地鐵車輛的可靠性驗證測試

摘　要　闡述了地鐵車輛的可靠性內容和水平,對車輛故障和故障率進行了定義;分析了列車故障的特性變化; 提出了可靠性的驗證測試方法。
關鍵詞　地鐵,車輛,可靠性驗證
地鐵車輛的可靠性直接關系到車輛的運營維修成本以及運營服務質量。為了降低車輛的運營維修成本,達到運營服務的高質量,用戶在車輛的設計階段就應重視并控制車輛的可靠性。
1 　設計的可靠性
供貨商應在設計階段定期向用戶提供產品可靠性工作報告,并在出廠試驗完成后向用戶簽發所有安全證明文件,以證明車輛符合全部安全要求。安全證明文件至少應包括下列部分:
(1) 簡述及綜合結論;
(2) 車輛動力學性能的安全評價;
(3) 結構的整體承載能力及耐撞擊能力;
(4) 車輛的動態穩定性;
(5) 符合相關的電氣系統標準;
(6) 標準電氣系統的安全;
(7) 車輛檢修時的安全性;
(8) 防止對運行信號的干擾;
(9) 防止產生火災的危險。
供貨商向用戶提交的系統主要部件的可靠性/ 故障數據,如:故障間平均運行距離(lMDBF) 、故障間平均運行時間(tMTBF) 、故障率(λ),將在列車的第二個質保年份受到驗證。如果供貨商提供的可靠性數據與實際不符,則該系統需要改進設計。
為達到產品的高度可靠性,供貨商應按照有關的標準進行設計。電路的設計應保證當其發生故障時,對其它系統帶來的間接損壞最小;線路和元件的設計應留有足夠的余量;車上所有機電設備、零部件以及線路設計和其它器件的選用,必須按照一個原則,就是已被鐵路或相應設備的成功運行所驗證的產品。值得注意的是,在設計階段必須對所有的潛在故障作深入分析。
2 　可靠性水平
可靠性的計算和驗證前提條件是用戶嚴格按照供貨商在相關操作和維修手冊中的指導和建議對列車進行操作和保養。
一項責任故障是指造成此設備或器件喪失其功能而引起的一個獨立的故障,它包括:一項設備或器件在其設計和環境極限內操作時,隨機出現的故障;根據供貨商的說明書進行操作或測試所產生的故障。根據引起的后果故障可分為三類:
(1) 救援故障 列車嚴重損壞,需要牽引車或另一列車來救援,牽引回車輛段;
(2) 清客故障 列車故障后不能繼續載客運行,需要疏散乘客,但能空車返回車輛段;
(3) 運行故障 列車故障后,影響地鐵系統正常運行,列車在線路上停車超過5 min 。故障率(λ) 是一個給定項目的責任故障數目(υ) 與其總運行公里數( ∑d) 或總運行時間(∑t) 的比率。
即　λd =υ/ ∑d
或　λt =υ/ ∑t
如以lMDBF 或tMTBF 來表示,則:
　　tMTBF = 1/λt
　　lMDBF = 1/λd
對于列車各類故障的tMTBF 或lMDBF 值,不同的供貨商提供的數值一般各不相同,通常運行故障不小于100 000 km , 清客故障不小于6 000 h , 救援故障不小于25 000 h 。故障分類亦可按其它定義進行, tMTBF 或lMDBF 值因定義不同而不同。例如,若將運行故障中的停車時間改為3 min ,則tMTBF 值為1 500 h 。
3 　可靠性的測試
列車故障具有特征性的變化,如圖1 所示。從變化的程度很明顯地看出:隨著行車公里數的不斷增加,故障發生的頻率則不斷減少,車輛的可靠性也在不斷提高。一般而言,在5 000 km 內,車輛電氣和機械部件有磨合過程, 車輛發生故障的頻率很高,所以用戶通常要求在車輛驗收前進行5 000 km 的試運行。從5 000 km 至50 000 km , 故障發生的頻率大幅下降;從50 000 km 至105 000 km , 故障發生的頻率穩步下降;105 000 km 以后, 故障發生的頻率趨于穩定,即車輛的可靠性達到一個基本穩定的數值。從上可以看出,車輛前期階段和后期階段的測試,會產生不同的結果。

圖1 　故障的變化規律和以公里數為基準的故障率
　　可靠性測試在驗證期間進行。所謂驗證期間累計的測試行車距離,即將所有相關列車運行的公里數相加得出的總數。測試包括以下的步驟:
·列車組的可靠性在驗證期間用定量表示(以公里數計算);
·將實測的可靠性值與目標可靠性值進行比較,以評定列車是否滿足用戶預期的要求。

3.1 　可靠性監測
車輛運營的可靠性在商業運營前的服務期應受到監測。從第一列車開始測試,到最后一列車最終驗收為止,工作人員應收集和比較每一個缺陷和故障。每一個出現故障的零部件都要進行故障分析以求確定故障原因。在可靠性監視期間,每個月應出具一份報告。
該報告至少應該包括以下參數:
·列車編號;
·開始時的公里數,現在的公里數;
·累計公里數;
·相關故障列車的詳細資料和誤點情況。更進一步,它還應該包括以下細節和資料:
·故障指示和類型;
·車體結構中出現故障的零部件的安裝位置;
·維修數據;
·零部件更換;
·現時公里讀數的日期和時間。
報告也應記錄其它有關的資料,例如相應的信息發生器和故障列車駕駛員的詳細資料。

3.2 　測試方法件(或有問題的設備) 發生故障,它們會被立即更換或維修。圖2 中符號的含義如下:N, 測試列車單可靠性驗證測試宜以一列車為一個測試單元。元總數;X, 故障顯示。故障的總數為驗證期內被測列車單元累計故障的可靠性性能是通過供驗證使用的列車在測試總和。圖2 是可靠性測試計劃的一個例子: 期間所運行的公里數來評定的,早期的故障不屬于此范圍內(列車運行10 萬km 以內發生的故障屬于早期故障) 。在正常或模擬運營的條件下,當列車運行至少10 萬km 之后,開始測試。驗證期約持續12 個月,預計車輛走行12. 5 萬km 驗證期結束后的lMDBF 測試結果是驗證期內測試列車組的公里數和總故障數的比值,可用下式計算: d1 + d2 + dilMDBF ,T = X1 + X2 + + Xi 式中:d1 ,d2 ,di 為每一列車的運行距離。每一圖2 　測試計劃范例段距離的計算為列車運行的距離減去開始預定的根據上述測試計劃,N 個列車單元接受了測10 萬km 。X1 ,X2 ,Xi 為測試期間記錄的每一測試。每列車須完成設定的小時數或公里數。當零部試列車的故障數。