内燃机车水循环系统的故障原因及处理方法

第一篇：内燃机车水循环系统的故障原因及处理方法

内燃机车水循环系统的故障原因及处理方法

摘要：针对中铁一局新运工程公司DF4型内燃机车在运用过程中经常由于水循环系统故障造成的机故，救援等问题，笔

者通过不断的学习，钻研，查阅了大量的技术资料和文献，结合自身现场解决问题的工作经验，总结出一套行之有效的处理

方法，并在内蒙托电运输公司进行了推广运用，得到了大家的认可。关键词：DF4型；工程；机车；水循环；漏泄

内燃机车水循环系统在整个柴油机工作过程中起 着非常重要的作用，它是柴油机工作中冷却和预热的

主要载体。冷却系统出了问题轻则影响机车的工作性 能，重则导致机车无法工作。因此如何保证柴油机冷却 水循环系统的正常工作，是我们应该认真思考和关注 的重点。问题的提出

机车柴油机冷却系统故障率高，常常由于腐蚀、漏 泄、管路堵塞、温度异常等原因造成临修、晚点甚至机 破等，由于机故的频繁发生，严重的影响了列车的安全 正点。表1为近几年来大唐国际发电托克托电厂中铁

一局铁路运输公司机务段机车冷却水系统故障的统计

情况

表1 2004—2008年机车水循环系统故障数

通过与中铁一局各铺架、运输单位交流得知，各单

位机车冷却水系统故障率都居高不下，成为内燃机车 检修成本支出的一大部分。原因分析

2．1冷却水系统的工作循环及作用

2．1．1冷却水系统的工作循环

冷却水循环系统总共有4个循环回路：即高温回 路、低温回路、预热回路和暖风机暖气回路，工程机车

一般不用预热回路。

低温回路(见图1)图1 低温回路图

高温回路(见图2)膨胀水箱

补水

逆L1 阀L I高温散热器组

一 =]1 H 塞誊 图2 高温回路图

暖气回路(见图3)图3 暖气回路图

2．1．2冷却水系统的作用

高低温冷却水循环系统的主要作用是对柴油机工 作系统进行冷却，使其在适宜的工作温度下正常运转。通过中冷器对压缩空气进行冷却，通过增压器的冷却 水对增压器进行冷却，通过柴油机内部管路循环对柴 油机气缸、活塞、缸头等系统进行冷却，通过滑油、静液 压油热交换器的循环水对滑油及静液压油进行冷却。冷却水是通过高低温散热单节由冷却风扇进行风冷来 实现的。

暖气循环回路是冬季寒冷的时候利用高温循环系 工业科技 2010年(第39卷)第1期

统的热水对两端司机室进行供暖的设施，同时为了防 止在低温情况下燃油腊化，在高温回路中加装了燃油 预热装置，在必要时使用。2．2冷却水系统的常见故障(1)管路漏泄；(2)管路堵塞；

(3)热交换器内漏时油水互窜；(4)油水温度过高；(5)高低温水泵故障。2．3检查处理及预防措施 2．3．1管路漏泄

由于工程机车工作环境参差不齐、检修力度不 足、循环水质差等原因常常造成水管路及相应部件的 腐蚀漏泄。中冷器、增压器漏泄时只要打开其检查堵，如果有水流出，说明它有内漏，及时下车更换，并对故 障配件进行检修。如果柴油机内部漏泄时，油底壳底 部有积水，打开放油阀应有水流出，漏泄量少时，需打 开示功阀进行甩车，检查哪个缸有水甩出，然后对该 缸确认缸头或水套漏泄，并进行更换。外部管路漏泄 比较明显，只需将该管进行焊修处理即可。冷却单节 及热风机散热单节漏泄也比较明显，一旦发现漏泄及 时更换即可。2．3．2管路堵塞

管路堵塞通常有两种形式，一种是异物堵塞，也就 是由于胶垫、棉丝、塑料袋、泥沙等进入循环管路聚集 进而导致水路不畅、甚至堵死管路，判断时可采用温差 法进行检查，逐节管路用点温仪测量温度，温差大处，为堵塞处所，可拆下该管进行疏通。另一种是水垢沉积 所致，这种故障需要对管路进行彻底的清洗除垢。对于 这种故障要尽早采取预防措施，要对所加的冷却水严 格控制，不合格的水不准使用，在特殊情况下使用了不 合格的水，要及时更换，必要时要对管路进行清洗。

2．3．3热交换器内漏时油水互窜

由于长期的腐蚀，机油热交换器、静液压油热交换 器及燃油预热器等内部管路一旦破损，将导致油水互 窜。机油互窜后将导致柴油机运动部件的非正常磨耗、静液压油互窜后导致静液压泵及马达工作不正常，燃 油互窜后造成柴油机轻则冒白烟，重则停机。如果发现 不及时，容易造成油脂乳化。在日常工作中一旦发现各 储油箱油位、油质有问题或膨胀水箱油表有油迹，要及 时检查该系统水路漏泄，避免事故的进一步扩大。

2．3．4油水温度过高

油水温度过高主要是由于高低温散热系统故障，42 一般有以下几种情况：

(1)温控阀故障：阀体故障，更换阀体，漏泄更换胶 垫；感温原件失效，校正更换感温原件；(2)静液压系统故障：管路或部件漏泄时进行焊修 处理或更换漏泄部件；

(3)静液压泵或静液压马达故障时，检修并更换泵 或马达；

(4)风扇故障时，对风扇按照工艺进行检修；风扇 轴承故障时，更换轴承；

(5)如果风扇自动百叶窗作用不良时，检查静液压 风缸及其管路。

2．3．5高低温水泵故障

水泵故障时，如果是油封、水封漏泄，需更换油封、水封；如果是体、轴、叶片等故障，则需更换水泵。2．4列车运行途中冷却水系统故障的应急处理 乘务员接班时必须认真检查，确保良好机车出库。机车运用中，乘务员要严格执行标准化作业程序，认真 履行巡视嘹望制度，确保列车安全正点。在处理冷却水 系统故障方面，当机车在运行途中，一旦发生问题时，应立即检查出故障原因，及时采取措施。方法是：(1)管路漏泄时，如果是水管漏泄，应进行包扎处 理后维持回段后再由检修维修；如果是散热单节，应及 时将该单节堵死或甩掉单节运行；如果是暖气回路漏 泄，则关闭暖气阀，如果是冬季，则将暖气阀关小，只要 维持暖气不冻即可。如果实在无法维持时，应报救援。(2)管路堵塞时，尽量维持回段后进行彻底处理。(3)油水互窜，轻微时维持回段，严重时报救援。(4)水温过高，如果是温控阀故障，应顶死温控阀 故障螺钉维持回段后处理。

(5)zk泵漏泄轻微时，维持回段，严重时报救援。3 结束语

冷却水系统是内燃机车重要的组成部分，通过对 其工作原理、运用和检修中注意事项的详细分析总结，目前已完全能够解决冷却水系统在运用及检修中存在 的问题，满足了列车安全正点的需要。

参考文献：

[1] 杨兆昆．东风4型内燃机车乘务员[M]．北京：中国铁道出版

社，2002．

[2] 李晓村．内燃机车故障综合分析与处理EM]．北京：中国铁道 出版社，2001．

[3] 王连森．内燃机车检修[M]．北京：中国铁道出版社，2001．

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第二篇：内燃机车水温高的原因分析及处理方法

东风4C型内燃机车水温高的原因分析及处理方法

内容摘要：针对造成东风4C型内燃机车水温高故障的原因进行了分析，并论述了水温高故障的判断和处理方法。

主 题 词：东风4C型内燃机车、水温高

东风4C型内燃机车是在东风4B型机车的基础上开发研制的产品，东风4C型内燃机车的冷却系统较东风4B型机车有了较大的改变。东风4C型内燃机车在Ⅱ端司机室与冷却室之间增加了一个辅助室，为保证机车总长不变，压缩了冷却室的长度。因此，高温水系统的冷却单节由东风4B型机车的24组减为16组，散热能力下降。随着机车重载后负荷量的增加和夏季环境温度的升高，机车水温高的故障频繁发生，严重影响了机车的正常运用。根据我段多年来的运用和检修经验，我们已经基本掌握了这些故障的起因，并总结出了一套有效的故障判断、处理方法，下面向大家做简要介绍。

机车冷却系统是由“油、水、风”三个通路相互作用来实现冷却作用的，当机车出现水温高故障时，应先判断问题出现在“油、水、风”三个通路的那一路中，以便明确查找故障的大方向，然后再判断具体的故障部位。在以下的篇幅中将对三个通路中出现的故障及判断、处理方法逐一进行介绍。

1、油路系统（即静液压油系统）故障

通过观察或测量冷却风扇的转速可以判断出故障是否出现在油路中，当柴油机达到标定转速而冷却风扇达不到规定转速时，可以断定故障出现在油路中。油路中的故障通常有以下几种：

1.1温度控制阀故障

温度控制阀故障是指在冷却水达到规定温度而温度控制阀的滑阀没有关闭或关闭不严，造成高压油回流，无法驱动冷却风扇达到规定的转速。温度控制阀故障多为感温元件因橡胶膜片老化破裂失灵，起不到开关控制作用或有异物卡在阀口处造成。出现水温高时可以用手触或用仪器测量温度控制阀回油管与进油管处温度的高低来判断温度控制阀是否回油，若回油管处的温度没有明显低于进油管处的温度，可以断定为温度控制阀故障。发现温度控制阀出现故障后，是感温元件失灵引起的还是异物卡在阀口处造成的，只有在温度控制阀下车解体后，才能做处明确判断。机车在运行途中发现温度控制阀故障时，可以人为顶死温度控制阀，维持机车运行，待机车回段后更换温度控制阀。

1.2安全阀故障

静液压安全阀或锥阀犯卡，当其卡在供油位上则安全阀回油路开通，高压油通过安全阀的回油管直接流回油箱，致使冷却风扇达不到规定转速，造成水温升高。可以通过检查安全阀回油管温度的方法来判断安全阀是否回油（与温度控制阀的检查方法相同）。机车运行途中可敲击安全阀阀体,使滑阀或锥阀复位，若此法无效，应待回段更换安全阀。在机车检修时发现安全阀故障，应马上进行更换，以免因油压过高造成静液压油系统其它部件的损坏。

1.3静液压泵故障

大风扇转速较低，经检查温度控制阀和安全阀均无异状时，可能是。因静液压泵不能将高压油输送到马达处，所以大风扇不能全速转动。静液压泵故障可以通过轴承检测来进行初步判断，具体故障原因只有静液压泵下车解体后才能查明。当静液压泵出现故障时，没有应急处理方法，只能回段后更换静液压泵。

1.4静液压马达故障

当发现大风扇不转动时，可在停机状态下用手推风扇叶片。若推不动，则说明静液压马达有故障。静液压马达故障多为轴承保持架碎或柱塞卡死，只能通过更换静液压马达来修复。

1.5静液压系统有异物

发生这种故障时通常是整个静液压系统有异音,即振动音响。处理时应重点检查静液压油箱喷嘴处是否有异物。确认无异物时,再检查静液压系统各管路是否堵塞。

1.6自动百叶窗油缸故障

自动百叶窗油缸故障多为漏泄或卡滞引起，可以通过解体检修或更换油缸来解决。随着百叶窗的开关由自动控制改为手动控制，此故障就会逐渐减少，直至消除。

2、冷却水系统故障

2.1高温冷却水泵故障

当各高温冷却单节的温度明显低于水温表显示的温度时，则多为高温水泵轴折断或传动齿轮与轴脱离造成水泵不工作，影响高温水系统循环造成的。这种故障只能通过更换高温水泵来消除。

2.2高温冷却水系统有气

当检查发现各高温冷却单节温度不一致，甚至有的冷却单节很凉时，说明冷却单节内有空气，影响了水系统的正常循环。此时应打开冷却单节上方的放气阀进行排气，同时要注意及时补充冷却水,防止水箱缺水。

2.3冷却单节流量不够

当出现个别冷却单节温度较其它冷却单节低，排气后故障现象仍不能消除时，应考虑是否是冷却单节内扁管因水垢或外力的原因造成堵塞而影响了水在该冷却单节内的流通。遇到这种情况时应更换该冷却单节。

2.4冷却水水量不足

冷却水系统因漏泄、排气等原因造成存水量严重不足时，冷却水不能在冷却单节内正常循环，这种情况会使水温在短时间内快速升高。遇此情况，应找到并消除漏泄处所并及时补充冷却水。

2.5高温燃气窜入水系统

汽缸套的内表面或汽缸盖的底面出现裂纹或较严重的穴蚀时，因汽缸内的压力、温度明显高于冷却水的压力和温度，高温燃气会窜入冷却水系统内，造成水温升高。在水温升高的同时会发现水箱水位有明显的上涨。遇此现象，应在起机状态下加满水（水位表应可以观察到水位）然后停机，待柴油机冷却到室温后放置3—5小时，然后盘车检查各缸套内壁有无冷却水滴下，用此可以判断出故障处所。若缸套或缸盖裂损、穴蚀较严重时，冷机状态下甩车即可判断出故障的汽缸。究竟是汽缸套破损还是汽缸盖破损，只有通过解体检查才能做出明确判断。

3、风路系统故障

3.1风路不通畅

自动百叶窗滤网脏、手动百叶窗未打开或开度不够、车顶百叶窗卡滞等都能造成通风量不足而影响散热效果。这些故障现象较直观，处理起来也比较简单，在此不做详细介绍。

影响通风量的另一个原因为冷却单节脏或冷却片倒伏过多，可以在冷却风扇全速旋转时用软布或纸张逐个试验冷却单节吸附能力的方法进行判断，找到不良的冷却单节后应进行清洗或更换。

3.2风路通畅，但不能进行有效冷却

虽然通风量充足，但因冷却单节间缝隙大、检查孔盖关闭不严或密封胶条老化、破损等原因不能对冷却单节进行有效的冷却。冷却单节间的缝隙可用海绵条填塞，也可以用发泡剂

进行填充，用发泡剂进行填充时应注意使用量不要过多，以免膨胀后将冷却单节挤变形。冷却单节检查孔盖锁闭不严时，应更换锁闭器。胶条老化破损的也要及时进行更换。

需要注意的是水温高故障的起因有时是单一的，有时是两项甚至多项同时发生，这就要求我们在处理这些故障时要综合考虑，灵活掌握。在找到故障原因并进行处理后一定要进行自负荷或水阻试验来确认处理效果。

以上是我们在实际工作中积累并总结出来的一些经验，有遗漏或不妥之处请各位读者多加指正。

第三篇：微耕门禁系统故障处理方法

微耕门禁网络型通讯不上常见处理办法： 一

同一网段的调试检查

安装的设备 , 调试不通时 在软件中添加控制器 , 控制器的序列号一定要正确 2 通信方式选择 ” 小型局域网 ” 在【总控制台】-> 对控制器 ” 实时监控 ”, 如果通信不上 , 则往下检查(保持 ” 实时监控 ”)去看控制器 , 查看控制器上灯亮或闪的情况 , 5 在获取灯的工作情况后 , 先落实 CPU 正常闪烁 , Err 灯不亮

再落实接网线附近的绿色灯和橙色灯的情况 : 如果绿色灯不亮 , 则要查控制器到交换机上的线路是否连接正常(线路问题);如果橙色灯没有闪烁 , 则要查线路(这部分复杂 , 涉及硬件线路和系统)如果橙色有闪烁 , 则要查电脑 , 先将防火墙都关闭(在 XP 系统 , 要关闭 windows 防火墙(运行 : firewall.cpl))— 主要是在系统问题上 , 如果还不行 , 就要用其他电脑试试了

注意 : 要打开 “Windows 防火墙 ”，请单击 “ 开始 ”，指向 “ 设置 ”，然后依次单击 “ 控制面板 ”、“ 网络和 Internet 连接 ”，然后单击 “Windows 防火墙 ”。经过上述操作 , 应能基本判断问题.二 跨网段的调试检查

跨网段的调试关键是 ip 地址及相关网关的测试 , 关键使用指令

ping –t 192.168.168.51

(其中 192.168.168.51 为控制器设置的 IP 地址 , 在实际使用中进行更换)如果正常通信返回 , 一般的 time, 局域网不会过 2ms, 广域网不会过 30ms;如果时间过长超过 50ms, 可能网络存在问题(例如有网络病毒)

如果 ping 控制器不通 , 那试试 ping 其他设备或电脑(与控制器在同一网段内的)能否通.如果 ping 其他设备可通的话 , 则要检查控制器的 ip 网关是否设置正确(这需要网管的帮助)在 ping 通控制器后 , 软件还是不能通信 , 先查一下 ” 扩展功能 ” 中是否有 “ 启用 TCPIP”, 如果没有打勾 , 则将勾打上..再查控制器 IP 及端口设置是否正确..若还不行则要专门分析了

三 特殊问题的解决方法 , 也是专业处理方法 A.准备(五样东西)笔记本电脑 两条网线 一个四口的小 HUB 12V 的电源(用于给控制器供电)一台.NET 门禁控制器(不设 IP 地址)B.先在公司 , 调试一切正常 , C.再到现场 , 将五样东西 , 连接起来 , 测试一切正常后 , 再往下测试.(如果自带的不能正常工作 , 则要查交流电源了)D.然后进行逐个更换调试(换一样设备 , 测试一下 , 这样可以找到问题)

— 注意将现场的控制器加入到管理软件中 1 先用自带笔记本换现场电脑 若通信可行 , 则查现场电脑系统 2 再用自带网线换电脑与交换机的网线 若通信可行 , 则现场网线有问题 再用自带 HUB 换现场的交换机

若通信可行.则现场交换可能存在特殊配置 , 需要客户网管进行配合处理 4 再用自带网线换 控制器与交换的网线 若通信可行 , 则现场网线有问题 再用自带.12V 电源给 现场的门禁控制器供电

若通信可行 , 则控制器的现场电源存在问题或安装位置有问题 , 细查 6 再用自带.NET 门控制器 换现场的门禁控制器 若通信可行 , 则现场控制器存在问题 至此 , 应能找到问题.如果不能 , 则从 C 项开始重查一遍.微耕门禁485联网型所有控制器都通讯不上，可能的故障原因有：

RS485/232 转换器损坏了

正常的转换器特征：电源灯常亮，不通讯时，RX TX 灯均不亮，正常通讯时，RX TX 灯闪烁。备注：正常的转换器必然具备这样的特征，但不是说具备这样的特征就可以认为是正常的转换器了。转换器异常的特征：

只通电，不通讯，不连接电脑和控制器时，RX 或者 TX 灯 闪烁或者常亮。电源灯不亮（电源坏了或者转换器坏了）。等。

建议检测方法：用备用转换器替换。

485 转换器到第一台控制器的线路中断 或者 485+ 485-接反了或者短路了。或者虚接了，或者 断路了。

建议检测的方法：使用万用表电阻档或者蜂鸣档，将控制器等设备断电后测试。计算机串口故障：

串口号设置错了。（一般计算机是自带原装串口是 COM1 和 COM2，如果 是 USB 或者其他通讯方式转来的串口则有可能是 COM3---COM255 之间的一个串口号。）

计算机串口已经损坏

建议测试的办法：用 笔记本电脑 或者 其他电脑 对比测试。计算机串口被禁用

建议测试的办法：用 笔记本电脑 或者 其他电脑 对比测试。

现在很多新电脑，特别是原装品牌机，会在出厂时，在 CMOS 或者 【设备】里禁用串口，所以要请精通电脑的人员放开这些设置。计算机串口被其他产品或者其他应用程序的软件占用 建议检测办法：如果被占用，我们的软件下方信息框会有文字提示。解决办法有：如果计算机有两个串口的话，两个软件分别用不同的串口，如果只有一个的话，可以轮流使用，不要同时使用。或者购买 USB 串口转换器 多串口卡等设备扩展串口数量。

串口是通过转换器获得的，质量和性能存在问题

有些电脑，特别是笔记本是没有串口的。需要 购买 USB 串口转换器 多串口卡等设备扩展串口，购买的需要注意建议购买有品牌的设备，因为这些设备虽然功能差不多，但是性能差别会比较大，有些转换设备有较大的滞后延时可能影响正常通讯。

第二章 只有其中一台或者几台控制器通讯不上，或者通讯不稳定，有时通讯正常，有时又有问题，则可能的故障原因： 控制器 SN 序列号是否填写错误了。

是否施工不规范：

施工不规范是造成通讯不稳定的最主要的原因，而且很不容易找到原因和解决问题。所以，在施工时就应该有足够的规范意识，不然到以后后悔就更困难了。是否是使用无源的转换器？

我们认为门禁系统是应该禁止使用无源转换器的，无源转换器 成本低廉，通讯质量差 通讯距离短 负载能力差 几乎无抗干扰能力。具体请参阅“门禁系统为什么禁止使用无源转换器”。是否存在星型连接？

485 通讯方式，要求每台控制器和转换器都是手牵手地串下去的，中间不能分叉，也不能有星型结构的走线。因为这种走线的线路自身产生的干扰很大，很容易造成通讯不稳定。施工人员不能有侥幸心里，认为：负载不多，线路不长，好像可以，就图一时省事侥幸而为之。即使调试时可以通讯正常，但在使用时难保何时通讯就无法正常了。是否没有走双绞线？

485 通讯线路采用的是差模传输原理，所以一定要走双绞线（网线就是由 4 对双绞线组成的，所以走网线，选其中的一对即可，千万注意不要弄巧成拙，将网线一对合一股，企图加粗线路来改善通讯质量的方法是适得其反的。）有些施工人员图一时方便，将普通电源线或者平行线做 485 通讯线路是相当危险的，因为这些平行线距离越长，线路自身产生的干扰越大，抗干扰能力也越差，直到无法通讯。给控制器供电的 220V 交流电是否有真实的接地线？

220V 给控制器供电的地线是接在机箱上的，可以将累积的静电，漏电 雷击等干扰电信号通过地线走掉，如果没有地线这些干扰会影响通讯质量，严重的还会影响控制器的正常运行。使得防雷等设计失效或者降低效果。通讯线路是否过长？

485 通讯线路标称是 1200 米，其实实际根据 线路质量，安装环境，控制器通讯芯片的性能，转换器的性能等差异，是达不到这种通讯距离的。一般较好的设备和环境可以达到 500-800 米，如果距离过长可以考虑向转换器生产厂家购买 485 中继器，延长传输距离。设备负载是否过多？

485 线路的负载控制器的数量是有规定的，不同的控制器通讯芯片和转换器负载能力是不一样的。有 32 64 128 255 台等不同等级，相关厂家会标注在产品说明书里，标注的数也未必就是实际的负载能力，通讯距离的长短，线材的好坏，环境的优劣都会降低负载能力。所以，建议按厂家标明的参数的五折计算其真实的负载能力。

是否存在某段线路 485+ 485-接错了 接反了？

是否外部有强电干扰？

与强电线路近距离平行走线要比交叉干扰更大，建议和强电线距离保持 30 厘米以上的间距，附近有没有大功率设备或者强电柜？走金属管屏蔽接地是抵抗外部干扰的有效方法。但是成本比较高，施工复杂，一般门禁都是走 PVC 管的，可以考虑通讯线采用带屏蔽的网线或者双绞线。

备注：如果采用以下措施，可以提高系统的抗干扰能力，但是如果施工不规范的话，这些抗干扰措施也不能解决问题，是徒劳。所以，确保施工规范是降低通讯故障率，便于勘察出故障原因的前提条件。

通讯线采用屏蔽网线或者屏蔽双绞线，在系统通讯受到干扰时，将屏蔽层接到所有控制器的 GND 接线端子上，或许可以消除干扰，如果系统没有干扰，则没有必要事先接好，因为有些场合接屏蔽地反而有副作用。

在最后的一台控制器的 485+ 485-的接线端子上并联一个 120 欧姆的电阻。

微耕系统的常用处理方法：

首先要确保设备接线正确,且严格合乎规范.共地法: 用1条线或者屏蔽线将所有485设备的GND地连接起来,这样可以避免所有设备之间存在影响通讯的电势差.终端电阻法: 在最后一台485设备的485+和485-上并接 120欧姆的终端电阻来改善通讯质量.中间分段断开法: 通过从中间断开来检查是否是 设备负载过多 通讯距离过长 某台设备损害对整个通讯线路的影响等原因.单独拉线法: 单独简易暂时拉一条线到设备,这样可以用来排除是否是布线引起了通讯故障.更换转换器法: 随身携带几个转换器,这样可以排除是否是转换器质量问题影响了通讯质量.笔记本调试法: 先保证自己随身携带的电脑笔记本是通讯正常的设备,替换客户电脑,来进行通讯,如果可以,则表明客户的电脑的串口有可能被损害或者受伤.

第四篇：动车组系统故障原因及改进方法资料

目 录

第1章 绪 论...............................................................................................................................2 研究背景及意义.......................................................................................................................2 1.2国内外研究现状................................................................................................................3 1.2.1国内外动车组可靠性研究现状............................................................................3 1.2.2国内外动车组预防维修周期研究现状................................................................6 1.3文章结构............................................................................................................................7 第2章动车组故障等级的划分.......................................................................................................9 2.1动车组故障定义的建议....................................................................................................9 2.2层次分析法划分动车组故障等级..................................................................................12 2.2.1层次分析法简述..................................................................................................14 2.2.2故障等级划分的基础..........................................................................................15 2.2.3分析过程及分析结果..........................................................................................17 致谢................................................................................................................................................24 参考文献.........................................................................................................................................25

摘 要

动车组子系统的可靠性分析以及维修策略的优化研究已成为保障动车组安全、高效运营的关键课题。根据调研得到的动车组故障、维修数据，在总结和分析现有可靠性理论和模型的基础上，主要对动车组故障等级的划分、动车组子系统故障模式危害度分析、动车组子系统寿命分布的拟合、预防维修对动车组子系统可靠性的影响以及预防维修周期决策模型的优化方面进行了研究，得到如下结果:(1)对现有故障数据进行统计分析，利用层次分析法，基于故障的影响等级、影响时间以及发生概率三个维度将动车组的故障分为四个等级。由于评价指标都是针对故障本身，所以得出的结论对于分析故障、优化维修策略等都有一定的指导意义。对某型动车组高压牵引系统的故障模式进行了统计分析，提出了一种结合故障等级的故障模式危害度计算方法，计算得到此系统各种常见故障模式的危害度，并针对高危害度故障模式提出了相应的处理措施，以提高易发高故障模式的部件的可靠性。

(2)推导出了基于维修条件下动车组的可靠度函数和平均失效前工作时间表达式;采用统计学与可靠性理论，拟合出某型动车组高压牵引系统的基本寿命分布函数，并验证了其分布服从威布尔分布;将得到的寿命分布函数代入新建立的预防性维修条件下的可靠度函数模型进行定性、定量的对比分析，得到了预防维修可以明显增加此系统的运用寿命并且可以减慢其可靠度下降速度的结论，同时，也验证了此系统现行的预防维修周期较为合理。

(3)建立了一种适用于以可用度最大为目标的蒙特卡洛法制定预防维修周期的模型。在此基础上，采用多目标规划方法对提出的模型进行了优化，设置综合评价指标，综合考虑动车组在一个维修周期内的可用度、经济性和可靠度，此模型以通过调节权重系数来改变计算过程中可用度、经济性和可靠度的优先级，应用范围较广。两个模型以某型动车组高压牵引系统作为算例分别进行分析，得到了该子系统在相应目标下的预防维修周期。

关键词:动车组;状态监测;故障数据挖掘;知识库

第1章 绪 论

研究背景及意义

为了满足人们口益增长的运输需求，铁路列车的运行速度逐步提高，密度也在不断加大，铁路运输生产对列车运行的可靠性要求越来越高。动车组列车是完成铁路高速运输任务最重要的移动设备，其可靠性研究和维修策略的优化是高速铁路系统综合保障工程中的重要组成部分，也是动车组安全、高效运行的重要保障。

高速铁路技术已经成为衡量一个国家铁路技术发展水平的重要标志。截至到2014年底，中国高速铁路总运营里程已超过一万六千公里，全路动车组保有量已超过一千余列，分成5大系列14种子车型fl-Zl。为了满足社会和国民经济对交通运输需求的口益增长，根据我国铁路发展战略确立了铁路近期的发展规划:在2020年以前，构建以北京、上海、广州和武汉为中心，部分省会城市为节点，辐射全国主要城市，逾几万公里的铁路客运专线网。届时，将会有更多的cRH系列高速动车组投入使用。国产C动车组结构复杂，其运用、维修方式与传统机车车辆有所不同，并且动车组开行密度大、运营里程长、运用环境复杂、检修质量要求高，所以动车组能否保证以高可靠度，安全、高效的运行，成了铁路部门科研工作者和技术人员所关注的最重要问题。

动车组运行速度快、运行图编排密集，过长的停车时间会大大降低运输效率。动车组的故障可能会直接影响高速铁路的运行安全，造成运输中断、线路阻塞，给国民经济造成较大损失。为此，提高动车组的可靠性是今后保障铁路安全的一项重要工作。

本论文是在中国铁道科学研究院行业服务技术创新项目《高速动车组故障规律分析及可靠性试验方案研究》的支持下开展研究的。通过对我国动车组的可靠性评估及维修技术的深入调研发现:基于动车组实际运行故障数据来探索动车组系统故障规律及评估可靠性的研究较少，而我国动车组维修策略也主要是借鉴国外的一些维修制度。我国动车组维修的技术政策是“在计划预防修的前提下，逐步实施状态修、换件修和主要零部件的专业化集中修”。计划预防修符合先进维 2 修理论思想，属于预防性维修，也适用于我国铁路维修现状。但是，我国动车组可靠性研究刚刚起步，动车组子系统的可靠性分析与维修决策优化方面的理论基础和指导方法比较少，对于动车组故障的定义以及故障等级的划分尚无明确、统一的标准，所以仍需要在这方面进行一些基础研究，为动车组运用部门优化维修策略提供了理论依据，具有一定的实际意义和参考价值。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外动车组可靠性研究现状

发达国家轨道交通行业的可靠性工程已发展到比较先进的水平，建立了系统的可靠性行业标准，具备先进的可靠性设计分析技术和有效的验证方法。国外已经尝试将可靠性技术运用于机车车辆并逐步渗透到动车组列车，以可靠性为中心的维修体制将其设计、制造、评估和维修有机的结合成一体，为动车组安全可靠运行提供了保障，已引起国内相关研究者的高度重视。德国联邦铁路非常重视机车车辆的可靠性工程研究，率先建立了可靠性数据库，收集全路各机务段和修理工厂的数据，并进行数据处理、分析。

德国联邦铁路特别重视对机车车辆故障的分析研究，包括运用中的故障以及机务段、车辆段和修理工厂在机车车辆检修中发现的故障。联邦铁路认为，采用近代可靠性工程方法，可以最大限度地利用故障数据资料，得出具有参考价值的结论，对机车车辆的近期以及中长期的发展均有一定的指导作用。联邦铁路还应用可靠性工程方法对机车车辆主要零部件的磨损情况进行了研究，取得了一定的成果。近年来，德国ICE列车在设计和评价方面充分融入了可靠性理论，采用了模块化设计和等寿命设计原则，在保证可靠性的前提下降低养护维修费用。在列车系统和部件设计制造完成以后，有关部门将对其进行大量的可靠性试验考核，包括单一零部件的可靠性考核和装车后整车的可靠性考核，并对其可靠性做出评价，直到确认所有零部件和整个系统是完全安全可靠的，才允许批量生产和投运营使用

英国铁路对机车车辆的可靠性十分重视，在上个世纪60年代就规定了机车车辆的可靠性指标:发生故障前行驶里程不足24000 km的机车为不良机车，超过 3 24000 km的机车为合格机车，大于48000 km的机车为良好机车。英国铁路经对17个系列2500台内燃机车的故障进行了统计，计算得出它们的可靠性指标，经过对比分析找出主要故障部位以及故障原因，进而采取改进措施，提高了机车的可靠性

日本原国铁于上世纪70年代对新干线高速铁路及机车车辆大力开展了可靠性工程方面的研究工作，以保证高速动车组运行的可靠性和安全性。口本原国铁利用电力机车及动车组列车在干线上发生的故障数据进行了威布尔解析分析，并推测出电力机车的可靠度，所得结论证明了当时电力机车和动车组的故障皆处于初期故障和偶发故障阶段，为延长检修周期找出了依据。与此同时，他们根据可靠性工程理论和现场实际损坏的数据来确定机车车辆主要零部件的寿命，从口本机车车辆最佳全寿命周期费用的角度来检验维修工作的正确性。口本原国铁利用机车车辆监测系统和信息系统对发生的各种故障形式随运行公里或运行时间的变化进行分析，分析结果可供可靠性设计参考;用故障树(FTA)和故障模式及影响分析(FMEA)对机车车辆故障及其影响进行了分析，找出系统的薄弱环节，从而改进设计来提高机车车辆及其主要零件的可靠性和安全性

美国各大铁路公司广泛开展了可靠性工程的研究。例如美国联合太平洋铁路公司建立了完善的可靠性信息系统，利用可靠性工程理论对数据进行处理分析，从而使机车及其零部件的可靠性评价由定性分析提高到定量分析，并制定了可靠性定量指标。美国机车车辆制造公司也应用可靠性技术来提高机车车辆的可靠性，例如在提高内燃机车的可靠性的问题上，不只是通过对薄弱零件的改进来解决，而且要将可靠性技术贯穿于内燃机车设计、制造、试验、使用、维修和管理等各个环节，形成一个系统工程，只有这样才能使复杂先进的内燃机车系统达到真正的高可靠性的目的

我国铁道部门近年来在提高机车车辆可靠性方面做了很多工作，并取得一定的成效。设计制造部门针对机车车辆运用中暴露出来的问题和故障进行了分析研究;在机车车辆企业中推行了全面质量管理，提高了质量意识，促进产品质量的提升;运用单位在车辆运用中积累了大量的可靠性数据与经验，运用维修效率不断提高;一些高校和科研单位也开始开设有关可靠性工程的课程和培训班，并招收了相关专业的学生，为可靠性工程的研究提供人员保障。中国铁道科学研究院 4 对机车车辆可靠性工程的研究始于机车车辆研究所在1992年开始的“可靠性工程理论在机车车辆中的应用”课题研究，经过科研人员的多年努力，现已取得了一些成果。中国铁道科学研究院开发了动车组运用检修管理信息系统，该系统采集了目前国内运用的全部动车组的全寿命周期各个阶段的故障信息和维修数据，动车组在运用检修过程中产生的故障维修数据，是动车组在真实运行环境条件下产生的第一手资料，是动车组可靠性的真实反映，为今后的可靠性研究积累了重要的数据。

Bocchi W 机械产品的可靠性进行了研究，初步得出其可靠性分布模型服从指数分布的结论;但经后续研究表明Bocchi W J.的评价结果相对保守，有学者通过论证分析，认为机械产品的可靠性分布模型大多服从威布尔分布，这种分布成为现今对有耗损的动车组子系统进行可靠性分析时常用的分布，Rafal Dorociak建立了贝叶斯网络算法，即通过建立故障传播模型来给出机电整合系统的主要解决方案，适用于复杂的机电系统的可靠性分析，贝叶斯网络算法的优点在于有效识别关键弱点并定义各自的对策，其优越性在动车组可靠性研究领域得以体现;Hanmin Lee等建立了产品资料管理的方法(PDM)，处理动车组的部件管理维护和历史故障数据，以确保系统运行的可靠性和安全性，研究表明此法有助于减少动车组的故障率，使其可靠性增加了30%;王华胜基于我国动车组实际运用状况，依据可靠性理论和现场数据统计分析，验证了动车组整车可靠性服从指数分布的规律，依据可靠性抽样检验理论，计算不同置信度、不同故障率等级要求下的动车组允许故障发生的次数和最小累计运行里程，据此给出动车组整车可靠性的验证方法、CRH2型动车组结构功能特征和运用维修特点，分析了各系统、分系统间逻辑功能关系，初步建立其可靠性模型，并根据其对可靠性的不同要求划分评价等级，采用综合评分法对动车组整车可靠性指标进行分配;胡川建立了动车组系统及其子系统故障树模型，运用蒙特卡洛法和MATLAB软件，对动车组可靠性进行仿真试验和分析，并依据假设检验理论对动车组故障数据进行分析，基于可靠性抽样检验理论，给出动车组可靠性抽样检验的方案;刘建强等分析了CRH3型动车组高压电器系统组成结构及逻辑功能关系，建立高压电器系统的可靠性框图模型，依据系统可靠性理论与故障统计数据，推导并证明CRH3型动车组高压电器系统各部件的可靠性规律，给出可靠性评估指标的计算方法，分 5 析计算高压电器系统各部件的故障率与可靠度。

我国动车组在可靠性工程领域的研究刚刚起步，尚缺乏全面、系统的可靠性工程方面的规划、研究和分析。随着我国经济的发展和科学技术的进步，动车组在安全可靠的前提下向着高速的方向前进，许多可靠性问题函待解决，进行相关可靠性工程的研究工作迫在眉睫。动车组可靠性工程是一个系统工程，需要有关各部门进行长期的工作和积累，投入大量的人力、物力，才能真正达到提高产品可靠性、扩大运输能力、增加运输效率以及降低运输成本的目的。1.2.2国内外动车组预防维修周期研究现状

动车组的维修是客运专线系统综合保障工程中的重要组成部分，国内、外动车组普遍采取以预防维修为主，与事后维修相结合的维修方式。预防维修思想要求装备及其零部件在即将磨损到限，或者即将发生故障之前要及时更换、修理，维修工作在故障发生之前进行。在预防维修思想的指导下，形成了以磨损理论为基础的预防维修制度，这种计划维修制度以机械装备的故障率曲线来确定维修的时机。计划预防维修制度的具体内容可以概括为“定期检查、按时保养、计划修理”，通过降低故障率来保证设备的高可靠性。这种维修制度最关键的一步是确定设备或者子系统的预防维修周期，进而合理划分维修等级和维修周期结构，制定相应的维修规程和规范。所以，预防维修周期的制定成了可靠性范畴内研究动车组维修策略关键的一步。国内一些学者和相关专业技术人员对此做了很多工作，研究最为广泛的模型是以最大可用度为原则确定最佳预防维修周期和以最大经济性为原则制定最佳预防维修周期，随着这方面研究的深入和对动车组维修、运用的逐渐熟悉，也出现了一些其他方法来制定最佳预防维修周期。

Joung E J等指出只通过改善驱动电机来提高动车组的可靠性是难以实现的需要对动车组的零部件和各个子系统分别预测可靠性目标，基于可靠性目标对零部件进行设计和运行检测，对不同零部件和子系统制定不同的维修周期，以提高动车组子系统的可靠性、可用性和可维护性;Lee K M等提出通过统计动车组实际的检验任务周期的方法来确定其预防维修周期，该方法是基于以可靠性为中心的维修、将不必要的检查次数降到最低并尽可能减少维护成本;宋永增等提出利用可靠性的理论，对客车零部件的故障记录进行了数理统计，根据最大有效度原 6 则，得出旅客列车零部件最佳预防维修周期取决于平均预防性维修时间和平均事后维修时间之比;郭乃文对比了货车转向架零部件维修周期的可用度模型和经济性模型，得出在定量分析中最大可用度模型更加方便的结论，并结合实例从理论上计算出转向架零部件的最佳预防维修周期;王彩霞以可靠性工程为基础，通过危害度评估方法确定了动车组不同零部件的维修方式，并建立了分析动车组维修周期常用的任务可靠度模型、经济费用最小模型和最大有效度模型;王灵芝在以可靠性为中心的维修思想指导下，确定了高速列车设备维修决策过程，着重研究了设备重要度分析、设备寿命模型、预防维修周期及维修优化等。

目前，国内针对动车组子系统预防维修周期的研究较少，一方面是由于动车组子系统包含的部件较多，故障模式也比其他机械设备复杂，所以并不能完全套用之前对其他机械设备或系统的预防维修周期决策模型;另外，动车组的维修数据的统计涉及到多个部门，由于没有统一的故障数据管理体系和标准，导致可靠性数据的缺失或者数据统计难度增大。所以动车组运用、维修部门应该在以后的研究过程中，逐渐建立规范的可靠性数据收集、管理体制，为今后进一步的研究提供强大的数据支撑，为动车组可靠性理论研究打下基础。

1.3文章结构

本文分为五个章节，第一章为绪论，第二章为动车组故障等级的划分，第三章为动车组子系统在预防维修条件下的可靠性分析，第四章为动车组子系统预防维修周期决策模型的研究，第五章为结论和展望，具体结构如图1.1所示。

第2章动车组故障等级的划分

可靠性工程是从宏观的角度分析发生故障的可能性、故障分布规律以及发生的故障对整个系统的可靠性带来的影响，是从总体上以系统工程的观点来分析和研究故障的，所以故障数据是可靠性工程研究的基础。想要研究故障，首先要明确故障的定义、对故障的等级进行合理的划分，然后才能科学地筛选、整理、分析数据，从而在庞大的数据库中获取有价值的资料。

采用结合故障等级的危害度计算方法，对某型动车组高压牵引系统常见故障 模式的危害度进行计算，并针对易发生高危害度故障模式的系统或部件提出了提 高其可靠性的建议。

2.1动车组故障定义的建议

根据国家标准GB3187，失效(故障)的定义为:“产品丧失规定的功能。对可修复产品通常也称为故障。”由此可以看出，失效与故障在含义上大致相同，又有所区别，他们都是指“产品丧失规定的功能”，但传统意义上的“故障”一词，用于可修复产品，而“失效”一词多指不可修复产品。动车组属于可修复产品，在机车车辆专业中“故障”一词已经被相关专业人员普遍使用，所以本文在下面讨论中使用“故障”来表示动车组丧失规定的功能。另外，定义中所指的“丧失规定的功能”包括以下情况:产品发生破坏性故障，使其无法工作，因而丧失其功能;产品尚能工作，但有一个或几个性能参数达不到规定的要求;因操作失误而造成产品功能丧失;由于环境应力变化，导致功能丧失。

以前的机车车辆的可靠性分析中，各国铁路对故障定义不尽相同，例如美国、德国规定，列车在线路上由于破损而停止运行，则算作故障;而英、法和口本铁路都以列车破损造成的时间延误而算作故障。并且不同国家对延误时间值有不同的规定。因此，在利用可靠性指标对动车组进行评价时，首先要明确动车组故障的定义。

下面是国外机车车辆对故障的规定，如表2.1所示。

我国目前还没有对机车车辆的故障做出规定，有文献[25]曾经针对其提出了建议，即:在可靠性工程分析中，凡是由于机车车辆破损造成的机破事故就算作故障。也就是说，由于机车车辆破损而造成行车事故的，即列车在区间非正常停车或在车站内非正常停车时间超过3 Omin以上，或由于车钩破损而造成列车分离的均为故障。

对于动车组的运用故障尚没有明确的定义，有专门的动车组书籍[}a6]中提出了，影响运行的故障定义为出现下列情况之一: ①动车组在经过维修后仍能正常运行，但维修导致超过15 min的延误。②动车组经过维修后部分功能受到影响但仍然可以运行，维修导致的延误超过15 minx ③动车组需要被救援或回送。在动车组的实际运用中，故障可能在运用过程中或者预防性维修过程中发现。在预防性维修过程中发现的故障其实是出现在上一个运用周期中，只是没有对行车造成明显的影响，而在运用过程中出现的故障，对行车造成了非正常停车等影响，即影响运行的故障。我国动车组的运用是处在预防维修条件之下的，所以讨论在运行过程中发生的造成晚点或运输中断的故障(运行故障)更有意义。随着动车组技术的进步和动车组维修保障技术的完善，动车组的可靠性已经达到了一个相当高的水平，发生严重故障的几率大大降低。所以，传统的故障定义已经不能完全满足当今动车组可靠性分析的需要。

根据CRHIA,CRHIB,CRHIE,CRH2A,CRH2B,CRH2C,CRH2E,CRH380A,CRH380AL, CRH380B, CRH380BL, CRH380CL, CRH3C, CRHSA共计14个车型980列动车组8557条晚点记录，对晚点时间进行了统计分析，结果如图 2.1所示:

由图2.1可知，超过15 min晚点的情况只占所有晚点情况的7.14%，超过3 0 min晚点情况只占所有晚点情况的2.59%，由此可见，目前动车组非正常停车造成的晚点绝大部分在15 min以内，所以文献中建议的故障定义已经不能完全满足可靠性逐渐提高的动车组的故障定义需求。

动车组的运用范围越来越广，运用条件也越来越苛刻，我国新形势下的运输需求对动车组的可靠性提出了更高的期望，所以结合国内外对机车车辆故障的定义，以及对故障引起的晚点时间的统计分析，本文对动车组故障定义的建议为: ①动车组在经过线上或站内处理、维修后仍能正常运行，但维修导致临时 停车或晚点。

②动车组经过线上或站内处理、维修后部分功能受到影响但仍然可以运行，但维修导致临时停车或晚点。

③动车组经过线上处理、维修后可以限速运行到附近车站，但无法担当后 续交路，需要乘客换乘热备车。

④动车组在线路上非正常停车，无法继续运行，需要被救援与回送。即动车组只要发生非正常停车或因其他原因造成晚点，这种情况就算作一次故障。对故障进行定义是对故障分析的基础，对故障的分析又是开展可靠性工作的基础。故障数据是可靠性分析中最重要的开展可靠性研究的数据，建立故障数据存储和处理系统对推进可靠性技术的发展起着重要作用。故障问题贯穿于产的整个寿命周期，在产品投入使用后，对故障产品进行故障数据分析也是可靠性工程中极其重要的一环，所以故障问题是可靠性工程的核心问题之一。故障数据分析可以对可靠性工程的整个过程做出有效、实际的检验和评定，而且，最重要的 是故障数据是对使用现场的真实反馈，通过运用、检修数据的积累和分析，指导设计、制造运用部门逐步规范业务流程，持续改进检修工艺、优化修程修制、控制维修成本，完善和优化动车组运用检修生产力布局，为动车组高效运营提供了强有力的支撑，作为可靠性设计和可靠性试验以及评审的依据。

目前，国内对动车组运用维修的故障数据统计记录最及时、最准确、最完整以及连续性最好的系统是中国铁道科学研究院开发的动车组运用检修管理信息系统，它是客运专线信息化的重要组成部分，是支撑客运专线运营的必要技术手段。该系统是实现全路动车组运用、维修信息化管理，及时掌握动车组检修运用状态，提高动车组专业化管理水平的重要技术平台，也是已上线运行的重要铁路生产系统之一。它采集了国内几乎所有动车组全寿命周期各个阶段的故障信息、维修数据。动车组在运用过程中产生的故障维修数据，是动车组在真实运行环境条件下产生的第一手资料，是动车组可靠性的真实反映。对其统计的故障数据进行归纳分析和等级划分具有如下的意义: 分析动车组故障，可以从中提取出表征动车组可靠性的特征属性，为掌握动车组的故障规律提供理论基础;动车组的可靠性分析就是根据动车组故障模式、故障机理、故障的影响及其后果的严重程度，分析动车组各个关键零部件的失效规律，预测关键零部件的寿命分布模型和可靠性指标，从而采取有效措施，提高高速列车的可靠度;划分故障等级，并通过危害度分析，可以确定动车组关键零部件的维修方式，同时，动车组各子系统的可靠性评估及其薄弱环节的辨识可为可靠性改进设计及维修策略的制定提供参考依据。

2.2层次分析法划分动车组故障等级

故障等级的划分是为了便于掌握零部件的故障对系统的影响和造成后果的严重程度，以便进行可靠性评价和故障模式及影响分析，也是对于决策发生此故障模式的子系统或部件维修方式的一个依据。

之前的故障等级的划分依据是:按故障造成人员伤亡的情况;按故障造成设备和环境的损失情况;按故障造成的直接和间接损失的情况。根据《铁路行车事故处理规则》中的行车事故等级，有文献[28]建议将我国机车车辆故障等级划分为五级，如表2.2所示:

在故障模式的描述中，通常采用发生频度的高低、严酷度的大小等模糊语言，判断标准由于人员各异而产生不同，这给系统的可靠性分析带来了较大的困难。模糊数学能够通过定量的方法来处理定性问题，使得其评价更为科学和准确 传统的故障等级的划分，参照的主要是故障产生的事故造成的损失，伤亡人数和经济损失，是通过对事故的损失情况来衡量故障的严重程度的，并没有针对故障本身，对于动车组后续的故障研究以及可靠性研究并没有指导意义。并且，随着动车组技术的进步和预防性维修体制的不断完善，动车组的运用可靠性已经达到了一个相当高的水平，即使发生故障也极少会出现表2.2中工、且、且I.IV以及V中A类所描述的危害情况。故障并不等同于事故，表2.2更加适用于故障造成的事故等级的评定。并且，在实际运用过程中，列车由于故障晚点情况比较复杂，发生的概率也有所不同，用表2.3中将故障概念和事故概念混在一起，无法客观地对故障的严重程度进行等级的评定，不适用于可靠性工程中对于故障的分析，所以有必要针对故障本身对动车组故障等级进行划分。2.2.1层次分析法简述

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简记AHP)是一种定性和定量相结合的、系统化的、层次化的分析方法。它是将半定性、半定量问题转化为定量问题的行之有效的一种方法，使人们的思维过程层次化，将决策问题的有关元素分解成目标、准则、方案等层次。构建层次结构模型后，利用较少的定量信息，把决策的思维过程数学化，进而求解多目标、多准则结构特性的复杂决策问题。具体地说它是用一定标度对人的主观判断进行客观量化，在此基础上进行定性或定量分析的一种决策方法。

层次分析法把人的思维过程层次化、数量化，并运用数学分析、决策、预报或控制提供定量的依据。应用层次分析法分析问题时，首先把问题层次化，根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同组成因素，并按照因素间的相互影响关系以及隶属关系将因素按不同层次组合，形成一个多层次的分析结构模型。并最终将系统分析归结为最底层相对于最高层的重要性权值的确定或相对优劣次序的排序问题。综合评价问题就是排序问题。在排序计算中，引入1}9标度法，并写成判断矩阵形式，可以通过计算判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量，计算出某一层相对于上一层某一个元素的相对重要性权值。在计算出某一层相对于上一层各个因素的单排序权值后，用上一层因素本身的权值加权综合，即可计算出层次总排序权值，总之，由上而下即可计算出最底层因素相对于最高层 14 的相对重要性权值或相对优劣次序的排序值。

层次分析法是一种模拟人的思维过程的工具。如果说比较、分解和综合是大脑分析解决问题的一种基本思考过程，则层次分析法对这种思考过程提供了一种数学表达及数学处理的方法。因此，层次分析法十分适用于具有定性的，或定性、定量兼有的决策分析，是一种十分有效的系统分析和科学决策方法。由于层次分析法有着严密的数学逻辑，所以可以借助计算机程序进行辅助计算，大大简化了分析过程。

2.2.2故障等级划分的基础

根据调研得到的5000余条运行故障记录，考虑故障影响程度、故障影响时间和故障发生概率三个方面来对动车组故障等级进行划分。

根据运行过程中发生的故障对于动车组后续运行、整条线路产生的影响以及社会影响等，综合考虑对故障的处理方式、处理难度以及处理时间，将故障影响程度分为4个等级，如表2.4所示。

动车组发生不影响继续运行的故障，可以运行到站后由随车机械师或者站内工作人员进行快速的检修，一般操作为隔离、复位等，对旅客的出行和线上其他车次动车组影响极小，故将其划为轻微影响;线上临时停车或限速，将会影响故障动车组所在的整条线路其他车次动车组的正常运行，根据临停时间或限速造成的晚点时间的不同，将其划分为一般影响对旅客的出行造成的影响也会随之不同但是影响不大闭临线围较大将会影响上在出现线上临时停车后机械师下车检查的情况时，需要封下行两条线路上的其他车次的动车组的正常运行，影响范且机械师将承担一定的风险，故将其划分为较大影响;当动车组产生故障不能继续运行时，需要救援车来救援或者需要旅客全部换乘到热备车上以进行后续的旅程，这种情况无论对车上乘客的正常旅行，还是整条线上其他车次动车组的正常运行都会产生很大的影响，车上乘客的不满情绪如果通过网络迅速传播会对铁路运用部门造成负面的社会影响，故将其划分为严重影响，铁路部门应尽量避免此类故障的发生。

每种等级的影响下，都会造成不同的晚点时间，参照表2.3“京津城际铁路高速动车组故障等级的划分”以及对实际故障数据的统计与归类，将晚点时间分为5个等级，如表2.5所示。

不同的故障发生的概率也不一样，小概率故障也可能引起严重的危害，所以在划分动车组故障等级的时候也应该考虑到故障发生概率的因素。参考《故障模式、影响及危害性分析指南》[33]，对不同的故障模式发生概率的等级进行划分，如表2.6所示。

对于影响程度等级高的却并没有对动车组、线路的正常运行产生影响的故障(即未临时停车、限速或晚点)，并不能与影响等级低却造成了长时间晚点的故障直接进行严重程度的对比，而不同故障发生的概率也不尽相同，甚至还有一些小概率事件，所以，用某单一的标准来评定故障的等级并不科学。本文同时考虑影响程度等级、影响时间等级和发生概率等级三个维度，利用层次分析法进行系统的分析得出一个综合评价的排序，使得我们对于动车组发生故障的严重程度可 以进行更加客观的评价。2.2.3分析过程及分析结果

构建递阶层次结构 应用层次分析法分析实际的问题，首先要把问题条理化、层次化。构造一好的层次结构对于问题的解决极为重要，它决定了分析结果的有效程度。通过对指标体系分析，建立一个由目标层，指标层和方案层组成的递阶层次模型，如图2.2所示。

建立问题的层次结构模型是AHP法中最重要的一步，把复杂的问题分解成称之为元素的各个部分，并按元素的相互关系及隶属关系形成不同的层次，统一层次的元素作为准则对下一层次的元素起支配作用，同时它又受上一层次元素支配。对于评价故障影响这个问题来说，层次分析模型主要分成三层。最高目标层只有一个元素，为对故障影响的评价，中间层则为准则、子准则，在这一问题中准则有影响等级、影响时间、发生概率三个维度，最下面的一层为方案层，即可能出现的各种故障情形。参考专家的意见，将指标层中的三个指标的重要度进行排序:故障影响程度>故障影响时间>故障发生概率。构建两两比较判断矩阵。

建立层次分析模型之后，我们就可以在各层元素中进行两两比较，构造出比较判断矩阵。层次分析法主要是人们对每一层次中各因素相对重要性给出的判断，这些判断通过引入合适的标度用数值表示出来，写成判断矩阵。判断矩阵表示针对上一层次因素，本层次与之有关因素之间相对重要性的比较。判断矩阵是层次分析法的基本信息，也是进行相对重要度计算的重要依据。

假定上一层次的元素从作为准则，对下一层元素代，C1..C2……Cn………有支配关系，我们的目的是要在准则层乓下按它们的相对重要性赋予代C1..C2……Cn………相应的权重。在这一步中要回答下面的问题:针对准则Bk，两个元素C= 25 C….哪个更重要，重要性的大小。需要对重要性赋予一定的数值。赋值的根据或来源，可以是由决策者直接提供，或是通过决策者与分析者的 对话来确定，或是由分析者通过某种技术咨询而获得，或是通过其他合适的途径来酌定。

对于个元素来说，得到两两比较判断矩阵C一Ct72 X 72。其中C=J表示因素Z和因素J相对于目标的重要值。

一般来说，构造的判断矩阵取如下形式:

对于这类矩阵称为正反矩阵。对于正反矩阵，若对于任意i……., j, k有C.C二C，此时称该矩阵为一致矩阵。在实际问题求解时，构造的判断矩阵并不一定具有一致性，常常需要进行一致性检验。

本文采用萨蒂提出的19标度法构建两两判断矩阵。各级标度的含义如表 2.7所示。经过相关领域专家依据其工作及实践经验的判断决策，得到指标层相 对于目标层的判断矩阵如表2.8所示。

构造出比较判断矩阵后，即可对判断矩阵进行单排序计算，在各层次单排序 计算的基础上还需要进行各层次总排序计算，在这个过程中存在一个判断矩阵的一致性检验问题。

(3)计算权重

计算权重是计算判断矩阵的特征值最大值，及其所对应的特征向量，得出层次单排序，通过获得准则层对于目标层的重要性数据序列，从而获得最优决策。由于故障情形较多，计算比较复杂，故借助Matlab编制了计算权重和一致性检验的计算程序，输入判断矩阵即可输出权重系数以及一致性检验结果。计算过程具体如下所示:

1、利用判断矩阵计算权重系数，由公式:

因为CR<0.1，因此该判断矩阵与一致性检验符合要求。所以得到，指标层相对于目标层的权重为:、二(0.5278, 0.3325, 0.1396)o(4)综合评价

根据以上论述，故障影响的等级分为四个等级(工级、且级、III级、IU级)，故障影响时间分为五个级别(A, B, C, D, E)，故障发生概率的等级分为五个等级(1, 2, 3, 4, 5)，因此，故障情形可以分成100种情况。首先对各个指标的不同级别进行量化表示，以便能够对这100种情况进行比较分析。

为了使所有指标具有可比性，对三个评价指标均采用百分制原则进行量化评分处理，从而消除了量纲的影响。量化处理方法如表2.10所示。

利用计算得到的各指标的权重向量、_(0.5278, 0.3325, 0.1396)，对100种情况进行综合评价，得到结果如表2.11所示。

根据以上分析得出了各个情形的故障等级由高到低的排序，表2.12可以作 为一个库，将对应的故障对号入座。

致谢

我历时将近两个星期的时间终于把这篇论文写完了，在这段充满奋斗的历程中，带给我是涯无限的激情和收获。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师何老师何曹老师，没有他们对我进行了不厌其烦的指导和帮助，无私的为我进行论文的修改和改进，就没有我这篇论文的最终完成。在此，我向指导和帮助过我的老师们表示最衷心的感谢！同时，我也要感谢本论文所引用的各位学者的专著，如果没有这些学者的研究成果的启发和帮助，我将无法完成本篇论文的最终写作。至此，我也要感谢我的朋友和同学，他们在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材，也在论文的排版和撰写过程中提供热情的帮助！金无足赤，人无完人。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正！

参考文献

[1]动车组运用维修北京交通大学，2005 [2]晏锐，从动车组维修制度、维修模式谈武汉动车段工艺is计高速铁路，2010 24 [3」张航军，加!:中心的故障模式、影响及其危害性分析，机械制造，2007 , 45(519)} 64-E5 [4]董锡明，机车车辆运用可靠性程，中国铁道出版社，2002 [5]严俊，FMECA方法在轨道车辆制动系统故障维修中的应用，地程与隧道，2011-37 [6]董锡明，机车车辆维修基本理论，中国铁道出版社，2002 [7]赵晓明，CRH3型动车组受电弓故障分析及改进措施，机车电传动，2009 1 [8]陈文芳，CRH2型动车组受电弓常见故障处理及改进建议，学术探讨，2011, 8(203)[9]侯宾，温福线CRH1B型动车组拖车闸片磨耗问题分析，铁道机车车辆，2011, 31(2)[10]张曙光，铁路高速列车应用基础理论与I:程技术 , 2007 [11〕侯祥君，CRH3C型动车组常见故障的应急处理方法探讨，上海铁道科技，2010, 4 [12〕王辰永，电力机车“雾闪现象分析及预防”，机车电传动，2011, 6 [13〕动车组制动系统北京交通大学，2005

第五篇：分子筛系统故障处理

分子筛纯化系统常见故障分析与处理

酒泉钢铁(集团)有限公司(以下简称：酒钢)于2003年秋季开始筹建3套21000m/h空分设备，现结合设备调试中分子筛纯化系统出现的几次故障，以及国内同行在日常工作和设备调试、安装中出现的同类故障，对分子筛纯化系统常见故障及其处理经验作一总结，供参考。

331 21000m/h空分设备分子筛纯化系统简介

3酒钢21000m0/11空分设备分子筛纯化系统设计处理空气量150000m/h，空气进口温度17℃，出口温度24℃，分子筛再生温度170℃，切换周期为4小时。分子筛吸附器采用活性氧化铝和分子筛双层床结构，延长了分子筛的使用寿命，同时使床层阻力减少。内装13X-APG条形分子筛22t，活性氧化铝11t。每套空分设备配有630kW功率的电加热器3台，2用1备。

酒钢21000m3/h空分设备分子筛纯化系统流程如图1所示。

2分子筛纯化系统常见故障分析和处理

2．1 操作不当使分子筛纯化系统发生故障 2005年冬季，按照酒钢计划，1#21000m/h空分设备配合生产主线进行停机检修。空分设备停机后，进行疏通氧压机冷却器的工作。其间，发现空压机放空阀法兰处大量渗水。技术人员当时就意识到可能是空冷塔返水。后来经过仔细检查，发现常温水泵的进出口阀门没有关严，系统冷却水通过水泵进入空冷塔，水位逐渐上升，进入空气管道后经放空阀法兰处渗出。随后立即打开分子筛吸附器进口处排水阀V1262进行检查，没有水流出。证明水没有进入分子筛纯化系统。如果有水进入分子筛纯化系统，则必须进行处理后才能继续工作。后来在空分设备正常运行时，两个分子筛吸附器的冷吹峰值分别为115℃和118℃，说明分子筛纯化系统运行正常。

#3 酒钢空分设备曾发生过因操作不当导致水分进入分子筛纯化系统的故障。36000m/h空分设备临时停车，操作工关闭空冷塔进出口阀门后发现排水阀V1262处流出大量水。检查发现，由于空冷塔回水阀V1164没有完全关闭，加之止回阀V1165存在故障，导致有压回水经回水管道进入空冷塔，最后水位上升，导致水进入分子筛纯化系统。在开车过程中，用两个运行周期的时间将分子筛彻底加温，使其冷吹峰值达到85℃以上后，才投用分子筛纯化系统。

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3## 2006年7月13日，121000m/h空分设备1分子筛吸附器进入加热阶段，2电加热器正常启动，温度上升至170C，而3#电加热器由于故障未启动(1#电加热器备用)，也无任何报警，操作工也未能及时发现，致使1分子筛吸附器内分子筛再生不彻底，冷吹峰值未达标。故障发生后，迅速采取相应措施：①缩短2分子筛吸附器内分子筛的加热及冷吹时间，减少1分子筛吸附器的运行时间；②提高电加热器出口温度，将原设计出口温度170C提高到190C，使2分子筛吸附器内分子筛能够快速再生，尽早投入使用，缩短1#分子筛吸附器的运行时问；③启动冷冻机，降低空气出空冷塔温度，减少空气饱和水含量。在操作过程中，严密监视分子筛吸附器进出口温差，通过温差判断分子筛纯化系统工作情况。通过采取以上措施，1分子筛吸附器使用一周期后，冷吹峰值达到130C，出分子筛吸附器空气中二氧化碳含量为0.44×10没有增加，分子筛纯化系统压差无变化。

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##0 2007年6月25日，当班操作工发现2#分子筛吸附器无冷吹峰值，立即联系自动化技术人员对相关系统进行检查。经过检查，确认温度等显示正常。对V1212阀也进行了检查，发现本应处于打开状态的V1212阀此时却关闭。按照正常运行程序，分子筛纯化系统各控制时序运行切换有两个条件：①设定时间到位；②阀门动作到位。只有以上两个条件同时满足，程序才能继续运行切换到下一个过程，否则程序将自动暂停并开始报警。从现场情况分析，程序一直能自动运行。由此判断，在分子筛纯化系统控制时序到达加热状态时，V1212阀正常打开，程序继续运行。但在后来的过程中，V1212阀的控制系统出现故障，导致阀门关闭，致使2#分子筛吸附器内分子筛未能正常活化再生。随即要求自动化技术人员立即对V1212阀控制系统进行处理；并且安排空分设备临时 对分子筛进行活化后再投入使用。

2.2空冷塔就地液位计冬天冻堵导致分子筛吸附器进水

这种故障往往发生在空分设备试车过程中。冬季试车时，中国西北地区的室外温度一般在-20℃左右，凌晨最低气温可达到-300C左右，这对空分设备空气预冷系统以及室外仪控设备的运行是严峻考验。按照设计惯例，为适应北方的气候条件，一般将空气预冷系统的空冷塔、水冷塔和水泵等放置在室内，并采取保温措施。

某公司在冬季进行空分设备试车时，由于没有考虑到外界环境低温对设备运行的不利影响，对可能导致的后果考虑不足，采取的保温措施不得当，致使空冷塔就地液位计冻堵，同时造成中控室DCS控制系统无法正常显示空冷塔液位。试车人员对由此可能造成故障的严重性估计不足，未采取有效防范措施，致使空冷塔液位无法正常控制，液位上升到空气入口处，汽液互相掺混，空冷塔顶部汽液分离器无法将全部液体分离，致使空气夹带大量水气进入分子筛纯化系统，发生分子筛吸附器进水故障。

故障发生后，先恢复被冻堵的液位计以及取样管，并逐一检查了其他水系统测量以及控制系统一次取样点，采取了保温措施，然后对分子筛纯化系统进行了加温处理。之后空分设备恢复正常运行。

2．3 空气压力波动造成分子筛纯化系统进水

某公司在空分设备吹扫和试车过程中，发生了两起分子筛纯化系统进水故障，在分子筛纯化系统空气进口的疏水阀处有大量水喷出。经过分析，发现是由于空分系统操作压力变化的幅度过大，(1.)在设备冷却过程中气流分配不合理，对管道吹除阀操作过快、过急，使空气预冷系统压力大幅度波动，空气流夹带大量水流向分子筛纯化系统。(2).加之在吹扫作业中不断调整分子筛纯化系统的出口阀开度，导致空压机后和空气预冷系统压力变化幅度大，而且未及时监视和控制空气预冷系统空气压力，使冷却水窜入分子筛纯化系统。(3).同时，试车过程中空气预冷系统停车联锁未投入运行，空分设备不能在出现异常情况时自动联锁停车也是故障发生的原因之一。

故障发生后，将电加热器出口温度设定值由180℃提高到220℃，并延长分子筛吸附器的加温和冷吹时间。调整后空分设备恢复正常运行。

2．4分子筛床层不平整导致冷吹温度峰值不正常

在其他制氧企业曾经出现过这样的故障：在浏览分子筛吸附器温度曲线的趋势图时，发现正常的冷吹温度峰值在100℃左右，而近期冷吹温度峰值出现了两个，分别为73℃和75℃。也就是说，在冷吹曲线上出现了两个峰值，但都很低。另外，冷吹温度曲线的形状也有些“发胖”。正常情况以及异常情况下，分子筛吸附器再生阶段出口温度曲线由图2、3所示

查看历史趋势中的操作信息记录，发现有一条记录是2分子筛吸附器入口阀V1202打开后又关闭、紧接着2分子筛吸附器再生排放阀又打开的异常操作。

## 针对分子筛吸附器冷吹温度曲线有两个峰值现象，在理论上作了分析：一个平整的分子筛床层，任何一个截面的温度梯度不会有太大的变化，冷吹温度曲线应该比较规则。当分子筛床层厚薄不均匀时，较薄处由于分子筛对再生气阻力较小，流过的气量就多，分子筛温度变化比较大；而较厚处的情况正好相反。这样，在该水平表面的各处温度不能同时到达峰值。吸附层表现为一个曲面，而正常的吸附层应该是一个分层吸附的平面。因此，冷吹温度曲线就会根据分子筛床层的厚薄而出现多个值。

# 空分设备临时停车，打开2分子筛吸附器人孔，发现分子筛床层表面中间有一个直径300～400mm的坑，坑周边分子筛比其他各处厚，坑的中心小部分分子筛已成碎末。检修人员把粉状分子筛取出后，将坑扒平并封好人孔。分子筛纯化系统重新投用后冷吹温度峰值正常。

2.5冷却水系统药剂投加失误造成分子筛纯化系统进水

空分设备冷却水系统一般采用闭路循环。为了保证水质指标稳定，需要定期分析水质，同时根据需要投放杀菌灭藻剂、缓蚀阻垢剂及其他药剂。2006年2月，某公司因为冷却水系统加药时没有按照规程执行，导致空分设备停车事故，氧气供应中断121小时22分钟，影响了公司正常的生产组织和主要产品产量完成计划，致使2月全公司铁、钢、材产量全面欠产，经济损失十分严重。

故障发生当天，操作人员向循环水水池投加杀菌灭藻剂。但没有按规定向上级汇报，也没有通知空分设备主控室。更为严重的是，规程规定1#、2#、3#吸水井一共投加10桶药剂，但操作人员没按秘序先加入消泡剂，而且错误地理解为每个吸水井投加10桶，于是将28桶杀菌灭藻剂一次全部加入循环水1#、2#吸水井。

其后空分设备主控室发现分子筛吸附器压差上升并报警，氧压机、氮压机联锁停车。空分设备停车后，由于制氧岗位人员还不知道冷却水系统发生了严重的违章操作，只是对主体设备进行了检查。在没有将停机原因彻底查清的情况下，就将空压机升压并送气。之后计算机再次报警，分子筛吸附器压差变大。再次查找原因，才发现是循环水水质恶化导

致分子筛吸附器进水所致。

(1).一次性将大剂量的杀菌灭藻剂投入到水中，杀菌灭藻剂和冷却水产生强烈的水解反应，在未及时投入消泡剂的情况下，其中的水解物与表面活性剂形成大量泡沫。泡沫随冷却水进入空冷塔中，在空冷塔内堆积到一定程度后，随空气进入分子筛纯化系统，使分子筛失去吸附能力。而且，(2).在第一次分子筛吸附器压差上升报警后，岗位操作工没有引起重视，仅依据计算机显示数据判断，认为是压差仪表误动作，在没有彻底查清原因前就二次开机，致使事态进一步恶化。

在分析故障原因后立即采取了以下措施,仍然没有效果：①关小空压机进口导叶，以减少空气量，空压机机后保压至0．5MPa；②用未带水的分子筛吸附器活化后的空气，对带水的分子筛吸附器内的分子筛进行活化再生；③加大水池新水补人量，降低循环水中药剂浓度，同时向水池中投加消泡剂，以消除泡沫。采取上述措施后，活化处理仍然无效，空分设备被迫停车。紧急更换了全部受损分子筛，并提前对空分设备进行检修，才彻底解决了问题。

3结束语

分子筛纯化系统在空分设备中起到除净碳氢化合物、二氧化碳和水分等杂质的作用，若发生故障，必将对空分设备的安全运行造成很大的威胁。因此，平时操作应按操作规程进行，密切注意其各个运行参数的变化。一旦运行参数发生变化，要尽快找出原因并及时处理，以便将其对整套空分设备正常运行的影响减到最小。