铁路机车设备维修问题的研究毕业设计论文

毕业设计（论文）中文题目：铁路机车设备维修问题的研究 英文题目：A study of the maintenance policy for railway locomotive equipments 题 目： 铁路机车设备维修问题的研究学 院：机械与电子控制工程学院 专 业： 工业工程姓 名： 孟涵 学 号： 指导教师建议成绩： 评阅教师建议成绩： 答辩小组建议成绩： 答辩委员会意见：最终成绩：主管教学副院长或答辩委员会主席签字： 年 月 日85 / 106文档可自由编辑打印题 目：_铁路机车设备维修问题的研究_适合专业：_工业工程_ 指导教师（签名）： 提交日期：2009 年 1 月 25 日学 院：机械与电子控制工程学院 专 业：_工业工程_姓 名： _ 孟涵_ 学 号：_毕业设计（论文）基本内容和要求：1.了解先进维修理论的现状与发展趋势；2. 对铁路机车相关设备进行调研，了解其维修（尤其是状态修）的现状，进行总结评价；3.收集有效数据，提出进行状态修的可行方案。毕业设计（论文）重点研究的问题：1如何有效收集设备的实际故障情况；2探讨设备状态修的可行方案。毕业设计（论文）应完成的工作：1 了解设备维护的基本理论、现状与发展趋势，尤其是状态修的相关理论；2 了解我国铁路机车设备维护的现状，尤其目前已实行状态修的情况；3 收集实际数据，以维修理论为基础进行分析；4 探讨设备状态修的可行方案。参考资料推荐：查阅国内外相关文献15篇Andrew K.S. Jardine,维修、更换与可靠性，CRC其他要说明的问题：无题 目：_铁路机车设备维修问题的研究_学院： 机械与电子控制工程学院 专 业：_工业工程_学生姓名： 孟涵 学 号：_ 05224016_ _ _ _ 文献综述：1. 维修的概论1.1 基本含义设备在使用过程中，其零部件会逐渐产生磨损、变形、腐蚀等现象。为了恢复其功能和精度而采取的更换，或修复磨损、失效的零件，并对整机或局部进行拆装、调整的技术活动 1。1.2 分类维修的类别是根据由不同原因促成并在不同地点、不同时间发生且用不同方式进行的各种维修活动来划分的。整个维修可以分成预防性维修和事后维修两大类2。1.2.1预防性维修 为防止装备在使用中出现故障，应制定计划对装备进行维护，以保证其正常工作。时间计划维修 预先制定计划的预防性维修。1）定时维修 属于时间计划的预防性维修的一种。按预定的时间间隔对同一类装备，或一个装备的同一类零部件成批地进行维修或更换。2）役龄维修 属于时间计划的预防性维修的一种。投预定的装备或零部件的工作年限3）状态修 通过仪器检查和监视装备使用过程中的工作状态追踪并记录可能导致故障的恶化趋势，并对这种恶化趋势的临界值进行报警，从而使之在发生故障之前进行维修。这也是一种预防性维修。1.2.2事后维修 故障发生以后，为使产品恢复到使用状态所进行的维修。处理未经预防性维修的装备的故障，通常叫做普通事后维修。处理经预防性维修出现的故障，叫做紧急维修。1.3 状态修本课题主要以预防维修理论为基础，状态修理论为重点，了解我国铁路设备维修状况。通过实地调研收集数据，建立模型分析，发现存在的不足，提出改进方案与最优策略。状态修的实质是将目前的定期、定型和分解型的维修方式改变为实时、在线式的状态监测，通过对车辆的技术诊断，随时掌握设备出现的故障及运转工况，有效地确立以功能为中心和非分解型的设备维修方式。其先进性与合理性在于，它能根据设备当时的实际状况(状态信息)，确定其是否需要维修，何时维修最恰当，确定需要维修的设备则立即施修，无需修理的则免维修，去掉了维修中的盲目性。文献指出，我国铁路设备维修在某些零件的维护上已经开始进行状态监测维修。如在线式状态检测轴温监测、车轮形状缺陷监测系统、车辆检修技术诊断等。可见，对不同的机车零件应采用不同状态修监测技术，使得最合理化、最经济化。1.3.1实行状态修的依据3机车入厂(段)后不再象过去一律大拆大卸，而是根据状态来决定有关部件的修理范围。决定状态好坏的主要依据是:(1) 计算机信息系统提供的机车及部件履历(2) 以机油光谱分析为主的检测诊断系统(3) 车载微机控制诊断系统提供的信息(4) 必要的人工检查1.3.2状态修优点4主要表现在:(1) 维修周期较长，而在修时间较短。(2) 以数量少、规模小的厂段，完成了较多的机车维修任务。(3 )劳动生产率高，经济效益好。2. 铁路维修发展状况当今世界各国铁路货车采用的检修制度，可以分为计划预防检修制度和按技术状态检修制度两大类型5。计划预防检修是指：根据车辆主要零部件的损伤规律和使用期限，确定合理的检修循环结构和检修周期在尚未发生故障之前就对车辆进行修理，消除车辆零部件的缺陷和隐患，预防车辆故障发生的一种检修制度；按技术状态检修是指：车辆在运用中发生故障时才进行修理，发现一件故障就修理一件，每次修理无一定的作业范围及检修工作量，对车辆不作彻底修理，车辆使用到规定年限就报废的一种检修制度。长期以来，我国铁路机务系统的设备维修一直延用传统的计划修理模式，每年编制设备大、中、小修计划（将全部设备按三个月为一个小修周期、三个小修周期为一个中修周期、三个中修周期为一个大修周期的模式），设备的中小修工作量占全年设备维修工作量的70%以上6。造成计划修过度现象，机车检修从预防修逐步过渡到状态修是机务系统修制改革的一个奋斗目标7。3. 铁路维修存在的问题81、检修周期短，而且仅以时间为间隔，未加考虑实际机车的走行公里数。造成检修周期短、修理频率过高的原因，在于机车的技术状态并不十分理想，甚至有些机车破损待修。一方面是由于我国机车数量不足，运量大，运用效率高，使用频率、年走行公里数比世界上任何国家都高;另一方面，在于其它行业(如钢材加工工艺等)发展的先进成果不能很快地应用到铁路上来，造成铁路设备陈旧落后。只有大力发展机车的基础质量，才能延长其检修周期。在检修制度中，应是时间间隔与走行公里数相互并存的状况，两者相互协调、相互制约、才能真正保证机车的技术质量。2、机车没有使用寿命的限制，形成无限循环修理的局面。这种局面的形成，使检修费用大大超过了其购置费用，机车不能及时更新、报废，并且隐藏着不安全的因素，这在经济上是不合理的。及时规定机车的经济使用寿命，提高机车的安全可靠性和整体技术水平，才能进一步提高机车运用的经济效益。4. 课题的意义铁路机车是铁路运输中的主要牵引动力设备，是构成铁路综合运输能力的重要组成部分8。近年来，在机车制造、运行、维修部门的共同努力下，机车的技术状态有了飞速提高，为完成铁路运输任务发挥了重要作用。然而，在机车的维护维修方面，还存在众多不足。尤其是随着列车运量快速增加、运行速度及密度的迅速提高对机车的维修提出越来越高的要求9。这种计划预防定期检修制度越来越难以适应列车提速、重载、高密度的发展，逐步显露出它的落后和不足，主要表现在检修周期短、在修时间长、维修成本高、机车运用效率低、总的经济效益差，零部件有效寿命浪费严重，有些部件在拆装过程中造成无谓损坏，这也就不可避免地存在“失修”和“过剩修”，维修手段的落后从某中意义上说已成为行车安全的隐患10。自2004年起，铁道部对机务布局进行逐步调整，调整的重点放在适应机车配置动车组和电力机车、高等级客车车底和大载重的机车逐步占据主导地位变化的运用和检修制度上，以技术进步为前提，合理确定机车检修办法、机车检修体制及人员安排。2007年铁道部公布的技术规程中明确提出铁路机车应实行计划预防修，实施主要零部件的专业化集中修和定期检测状态修11。根据文献12得知，我国铁路设备维修从计划修过度到状态检测维修已具备一定条件。本课题主要通过实地调查，了解我国铁路设备维护已实行状态修的情况。通过数据分析，进一步阐述状态修在铁路设备维护的重要性。依据设备的基本情况，选择合理的维修方式，合理安排检修工作，以最少的资源消耗，保持设备的安全、经济、可靠的运行能力。使维修活动进一步科学化、合理化，即最优化。5. 课题的内容本论文是在阅读大量文献的基础上，通过实地调研来研究我国铁路机车零件维修。通过分析数据，选择合理的维修方式。主要完成以下工作：(1) 分别对对兖州、济南机务段进行调研，获取数据(2) 对机车设备轮箍现有的状态维修方式进行分析(3) 采用比例故障率模型（PHM）分析轮箍状态维修(4) 根据数据建立发动机预防性维修最佳周期(5) 提出发动机状态修可行方案主要参考文献：1.吕文元，先进制造设备维修理论、模型和方法，北京：科学出版社2008，4：21-242.洪伦耀，预防性维修策略的研究J.西部电子，1992,2(10):55.563.宋磊，铁路机车状态修论述J.矿路工程，2002，9：17，184.罗松柏，铁路货车由预防修过渡到状态修之我见J.铁道技术监督，2006，5（235）:125.张文琴，牛芳，内燃机车逐步实现“状态修”的探讨J.内燃机车，2004，10（368）:206.刘小平，设备状态修理探索与实践J.设备管理与维修，2008，1:137.柳蒋茹,矫云朋, 矿用铁路机车设备维修机制探讨J.2004，6（3）:47,488荣佑范.铁路线路维修与大修M.北京:中国铁道出版社,2004.9俨健.线路养护维修存在的问题及其解决办法M.中国铁路,2004.10铁道部设备办公室.铁路设备管理手册M.北京:中国铁道出版社,1991.11刘小平.设备状态修理探索与实践J.设备管理与维修,2008(1):34-56.12.彭惠民,前景光明的车辆状态修J.铁道知识，2003，4：38研究方案：1. 理论基础：状态修模型：（1）经典状态监测方法 （2）比例故障率模型定时维修 ：（1）weibull分析 （2）最佳维修周期计算2.研究步骤： （1）通过实地调研，选定一种铁路机车设备（如车轮、轴承）（2）收集数据（如实效数据、维修费用、维修时间）（3）采用预防性定期模型分析数据，建立预防性维修最佳周期（4）采用状态修模型对设备数据进行分析（5）提出状态修最佳方案3.预期效果：通过分析确定出该设备可行的预防性维修，尤其是状态修的最佳方案。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1文献检索，撰写开题报告2009-2-25至2009-3-192维修现场调查，采集数据2009-3-20至2009-4-013初步分析2009-4-01至2009-4-204建立状态修模型2009-4-20至2009-5-105分析确定最佳方案2009-5-10至2009-5-216完成论文2009-6-01之前7论文答辩2009-6-05指导教师意见：方案可行，进度计划合理指导教师签名： 审核日期： 2009 年 3 月 19 日题 目：_铁路机车设备维修问题的研究_学 院： 机械与电子控制工程学院 专 业：_ 工业工程_学生姓名： 孟涵 学 号：_ _ _毕业设计（论文）完成情况(包括设计图纸、说明书、实验报告、计算机软硬件、外文翻译及摘要、论文书写及规范化等)评价：毕业设计（论文）成果质量评价意见：学生工作态度和考勤情况评价：开题报告的评定成绩：总成绩：_ 指导教师 (签名)：_ 日期：2009年 6月 2 日题 目：_铁路机车设备维修问题的研究_ _学院： 机械与电子控制工程学院 专 业：_ 工业工程_ _学生姓名： 孟涵 学 号：_ _毕业设计（论文）完成情况评价(包括设计图纸、说明书、实验报告、计算机软硬件、外文翻译及摘要、论文书写及规范化等)：毕业设计（论文）成果质量评价意见：开题报告评价意见：评定成绩： 评阅人： 日期： 2009年 6月 2 日题 目：_铁路机车设备维修问题的研究_学院： 机械与电子控制工程学院 专 业：_工业工程_ _学生姓名： 孟涵 学 号：_ _毕业设计（论文）完成情况和成果质量（工作量、任务难度、专业理论的运用、综合运用能力、资料的充足与可信情况、成果水平）评价意见：答辩表现评价意见：评定成绩： 答辩组长： 日期： 2009年 6 月 13 日中文摘要目前交通运输的竞争日趋激烈，随着科学技术的发展，许多新的技术、新的设备融入机车中，满足了增加列车运量、提高列车速度的需要。我国铁路机车采用的传统维修方式检修次数较为频繁，修理时间较长，车辆运用率不高，越来越难以适应列车提速、重载、高密度的发展。 状态修是一种先进的维修手段，通过对反映设备状态的变量进行监测和诊断，可随时掌握设备出现的故障及工作状况，在恰当的时间进行维修，从而充分利用设备有效寿命，避免了维修中的盲目性，有效地解决不足与过度维修。因此，将状态修引入铁路设备系统具有重要的研究意义。本论文介绍了我国铁路机车现行维修方法，以及部分零件目前实施状态修状况，分析其特点以及不完善之处。通过对济南、兖州机务段进行实地调研，获取了机车轮箍与发动机的维修数据，运用数学方法建立系统运行状态与系统寿命的关系模型。采用比例故障模型（PHM）分析轮箍状态修方案，建立了用于未来监测的维修决策图。应用OREST软件，建立了发动机预防性维修最佳周期，并据此提出了状态修方法应用于机车发动机等重要零件的设想。关键词： 铁路机车，状态修，故障率，比例故障模型Abstract With the development of science and technology, locomotive involves in many new technologies and a variety of new equipments to meet the requirement of increasing transport ability and improving the speed of the train. However, its more and more difficult for traditional maintenance methods to adapt to the development of high speed, heavy-duty, and high-density. Condition-based maintenance is an advanced method of maintenance. It is one of a preventive maintenance strategy. We can predominate the condition of the system through condition monitoring and technical diagnosis of the vehicles. Then we can determine the proper time for maintenance, in which overcame the shortcomings of the traditional maintenance policy, such as over maintenance, over long repair time. Therefore, a study of bringing condition-based maintenance to the system of railway equipments maintenance has important significance.In this paper，we introduce the existing methods of locomotive maintenance and the application of condition-based maintenance in Chinas current railway maintenance system. We collect real data of round and engine of locomotive. A Weibull analysis is performed to reflect system failure pattern. We establish a decision chart based on the data of round by applying proportional hazard model (PHM). We also present an optimal maintenance interval for locomotive engine using OREST software. In addition, we propose some possible applications of condition-based maintenance on it.Key words：Railway locomotive, Condition-based Maintenance, Hazards, proportional hazard model (PHM) 目 录中文摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究背景11.2国外铁路机车检修制度的现状及发展31.3我国铁路机车设备维护现状41.3.1我国机车维修现状51.3.2我国铁路机车状态修发展状况81.4课题的意义及主要工作10第2章 维修及可靠性理论132.1维修概述132.2威布尔分析152.3定期维修模型172.3.1定时模型与役龄模型概述172.3.2 定时模型192.4状态修模型202.4.1经典状态监测方法202.4.2比例故障率模型（PHM）21第3章 机车轮箍的分析243.1机车轮箍的故障类型243.2基于磨耗量分析法253.3比例故障率模型分析273.3.1 威布尔分析273.3.2 维修决策分析323.4总结34第4章 机车发动机维修分析364.1发动机故障类型364.2 OREST软件364.3机车发动机定期维修374.3.1 威布尔分析374.3.2预防维修最佳周期的确定404.4机车发动机状态修建议424.4.1 油样分析与振动分析444.4.2油 样分析样表454.5总结46第5章 调研建议47结 论50致 谢51参考文献52附录一：中文翻译54附录二：外文原文70 第1章 绪论1.1 研究背景铁路机车是铁路运输中的主要牵引动力设备，是构成铁路综合运输能力的重要组成部分。自1958年第一台国产内燃机车试制成功至60年代初期投入铁路运用至今有近50年历史，经过制造、运用、维修部门的共同努力，机车的技术状态有了改善，性能得到提高，为完成铁路运输任务发挥了重要作用。机车维修是机务部门组织运输生产活动的基础，是机车正常运行的有力保障，对提高机车运用率有着非常重要的意义，为贯彻铁路运输企业的经营方针提供质量优良的牵引动力和经济效益的保证。我国现行的机车检修制度是沿用50年代蒸汽机车修理模式和原苏联老的维修制度而形成的1。它是按照我国内燃机车的结构特点和性能要求，根据机车的质量和制造、修理的工艺水平制定的。其特点是以各型机车的主要部件的质量寿命来确定各种修程的周期，有计划地进行定期维修。这种以预防为主有计划的周期性修理制度，随着交通运输竞争的日趋激烈，科学技术的快速发展，管理水平的进步，经过几十年来的实践，机车质量逐步提高，它对确保铁路机车的技术状态发挥了应有的作用，基本上满足了当前铁路运输生产的需要，而且仍然是今后一段时间内机车检修制度的基础。但这种传统的维修制度存在明显的不足，尤其是随着列车运量快速增加、运行速度及密度的迅速提高对机车的维修提出越来越高的要求。这种计划预防定期检修制度越来越难以适应列车提速、重载、高密度的发展，逐步显露出它的落后和不足，主要表现在检修周期短、在修时间长、维修成本高、机车运用效率低、总的经济效益差，零部件有效寿命浪费严重，有些部件在拆装过程中造成无谓损坏，这也就不可避免地存在“失修”和“过剩修”，使设备“用与修”矛盾更趋尖锐。维修手段的落后从某种意义上说己成为行车安全的大隐患。在这种背景下，为了提高我国机车修理的水平，对目前的铁路机车检修制度进行系统的改革势在必行。1991年我国派出了第一个考察铁道机车车辆维修制度的代表团，对美国和印度铁路机车车辆维修度、规程、计划、设施、方法和程序进行了考察。1994年度铁道部在公布的铁路主要技术政策通知中明确指出“机车、车辆的修理应在计划预防修前提下，逐步实施状态修、换件修和主要零部件的集中修，改革配件的生产和供应体制，建立运用和维修的现代化管理体系”，贯彻“质量第一”和“修养并重，预防为主”的维修思想、维修方针和维修制度。自2004年起，铁道部对机务布局进行逐步调整，调整的重点放在适应机车配置动车组和电力机车、高等级客车车底和大载重的机车逐步占据主导地位变化的运用和检修制度上，以技术进步为前提，合理确定机车检修办法、机车检修体制及人员安排办法，逐步实现集中检修、全面调整维修关系和管理办法2。机车维修方式由目前的按时间计划为主的维修向以按零件状态为主的维修方式发展。2007年铁道部公布的技术规程中明确提出铁路机车应实行计划预防修，实施主要零部件的专业化集中修和定期检测状态修3。状态修与其他维修方式相比，其待机时间短，维修成本低，设备利用率高，维修方式与企业目标和生产目标相一致，在企业追求经济效益的总体决策中，状态修被选择是势在必行的，并将成为主要的维修方式。而且，状态修符合维修改革的目标，即能用最少的人力、财力、物力消耗，保持设备在全寿命期内完成规定的功能。机车维修制度实现状态修，不仅有利于提高机车设备的可靠性，满足高速度、高密度旅客运输安全的需要，而且可以减少过剩修和失修，使维修的效率大大增加，有效节省维修管理费用，增加设备使用寿命，为实现铁路运输扭亏增盈目标提供了有利保证。因此，积极推进机车车辆修制改革，在预防修的基础上，开展状态修，换件修和主要零部件的专业化集中修，推广先进检修手段和维修装备，形成运用、维修的现代化管理体系，建立和完善机车按走行公里进行检修的模式是机车维修的发展趋势。状态修的概念，经过铁道部机务系统多年的试验、研讨，国内基本统一了认识：即通过对机车主要部件的检测和诊断，以及根据实践经验的积累，基本掌握机车的技术状态，有计划适时地安排机车检修。它是相对事后维修和以时间间隔为基础的计划维修制度而提出的，是以设备实际技术状态为基础的一种维修制度。状态修也称视情维修，它与计划定期维修同属于预防维修的范畴。状态修能有效地克服设备失修和过剩修两大弊病，做到适度维修。状态修的原则是预防为主，其要领是按状态、有计划，其基本思想是不失修也不过剩修，使设备处于受控状态，实施动态管理，避免不必要的维修，防止故障的发生，提高维修的经济效益和设备利用率。1.2国外铁路机车检修制度的现状及发展随着铁路运输业的不断发展，科学技术水平的不断提高，铁路机车维修的综合效益己成了人们所关注的问题，即用最小的费用，得到最高的运行可靠度和使用效率。因此，各国铁路都在潜心研究更科学、更合理的维修制度和维修方法。我国现行的铁路机车检修制度不尽完善。随着铁路运输业的发展和经济体制改革的深入，修订机车检修制度的工作已提到议程上来。制定新的机车检修制度是一项复杂的课题，不进行专门的调查和试验、研究，就难以达到最佳经济效果。因此，结合我国的实际情况，借鉴国外客机车检修方面的经验，更是其中至关重要的环节。对铁路机车车辆实行按其实际技术状态修理起源于欧洲，目前在北欧一些国家发展较快。瑞典铁路维修部门施行的是以计划修为主，状态修为辅的机车车辆检修制度，并在逐步扩大状态修的推广运用范围。德国工CE高速列车在回检修基地前100公里处，就根据列车监视、故障诊断的结果，通过信息系统传递给检修基地，在列车还没有到达之前已经做好了一切检修准备。它可以最大限度地节省保养费。先进的故障诊断及地面信息管理系统是实现车辆状态修的前提。目前各国高速列车都做到了3000公里以内不需任何维修，一般预防性维修大多以模块化换修为主，以节省列车维修停车时间，提高列车使用效率。1.3我国铁路机车设备维护现状目前我国铁路机车修理体制仍沿用旧的强制计划修模式，一直采用预防定期修，即“定期检查、范围修理”。它根据机车的走行公里或运用天数来确定修程的，机车走行一定公里，就进行一定范围的修理。这种以预防为主的计划预防修是依据多年来运用、检修的实践经验，在调查研究、试验分析的基础上制定的。它基本上符合机车的技术状态、制造和修理的工艺水平。但随着我国机车内电机车的换型，机车设计、制造水平的提高，修理工艺的不断完善，新技术、新工艺、新材料的应用，机车制造质量在稳步提高，惯性故障在显著减少，与我国铁路运输发展水平很不适应，有必要对机车修理制度进行必要的改革，提高机车运用效率，以适应铁路运输事业发展新情况。41.3.1我国机车维修现状建国以来，铁路管理模式一直是沿用原苏联的模式，几十年一贯制。作为铁路运输行业的动力系统，机车维修体制也同样如此。在管理方式上，由铁道部统一领导，铁路局及机务段分级管理；修程的定格上，分为厂修、架修、定修、中检(后改为大修、中修、小修、辅修)；在检修的周期上，以走行公里为基本核心条件的计划修；在检修费用的安排上，按台平均清算检修直接修理成本。上述的管理体制，在计划经济体制的条件下，发挥了很大的作用。直至当前我国铁路机车修理仍沿用强制计划修模式.检修周期结构：大修(新造)一中修一中修一大修。大修周期:(80士10)万km；中修周期:23万一30万km；小修周期：4万6万km；辅修周期：1万一2万km。铁路行业同全国其他行业一样，进行了不断改革和创新。机车的维修体制也不例外，也同样进行了部分改革和调整。特别最近几年，改革的步子较大。例如，在管理方式上，铁道部做了重大调整。比如机车大修安排由原来的统一包揽，改为协调下的模拟市场招标修车。机车的检修体制由原来的计划修改为计划预修制，对检修周期公里的规定也放宽了许多。机车的维修费用由原来的按台平均清算改为按走行公里清算。检修的现场管理，也比较理性化，形成了一套以“四按(按范围、按机统一28及状态、按规定的技术要求、按工艺)、三化(程序化、文明化、机械化)、记名修”为核心的体系，对检修工作的具体标准明确化、系统化等等，已形成了非常规范的管理体系，这样虽然保证了机车质量，但是以高投入为代价的，其主要问题是“维修周期短，过剩维修多，在修时间长”，主要有以下几个特点:(1)现行修制的修程是固定的，分为大修、中修、小修、辅修4种。其中，中、小、辅修为段修修程，检修时一律按照拆、检、修、装、验的程序。拆解的目的是为了检查，而检查后是不是需要进行修理视情况而定。这就形成了仅仅是为了检查而进行拆解，很多零部件因无需进行修理又原封不动地再装上去，造成无效劳动，甚至出现在拆解过程中将好端端的配件拆坏的现象。(2)现行修制的周期是固定的。根据段修规程，按机型和用途规定不同的走行公里和使用年限。届时不论机车质量的实际状态好坏，一律按己安排好的检修计划扣车进行检查修理。即在一次扣车的同时，完成检查、修理两项工作。未充分利用各部件组装质量的使用期限、配件的使用寿命和各摩擦副间最佳磨耗状态的使用期限。因不必要的拆卸造成配件的损坏，形成不合理的支出。(3)现行修制的检修范围是固定的。只要机车的走行公里达到某一修程就予以扣车，并按照该修程所规定的相应的检修范围，不论机车各部件技术状态如何，一律进行拆解、检查、修理。(4)现行的修制是以走行公里为检修周期的依据，而对机车牵引工况、线路状况、坡道亦即机车的负荷情况等因素未作考虑，这样就使一些配件严重超负荷，而另一些配件未到检修周期就进行检修或被更换而形成浪费。我国幅员辽阔，铁路网达7万多公里，遍布全国各个省份，每个地区的线路环境各不相同，随着铁路运输事业的不断发展，列车的旅行速度不断提高，以机车的走行公里确定检修周期的弊端也就明显地暴露了出来。由于有的线路允许速度是160km/h，而有的线路的允许速度仅为50km/h左右，如在坡道上运行，则速度更低，因此，在速度不同的区段，列车运行相同距离所用的时间也就不一样。机车在限速不同的区段走行同样的距离，虽然所产生的走行公里是一样的，但机车柴油机及相关运动部件的工作时间却有很大的差别。由于部件磨耗后得不到及时的修复，容易产生机破、临修甚至更为严重的机车质量事故，造成不必要的损失。因此，有必要对内燃机车检修周期确定的依据进行探讨和修订，以充分发挥机车的潜力，保证机车质量，适应当前铁路运输形势的需要。根据该段机车的实际运用情况，东部和西部车牵引定吨是不一样的，机车的调定功率也不一样。因此，采取统一的按机车走行公里进行各种修理是不尽合理的，不但使部分机车可靠性下降，而且造成大量机车检修成本不合理支出5。我国机车目前实行的是以计划预防修为主的检修制度，与国外机车检修制度相比，我们的制度有以下特点:1、检修周期短，而且仅以时间为间隔，未加考虑实际机车的走行公里数。造成检修周期短、修理频率过高的原因，在于机车的技术状态并不十分理想，甚至有些机车破损待修。一方面是由于我国机车数量不足，运量大，运用效率高，使用频率、年走行公里数比世界上任何国家都高;另一方面，在于其它行业(如钢材加工工艺等)发展的先进成果不能很快地应用到铁路上来，造成铁路设备陈旧落后。只有大力发展机车的基础质量，才能延长其检修周期。在检修制度中，应是时间间隔与走行公里数相互并存的状况，两者相互协调、相互制约、才能真正保证机车的技术质量。2、机车没有使用寿命的限制，形成无限循环修理的局面。这种局面的形成，使检修费用大大超过了其购置费用，机车不能及时更新、报废，并且隐藏着不安全的因素，这在经济上是不合理的。及时规定机车的经济使用寿命，提高机车的安全可靠性和整体技术水平，才能进一步提高机车运用的经济效益。现行修制 确实存在不少弊端，不仅浪费了检修的人力、物力、财力以及配件的剩余寿命，而且延长了停时，影响了机车的运用效率和铁路运输的经济效益。1.3.2我国铁路机车状态修发展状况本着“逐步实施”的精神，我国己开始了内燃机车状态修的尝试。如80年代后期从美国进口的420台ND5型内燃机车，其现行的“ND5型机车检修规范”就是这种实施状态修的尝试。从检修周期上摒弃了以往的定修、架修、厂修的框框，采用月修、季修、半年修、一年修、二年修、四年修、八年修。月修依各段的交路不同，牵引定数不同，日车公里数不同而折算成不同的走行公里数来计算，第三个月修为季修，第二个季修为半年修，依此类推。其检修范围也是根据美国通用电气公司的推荐做法结合我们的实践经验确定的，并在实践中或增或减不断调整完善。由于进口时同时购进了一批检修分析用设备和仪器，如机油光谱分析仪等，可以通过定期的机油采样化验分析来监测柴油机的状态，使机车检修根据其状态确定工作范围，因而更具有状态修色彩。ND5型机车试行的检修制度经实践证明是成功的。总结其检修的经验一是能适当延长检修周期。二是减少检修项目，缩小检修范围，与DF4型机车相同公里数比，其检修范围要小得多，检修项目要少得多。三是零部件以换件修、互换修代替一般性修复，所以检修时间短。四是利用仪器测试诊断，根据诊断结果，确定工作范围。正是这些因素使ND5型机车检修缩短了停时，降低了修车成本，提高了运用效率，总体经济效益良好，为我国机车检修制度的改革积累了经验。1991年以来，铁道部对机车车辆维修体制予以高度重视，成立了以部长任组长，部内有关司、局负责人参加的铁道部机车车辆修制改革领导小组。并对美国和印度铁路机车车辆维修制度进行了考察。从此拉开了我国铁道机车车辆修制改革的序幕。1995年铁道部专门成立了机车车辆大修规程管理研究室，对研究室的工作作出了明确的要求和部署。10多年来，我国机车车辆状态修及管理无论是在理论上，还是在理论与实践的结合上都有明显的突破，对现行的维修制度有了很大的改观，取得了显著的经济效益和社会效益。具体分析我国铁路机车状态修有以下几个特征：(1)我国机车状态修起步较晚，内燃机车仍处在诊断状态修的初级阶段，有些所谓“状态修”仅仅是延长公里修而己，离发达国家诊断状态修还有较大差距。实行状态修成功与否的关键在于诊断技术水平。而现有诊断设备的状况是:产品品种和数量不多，内燃机车走行部和辅助部分诊断设备近乎为空白。部分产品质量可靠性差。诊断设备部分元件选择不合理、寿命短、故障率高。没有建立起可行的检测标准，使技术人员对检测数据缺乏判断依据，误判现象时有发生，使一些机务段将这些仪器闲置，发挥不了应有的作用。(2)状态修是通过诊断手段，在机车不解体的情况下及时掌握机车技术状态(动力性能、经济性能、损伤情况)，发现不良状态及时修理的一种维修方式。其特点是根据机车技术状态确定是否维修，怎样维修。它仍然是一种预防修。而一些人认为状态修就是故障修，哪坏修哪，什么时候坏什么时候修。这种不正确的理解给状态修带来了消极影响。同时也严重影响机车运用质量。 (3)实用可靠的诊断手段和主要零部件寿命研究是状态修的两个特点。诊断技术现己有良好的开端，而寿命研究尚未系统进行。设计制造厂提不出设计寿命，运用部门也提不出使用寿命，没有符合实际的使用寿命，就很难制定出恰当的维修周期和合理的修理方式，没有使用寿命的控制就必然使状态修难以避免地存在盲目性。如牵引电机是一个可修复系统，如果能够用数理方法估算其有效寿命或推测故障数，做到有步骤有计划地及时更换有隐患或接近耗损期的零部件，那么配件的有效寿命就可以充分利用，而又没有故障隐患。虽然状态修对改善机车质量、降低维修费成本、减少机车库停时间、缓和检修设备能力紧张等方面都有比较明显的成效。但由于认识观念、检测水平及其它原因，我国现在还不能大规模开展状态修，但它作为一种新型检修体制在不久的将来一定会更善。1.4课题的意义及主要工作机车状态修就是借助先进曲检测与技术诊断设备，在机车不解体的情况下，检查与测量机车各主要部件的技术参数，从而掌握机车的技术状态。根据事先掌握机车实际状态，有计划地适时安排适度维修，即在应该进行修理的时机送厂、段修理，在应该进行修理的部位进行恰到好处的修理，从而快速、经济、有效地消除隐患与故障，确保机车良好技术状态的目的。所以机车状态修也可以做机车的预知按需维修推行机车状态修，具有以下优越性：1.推行根据实际状态按需维修，可以消除目前检修体制下大量存在的厂、架、定(洗)修时的过剩修，也可避免不时出现的故障失惨，避免了不必要的、而且是有害的过多拆装与零部件更换，既减少了浪费，又可以保证机车良好的技术状态与运行可靠性。2.由于事实上过剩修多于故障失修，所以推行状态修可以提高机车检修问走行公里，减少送修次数，从而提高了机车运用效率。3.可以明显地降低机车的检修费用。这是因为减少了机车在整个寿命期内的维修次数、及其每次检修的应修项目和工作量，另外，机车不会在机组与部件损伤到不可收拾的地步才送修，当然检修工作量小、容易修复，因而人力、材料与配件的消耗也必然大为减少。4.由于采用现代检测与诊断技术，在机车进段解体前能够及时发现缺陷与故障，从而大大减少了传统修理中查找故障的时间，而且可以根据预知的检修工作范围安排好检修台位与场地、必需的劳力和材料配件，把计划做得十分完美，顺利地完成检修工作。所以，状态修必然能大幅度减少机车在库内的检修停时，提高机车的检修效率。 为了进一步了解我国铁路机车零件维修状况，以及机车零件状态维修的普及程度，本文作者分别对兖州机务段和济南机务段进行实地调研，取得轮对和机车发动机的维护数据。发现存在以下问题：1） 造成人力、资源的浪费机车定检到期时，就必须按照检修规程的要求对车辆进行检修，事实上。很大一部分车辆的状态还很好。许多零部件都尚未达到检修限度，甚至有的车辆及零部件继续使用的空间还很大，从而造成检修人员、检修能力及能源等资源的严重浪费。2） 维护费用太高机车维护工作量较大，而且随着机车数量的增多，工作量也越来越重，而且检修基地的投资很高，直接造成车辆维护费用居高不下3）造成运输效率降低每天都会产生大量检修车在休车期间，这些检修车不仅不能为运输服务，车站还要花人力、物力将其送至车辆段或修理工厂检修，造成运输能力的浪费，降低运输效率。针对这些问题，论文做了以下工作：(1) 对兖州、济南进行实地调研，获取机车轮箍与发动机的维修数据；(2) 运用韦伯分析建立设备失效概率模型；(3) 采用比例故障率模型（PHM）分析轮箍状态修方案，建立了用于未来监测的维修决策图；(4) 根据数据建立发动机预防性维修最佳周期；(5)应用OREST软件，建立了发动机预防性维修最佳周期，并据此提出了状态修方法应用于机车发动机重要零件的可能方案与设想。 第2章 维修及可靠性理论2.1维修概述1、定期维修(计划修)以使用时间(公里)作为维修期限，只要机车到预先规定的时间(公里)，不管其技术状态如何，都要进行规定的维修工作，这是一种强制性的预防修理。定期维修(计划修)方式是通过维护保养、检查及按计划的维修保持要求达到的状态，即通过防止、减少磨损或及时消除磨耗现象避免有预兆的故障，也就是在发生故障前发现隐藏的故障，使其不构成危害。这种方式只有在设备或构件的状态由于磨损而不断地、较慢地恶化时才有效。定期维修的关键是如何确定维修周期，正确的维修时机应当是浴盆曲线中偶然故障阶段结束点，故障率曲线急剧上升之前。定期维修方式的优点是容易掌握维修时机，维修计划、组织管理工作也比较简单。缺点是对磨损以外的故障模式，诸如疲劳、锈蚀以及因材质或使用维修等条件造成的故障没有考虑，经实践统计研究机车绝大多数的故障都是由于磨损型以外的故障，即为早期故障和偶然故障，因此维修时机难以确定，另外，定期检修中的大拆大卸方法也不利于发挥机件固有的可靠性。2、视情维修(状态修)是按实际技术情况来确定维修时机(周期)，它不对机件规定维修期限，不固定拆卸分解范围，而是在检查、测试其技术状况的基础上确定各机件的最佳维修时机.这种维修方式是靠定量分析和监测机件的某些参数和状态数据来决定维修时间和项目。显然这种维修方式是一种按需维修方式，可以充分发挥机件的工作能力，提高维修有效性，减少维修的工作量和人为差错，采用该方式的基础和先决条件是范围广泛的计算机维修信息系统，先进的通讯手段和精密可靠的检测诊断手段，以及较高的人员素质。3、事后维修(故障修)是在机件发生故障后才进行修理，一般不属于计划维修，只有对维修对象在维修管理中采取特殊的措施时，才使用这种方法。它不控制维修的时机一般不是可以自由选择的方式，而需根据结构的故障状态进行选择。实践证明，有些机件既便是发生故障也不会危及安全造成后果，采用事后维修则更经济。对于一些采取冗余技术的机件，虽一台出现故障，另一台会自动接替工作，也是采取事后维修方式8。由上述三种维修方式的特别可以看出，它们各有其适用范围，本身并没有先进落后之分，在机车检修中往往根据机车故障的分类，选择使用恰当的维修方式如图2-1。图2-1 维修方式决策图2.2威布尔分析威布尔分析方法是产品的寿命分布分析法之一，目前，国内外机械产品可靠性设计、分析方法中比较简单、实用的是建立在威布尔分布基础上的威布尔设计、分析法。威布尔分布的概率密度函数为: (2-1)其中，为形状参数，为特征寿命，为位置参数。在位置参数时，三参数威布尔分布变为二参数威布尔分布: (2-2)威布尔分布中形状参数的数值可以区分产品不同的故障类型。当时，故障率随时间的变化递增，适合于建模磨损或老化失效；当时，为恒定型，适合于建模随机失效：当时，为递减型，适合于建模早期失效。威布尔分布故障率函数为： (2-3)如图2-2所示。图2-2 不同时的威布尔分布故障率曲线优点：1)由于威布尔分析方法的前提是威布尔分布，威布尔分布与其它分布相比，它不仅可以描述失效率随时间单调增、单调减的情况，还可以描述恒定型的情况，这一优点使得它在描述产品的失效模型方面具有很大的灵活性；2)利用威布尔方法进行可靠性分析可以得到一个简单而有用的图解。在威布尔概率纸上定义威布尔直线的两个参数是斜率和特征寿命； 3)许多分布都可以用威布尔分布描述，如当威布尔形状参数为时，威布尔分布可描述伽玛分布；当时，可描述指数分布；当时，威布尔分布近似于正态分布；4)能以较少样本给出较精确的失效分析和失效预测；5)与“时间”有关的失效机理在威布尔概率纸上大多可用直线表示。2.3定期维修模型定期维修包括定时和役龄两个经典的决策模型2.3.1定时模型与役龄模型概述1)定时模型当设备突然发生失效，必须进行维修，我们称之为失效维修。当设备还在正常运行时，我们也进行维修，称之为预防性维修。一般情况下，失效维修所需的成本要大于预防性维修的成本。因此，恰当地进行预防性维修可以降低设备的总体维修成本。如图2-3所示。图2-3 定时模型定时模型的决策是确定一个固定的时间间隔，当经过时间后，设备进行一次预防性维修。在设备使用期间，如果设备失效，就进行失效维修。该模型用于求出最佳的时间间隔，使得长期平均总的维修成本最低。2）役龄模型当设备因为失效而进行一次失效维修后，为了保证设备的有效工作，该模型对设备达到一定寿命时进行预防性维修。若固定时间间隔内设备未发生失效，则对设备进行一次预防性维修。若时间内设备失效，则进行失效维修，如图2-4所示。图2-4 役龄模型该模型用于衡量失效维修和预防性维修，确定失效维修后一个最佳的维修时间进行预防性维修，使设备维修的总成本最低。定时模型的优点在于确定好最佳维修周期后，只要在固定的时间点进行预防性维修即可，比役龄模型易于操作。役龄模型需要记录设备失效维修与预防性维修的时间点。定时模型的缺点在于可能造成浪费，如果设备在即将达到时失效而更换，在时会对较新的设备进行预防性维修，从而提高了维修的成本。因而总体来说，役龄模型更节约成本。但定时模型更易于实施。考虑实际工作的方便性，本论文采用定时模型进行定期预防维护模型。2.3.2 定时模型时间间隔内，期望的失效次数为： （2-4）其中 如果很大，则， （2-5）为函数密度的平均值，为函数密度的标准差。当期望的失效次数知道后，单位时间的成本为：（2-6） 为预防性维修的成本;为失