序 5 4 国外高速动车组设计中的l c c 德国铁路在高速动车组i c e 3 的设计充分运用了l c c ，在决策i c e 3 制动系统 时，起初采用了空气制动+ 电制动，但最终决定增加涡流制动，尽管投资成本提 高，重量增大，但由于涡流制动能无磨损地工作，很低的维修费用，使列车整个 l c c 与购置费相比将带来很大的节约。 2 l 第6 章国外动车组维修制度 第6 章国外动车组维修制度 6 1 国外高速动车组维修特点及发展趋势 自1 9 6 4 年日本东海道新干线投入运营，高速铁路在世界发达国家崛起，百年 铁路重振雄风，铁路发展进入了一个崭新的阶段。自日本之后，法国、德国、意 大利、西班牙、瑞典等国家相继也都发展了不同类型的高速铁路。作为高速铁路 运营中的车辆，动车组是现代一项高新技术的大集成，而对其维修保养也成为重 要的工作之一。 当前全球各国对动车组的维修制度主要有以下特点：计划预防修是当前动车组 维修的总体框架；在总体框架下实施状态修；广泛开展换件修和集中修；严格寿 命管理，对关键件执行到期报废或更换；根据部件特点，细分维修层次，使维修 设施负荷尽量平衡。在检修方式的采用上，普遍采取在“检修基地 进行检查、 拆装、检测、试验，并采用换件修、集中修、状态修、均衡修等方式。 6 2 国外动车组维修简介 6 2 1 德国i c e 高速动车组维修保养体系 ( 1 ) 、动车组运用检修设施分布 i c e l 2 3 每种车型各建一个动车段，设置在客运枢纽所在地，完成该车型各级 段修，大修由大修工厂负责。另外根据运输需要，在客车始发终到数量较大，且 无动车段的车站附近设置动车运用检查所，负责动车组的运用和检查工作。 ( 2 ) 、i c e 动车组的维修和保养制度 德国i c e 动车组维修体制实行定期检测、保养与状态修相结合，采用部件 互换修和主要部件集中修相结合的方法，可分为a 、b 、c3 类。 a 类负责动车组日常运行检测和主要部件补充检查： a 类有3 处：科隆、巴塞尔、莱比锡： b 类负责动车组低级修或小规模修，并兼作临修； 2 2 第6 章国外动车组维修制度 b 类有5 处：汉堡( i c e l ) 、柏林( ( 汇e 2 ) 、幕尼黑( i c e 3 和i c e d 、法兰克 福( i c e 3 和i c e - - t ) ，多特蒙德： c 类负责动车组高级修或大范围修理( 如车体更新、油漆、座持更换、大事 故修复等) 。 c 类有1 处：纽伦堡 6 2 2 法国t g v 高速动车组维修保养体系 ( 1 ) 、动车组运用检修设施分布 法国客流具有以巴黎为中心向四周辐射的特点，其布点原则一般以每条线设立 一个动车段，共三处，均设在巴黎地区，负责各类t g v 高速列车的各级段修，大 修回送到大修厂进行，目前正在建设的巴黎东线还将设置第四个动车段。 ( 2 ) 、检修制度 维修的方式采用预防性维修，采用大部件换修方式，在维修中心卸下大部件， 更换后送往工厂进行大部件大修。分为一般性检查、定期检修、部件更换3 级， 其各级修程中检修主要内容如表6 1 所示。 t g v 检修周期和修程为： 运行1 5 0 0 或2 5 0 0k m 进行行车检查( e s ) ， 运行9 日进行舒适度检查( e c f ) 运行2 周进行运转部件检查( v o r ) 运行3 个月进行限制性检查( v l ) 运行6 个月进行一般性检查g ) 运行18 个月进行一般性大检查( g v g ) 运行8 年以后进行厂修。 厂修一g v g g v g g v g g v g g v g 一厂修： g v g v g v g g v g v g v l - v g ： 第6 章国外动车组维修制度 v l - v o r v o r v o r v o r v o r v l ： v o r - e c f v o r ： e c f e s e c f 。 表6 1t g v 列车检修主要内容 检修等级检修周期检修内容 车内检查日1 天 车内设施检查，以发现妨碍使用的问题 日 制动检查e j m 1 天 检查制动状况 常 车端检查n s nl 天检查车两端情况 检 基本检查e s = 30 0 0k m 全面检查列车，以发现安全部件、运动件和受流 查 件的故障 卫生间除污3 天厕所排污，补充卫生纸、水、肥皂 w c 标准清洗n n d5 天利用清洗设施的基本作业较彻底地清扫、清洗 舒适性检查9 天检修车内设施，食品供应、厕所和照明设施等 e c f 走行部检修1 8 天e s + 齿轮及其它运动部件检修，闸瓦磨耗，轮缘润 v o r 滑情况的检查 其它系统检修3 6 天或3 5 万v o r + 牵引电动机、车钩检修，过滤器更换，隔次 a t sk m 进行蓄电池、车轴、灭火器检查更换 检 小型检修a l各种功能的试验和检查，磨耗件和系统的修理或 修4 、5 月 根据试验结果进行维修 较大型检修v g9 , q ( 2 4 万k m )内容同a l ，但更详细 彻底清洗s i v1 2 月列车内部彻底清洗 大型检修g v g 1 8 月内容同v g ，更换牵引电动机和转向架 镟轮r p e l3 5 万k i n对轮对进行镟修 更新o e 约8 年列车内外部重新油漆，内装修及地板、窗帘及装 大饰更新 修 大修