基于车载信息的故障分析与维修策略研究

摘要

高速列车运行的安全性、可靠性和维护性是人们越来越关注的热点问题。其中列车组合理的维修、维护策略不仅关系到运行的安全，也关系到运行的效益，是高速铁路可持续发展的基础。以可靠性为中心的维修策略是现在国际上通用的一种预防维修方式。这是一种基于现场统计的故障数据信息，分析出各个系统的故障模式以及寿命分布，从而确定合理的维修策略和维修周期的方法。本文基于某机务段HXD1C型机车1号车车载系统上记录的一段时间的故障信息，分析了1号车各个系统的故障模式以及寿命分布，并根据不同的寿命分布研究了各自的维修方式。具体的工作成果为:
　　首先，对故障数据进行整理，分为了频发故障数据和少发故障数据，并得到相应的寿命数据。对于频发故障数据类，采用了参数估计和假设检验法，并分别基于指数分布、对数正态分布和威布尔分布这三种分布类型进行参数估计，再通过比较K-S统计量的大小确定了最佳的分布类型，基于此，以电机、制动系统等为例进行了分析，将故障类型分为了三类。对于少发故障数据类，采用配分布曲线法，同样基于这三种分布来进行加权最小二乘估计，根据拟合优度R-Square的值来确定最佳的寿命分布类型。接下来，从两个方面对部件失效如何影响系统失效进行了研究，第一是进行危害度分析，以电机、变压器为例，分析了各个故障模式下的危害程度;第二是进行失效规律的研究，以电机为例，分析得到了电机系统6个部件失效对于电机系统的影响，并得到了它们的关系表达式，即系统的失效规律受各部件失效模式的共同影响，并且影响因子与故障频数有关。最后，针对不同的故障类型，分别基于任务可靠度原则模型、经济性原则模型、可靠度提升原则模型三种维修策略进行了研究，分别得到了不同策略下的最佳维修方式和维修周期。那么可根据现场的具体情况和要求，灵活地选择最适合的维修方式。
　　论文创新部分具体体现在:第一，在运用配分布曲线法进行失效概率的估计时，针对极少失效数据情形提出了乘积限估计法来估计失效概率，不同于常规做法中，针对无失效数据和单失效数据情形下采用的贝叶斯估计法。第二，研究部件失效如何影响系统失效时，基于各部件失效导致了系统失效，系统的失效以多种模式发生，部件失效模式与系统失效模式之间存在什么样的关系这样的想法，通过四种方式对系统总体失效分布进行了估计，得到了它们关系的近似表达式。第三，结合了安全性和效益性两个方面，制定了基于可靠度提升原则下的维修方式，通过维护费用的增加比例和可靠度的提升比例来衡量维护费用的意义，从而确定维护周期。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状分析

1．3 研究的主要内容和技术路线

1．3．1 研究的主要内容

1．3．2 主要技术路线

第2章 相关准备知识的简介

2．1 可靠性相关重要概念

2．1．1 可靠度函数

2．1．2 失效率函数

2．1．3 平均寿命MTTF

2．1．4 剩余寿命的可靠度

2．2 HXD1C型机车简介

2．2．1 HXD1C型机车主要构造

2．2．2 HXD1C型机车车载记录的主要故障分布

第3章 频发故障的寿命分布拟合

3．1 常见的寿命分布类型

3．1．1 指数分布

3．1．2 威布尔分布

3．1．3 对数正态分布

3．1．4 其他类型的分布

3．2 频发故障数据的参数估计

3．2．1 指数分布的参数估计

3．2．2 对数正态分布的参数估计

3．2．3 威布尔分布的参数估计

3．3 寿命分布的拟合优度检验

3．4 频发故障的寿命分析

3．4．1 数据的预处理

3．4．2 电机的寿命分布确定

3．4．3 隔离塞门的寿命分布确定

3．4．4 变压器的寿命分布确定

3．4．5 制动系统的寿命分布确定

3．5 本章小结

第4章 少发故障的寿命分布拟合

4．1 配分布曲线法原理简介

4．1．1 删失数据

4．1．2 配分布曲线法的思想

4．2 基于多层贝叶斯估计的配分布曲线法

4．3 基于PL估计的配分布曲线法

4．4 配分布曲线法下的参数估计

4．4．1 指数分布的加权最小二乘估计

4．4．2 对数正态分布的加权最小二乘估计

4．4．3 威布尔分布的加权最小二乘估计

4．5 少发故障的寿命分析

4．5．1 失效概率的估计

4．5．2 匹配分布曲线

4．6 本章小结

第5章 系统的部件失效对系统的影响分析

5．1 部件故障的危害度分析

5．1．1 危害度的定义

5．1．2 各故障代码的危害度分析

5．2 部件失效规律对系统失效规律的影响

5．2．1 系统失效规律的刻画

5．2．2 部件失效规律与系统失效规律之间的影响关系探究

5．3 本章小结

第6章 维修策略的制定

6．1 常见的以可靠性为中心的维修策略

6．1．1 基于任务可靠度的维修策略

6．1．2 基于经济性原则的维修策略

6．1．3 基于可靠度提升原则的维修策略

6．2 算例分析

6．2．1 威布尔分布下的维修策略研究

6．2．2 对数正态分布下的维修策略研究

6．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文