基于故障统计分析的动车组运用维修研究*

尹鹏飞

(中国铁道科学研究院， 北京 100081)



基于故障统计分析的动车组运用维修研究*

尹鹏飞

(中国铁道科学研究院， 北京 100081)

兰新客专特殊的环境及运用特点使动车组运用维修面临严峻的考验，以实际故障数据为依据，运用数理统计的方法，研究分析了兰新客专动车组上线运行一段时间以来，其主要系统故障发生的总体趋势、波动分布情况及运用维修特点等。

运用维修； 动车组； 兰新客专

动车组运用维修是预防、发现、分析、消除故障的一项活动，也是动车组安全、可靠、可持续运用的重要保障。目前各国对动车组的运用维修总体是在以可靠性为中心的维修(RCM)理论[1-3]基础上，实行计划预防修，同时结合换件修和集中修模式。国内关于动车组运用维修的研究，一方面分析、讨论故障发生的原因、处理方法与防范措施[4-8]，另一方面则分析、研究和总结动车组的修程修制、工艺流程、作业办法等[9-11]。兰新客运专线是国内首条在高温、高寒、高海拔、强风沙、强紫外线等特殊环境下运营的线路，由于运用环境的特殊性、复杂性，使动车组的运用维修面临着挑战。从2014年12月开始，以周为单位对乌鲁木齐铁路局管内发生的动车组故障进行了统计，共计20周，研究分析故障发生的规律及特点，并以此为基础，对动车组运用维修进行研究。

1　动车组总体故障特点及规律

图1是动车组故障总体情况与时间的对应关系，它直观地反映故障发生趋势。从图中可以看出，首先是随着严冬的来临，故障频次呈现不断上升的趋势，在1月份最为寒冷的第8周左右达到峰值，然后又随着气候的转暖故障频次逐渐下降，这过程中，动车组车型及结构没有发生变化，检修条件没有变化，但运用环境因素发生了很大变化，如气温的剧烈变化，风雪、风沙等恶劣天气的频繁出现，此图说明动车组总体故障发生率的变化与运用环境有很强的相关性。

图2给出动车组8个主要功能系统故障发生的均值和方差情况，系统1～8分别为：车内环境系统、车体及车端连接系统、辅助电气系统、高压牵引系统、给排水及卫生系统、供风及制动系统、列车网络系统和转向架。

图1　总体故障情况

图2　各系统均值、方差

均值代表各个系统平均每周故障水平，而标准方差则描述了系统故障的波动幅度，可以用来反映系统对外界干扰因素的敏感程度。从均值可以看出，动车组故障率从高到低的系统为：给排水及卫生系统、车内环境系统、车体及车端连接系统、供风及制动系统、转向架、高压牵引、辅助电气和列车网络控制系统；动车组故障波动从大到小依次为：给排水及卫生系统、车内环境系统、车体及车端连接系统、供风及制动系统、转向架、高压牵引、列车网络控制系统和辅助电气系统。故障率高且波动大的系统为给排水及卫生系统、车内环境系统和车体及车端连接系统。

2　动车组各系统故障特点及规律

图3～图10给出兰新客运专线动车组各主要功能系统故障变化趋势，据此并结合运用实际的典型故障对各个系统故障特点及规律进行分析。

图3　车内环境系统

图4　车体及车端连接系统

图5　辅助电气系统

图6　高压牵引系统

图7　给排水及卫生系统

图8　供风及制动

图9　列车网络控制系统

图10　转向架

2.1车内环境系统

车内环境系统主要包括空调和照明两大部分，从图3中反应出车内环境系统故障先是急速上升，在第8周、第9周时间节点，即1月底天气最寒冷时间达到最高值，然后急速下降，最后在波动中平稳下降，表现出随着气温的降低故障上升，随着气温的回暖故障随之下降。运行中故障率较高的为空调报红、工况不良，其原因主要有：①高温、高寒增加了空调的负载；②强风沙、风雪不但使空调各部滤网脏堵；③沙尘聚集在风机的风扇上，一段时间后造成扇叶偏心，导致车顶空调机组振动大、异声。

2.2车体及车端链接系统

车体与车端连接系统主要包括车体部分、边门和车端风挡等连接部分，图中曲线总体上是随着气温的降低故障上升，在第8～10周左右达到峰值，然后气温变暖后故障下降，最后有保持在一定范围内的震荡的趋势。开通运营以来塞拉门故障频发，其原因主要有：①大风：当遇大风时，车体受到侧风的作用力，造成塞拉门装饰胶条脱落及开闭失效；②高寒：由于雨雪进入塞拉门滑道和门边密封胶条内后结冰，造成滑道卡滞。③强紫外线：长期在强紫外线下运行，导致塞拉门密封胶条老化，密封失效。④沙尘：因沙尘粘在防挤压胶条上，导致限位开关不能触发。

2.3辅助电气系统、高压牵引系统

从图5中看出辅助电气在开通运营初期故障较高，后期故障平稳震荡，未出现先上升再下降的趋势，典型的故障为辅助功率模块故障导致辅助变流器报红以及ACU故障导致辅助变流器切除，其主要原因是配件本身造成的，属于源头质量问题。高压牵引系统在后期有故障上升的趋势，实践证明低温对牵引、辅助系统影响不大，相反风沙和高温对牵引变压器和牵引变流器造成了很大影响，沙尘进入设备舱并吸附在牵引变压器、变流器的散热片上，导致变压器、变流器因高温切除或离线；沙尘聚集在变压器、变流器各冷却风机上，造成其异常振动。

2.4给排水及卫生系统

给排水及卫生系统主要包括卫生间及电茶炉两个方面，从图7中可以看出故障的规律是先上升，在第5周后出现在一定范围内震荡。实际运用故障统计中突出问题是由旅客频繁和不正确使用造成的堵塞及设施设备的损坏，说明此系统受如环境和配件质量因素的影响很小，主要受人为因素影响。

2.5供风及制动系统

供风与制动系统包括风源装置、供风管路、制动控制装置、基础制动和防滑装置，从图8可以看出，每周故障数差别不大，在总体上前期较平稳，后期呈现下降的趋势。常见的典型故障有：①由于板卡故障造成紧急制动不缓解、制动试验中防滑器试验报红、防滑试验做不成功等问题；②由于天气极端寒冷时造成分配阀内部橡胶部件作用不良而导致备用制动试验无制动力。供风及制动系统故障既有配件性能不稳定的因素，也与外界环境因素有较大关系。

2.6列车网络系统

作为动车组的神经中枢，列车网络控制系统在图形上无规律可循，说明列车网络控制系统故障的发生具有偶然性和随机性。典型故障多为软件或硬件故障造成的RIOM及MPU报红等问题，属于配件质量问题。

2.7转向架

相对其后期而言，转向架在前期故障较高，第6周之后，故障下降并趋于平稳。典型故障有轴温系统显示轴温异常和空气弹簧受打击损伤，其故障与环境因素和源头质量两方面都有关系。

3　运用维修分析

通过对动车组总体和各个系统故障特点及规律的分析发现，兰新客运专线动车组运用环境的季节性、特殊性对运用维修产生了较大影响。

3.1牵引变压器散热器、牵引变流器散热器及滤网清洁

根据运行观察，当在高温、风沙季节时，CRH5型动车组牵引变压器、变流器运行超过3万 km时，出现报红、离线等现象，经检查发现主要原因为冷却器脏堵导致引起的变压器、变流器温度过高所致，故变压器、变流器的冷却器清洁周期缩短为2.5万 km。

3.2空调滤网的更换

对CRH5型动车组空调故障或者功能不良情况进行了统计，当空调滤网脏堵时，造成空调故障或者功能不良，在高温、高寒、风沙季节，动车组运行 2.5至3万 km进行一次滤网更换，以保证空调机组良好的状态。

3.3裙板滤网的更换

裙板滤网主要是对进入设备舱的空气进行过滤，受影响最大的是牵引变压器、牵引变流器以及空气压缩机，因此在对牵引变压器和牵引变流器进行清洁时须进行相应裙板滤网的更换或者清洁。

3.4融冰除雪

融冰除雪没有固定的周期，当寒冷、雨雪天气时，转向架内发生结冰或积雪并影响到检修人员检查时必须首先进行此项作业。

3.5塞拉门冰雪检查擦拭

冬季低气温的雨雪天及风沙季节进行此项作业，其余情况下不在一级修作业时间内进行此项作业。

4　结　论

通过故障统计分析并结合动车组运用实践，兰新客专特殊气候环境对动车组运用维修的影响有以下几项：

(1) 动车组部分系统的检查、保养项目需缩短周期并安排在一级修范围内进行，分别是车内环境系统的空调滤网清洁、更换，牵引、辅助系统的牵引变压器冷凝器清洁、变流器散热片清洁、高压绝缘子检查与清洁、裙板滤网清洁或更换。

(2) 兰新客专线气候的季节性、特殊性特点，在一级修增加的检查、保养作业项目，其检修周期不能严格按照以走行公里、运行时间来确定，需要在故障统计和实践观察的基础上，从维修的均衡性、气候的季节性及特殊性等因素来综合考虑，结合开通以来的检修经验确定相应的维修周期。

(3) 由于一级修作业内容的变化，在参考现有技术标准的基础上，需对作业流程、组织方式进行优化调整。

[1]Ronald,T.A.andLewis,N. Reliability-centered Maintenance[M]. London: Elsevier Science, 1990.

[2]Anthony, M. and Smith, P.E. Reliability-centered Maintenance[M]. New York: Mc-Graw-Hill，1993.

[3]John Moubray. Reliability-Centered Maintenance[D].Oxford, 1997.

[4]彭胜录.CRH5型动车组车门常见故障分析[J].铁道机车车辆,2011,31(3):86-89.

[5]刘立志,王华胜. CRH5型动车组运用故障统计分析[J].铁道机车车辆,2009,29(6):62-63.

[6]关政.型动车组高压断路器跳开的原因分析及预防措施[J].郑铁科技,2012,(3),0-21.

[7]高速动车组空调系统控制及诊断技术[J].内燃机车,2013,(6):32-35.

[8]闫冬. CRH5型动车组自动降弓故障原因分析及措施[J].科技风,2012,156.

[9]朱莉.关于动车组车辆检修体制的研究[D].北京:北京交通大学,2008.

[10]杨锡林.完善动车组运用检修体系,确保动车组安全稳定运行[J].铁道机车车辆,2008,28(6):63-64.

[11]花伟,杜旭升,刘启钢,等.和谐号动车组作业流程调查分析[J].铁道运输与经济,2007,29(9):15-16.

Research on the Electric Multiple Units Application and Maintenance Based on the Fault Statistics Analysis

YIN Pengfei

(China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

The special environment and features of Lanzhou-Xinjiang Passenger Dedicated Line make EMUs repair face a severe test. We have studied the general trend, fluctuation and distribution of the main system faults, and the application and maintenance features of the EMU, by method of mathematical statistics and cluster analysis according to the real fault data since running for some time.

application and maintenance; EMU; lanzhou-xinjiang passenger dedicated Line; cluster analysis

1008-7842 (2016) 01-0097-04

��) 男，高级工程师(

2015-08-06)

U279.3

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.25

*中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2014J006-B,2013J005-B,2015J006-A);中国铁道科学研究院科研项目(2014YJ043)