热电堆
伊成山;陈淑琴;索恩男
【摘 要】以CRH5G型动车组TDDS传动系统监控装置系统为分析对象,分析了系统的组成、原理及功用,应用可靠性理论对该系统进行了可靠性分析,得出了系统及各个单元与系统工作时间的函数关系,出了系统薄弱环节,以增加整车和系统的可靠性,为设计决策者和使用者提供理论依据.根据可靠性分析最终得出的系统薄弱环节,结合实际,提出常见的故障以及故障的处理办法,对日常的维护和保养提出合理的建议,为动车组的日常检修提供理论参考. 【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2019(032)002
【总页数】4页(P64-67)
【关键词】胎角CRH5G型动车组;传动系统监控装置;可靠性分析
【作 者】排毒柜伊成山;陈淑琴;索恩男
【作者单位】青海民族大学 交通学院,青海 西宁 810000;中国铁路青藏集团有限公司西宁动车所,青海 西宁 810000;中国铁路青藏集团有限公司西宁动车所,青海 西宁 810000
【正文语种】中 文
【中图分类】U271.91
0 引 言安全刀具
产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力称为可靠性[1]，随着现在生产技术的快速发展，只有高可靠性产品才能满足现代技术和生产的需要[2]。利用系统可靠性分析技术对CRH5G动车组TDDS传动系统监控装置进行系统可靠性分析，得出系统的可靠度，出薄弱环节，结合实际检修过程中的问题和分析，提出在日常运用检修过程中故障的处理办法，为现场作业者提供理论依据，为动车组的安全运行有很重要的意义。
1 CRH5G动车组牵引传动装置简介
CRH5G型为适合在高寒、高温、强风沙环境下运行的动车组，适合高原环境。CRH5G型
动车组车体使用耐严寒的材料，并优化转向架、给水卫生系统、空调系统、电气结构等，能更好地适应高寒环境[3]，被称为“高寒战士”。
CRH5G型动车组牵引传动装置由牵引电机、万向轴、齿轮箱组成，如图1所示。其中牵引电机为动车组的动力产生装置；万向轴作为牵引传动装置的中枢传输系统，在动车组运行平稳性中起到举足轻重的作用，万向轴性能直接关系到牵引传动系统，齿轮箱将牵引力传导至车轴及车轮上，产生了动车组的牵引力[4]。
图1 牵引传动装置1.万向轴 2.十字轴颈 3.花键联轴节 4.齿轮箱 5.牵引电机 6.安全联轴器
每辆动车组配置两个动力转向架，1,2,4,7,8 车为动车，全列共有动力转向架 10 个，动力转向架是由一根动轴和一根拖轴组成的两轴转向架。
动轴传动系统由牵引电机、扭矩过载保护器、万向轴、车轴齿轮传动箱、轮对组成。电机纵向布置在车体下方，并采用螺旋弹簧弹性悬挂。齿轮传动箱通过轴承安装在动轴上，抗齿轮箱回转的反作用杆安装在齿轮箱下方，反作用杆在齿轮箱端装有橡胶弹性关节，在构架端装有球形关节。
2 TDDS传动系统监控装置组成
该系统由两个振动温度传感器、两个振动传感器和一个传动系统监控装置主机、通信板、处理板组成。能够对齿轮箱温度、振动加速度和电机振动加速度进行实时监测，在齿轮箱温度、振动和电机振动超过阙值时，进行预警或报警，提示司机限速或者停车。系统功能框图如图2，各个组成部分如图所示。 图2 TDDS传动监控系统的功能框图
实时监测万向轴健康状态，对可能发生的危险预警报警。具有数据记录功能，便于故障诊断和分析集成度高，稳定可靠，满足动车组的使用环境要求。采用冗余设计，从而提高了系统的可靠性。
3 TDDS系统的工作原理
每个动车电器柜内安装一个传动系统监控主机(TDD)，每个齿轮箱安装一个振动温度传感器(TA)，振动温度传感器将齿轮箱振动和温度信号传输至传动系统监控主机。每个牵引电机安装一个振动传感器，给TDD传输电机的振动信号。系统监控装置进行“异常”或“正常”的
判断，将结果信息通过MVB总线传输到列车控制与管理系统(TCMS)进一步处理,TCMS控制司机显示屏报警，如图3所示。
图3 CRH5G动车组TDDS传动系统监控装置
TDDS传动系统监控装置的主要功能是对动车组牵引传动系统万向轴的异常振动进行诊断预警，对齿轮箱温度及振动进行诊断预警。当振动或温度超过预警值时，司机室显示屏提示报警或预警，提示装置异常、设备故障等信息，提示司机按相应操作指南采取措施。
4 系统的可靠性模型
TDDS传动监控系统在运用过程中经常会出现电源故障、通信板卡故障、处理板卡故障、传感器故障等，使板卡上的指示灯恒亮、恒灭，或故障报警灯现象发生。根据CRH5G动车组TDDS传动监控系统的工作原理和系统组成，建立基本的可靠性模型，可靠性框图如图4所示。
图4 系统的可靠性框图
由于四个传感器所测的信号均要传递给TDD主机，进行处理，若有一个信号采集不成功，发生故障，监控主机就无法实现正确的处理，司机室监控屏就会报故障。所以整个系统中，每一单元出现故障，都会导致整个系统无法正常工作，符合串联模型。
数学模型为：
(1)
式中：RS(t)为系统的可靠度；Ri(t)为单元的可靠度；λi(t)为单元的故障率。
5 可靠性预计
可靠性预计是根据系统的可靠性框图和使用环境，用以往试验或现场使用得到的被系统所选用的元器件的可靠性数据，来预测产品在规定的使用环境条件下可能达到的可靠性[2]。一般是先预计单元的可靠性，按功能级自下而上，从而预计系统的可靠性。
因为CRH5G动车组的产品可靠性数据非常缺乏，所以采用评分预计法，对TDDS牵引传动监控装置系统进行可靠度预计。通过有经验的设计人员和专家对影响可靠性的几种因素进
行评分，对评分结果进行综合分析以获得各单元产品之间的可靠性相对比值，再以某一个已知可靠性数据的产品为基准，预计其他产品的可靠性，评分考虑的因素主要有产品的复杂度、技术发展水平、工作时间和环境条件经行评分，根据产品的具体情况在1～10分之间进行评分[6]。
(1) 根据评分结果，确定各单元的评分数：
λi=λ*·Ci
式中：i=1，2，…，n为分系统数；Ci为第i个分系统的评分系数。
(2) 通过个单元的评分数，得出各单元的评分系数：
Ci=ωi/ω*
按钮指示灯
式中：ωi为第i个分系统的评分数；ω*为故障率为λi的分系统评分数。
(3) 确定其他单元的故障率：
式中：rij为第i个分系统，第j个因素的评分数；j=1、2、3、4分别代表复杂度、技术发展水平、工作时间、环境条件[7]。
根据《系统可靠性与基础》，以及厂家对于振动传感器的检测报告，计算得振动传感器的平均故障率为0.0142×10-6h-1。
预计过程中，两个振动传感器，两个振动温度传感器，只要预计其中一个即可。以振动传感器的故障率为基准，对其他元件的故障率进行评分预计，整个系统的可靠度评分结果，表1所示。
将数据代入式(1)得：
=exp(-λ8t)
(5)
皮卷尺所以，系统可靠度为：
RS(t)=exp(-6.58609×10-8t)
(6)
通过对该系统可靠性的预计可知，当系统每天工作12 h，使用半年后，t=2 160 h时，R=86.7%，其可靠度符合基本要求。
系统发生故障后，降级运行状态下可靠性指标不一定会低于正常工作时的指标，因为可靠性不仅与系统的故障率相关，且与其维修率和维修时间均密切相关[8]。通过对计算结果的分析可知，系统故障率越低且维修率越高，可靠性越高。系统主机为该系统中最薄弱的环节，故障率最高的部件，这与现场实际基本符合。
表1 系统各单元的故障率计算序号单元名称复杂程度ri1技术水平ri2工作时间ri3环境条件ri4各单元评分数ωi各单元评分系数Ci单元的故障率λi(10-6h-1)1电源板9610316200.6750.0095852电机振动传感器851062400(ω∗)1.00.0142(λ∗)3振动温度传感器8510728000.44640.00633884主机641049601.16670.01656715通信板9610316200.6750.0095856处理板9610316200.6750.009585
6 常见故障诊断方法
常见的故障为电源故障、通信板卡故障、处理板卡故障等。若在现场出现故障时，主要采取的办法主要有：
(1) 板卡指示灯若恒亮，则板卡正常。电源板卡指示灯出现恒灭的情况，说明没有输出电压或电压过低，输出电压过压或欠压，输出电路自保护。排查故障时，先确认电源空开是否打开，查看其它电源板卡指示灯的情况，或用万用表测输入端子上的电压是否正常。若电源板卡出现故障应该及时更换。
