《铁路货车控制阀主阀检修及常见故障研究》13000字（论文）

目录铁路货车控制阀主阀检修及常见故障研究摘要如今铁路列车高速高效发展，制动系统是确保旅客运输安全最重要的一环。以103型分配阀主阀为核心的空气制动装置，其技术状态直接决定了铁路货车的运行质量。目前随定检周期进行检修的作业模式易造成制动机件维修不足或过度维修，因此探索新的预防性检修模式，提高质量控制对维护铁路货车品质具有重要意义。本文提出了非固定周期的103型分配阀主阀检修模式优化模型，并对其检修工序中存在的问题进行质量控制，在此基础上对多机件空气制动装置的检修计划进行优化。具体研究内容如下：（1）以103型制动阀为研究对象，构建了服从韦布尔分布的检修模式优化模型，将维修成本和维修时间作为优化目标，通过多目标遗传算法求解，将优化后的检修模式与传统的定期检修模式对比，分析得出优化后的非固定周期检修模式能以更经济的方式完成检修任务。（2）对临修制动阀进行质量控制研究，以检修工序作为切入点，通过Meta分析确定增加初试工序的必要性；得到103型制动阀故障的主要表现指标，以此为依据对103型制动阀进行漏泄量分级，根据不同等级采取不同的维护方案；并对合格阀根据其性能进行分类，使不同检修周期的货车选配相应性能的制动阀。关键词：103型分配阀；预防性维修；优化模型；维护方案目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 绪论1.1研究背景与意义随着我国经济的不断发展，作为我国国民经济的大动脉，铁路运营的交通系统也在不断进步，设备也在不断迭代。为完成客货运输的艰巨任务，铁路的牵引重量和运行速度都在不断提高，制动技术在铁路发展中的地位也越来越重要。1997年以来，铁道部先后6次大规模地提速中国干线铁路[1-3]。而提高列车速度是制动技术面临的最严峻挑战。随着铁路向高速、重载的方向发展，自动空气制动的检修以及质量控制研究显得尤为重要。103型分配阀是当前铁路货车车辆的主要空气制动机，其性能状态对货车的运行质量起着关键作用。本文对103型分配阀主阀的检修模式及质量控制进行了研究和分析。以可靠性为中心，对预防性维修周期进行优化，考虑以103制动阀为核心的空气制动系统相关多机件检修模式优化策略。采集103分配阀主阀各排气口的泄漏数据，探讨检修工序。经过整合分析，建立了质量控制优化方案。为使空气制动系统维修成本和维修时间最小，研究了以空气制动系统可靠度为约束的非固定周期预防性检修优化模型，并得到空气制动系统各机件的维修类型计划。为下一步铁路制动系统检修工作的发展方向提供了参考。1.2国内外货车检修制度1.2.1国外货车检修制度国际上现行的铁路车辆的检修制度有两种：一种是将车辆检修划分为若干个修程，进行有计划的预防性维修；另一种是根据运行中车辆的技术状态进行必要的维护和修理[11]。铁路空气制动装置检修制度也包含其中。计划维修是指根据车辆类型，有计划地对铁路车辆进行预防性检查、保养和维修，被东欧国家和日本等国采用；状态维修是根据车辆的技术状态维修车辆的制度，由美国和一些西欧国家采用，该制度只有在拥有大量车辆且无需过分追求运用效率的情况下才采用。其优点是不需要大型检修基地。德国货车检修制度德国货车的检修制度可分为定期检查、及时保养和计划维修三个阶段。“定期检查、及时保养”是指必须严格按照规定的时间间隔进行检查和维护。其主要内容包括清理检查、调整与紧固、故障排除与润滑、易损件更换等。“计划修理”是指有计划地对铁路车辆进行修理。对具有不同损伤规律和损伤速度的机件进行分组以确定损坏极限并定义不同维修的维修期和维修范围[12]。具体维修制度如表1.1所示：表1.1德国货车检修修程、检修周期及检修内容修制日检月检大修彻底性大修检修周期5005周100万14-18年检修内容日常检查、保养工作，排除走行部等关键部位的故障主要对走行部、制动、电气、钩缓等设备进行检查对整车尤其是关键部位进行分解、检修整车进行大规模翻修注：除了完成日检和月检外，还要完成修理量少于50的临修工作及防寒、暑整备工作日本货车维修制度由于日本列车密度达到73.1列/天，列车运行速度高，客运主线220，既有线120，需要相应的检修制度与其匹配。长期以来，日本的车辆检修制度一直采用有计划预防性的定期维修制度，即根据车辆的走行公里数或实际运行时间。其维修制度、检修周期及检修内容如表1.2所示：表1.2日本货车检修修程、检修周期及检修内容车辆类型修制检修周期检修内容新干线电动车定检（交替检查）3万或30天对走行部、制动系统、电气装置等进行检查大修（全面检查）90万或3年对系统进行分解、进行全面检修一般电动车和货车定检（交替检查）3万或90天对货车关键系统进行检查大修（全面检查）80万或6年对系统全面分解和检查检修注：另外还有日常维修性的运行检查和作业检查等由于日本大多数货车均使用电动车，故而故障时间间隔的统计离散度太大。因此，提出了一些改革维修制度的措施：将计划的预防性维修更改为状态修；根据经验和感觉的检查方法变为充分利用先进的诊断设备和技术，重视检查部件或装置的功能或特性；把以分解为主体的检查方式变为非分解为主体的检查方式；变劳动密集型作业为机械化作业；计算机检验和统计管理广泛应用等。美国货车维修制度美国货车检修体系是以状态修为主，将重要零部件（如制动机）的定期维修与一般零部件的状态维修相结合。UP公司拥有25个车辆段，负责车辆修时为24内的维修作业，车辆大修周期为100万或8年。美国铁路依靠质量良好的车辆、完善的计算机信息管理系统、充足、畅通的备件供应，实现车辆的状态修、换件修和集中专业化管理。美国的每家铁路公司都有自己完善的信息系统，利用计算机存储车辆及其主要部件的履历、数量、寿命预测、可靠性统计、检修计划、质量反馈等一系列信息和程序。检修基地的检修作业和零部件更换情况输入计算机后，将由其总部根据基地数据进行处理和数据分析。铁路公司高度重视计算机软件的开发和改进，以提高车辆检修管理水平。1.2.2国内货车检修制度货车维修体制分为预防性维修和事后维修，预防性维修又包括定期维修和视情维修。目前国内铁路货车空气制动装置检修随货车定检周期进行，以使用时间或运行里程作为检修期限。只要设备运用到给其预先规定好的时间或里程，无论其技术状态如何，都必须进行规定性维修，这是一种强制性的预防性维修方法[13]。视情维修是近年来在高可靠性铁道机车车辆构造的基础上发展而来的。这种维修方式是依据设备实际情况来确定维护的时机[14]。它没有规定机械部件的固定分解范围和维护期限，而是在检查和测试其技术状况的基础上确定每个机械部件的最佳维修时间。无论是可预防渐进性故障的属于预防性维修的定期维修和状态维修，还是多用于意外故障情况下，或不影响安全运行的情况用预防性维修不经济而采用的非预防性质的事后维修，这三种维护方式都有一定的适用范围。由表1.3和表1.4我国货车检修修程及检修内容可知，不论是普通货车还是提速货车，其检修制度中都在辅修或级修时就对空气制动装置的相关部件进行检修，尤其是制动系统的“心脏”：103型制动阀，其在列车进行制动作用时所处的关键位置和重要性决定了该机件在运用量与检修量上有很大的需求。普通货车（22型、25、25型等）的定期检修修程分为辅修、段修和辅修，具体周期如表1.3所示：表1.3国内铁路普通货车检修修程、检修周期及检修内容修制检修周期检修内容辅修20万或距上次辅修及以上修8个月对轴承润滑部分和空气制动装置进行检修，对其他部分做辅助性修理段修60万或距上次段修及以上2年对货车重点部位进行分解检修、集中换件修，保持车辆各部状态性能厂修240万或距新造或上次厂修8年整车分解检查并彻底修理，消除设计制造缺陷，恢复车辆基本性能提速货车（25及25型等）修程分为、、、四级，具体检修规程如表1.4所示：表1.4国内铁路提速货车检修等级、检修周期及检修内容检修等级检修周期检修内容级（安全检修）30万km或距上次以上修1年对关键部位换件修，其他部位状态修，对故障部位进行处理级（段修）60万km或距上次以上修2年对部件分单元进行换件修和状态修，基本恢复货车上、下部技术状态级（段修）120万km或已做过一次修，距上次修2年对货车重点部位实施大范围换件修级（大修）240万km或距新造或上次修10年整车全面分解、彻底修理，以及必要的技术改造工作1.3货车制动阀维修现状铁路货车检修方式的发展趋势，是事后维修逐步转向定期预防性维修，再由定期的预防性维修走向计划性定期检查，并根据检查结果安排近期的计划维护与修理。及时有效的维修在保证设备的使用寿命、安全性和可靠性等方面具有重要的地位和作用。下面将通过对制动阀检修工序、机械系统维修思想及方式、组合维修策略研究及维修相关性的研究现状进行总结并进行分析。1.3.1103型制动阀检修模式目前，铁路货车103型分配阀检修主要结合货车段、辅修进行。即在货车修或、修到期时，将分配阀卸下进行分解检修，按检修工序可分为：外部清洗、分解、一次清洗、零部件检修、二次清洗、组装、试验、入库几个工序，可以实现工序之间的相互控制，即从以下三个方面从下道工序监控上层工序：实物流转、维护记录的填写和工位级的输入。一旦发现问题，可以返回上层工序进行处理，保证记录信息和实物的一致性，从而实现维修质量的可追溯性。[14]。文献[15-18]以制动阀检修质量控制为研究对象，探讨预防性维修策略，对制动阀检修过程进行优化研究。103型分配阀主阀检修流程及储存要求如图1.1和表1.5所示。图1.1103型分配阀主阀检修流程表1.5103型分配阀主阀储存期限及要求零部件名称储存期限储存要求分配阀超过3个月不足6个月试验超过6个月分解、检修、试验单元制动缸、塞门、缓解阀、集尘器、制动缓解指示器、闸调器、防滑阀等超过6个月试验超过12个月分解、检修、试验软管超过12个月试验1.3.2组合维修策略研究组合维修策略根据维修工作的类型可分为修复组合维修策略、预防性组合维修策略和机会组合维修策略。修复性组合维护策略是当一个组件发生故障时，该组件一直处于故障状态，直到与其他发生故障组件一起修复；预防性组合维护策略用于预防故障并降低运营成本。它通过同时执行维护任务的方式，提前准备维护计划达到降低维护成本的目的；机会组合维护策略是指当某个部件发生故障时，将提前达到机会维护的范围的部件进行提前预防性维修，将故障部件的修复性维修有机地结合起来，节省系统的维护成本。由于一个组件的故障提供了更换或修复其他组件的机会，因此机会维护在与结构相关的系统中得到了很好的应用。2维修相关理论2维修相关理论2.1可靠性维修评价指标可靠性是指机械系统及其部件在规定的时间内、在规定的条件下、能够完成规定功能的可能性。对于铁路货车而言，就是其系统部件在规定的维护和使用条件下，能够保持正常工作能力，并最终完成规定的行程任务的特性，它是用来衡量铁路货车设备及其部件质量的重要指标。2.1.1概率分布函数若以非负随机变量描述设备的服役里程，表示设备失效时的里程，用表示设备工作到里程时已经失效的概率，称为设备的故障概率函数。失效可能发生的区间为，函数参变量亦可用服役时间表示。的数学表达式如式2.1所示：(2.1)2.1.2可靠度设备在规定的条件下，在规定的里程或时间里，能够正常行使功能的概率，称为该设备的可靠度。因可靠度是里程或时间的函数，故参变量为设备实际服役里程的可靠度的表达形式为：(2.2)与可靠度对立的是不可靠度即故障概率函数，表示设备的不可靠程度，故障概率函数与可靠度成下述对立关系，即与互补，如式2.3所示：(2.3)2.1.3失效概率密度函数将概率分布函数对服役里程求导，得到失效概率密度函数，用表示，由式2.4所示：(2.4)2.1.4故障率一般情况下，故障率是运行里程或运行时间的函数，若用表示，则含义为设备在里程区间正常运行，在运行里程为时出现故障的概率。记条件概率，令，称为瞬间危害率，或故障率。的表达式如式2.5所示：(2.5)和失效概率密度函数的关系为：(2.6)2.1.5可用度可用度是可修设备的评价指标之一，能够客观反映该设备的使用效率。它表示设备在规定的使用条件下使用时，在达到某时间或某运行里程时正常工作的概率。其定义表达式为：(2.7)其中表示设备平均可运行时间，表示设备平均停机时间（包含设备未故障但处于停机状态的时间）。2.1.6特征量关系根据上述分析，可总结出以服役里程为参变量的可靠性特征量之间的转化关系，如表2.1所示：表2.1可靠性特征量函数转化关系特征量2.2失效分布函数2.2.1失效率曲线失效率是描述设备因失效而引起的工作过程中的可靠度衰减规律，是指设备工作到服役里程或运行时间时刻后，在单位时间内发生失效的概率。失效率曲线反映了研究对象在任何时刻出现失效状况的概率变化趋势。将设备的失效率用曲线绘制在坐标上，反映了设备在运行的整个工作过程中失效趋势的变化情况。如图2.1所示，它反映了机械系统失效率的不同阶段和与其对应的运行里程：图2.1浴盆失效曲线由图所示，失效率曲线因状似浴盆，故而将其称之为浴盆失效曲线。浴盆失效曲线代表的失效率变化规律可分为三个阶段，分别是早期失效期、偶然失效期和损耗失效期。(1)早期失效期(DFR)设备在工作初期的失效率很高，但随着运行里程的增加失效率迅速下降，这个阶段称为早期失效期，该期间的行走里程长短随设备的制造质量和工艺设计而变化。失效主要是由制造、设计缺陷和使用环境不当，即人为错误等各种原因导致的。(2)偶然失效期(CFR)偶然失效通常是具有随机性的突然失效。尽管在此期间的失效率随运行里程而有所变化，但由于变化细微，故而将其视作一个常系数。可以说，这个时期是设备的正常工作时期。偶然失效往往起源于机械设备可靠性设计中的隐患、维修不善或使用不得当等。通过改进使用和管理、提高可靠性设计质量、加强监视、诊断和维护等措施，可以有效降低偶然失效期的失效率。(3)损耗失效期(IFR)在步入此阶段后，设备的失效率呈逐渐上升趋势，称为损耗失效期。在此期间，统经过长期的使用，由于老化、疲劳、磨损等原因，设备工作寿命已逐渐衰变，从而处于频繁失效状态，使设备失效率随着时间的推移而递增，最终导致设备功能丧失。2.2.2指数分布设备的维修时间和失效时间多服从于指数分布、正态分布和威布尔分布等。其中，指数分布是一种单参数型分布函数，主要用来描述承受一定载荷但磨损很小的电子元件、机械设备及其零部件的寿命和维修里程或时间。其可靠性数学表达式如下。概率分布函数：(2.8)可靠度函数：(2.9)失效概率密度函数：(2.10)失效率函数：(2.11)从以上表达式可以看出，只要确定了一个参数(失效率)，就可以完全确定可靠度函数。指数分布有一个突出的特征，即无记忆性。如果某设备的失效率是恒定的，那么它从开始到运行里程内的可靠度为，如果在这个里程周期结束时没有被修复，它将在下一个间隔相同的里程周期内，可靠度仍等于。2.2.3正态分布正态分布是概率分布中最常见和最普遍使用的统计分布，它可以描述很多自然现象，如测量误差、工艺误差、材料特性、机械系统的维修时机等。其数学表达式如下所示。失效概率密度函数：(2.12)概率分布函数：(2.13)其中，是母体集中趋向的判断值，表均值，表示母体的数学期望，是随机变量的离散程度，作为标准差，表示母体方差的开方。失效率函数：(2.14)其中，表示标准正态分布密度函数，，可靠度。可靠寿命：(2.15)其中，，表示当标准差和均值已知，且随机变量呈正态分布时，概率分布函数可以转化为标准正态分布函数，并保留其特性。3103型分配阀主阀检修模式与质量控制研究3103型分配阀主阀检修模式与质量控制研究3.1问题的描述及假设本文以103型分配阀主阀作为研究对象，103型分配阀主阀是货车空气制动系统的核心，从级修程就实施换件修，经过辅修、段修一直到厂修进行整车分解的彻底性修理。103型制动阀主阀由作用部、充气部、均衡部、增压阀和局减阀组成，主要利用制动主管的压力变化来实现制动机的充气、制动、保压、缓解等作用。103型分配阀主阀的结构如下图3.1所示：图3.1103型分配阀主阀结构由图3.1所示，作用部主要由主活塞、截止阀、滑阀及稳定部等组成，作用部利用制动主管与工作风缸的压力差，遮断或沟通阀体内相关通路，产生制动、缓解、局减、充气、保压等作用；充气部用于控制副风缸充气，位置位于主阀的上盖内，由充气止回阀与充气阀等组成；均衡部位置与作用部相邻，是用来控制制动缸的充气、排气与保压的作用，由上部作用阀部、下部作用活塞部以及缩孔堵组成；增压阀在紧急制动时提升制动缸压力，以获得更大的制动力，由增压阀、增压阀弹簧、密封圈和增压阀套等组成；局减阀位于主阀体内作用部与均衡部之间，由局减活塞、局减阀、局减阀弹簧、压圈和局减膜板等组成。在第二阶段局减时，局减阀将制动主管的压缩空气送入制动缸，使制动主管产生局减作用，可提高制动波速，并在制动初期使制动缸获得一个压力的初跃升，可减小在制动时闸瓦冲击车轮的冲击力。在现场情况中，车间进行的预防性维修内容分为修理预防性替换和预防性修理。属于完全维修，使设备恢复“全新”状态，具体方法为将阀体整体由全新的制动阀取代，是修复如新的修理方式，但其更换费用较高；属于不完全维修，可以使设备变回“年轻”状态，具体手段为对103型分配阀主阀阀体及其零部件进行分解并修理，具体方法为将小的零部件如碰伤或有裂纹的阀盖、变形、锈蚀或折断的弹簧、划伤或粗糙度低于标准的滑阀和截止阀等作修平、研磨、保养或更换处理，是修复非新的修理方式。此外还有在列车运行状态中出现的非预期故障维护，采用最小维修方式，该方式只能让103型分配阀主阀恢复工作，不改变其工作寿命。预防性维修需要花费一定的成本和时间，但这样的维修方式可以有效降低货车发生突发性故障的次数，减少因故障引起的运营损失，保证旅客行车安全。充分利用系统的可靠性，可以合理安排预防性维修间隔期，避免103型分配阀主阀欠维修或过维修。本章在保证一定可靠度的基础上，以有限运行里程内的总维修成本最小、总维修时间最低为优化目标，建立103型分配阀主阀检修模式优化模型。下面针对要解决的问题，作如下假设：（1）103型分配阀主阀故障里程服从于形状参数为，比例参数为的韦布尔分布。（2）103型分配阀主阀的初始可靠度为1，即全新状态开始运行。（3）运行过程中发生非预期故障采用小修的维修方式，小修只能使制动阀恢复正常工作，不改变其可靠度和工作寿命。（4）103型分配阀主阀的维修时间小于整车维修时间。（5）103型分配阀主阀需要货车停止运行进行维修作业。3.2103型分配阀主阀检修模式模型构建3.2.1变量定义及约束条件（1）决策变量定义：制动阀预防性维修总次数：第次预防性维修施修时机：第次预防性维修采用的维修内容（2）约束条件根据以上分析，并结合实际需要，本模型中建立约束条件如下：①可靠度下限约束该约束是指运用状态下的制动阀，为了保证运行安全，需规定其可靠度不得低于要求的最小可靠度，表达为：(3.1)式中：为运行里程内制动阀的可靠度；为制动阀要求的可靠度下限。②预防性维修间隔约束该约束是指制动阀的维修间隔需介于最小维修间隔与最大维修间隔之间，当，预防性维修为变周期。当，预防性维修为等周期，即：(3.2)(3.3)式中：为内制动阀的最小维修间隔；为制动阀规定的最大维修间隔；为制动阀的维修间隔。③维修顺序约束该约束是指每次进行预防性维修遵循一定次序，如下式所示：(3.4)式中：为货车累积运行里程。3.2.2可靠度模型在货车累计服役里程内，对103型分配阀主阀施行了次预防性维修操作，103型分配阀主阀开始运行时为全新状态，即。每当运行里程到达时，对其执行预防性维修，此时103型分配阀主阀的施修内容为。结合现场103型分配阀主阀预防性维修内容，的取值如下表3.1所示：表3.1施修内容的取值取值施修内容1第次预防性维修内容为预防性替换2第次预防性维修内容为预防性修理本文采用文献[27，31，32]中的可靠度建模过程对103型分配阀主阀可靠度进行模型建立。制动阀在经过第次预防性维修后的可靠度如式3.5所示：(3.5)式中：表示103型分配阀主阀在第次预防性维修后，失效部分的初始可靠度；表示103型分配阀主阀在第次预防性维修后，服役里程为时未失效部分的可靠度。对于采取不同的预防性维修内容，制动阀可靠度的变化及劣化程度有所不同，如图3.2所示。图3.2103型分配阀主阀可靠度在不同维修内容下的变化（1）失效修复模型对103型分配阀主阀进行第次预防性维修后，其失效部分的初始可靠度建模。若在第次预防性维修时进行预防性更换，则全新状态下；若在第次预防性维修时进行预防性修理，则其可靠度得到修复。如式3.6所示：(3.6)式中，为失效恢复因子，可以通过历史故障维修数据估得；表示制动阀在第次预防性维修后的可靠度恢复值；表示制动阀在第次预防性维修前的瞬时可靠度。（2）劣化加速模型随着货车运行里程的增长，可靠度劣化速度逐渐加快。如图3.1所示，对机件施行第次预防性维修后，预防性修理比预防性替换的的可靠度劣化程度更高。103型分配阀主阀故障时间服从韦布尔分布，则制动阀在第次预防性维修后，在其时未失效部分的可靠度建模如式3.7所示：(3.7)其中，为未失效可靠度改善因子，为可靠度劣化加速因子，通过历史故障维修数据和故障分析估得。关于取值表示如下：(3.8)综上可得，103型分配阀主阀在时的可靠度如式3.19所示：(3.9)3.2.3故障率模型故障率与可靠度之间的关系如下：(3.10)结合103型分配阀主阀的可靠度模型，可得时服从韦布尔分布的故障率模型如下所示：(3.11)其中，表示第次预防性维修后103型分配阀主阀的初始故障率：(3.12)式中，表示制动阀在第次预防性维修后的故障率；表示制动阀在第次预防性维修前的故障率。3.2.4期望时间建模103型分配阀主阀在运行里程内维修的总期望时间如下式3.13所示：(3.13)总期望时间由制动阀进行的预防性维修活动期望总时间和非预期故障维护期望总时间组成。其中，表示制动阀进行预防性维修单次维修用时，表示非预期故障维护单次期望施修时间。函数表达式如下式3.14所示：(3.14)式中，表示制动阀预防性替换单次期望施修时间；表示制动阀预防性修理单次期望施修时间。3.2.5期望成本建模服役里程内103型分配阀主阀维修的总期望费用表达为：(3.15)总期望费用由制动阀进行的预防性维修活动期望总费用和非预期故障维护期望总费用组成。式中，表示非预期故障维护单次期望施修成本；为制动阀进行预防性维修的单次维修费用，其中表示制动阀预防性替换单次期望操作成本；表示制动阀预防性修理单次期望操作成本。3.2.6优化目标函数以有限运行里程内的总维修时间最少、总维修费用最低为优化目标，103型分配阀主阀检修模式优化模型如式3.16所示，式3.17~3.20为优化目标的约束条件：(3.16)(3.17)(3.18)(3.19)(3.20)3.3求解算法遗传算法的早期研究工作始于1960年代。它是从生物的进化过程中抽象出来的求解方法。遗传算法通过综合模拟自然选择和遗传机制，编码空间代替问题的参数空间，以编码种群为进化基础，个体基因的遗传操作实现了选择和遗传机制，建立迭代过程。针对总维修时间最少、总维修成本最低的优化模型，采用多目标遗传算法进行求解[33]，算法流程图如图3.3所示：图3.3多目标遗传算法流程图（1）编码实数编码具有高精度、易于搜索大空间的优点。根据实际需要，选用实数位串对103型分配阀主阀检修模式染色体进行编码。染色体由预防性维修施修时机染色体和预防性维修施修内容染色体两段构成。预防性维修施修时机染色体中的基因用整数表示，。用作为基因长度的限制条件。预防性维修施修内容染色体中的基因用表示，。和分别表示103型分配阀主阀在运行里程时进行预防性替换或预防性修理。预防性维修施修内容染色体的长度与预防性维修施修时机染色体的长度一致。将预防修施修时机染色体中不进行预防性维修用“-1”表示，并延长至整段。初始化群体按约束条件和编码规则生成，若103型分配阀主阀服役里程，预防性维修最小维修间隔，最大维修间隔，则生成的检修模式染色体组成初始化群体如下：(3.21)（2）杂交算子本章选用一点杂交操作，对交配池中一对染色体，根据基因长度，选择一个杂交位，对两个位串中杂交位右侧部分的染色体位串互换，左侧位置基因不变，从而形成新的一对染色体。对预防性维修施修时机染色体和预防性维修施修内容染色体组成的个体进行杂交，从中选择两个父个体作为一对，杂交操作后将其生成的一对子个体放入下一代种群。如果父染色体Ⅰ，父染色体Ⅱ，选择3为杂交位，则生成子染色体Ⅰ，子染色体Ⅱ。（3）变异算子变异操作模拟自然界生物进化过程中染色体上某个基因的突变，从而改变染色体的结构和物理性质。进行一点变异操作时，变异算子从种群中，通过对父染色体变异点位的基因突变实现，父染色体的其余位置基因不变。当变异点在预防性维修施修时机染色体时，则对变异点基因变异，产生新的运行里程子染色体；当变异点在预防性维修施修内容染色体时，通过一点变异，得到新的维修内容子染色体。变异点若无效，则重新选择变异位置变异。（4）选择算子根据支配的概念[34]，设和为种群中的染色体，若对于，有，且至少有一个，有，则个体支配个体；若种群中不存在个体使个体支配个体，称为种群中的非支配个体。对于多目标的解中，若任意和对于所有的目标非劣于，且至少有一个目标劣于，则和之间由支配。若染色体在该代种群中被个染色体支配，则在该种群的秩如式3.22所示：(3.22)多目标优化问题中，由所有非支配解构成Pareto最优集。非劣解的，如图3.4所示：图3.4种群中染色体的秩当未达到最大循环数时，，计算个体的秩，将秩从小到大排序并更新精英集，从而剔除劣解。本章优化目标为预防性检修时机和成本，求解后将的非支配解放入Pareto最优集。当到达最大循环数后，所有Pareto最优解为优化目标解。3.4算例分析103型分配阀主阀的服役里程为，制动阀服从韦布尔分布，，；失效恢复因子，未失效可靠度改善因子，可靠度劣化加速因子；最小可靠度，，；，；，；，。以上参数带入优化目标函数进行求解，通过Matlab编程实现。遗传算法中最大循环数为种群代数，种群代数为100，种群规模为500，杂交概率为0.7，变异概率为0.05，结果如下表3.2所示：表3.2103型分配阀主阀检修模式优化结果编号预防性维修里程预防性维修内容128.320813.435-52-74-101-117-134-150-167-186-2031-1-1-1-2-1-1-2-1-1229.719396.233-49-68-87-119-132-147-165-1971-1-1-1-2-1-1-1-2331.817857.334-59-81-106-129-147-179-2011-1-1-2-1-1-2-1根据表3.2可知，在一定可靠度的要求下，方案1和方案2对比可知，方案2比方案1的维修时间多5%的情况下，方案1比方案2的维修成本高出7%；方案3比方案1的维修时间增加11%，但维修成本可以比方案1减少14%；方案3比方案2多花费7%的时间进行维修，维修成本可以比方案2节约8%。若以节约维修成本为第一考虑要素，则方案3优于方案1和2。在同等约束下对现行货车原始检修模式进行优化，103型分配阀主阀的维修间隔随货车定检周期进行，定检周期，利用多目标遗传算法，对最小维修间隔和最大维修间隔都为时进行求解，结果如下所示：表3.3103型分配阀主阀原始检修模式优化结果编号预防性维修里程预防性维修内容433.222386.830-60-90-120-150-180-210-2401-1-2-1-1-2-1-2由表3.3可知，采用原始的检修模式，在一定可靠度的约束下，制动阀的维修成本将会增加。对表3.2和表3.3进行对比，如图3.5所示：图3.5两种检修模式非恶劣解对比由图3.5可知，原始检修方式在比方案1的维修时间多15%的前提下，维护成本高出7%；在维修时间方面，原始检修方式分别比方案2和方案3多出11%和4%，维修成本方案4比两者分别高出13%和20%。综上可知，采用非固定周期的检修模式明显优于原始的检修模式。3.5103型分配阀主阀试验质量控制研究3.5.1微控705型制动阀试验台机能自检微控705型制动阀试验台需要在每日工前进行机能自检，以保证后续正常工作试验的准确性。试验台机能自检包括机能校验、合格阀与故障阀反比对试验，若自检过程中出现不合格项目，需要联系设备车间进行检查检修，直至试验台各项校验指标达到要求，方可正常使用。（1）机能校验微控705型制动阀试验台性能是否合格需要每日开工前进行机能校验测定。首先调试开关，总风源压力需大于；调整调压阀压力至；接着将限压阀压力调试到。下一步将主阀座、紧急阀座盖板卡在安装座上，由计算机控制开始进行自动校验，并在校验完毕后打印校验记录。检查校验记录，若发现不合格指标，则对试验台进行修理，直到校验合格为止。（2）合格阀与故障阀反比对试验将机能校验合格的微控705型制动阀试验台进行合格阀与故障阀反比对试验。首先通过将前一天试验合格的合格阀作为试验标准，在机能校验合格后再次对标准阀进行试验，要求各项试验参数与标定参数误差不得超过。若试验误差大于，需要对微控705型制动阀试验台各传感器和压力表进行检查维修。标定后的试验台需要使用已判定不合格的故障阀进行反比对试验。通过对故障阀的再次试验，观察首次试验不合格的试验参数是否与反比对试验的不合格参数保持一致，从而判断试验台是否具备检测故障阀故障因素的能力。以上自检方式可以在每日开工前对微控705型制动阀试验台的性能做出判断，保障当日试验结果的准确性，是确保103型分配阀主阀检修质量的辅助性方法。3.5.2103型分配阀主阀质量分等策略目前在装载和使用方面，对103型分配阀主阀没有进行明确的性能划分，部分性能较好的103型主阀安装在检修周期短的铁路货车上，而部分性能较差的103型主阀安装在检修周期较长的车辆上。为了更好地发挥和充分利用103型主阀的制动性能，节约检修成本，提出将检修合格的制动阀进行质量分等，提高列车运行效率和行车安全。统计呼和浩特铁路局故障阀试验不合格指标，103型分配阀主阀不合格指标中影响最大的两项为充风位大、小排风口漏泄量和紧急制动位大、小排风口漏泄量。影响103型分配阀主阀故障及返修的主要因素为滑阀、节制阀漏泄，属于渗漏型故障，两项泄漏性指标均为反映滑阀、节制阀漏泄的关键指标，故而将其确定为决定合格103型分配阀主阀的质量分等指标。两个试验参数中，充风位大、小排风口漏泄量要求，紧急制动位大、小排风口漏泄量要求，对试验合格的103型分配阀主阀按试验参数进行质量分等如下表3.4所示：表3.4合格制动阀质量分级等级充风位大、小排风口漏泄量；紧急制动位大、小排风口漏泄量占比优秀且53%较好且38%一般且9%由表3.4所示，根据两项漏泄量指标和，可判断滑阀及其阀座与截止阀的配合情况。其中，漏泄量且为性能较好的优等阀，占全体装车合格制动阀的53%，优等阀中包括因试验项目不合格而换新的新品阀；性能较好的制动阀漏泄量范围为且，此时滑阀与截止阀、滑阀座与阀体座配合度低于优质阀，但漏泄量仍符合要求，占比为38%；对于漏泄量指标在且范围内的制动阀，配合面性能低于优质阀和较好阀，试验指标仅为合格状态。在行车过程中，试验漏泄量越小，代表各配合面作用越良好，工作性能越强，越不容易引起制动阀泄露或作用不良等故障；反之，试验漏泄量越大，行车过程中作用不良的可能性也越高。因此，需要将性能更好的制动阀装配在检修周期长的货车上，以符合实际运用需求。统计呼和浩特铁路局2020年检修的、和级修情况，对检修间隔期按时长进行划分，如下表3.5所示：表3.52020年检修货车时长划分时间时长1年占比时长1.5年占比时长2年占比一季度12%46%42%二季度11%42%47%三季度13%49%38%四季度14%43%43%根据铁路货车高速重载的发展需要，铁总公司定期对服役时间过长、运行性能差的旅客列车解体报废，这类货车由于长期损耗，往往具有可靠度衰减过快的特点，故而检修间隔期比新造车或性能良好的货车更短。近年来的总体趋势是检修间隔期长的货车比例逐渐上涨，而检修间隔期短的货车比例逐年下降。由表3.4和表3.5对比可知，临装车103型分配阀主阀中，优等阀占比略大于时长为2年的货车比例；性能较好的制动阀比例略小于时长为1.5年的货车比例；而一般阀占比也小于时长为2年的货车占比。因此，采用优秀阀优先装配到检修间隔相对最长的货车上运用，较好阀装配在检修间隔相对中等的货车上，而性能一般的制动阀装配到检修间隔相对最短的货车上。整体服从“从优至差”的选配顺序，确保103型分配阀主阀不同质量等级的运用效率最大化。本章小结本章以103型分配阀主阀为研究对象，进行失效率服从韦布尔分布的预防性维修非固定周期检修模式模型构建，通过和原始等周期检修模式进行对比，得出非固定周期检修模式更优的结论。在此基础上，通过对增加初试和原始检修工序的Meta分析，确定增加初试环节的必要性，并提出不同泄漏量进行分级施修的方案。最后计划将不同检修周期的货车选配对应性能的制动阀，对铁路制动系统的检修工作具有一定指导意义。参考文献参考文献中国铁路总公司运输局.铁路货车空气制动装置检修规则[M].北京：中国铁道出版社,2015.刘豫湘,胡跃文.我国机车制动机的发展[J].机车电传动,2002,5(4):