基于可信性理论的轨道车辆可靠性分配

发布时间：2016-10-23 08:19

维修是铁路安全运输的重要保证。机车车辆的维修是资源的一种再利用,是延长机车车辆使用寿命,节约能源和材料,减少废弃物和污染物,改善环境的重要环节。维修对轨道车辆的可靠性有重要的影响,不同的维修策略决定了轨道车辆各设备的可靠性。当前,我国轨道交通行业用于机车车辆维修的费用高居不下,但维修效果并不理想,在计划预防修的体制下,维修资源分配不当,设备过度维修及维修不足的现象普遍存在,其原因在于对轨道车辆设备的可靠性分配不合理,对维修策略的制定缺乏科学的指导。因此,有必要研究科学合理的轨道车辆可靠性分配方法,以作为制定合理的维修策略的基础。目前,常用的可靠性分配方法为评分分配法,该方法在评分的过程中必定要有人的参与,从而会引入一定的模糊性。模糊理论虽然可以克服这一不足,但由于其没有像概率论那样公理化的数学基础，在使用时的严谨性难以保障,因而备受争议。引入具有完备公理化基础的可信性理论,用于克服传统模糊理论的不足,并且可信性理论中包含模糊模拟算法,可对模糊变里函数的期望值进行计算。

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2可信性理论

2.1传统模糊理论的缺陷

由于传统评分分配法中的各指标本身具有一定的模糊性,而且不同专家会受到各自偏好、知识架构、对评价对象的认识程度等因素的影响,在评分时经常很难选择某一确定的数值来表达自己的意见,因此采用三角模糊数更能真实地表达专家的意见,获得较客观的结果本章将可信性理论与传统可靠性评分分配法结合,提出了基于可信性理论的可靠性评分分配法,即在评分阶段角模糊数代替传统评分法的评分,将传统评分法计算系统得分的公式替换为可信性理论中的模糊变量函数,依据期望值的定义,以模拟变量函数的可信性測度为被积函数,在此基础上计算期望值,但使用定义计算期望值极为不便。

2.2可信性理论预备知识

本章首先以—反例提出了传统模糊理论的缺陷,之后介绍了可信性理论的4条公理及可能性、必要性、可信性测度的定义,这是整个可信性理论的基础;随后介绍了模糊变量的定义及与其相关的隶属度函数、模糊向量、模糊运算及梯形与三角形模糊变量的定义,其中三角形模糊变量是常用的模糊变量;之后对三角形及梯形模糊变量的可信性分布及密度进行了介绍,并画出了函数图像,随后对期望值算子进行介绍;最后介绍了模糊模拟算法,用以解决模糊变量函数为非线性函数时,期望值计算非常困难的问题。并举例对该算法进行了详细的说明。

3基于可信性理论的可靠性分配方法......27

3.1引言.....27
3.2传统分配方法.......27
3.3基于可信性理论的评分分配法.....31
4轨道车辆的可靠性建模与分配.........43
4.1HXD3B型电力机车可靠性建模与分配........43
4.2HXN5型內燃机车可靠性建模与分配......53
4.3地铁B型车可靠性建模与分配........61
5结论与展望.......79

4轨道车辆的可靠性建模与分配

4.1HXD3B型电力机车可靠性建模与分配

由于牵引电机及齿轮箱可能发生轴承固死、电机扫膛等严重故障,任何一台电机及齿轮箱发生上述故障都必须停车处理,因此,6台牵引电机及巧轮箱属串联关系。图4.4为牵引传动系统的混联模型可靠性框图,其中3台变流柜中有2台有效时,机车才可正常运行。(该型机车的辅助变流器电源取自牵引变流器的中间直流环节,与牵引变流器共同安装于变流柜内,为简明起见,图4-4中的变流柜并不包括辅助变流器。)

4.2HXN5型内燃机车可靠性建模与分配

HXN5型内燃机车牵引电传动系统由牵引发电机、整流模块、中间直流环节、牵引电机及齿轮箱,及电机逆变器组成,该型机车牵引电化采用轴控方式,一台逆变器控制一台电化,逆变器及电机共有6套。在不考虑电机扫腹之类的严重故障的条件下,牵引电传动系统可靠性框图如国4-12所示。可以看出,不直接影响行车安全的辅助系统得分最高,分配的故障率也最高;相比而言,柴油机系统若出现故睹停化,整车将失去所有动力,发生非正常停车事故,因此该系统分配到的故辟率最低;在转向架系统中,若发生轴承固死、轴承过热等故障则必须停车处理,因此该系统分醒到的故障率同样较低;同样,空气制动系统若发生空压机故障、漏风则会造成列车制动失灵,轻则导致列车冒进信号,重则导致列车冲突之类的严重事故,同样分配了较低的故障率;牵引电传动系统若出现故障,将导致列车停驶,但由于该系统中存在同时运行的系统,在其中一个系统因故障切除后,剰余系统仍可维持列车运行,因此分配的故障率稍高。下面将对分配故障率较低的转向架系统、柴油机系统及空气制动系统进行再次分配。

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5结论与展望

本文将可信性理论与传统可靠性评分分配法结合,提出了基于可信性理论的可靠性评分分配法,即在评分阶段以王角模糊数代替传统方法的评分,将传统评分法计算系统得分的公式替换为可信性理论中的模糊变量函数,在此基础上采用模糊模拟算法计算模糊变量函数的期望值,将该期望值作为分配故障率的依据,基于系统总体期望故陣率,采用与传统评分分配法相同的方法对故障率进行分配。基于本文提出的基于可信性理论的评分分配法,对4类典型的轨道车辆的应用,得出了如下结论:(1)本文将可信性理论与可靠性评分分配法结合,提出的基于可信性理论的评分分配法,经实际应用证明是可行的。(2)在人参与评分的过程中,使用精确数字会忽视人的模糊性。传统模糊理论由于没有完备的公理化体系,其内部会产生互不相容的反例,在使用时的严谨性难以保障。而可信性理论具备公理化的体系,使用时的严谨性可以得到保障,并且克服了人的参与带来的模糊性。(3)将三角模糊数用于专家评分,在考虑了模糊性的同时,能更真实地表这专家的意见,获得较客观的结果。(4)经过对4类不同的轨道车辆进行可靠性建模及分配的结果可知,结果符合实际情况,本文提出的方法具有一定实际应用的价值。

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参考文献（略）

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本文编号：150070