刘美惠，刘辛夷，肖传栋

(1.青岛中车四方轨道车辆有限公司，山东 青岛 266000；2.大连理工大学城市学院，辽宁 大连 116000)

0 引言

随着轨道交通产业的蓬勃发展，公铁两用车作为轨道交通产业的配套产品，需求量日渐增长。因此，用户对公铁两用车的可靠性问题越来越关注，本文结合某公铁两用车项目来阐述公铁两用车的可靠性设计。

1 可靠性设计分析工作概述

可靠性设计分析的主要工作内容包括可靠性建模、可靠性分配、基本可靠性预计、维修性预计等相关工作，目的是落实总体单位可靠性研制总要求，从而完成产品可靠性设计分析工作。

2 某公铁两用车可靠性设计总体要求

2.1 项目背景

某公铁车由牵引车和拖车组成，共6辆。牵引车主要用于消防员和简易消防工具的运输以及同类车的救援牵引或牵引轨道拖车，其运行模式为公路模式和铁路模式，两种模式均为后桥胶轮驱动。拖车为纯轨道运行非动力车辆，主要用于消防材料和简易消防工具的运输。

2.2 可靠性设计总体要求

客户要求的项目可靠性相关指标如表1所示。

表1 项目可靠性相关指标

3 公铁两用车可靠性设计具体步骤

3.1 公铁两用车总体结构

公铁两用运输车总体结构如图1所示，主要由车体及连挂装置、电气系统、走行系统、液压系统、制动系统和司机室等组成。车体为整车的安装及承载主体，是所有主要设备件结构安装及承载的载体。

图1 公铁两用电动运输车(轨道拖车)平面示意图

车体的前后端设置连挂及被救援用的连接装置(车钩)；车体的下方布置前后铁路走行部、转向桥、电驱动桥、液压系统、制动系统、电气柜以及驱动电机等；车体上方布置司机室、蓄电池及管理系统以及运送消防员的护栏平台等。

司机室内部按照右侧驾驶设置，主要有操纵台、1个驾驶座椅、2个副驾驶座椅、2个侧门、2个灭火器、后视镜、扶手以及其他设备件。驾驶座椅前后、上下可调，副驾驶座椅为前后可调，每个座椅均配置安全带。司机室两侧面转轴平开门，门上设置推拉窗、门锁。拖车主要由铁路走行、车体、连挂装置及移动式护栏等组成。

车体为简易类平板结构，其下面设计安装两条铁路走行轮系，每一轴系配置一电磁制动器，具备停放制动及手动操作功能；钢结构两端各设置一连接装置，用于与牵引车连挂。

3.2 系统可靠性建模

3.2.1 系统可靠性数学模型

车辆系统的基本可靠性采用串联模型，因此通过所有子系统故障率的总和得到系统故障率。系统可靠度Rs(t)的计算公式如下：

(1)

其中：Ri(t)为第i子系统的可靠度；λs为系统的故障率。

系统故障率为：

(2)

其中：λi为第i子系统的故障率。系统的故障率λs是组成串联系统的子系统的故障率之和。整车的平均无故障时间为：

(3)

整车的故障率为：

(4)

3.2.2 系统的基本可靠性方框图

系统的基本可靠性为全串联模型，可靠性框图如图2所示。

图2 公铁两用电动运输车(轨道拖车)基本可靠性框图

3.3 系统可靠性分配

3.3.1 方法选择

公铁两用电动运输车(轨道拖车)项目采用评分分配法对可靠性指标进行分配，在可靠性数据非常缺乏的情况下，通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分，对评分进行综合分析而获得各子系统之间的可靠性相对比值，再根据相对比值来给每个子系统或设备分配可靠性指标。

3.3.2 评分分配法

(1) 评分因素有复杂度、技术水平、工作时间、环境条件。

(2) 评分原则如下：

复杂度：最复杂的评10分，最简单的评1分。

技术水平(成熟程度)：水平最低的评10分，水平最高的评1分。

工作时间：子系统工作时间最长的评10分，最短的评1分。

环境条件：子系统工作过程中会经受极其恶劣而严酷环境条件的评10分，环境条件最好的评1分。

(3) 相关计算公式如下：

(5)

(6)

Ci=ωi/ω.

(7)

(8)

3.3.3 可靠性分配结果

车辆的初步可靠性分配结果见表2。

表2 车辆的初步可靠性分配结果

3.4 产品可靠性及可维修性预计

3.4.1 产品可靠性及可维修性预计概念

车辆系统的可靠性、可维修性预计分析是从局部到整体的一个系统综合的过程，通过可靠性、可维修性分析发现影响产品可靠性、可维修性的主要因素和薄弱环节，以便采取设计和工艺措施实施改进，利用系统可靠性分析方法对公铁两用电动运输车(轨道拖车)进行可靠性、可维修性预计，预估整车的故障率。

3.4.2 可靠性及可维修性预计

可靠性及可维修性预计步骤如下：

(1) 列出车辆各系统所包含的组件、数量及设备故障率和来源。

(2) 将导致车辆故障的故障率相加，计算整车的可靠性及可维修性指标。

按上述步骤计算各子系统MTBF及故障率，根据公司对类似产品的数据统计、估算，与子系统供应商的协商、分析，得出车辆子系统的可靠性及可维修性数据，见表3。

表3 车辆可靠性及可维修性预计表

MTBF=1 573.69 h>1 300 h.

MTTR=2.19 h<8 h.

整车固有可用性：

(9)

3.5 产品现场故障数据

已交付2台产品，质保期从2019年2月～2020年1月，将质保期内故障进行统计,如表4所示。

表4 质保期内故障统计

3.6 整机的可靠性计算

根据现场的故障信息进行整机的可靠性计算。MTBF和MTTR由故障率值计算如下:

MTBF=累积工作时间/累积故障次数.

MTTR=累积故障修复时间/累积故障次数.

产品可靠性结论见表5。

表5 产品可靠性结论

4 总结

(1) 对某公铁车的可靠性进行研究，通过可靠性建模计算及预计等，结果表明其可以满足用户的可靠性要求。同时针对容易发生故障的部件选用了可靠性较高的部件,并采取了针对性的措施，在产品运营考核期间通过收集现场故障数据，证明产品可靠性设计是满足用户需求的。

(2) 本研究填补了公铁两用车可靠性研究的技术空白，为公铁两用车可靠性数据收集、公铁两用车大量推广奠定了基础。