提高车辆寿命和可靠性的措施

目录TOC\o"1-5"\h\z刖H 4\o"CurrentDocument"一、 车辆寿命和可靠性定义 5\o"CurrentDocument"车辆寿命定义 5\o"CurrentDocument"车辆可靠性定义 6\o"CurrentDocument"二、 提高车辆寿命和可靠性的重要性 7\o"CurrentDocument"车辆寿命与可靠性的重要作用 7\o"CurrentDocument"可靠性分析在实际中的重要性 7\o"CurrentDocument"三、 影响车辆寿命和可靠性的因素 8\o"CurrentDocument"设计和材料影响 8\o"CurrentDocument"使用环境的影响 9\o"CurrentDocument"管理方面的影响 9\o"CurrentDocument"使用和维修的影响 9\o"CurrentDocument"加工工艺的影响 9\o"CurrentDocument"车辆自身原因 9\o"CurrentDocument"四、 提高车辆寿命及可靠性的措施 10\o"CurrentDocument"进行车辆焊接结构疲劳寿命预测 10\o"CurrentDocument"提升铁路轴承可靠性 10\o"CurrentDocument"加强材料加工和处理 12\o"CurrentDocument"建立以可靠性为中心的维修思想及维修制度 12\o"CurrentDocument"提高可靠性对车辆故障维修性的要求 12\o"CurrentDocument"其它措施 13\o"CurrentDocument"后语 14\o"CurrentDocument"参考文献 15摘要：铁路运输中运输过程的进一步强化，要求提高车辆的生产率和增加车辆静载重。附加载荷不可避免地会加剧车辆首先是其机械部分的磨损，在此种情况下，当物资储备匮乏时，提高零部件寿命的问题就尖锐化起来。在加速科技进步，重新调整生产的情况下，必须对提高零部件使用寿命的问题持以新的观点。车辆及其主要零部件的寿命和可靠性是车辆设计制造和运用维修中的一个重要问题。在设计制造中应保证车辆主要零部件的寿命是尽可能同步，采取各种设计和工艺措施来提高车辆及其零部件的寿命；在运用维修中应制定合理完善的维修对策，保持和改进车辆及其主要零部件的可靠性和延长它们的寿命。车辆的制造商和运用者往往拿不出相关的寿命值来。迄今，我国对车辆寿命值的概念还存在着比较模糊和混乱的现象，需要澄清和梳理，达到统一认识的目的。本文论述了车辆产品寿命和可靠性的定义，并分析了影响车辆寿命和可靠性的因素，从而进一步提出提高车辆寿命及可靠性的有效措施。关键词：车辆寿命可靠性因素措施Abstract：Furtherstrengtheningofrailwaytransportationintransportationprocess,vehicle'srequirementstoimproveproductivityandincreasethestaticloadofthevehicle.Additionalloadinevitablyexacerbatevehiclesfirstisthewearofthemechanicalpart,insuchacase,whenlackofmaterialsreserves,extendingtheservicelifeofpartsproblemedgy.Acceleratingscientificandtechnologicalprogress,toadjusttheproductionsituation,mustbeforprolongingtheservicelifeofpartsprobleminanewview.Thelifeandreliabilityofthevehicleanditsmaincomponentsareanimportantissueindesignandmanufactureandmaintenance.Inthedesignandmanufactureshallensurethattheservicelifeofmaincomponentsofthevehicleisinsync,asfaraspossibleallsortsofdesignandprocessmeasurestakentoimprovethelifeofthevehicleandparts;Intheuseofmaintenanceshouldestablishreasonablemaintenancecountermeasures,maintainandimprovethereliabilityofthevehicleanditsmaincomponentsandprolongtheirlife.Vehiclemanufacturersandusetendtocomeupwithrelatedvaluetolife.Sofar,ourcountryofvehicle,theconceptoflifevalue,therearevagueandconfusingphenomenon,needtoclarifyandcomb,achievethegoalofunifiedunderstanding.Thispaperdiscussesthedefinitionofvehicleproductlifeandreliability,andanalyzesthefactorsaffectingtheservicelifeofthevehicleandreliability,thusfurtherputforwardtheeffectivemeasurestoimprovevehicleservicelifeandreliability.Keywords：Vehiclelifereliabilityfactormeasure刖言进入21世纪随着我国铁路运输建设步伐的加快和铁道机车车辆技术含量的不断提高，铁道机车车辆发展的核心也越来越向其寿命与可靠性侧重。作为长期困扰我国铁路运输的主要问题之一，车辆的寿命和可靠性直接影响到铁路运输系统的运输效益，是铁路部门能否很好完成运输的基本条件，也是衡量我国铁路运输能力的重要准则。纵观世界铁道技术强国发展历程，实际上是优良质量和高可靠性车辆技术的发展历程。优良质量和高可靠性信息的管理一直都是极其艰巨复杂的工程，是强化铁路运输的倍增器，必须从机车车辆的全寿命周期各个阶段的有效管理。本文分为四章来论述，第一章车辆寿命和可靠性的定义，第二章提高车辆后面和可靠性的重要性，第三章影响车辆寿命和可靠性的因素，第四章提高车辆寿命和可靠性的措施，为保证车辆正常，持久，稳定，可靠运行提出了相关建议。一、车辆寿命和可靠性定义车辆寿命定义产品寿命的列别是多种多样的，各个行业由于装备的用图和习惯不同，而有自己的产品寿命定义。但基本概念和理论是相同的。产品寿命的选择考虑安全性、可靠性、维修性、保障性和经济性以外，主要是考虑产品的什么时候达到“临界状态这里的“临界状态”是指产品在此状态下不能继续使用或者继续使用已不合算(例如经济性降低到不能容许的程度)；或者对于可修复产品恢复其完好性能不可能或不合算。车辆寿命是指在规定的使用条件下，车辆从新造完成投入使用，到平均故障率超出规定需要大修或报废的时间或走行公里。即产品从其在工厂被用户接受到报废这段时间内所经历的全部时间和时间描述(如图1所示)。图1车辆寿命的全过程使用寿命使用寿命的定义是产品从开始使用到出现不可修复的故障或不能接受的故障率时的寿命单位。使用寿命主要根据产品的故障情况，即可靠性决定。但是对于复杂设备来说，若没有占支配地位的损耗型故障模式，则没有明显的耗损期，因不能单凭故障率来确定。车辆从投入使用，中间经过若干个使用期限，直到不能修复或不值得修理的全部时间，称作车辆的使用寿命。总寿命总寿命也称为物质寿命，自然寿命或物理寿命，是指产品从开始使用到报废的寿命单位。对于有耗损期的产品来说，其总寿命可以包括一个或多个大修间隔期。产品的总寿命和产品的全寿命周期是不同的，总寿命只是全寿命周期的后半生，即产品的的使用维修直至报废打阶段；而全寿命周期还要包括产品的前半生,即车辆从开始使用到规定报废的寿命单位。经济寿命经济寿命是指车辆从投入使用直至由于经济效益原因再继续使用已不经济，而被淘汰所经历的寿命单位。（4）技术寿命技术寿命是指从开始使用到因技术落后而被淘汰所经历的寿命单位。近代机车车辆重造业的兴起，并且在机车车辆维修制度中出现一个新的维修等级——重造，就是根据技术寿命的概念。一台机车或车辆在其漫长的生命周期中，科学技术有很大的发展，几十年前设计的东西已落后，因功率太小、能耗高、舒适性差,不能满足市场需求。解决方法有俩种：买新车；对旧车进行现代化改造，也就是重造。这些旧车从开始使用到因技术落后而被淘汰所经历的什么单位就是它们的技术寿命。车辆可靠性定义机车车辆运用可靠性的直接关系到其运用效率和维修费用，影响铁路运输的安全和效益。在机车车辆结构日益复杂和使用负荷不断提高的条件下，如何运用现代科学理论与方法来改善机车车辆运用维修中的一些基本状况已成当务之急。在可靠性工程中，还可以把产品分为不可修复产品和可修复产品两种类型。产品在使用中发生失效，其寿命即宣告终结的，称为不可修复产品，如弹簧、齿轮、轴承等。产品发生故障后，可以通过维修恢复其规定功能的，称之为可修复产品，一般指复杂、昂贵的产品。可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。这里的产品可以泛指任何系统，设备和元件器。产品可靠性定义具备3个要素：1） 关注故障；2） 评价故障对系统功能的影响程度；3） 可靠性的定量衡量参数为可靠度或MTBF,是概率性参数。（1） 可用性可用性是产品在任意一个随机时刻处于可用状态能力。可用性以可用时间占总时间的比值来描述。可用性是可靠性，维修性和运用保障的综合特征；可靠性越好，则可用时间越长；维修性越好则维修时间越短，不可用性时间越短；运用保障特性越好，则维修等待时间越短。（2） 安全性安全性是指产品不发生系统危险事件的能力。安全性的概念具有以下特征:1） 关注的对象为危险，铁路产品涉及到的危险因素包括违反政府法规，造成人员伤亡，形成重大财产损失及环境的破坏2） 在各种环境和工作条件下，铁路产品在运行，维护和维修的过程中发生的所有危险。3） 故障是危险的主要来源，危险性故障是全部故障的子集。维修性维修性是产品规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序方法进行维修时,保持或恢复到其规定状态的能力。维修性表征产品预防故障和维修故障的能力，表达产品维修的难易程度，是产品设计所赋予的一种固有属性。二、提高车辆寿命和可靠性的重要性车辆寿命与可靠性的重要作用随着我国国民经济快速发展，交通、物流与日惧增。铁路运输担负了全国大部分货运与客运，因此作为承担铁路运输的装备机车车辆的寿命与可靠性显得尤为重要。国际铁路行业标准IRIS更是提出了对RAMS(可靠性、可用性、可维护和安全性)的要求。因此提高产品的可靠性，已是铁路装备制造企业与国际竞争的关键因素。机车车辆寿命是机车车辆设计制造和运用维修中的一个重要问题。在设计制造中应保证机车车辆主要零部件的寿命尽可能同步，采取各种设计和工艺手段提高机车车辆的寿命，机车车辆作为交通工具，旅客(货主)和经营者对可靠性的要求越来越高。从经济角度出发：机车车辆的购置费用，它随可靠性要求的增高而增大。可靠性低机车车辆在使用因故障造成的损失要比可靠性高的多出了很多。可靠性是一门学科，它涉及的范围广泛，是一门综合了系统工程、管理工程、价值工程、人机工程、电子计算机技术、产品测试技术以及概率、统计、运筹、物理等多种学科成果的应用科学。可靠性工程起源于军事领域，经过半个多世纪的迅速发展，现在已成为涉及面非常广的综合性学科。可靠性在实际当中有着极其重要的作用。对于产品来说，可靠性问题和人身安全、经济效益密切相关。因此，研究产品的可靠性问题，显得十分重要，非常迫切。提高产品的可靠性，可以防止故障和事故的发生，尤其避免灾难性的事故发生，从而保证人民生命财产安全；可以使产品总的费用降低；可以减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可以顶几台设备的工作效率；对于企业来讲,提高产品的可靠性可以改善企业信誉，增强竞争力，扩大产品销路，从而提高经济效益；还可以减少产品责任赔偿案件的发生，以及其它处理产品事故费用的支出，避免不必要的经济损失。可靠性分析在实际中的重要性下面再以内燃机为例，谈谈可靠性分析在实际当中的重要性。内燃机的可靠性是衡量内燃机质量的重要指标之一。可靠性差，不仅造成内燃机使用率低、使用费用高，而且对民用内燃机还将影响工农业生产，产品可靠性是内燃机可持续发展的关键。因此，要很好地解决产品的可靠性问题。其实，国外有些知名品牌内燃机的最低燃油消耗率并不比国产的低，但这并不能说明问题。实际使用的内燃机都是在变负荷、变转速的二维变量面工况范围内工作,好的内燃机产品在面工况范围内具有优良的综合性能，以及在相当长的使用时间内能保持这种优良综合性能的稳定性，而稳定性是以可靠性作保证的。（2） 可靠性是一种质量特性，它体现了当今的购买者对产品的一种主要要求。可靠性是一种综合性的技术，应该从成本性能、顾客的要求及公司的水平等方面综合考虑。确定可靠性目标和方案，然后通过试验对可靠性方案进行评估，来控制产品的质量，满足顾客的需求。（3） 在全面质量管理大纲中，与产品失效率有关的各项活动，也即概率、时间、性能和条件等要素的确定和控制，同全面质量管理大纲的活动完全一致，因而也是开展全面质量管理四项工作中的重要项目。可靠性的控制管理活动贯穿于规划、设计、试制、生产使用的全过程，它是产品整个使用寿命周期的一项连贯性活动。只有设计、生产、使用三方面密切配合，不断地提高产品的可靠性指标,才能取得比较好的经济效益。近几年，机车车辆的寿命与可靠性得到了很大的提高，人们的安全性、放心度、舒适度也随之提升。三、影响车辆寿命和可靠性的因素设计和材料影响（1） 车辆的设计和研制过程对于其寿命和可靠性起决定性的作用。（2） 设计要做到方便使用，便于维修，利于制造，注意美观和舒适，采用具有高安全性、高可靠性和良好乘坐舒适性的结构和技术参数，经济合理，技术先进。应采用具有现代化气息和时代感的全新动车组设计方案。（3） 设计要积极采用和发展新技术、新工艺、新材料。要贯彻一切通过试验的原则，要考虑成批生产的可能性。学习和借鉴国外的先进技术和经验要同创新相结合的原则。（4） 对机车车辆新产品设计、已有产品改进设计等，都必须经过试制、试验,特别是运用试验，以便充分暴露问题，予以改进，使设计切合实际。对于产品的改进设计，要做到既要有所改进、有所提高，又要在制造和维修中保持相对的稳定。（5） 选用材料的规格、牌号要力求简化、统一，要立足于国内市场供应。（6） 必须重视产品的标准化、通用化、系列化、模块化、信息化的理念。设计中应尽量采用标准件、通用件，简化配件规格。凡影响通用性、互换性的新设计或改变设计均必须慎重考虑。（7）节省能源和轻量化设计。适应环境影响的各种要求设计。使用环境的影响（1） 环境温度和压力的影响：环境温度和压力主要是对车辆的受热零部件的热应力起很大的作用。例如由于环境温度的升高和压力的降低使内燃机车柴油机的受热部件热应加大，柴油机转速升温高，从而影响循环拼啦哦和蠕变性能；另外过低的环境温度还使金属发生低温脆化现象，使车辆零件发生裂纹和断裂，从而影响寿命。（2） 环境湿度的影响：对于我国西南地区和沿海一带运用的车辆，由于长期处于潮湿的环境中，能够加速某些零件的破坏过程，例如湿度往往使增压器压气机的铝合金叶片表面韧性降低，改变间隙特性，并使金属间颗粒与基体之间的界面变脆，扩大裂纹增长率。（3） 磨蚀的影响：由于风沙的作用而使机车车辆的某些零部件受到磨蚀的影响，例如在我国西北风沙地区行驶的机车，其柴油机汽缸套和压气机叶片由于风沙颗粒的磨蚀而使磨损加剧。（4） 磨蚀的影响：在潮湿和沿海地区使用的车辆普通存在着腐蚀问题，例如机车车辆车体的锈蚀，柴油机燃烧室零件和增压器叶片的热腐蚀和硫化腐蚀等。管理方面的影响由于监管人员的不仔细或者漏检，造成车辆寿命使用不合理。或者，被人们恶意破坏等因素。使用和维修的影响司机的操作失误，紧急情况下的处理不当，机务人员的维护措施不适当。维修中不按规程和规范操作维修和排除故障等。加工工艺的影响车辆的寿命和可靠性还取决于原材料的机械加工和其他一些表面加工方法车辆自身原因车辆是多自由度的振动系统，研究车辆振动时通常把各部件都视作刚体，各刚体间由弹性元件和阻尼元件互相连接。把车辆前进方向定为纵向，在轨道平面内垂直于纵向的方向称为横向，垂直于轨道平面的方向称为垂向，则各刚体沿三个方向的平移运动分别称为伸缩、横摆（侧摆）和浮沉，绕这三个方向的回转运动分别称为侧滚、点头和摇头。一般情况下这些振动是同时存在的。由于车辆本身结构和参数的对称性，垂向和横向运动之间通常仅存在弱耦合，可以根据不同的研究目的采用各自的模型。与一般的振动系统一样，车辆振动也有固有振动和受迫振动之分，受迫振动也有确定性振动和随机振动之分。例如周期性的轨道不平顺、车轮扁疤和柴油机或驱动机构引起的某些强迫振动是确定性的，而车辆运行中因线路激扰引起的振动通常具有随机性。四、提高车辆寿命及可靠性的措施进行车辆焊接结构疲劳寿命预测随着我国铁路向着高速、重载的方向发展，铁路车辆的疲劳事故不断发生，关键部位疲劳断裂一旦发生，将产生非常严重的后果。车辆的疲劳问题治理是铁路安全运输的迫切需求。焊接是铁路车辆结构的重要联接方式，也是最容易发生疲劳破坏的薄弱环节,绝大多数的疲劳事故发生在焊接部位。目前铁路车辆焊接结构的疲劳评价标准少,且美国AAR标准仅是针对铁路货车制定的。在进行虚拟疲劳试验中，引入了工程上广泛应用的国际焊接协会IIW标准和英国BS标准，从而丰富了焊接结构的疲劳特性参数，扩大了焊接结构的疲劳预测范围。通过对三种标准的系统研究，归纳了三种标准的焊接结构疲劳寿命评估方法的特点，并以客车转向架焊接构架为对象，应用IIW标准进行疲劳寿命预测。结构疲劳寿命评估的反问题是指在给定产品寿命条件下来确定结构的设计细节。由于AAR标准中疲劳寿命评估计算流程中数据流动存在唯一性，所以从数学的角度反求结构应力是成立的。为使更多的设计人员在产品方案设计阶段，就能对包括焊缝在内的每一个结构细节进行疲劳寿命预测，开发了铁路货车疲劳寿命预测系统。该系统以AAR标准为内核，以VisualStudio.NET集成开发环境为设计平台，并运用二次开发技术,将AAR标准嵌入到大型有限元分析软件I-DEAS中。系统内置了AAR标准中用于疲劳计算的各种载荷谱和焊接接头数据库，并可以方便地实现数据库的扩充，能以人机交互方式实现提取I-DEAS后处理中的应力结果，并自动计算待评估点的当量应力数值，能计算待评估点的疲劳损伤值及设计寿命汇总数据，自动生成疲劳计算报告等功能。提升铁路轴承可靠性铁路轴承可靠性要求，相对其他行业有着系统性、复杂性和长久性的特点，作为铁路车辆关键零部件的轮对轴承，其可靠性直接决定着车辆的运行和安全性能。铁姆肯公司自1954年发明APTM型整体式铁路轴承以来，不断进行技术创新，使铁路轴承的可靠性得到持续提高。下面以TIMKEN®K级轴承为例，TIMKEN®K级轴承在结构设计上具有如下特点：预润滑、预密封、预调整游隙，简化了轴承安装过程，而轴承系统的一体化又有利于轴承总体可靠性的控制。这是铁姆肯公司的第2代整体式铁路轴承（如图2所示）图2 铁姆肯公司的第2代整体式铁路轴承一AP-2AP-2缩短了车轴轴颈的长度，减少了车轴的挠曲形变，不仅可以减轻轮对重量，而且极大地减轻了各零部件的微振磨损。微振磨损是由于载荷下的车轴挠曲形变，加上车轴的旋转，造成轮对轴承零部件的相对微小移动，经过长期运行，轴承某些零部件表面出现磨损的现象（如图3所示）。如果不加以控制和预防，会使轴承的游隙增大，出现轴承零件和车轴表面损伤，严重影响轴承的运行可靠性。图3轴承磨损区域（2）采用高纯净度TIMKEN标准的轴承钢，因钢材内部杂质的减少，延长了轴承的疲劳寿命。而内外圈和滚子表面均采用表面渗碳技术，使轴承能更好适应铁路频繁振动的应用工况，以及改善滚道表面的润滑条件。这些特点提高了轴承应对恶劣工况的能力，确保铁路车辆在不同线路、不同载荷、不同环境中的正常运行。铁路轴承的可靠性不仅取决于其寿命周期内各个环节的可靠性，也应以全寿命周期管理的理念进行总体协调。加强材料加工和处理改进车体和零部件的钢材结构采用高耐磨闸瓦材料；在盘形制动中，由铸铁或铸钢制动盘配之以有机物构成的合成闸片，向铸钢或锻钢合金制动盘陪之以粉末合金闸片过渡等。采用喷丸等措施对车体，柴油机体，增压器叶片等进行强化处理；采用激光卒火，等离于渗氮等先进工艺对柴油机气缸套，车轮等进行表面热处理。采用化学成分更好，金相组织更均匀、纯洁度更高的材料。建立以可靠性为中心的维修思想及维修制度车辆的可靠性是由设计和制造所决定的，它的可靠性是制造、设计所赋予的固有特性，有效的维修只能保持这种固有特性，而不能提高它，只能修改设计和提高制造水平它是在预防为主维修思想