电力机车全生命周期技术状态管理平台建设与应用研究

电力机车全生命周期技术状态管理平台建设与应用研究

张进胜

包神铁路集团机务分公司

摘要：近年来，我国社会进步迅速，电力机车产业发展有所改善。电力机车技术集成度高、结构复杂，从设计、制造到运行维护的全生命周期进行技术状态管理，有效控制、记录和跟踪整车、节点的技术状态和信息；通过创建技术状态管理大数据平台，在汽车生命周期的各个阶段之间进行相互提取，获取每辆汽车的技术状态信息，最终导致创建、维修机车与数据的集成；通过数据挖掘，形成全价值链的数据管理，为大数据产品的设计、制造、运营和分析提供底层数据库。

关键词：电力机车；全生命周期技术；状态管理平台建设；应用研究

引言

电力机车的主变压器作为电力系统的主要元件，承担着连接接触网的高压网和变流系统的中压网的连接功能。一般来说，主变压器包括一个高压绕组和几个牵引绕组、辅助绕组和电抗器等部分，高压绕组直接连接到接触网络，牵引绕组直接连接到变流器，绕组的数量体积大，外围电路设计复杂。变压器原边或牵引绕组不短路会对变压器和机车造成很大的危害，需要在机车设计时认真分析和初步评估，设计合理的保护策略。电力机车主变压器绕组短路保护的设计方法不同，常见的设计是在原边和牵引绕组边分别放置电流传感器或变压器来监测电流计算硬件保护或牵引力控制单元后对软件进行保护。

1全生命周期技术状态管理平台应用研究

故障数据、零件实际使用中应用的维修数据、返修零件在不同维修阶段的性能测试数据统称为现场数据。现场数据非常有价值，它反映了组件在实际操作和维护条件下的性能，并且比实验室模拟条件更能代表它们的性能。通过积累平台数据，对产品、整机、典型子组件进行产品跟踪，可追溯产品配置、部署、零部件制造商、生产批次、质量控制信息、维修历史以及相关的全生命周期信息.产品、工艺信息甚至应用环境、使用状态等材料的操控，找出问题的根源，从而对设计、制造和维修环节提出改进建议。维护现有基础数据的统计，包括机车登记、机车履历数据填写、维修记录表执行、机车装配统计、供应商零部件装载数量等。根据维修数据，进行可靠性分析、可维护性分析、例如，故障率统计，零件使用寿命预测分析，甚至更换零件，确定更换零件的统计等等。

2机车电传动系统分类

机车电传动系统可以按电能供给方式、牵引电动机工作电流的性质进行分类。

２．１　按电能供给方式分类

根据供电方式的不同，机车电力驱动系统可分为自主供电系统和外接供电系统。离网供电系统主要是电力内燃机车，外接供电系统主要有电力机车、动力动车组（EMU）、城轨列车和中低速磁浮列车。内燃机是自身能源的机车，目前大功率内燃机车的驱动主要有电动和液压两种传动方式。在不同国家产能和技术习惯的影响下，对两种传播方式的理解也存在差异。液压传动具有质量轻、铜耗低、操作维护方便、成本低等诸多优点；电传动具有效率高、运行可靠、自动化程度高、综合性能优良等优点。机械结构通用、液压技术能力强的国家，如德国、奥地利、日本等，偏爱液力传动内燃机的生产和应用，其他绝大多数国家主要生产和使用电传动内燃机。我国在电力机车的发展中一直占据主导地位，曾经也生产和进口一些液压机车，现在完全脱离了主线牵引。曾经偏爱液力传动的国家，由于市场销售的影响，以及电传动技术的不断进步，也在逐渐放弃液力传动，转向内燃机车电传动的开发和应用，因此电传动已成为内燃机车的主要传动方式。电力机车、动力动车组、城轨列车外接电源的功率器件。现代电力机车、电动动车组采用单相交流供电系统，城轨列车通常采用750V/1500V直流供电方式。

２．２　按牵引电动机工作电流性质分类

根据牵引电动机工作电流的性质，机车电气传动系统可分为直流传动系统和交流传动系统。结合外部电源电压或牵引发电机输出电压的不同特性，电力传输系统可以有多种组合。在单相交流供电方式下，电力机车受电系统、动力动车组系统可分为交流电系统和交流电系统；城轨列车的电力驱动系统可分为直流循环流动系统和交流直接驱动系统。在内燃机车中，牵引发电机、牵引电动机有直流和交流之分，它们的电气传动系统可分为直接循环、传递直流和交流的传动系统。

3制造技术与创新

机车车辆生产技术创新，即应用高新技术和科技成果优化传统技术，开发冷热加工新材料、新技术和检测控制，逐步引进高效、准确、灵活、一体化的产品制造工艺技术，全面实现生产技术体系的整体功能，跟踪国内外科技发展趋势，开发生产符合市场的新型机车车辆产品需要。在机车车辆生产系统中，已有数万名中高级工程技术人员从事基础产品制造和生产工艺的技术研究，并组建了专门的研究团队，专门从事研究为机车车辆的新材料、新技术、新设备和控制、测量设备，造就了一批专业技术工种齐全的机车车辆制造技术工人队伍。此外，在机车车辆制造过程中还有各种设备、仪器、检测仪器、理化控制、计量控制、无损探伤等组成。此外，还有大功率柴油机全纤维曲轴锻造中心、货车车桥锻造线、机车柴油车身焦油砂造型线、石墨客车车身钢结构焊接线、柴油车车身焊接线、曲轴、连杆、缸盖、活塞、减振器、机车牵引电机主发电机装配线、机车转向架装配装配线、货车轮轴精加工装配线、刹车机生产线，以及用于生产其他一些重要的部分。制造技术是产品开发的基础和保证，技术创新是优质产品的重要技术支柱。在产品现代化过程中，开发了一批机车车辆专用专用材料和金属坯料新技术。同时随着原材料复杂特性的改善，引进国内外新技术和CAD/CAM技术，进一步优化了铸造、锻造生产的技术方案，提高了毛坯的指标和精度特性。为适应客货运列车提速超载的需要，开展客车车身和高速机车车辆制造技术研究，进行了试制和样机试验。在热处理工艺方面，广泛采用计算机技术优化渗碳工艺和自动控制，关键部位采用激光、真空热处理等先进技术。加快基础、机车车辆关键部件的加工，大量使用数控机床，以加工中心为主的生产线提高了零件加工的精度、效率和灵活性水平。此外，结合新产品的开发和综合评价各项技术指标的技术性能和新机车车辆的可靠性，对机车车辆产品和重要零部件及总成的性能测试设备进行了全面的检测。已开发出具有国际先进水平。可以看出，机车车辆制造技术进一步适应了开发新产品和提高产品市场竞争力的要求。

结语

为保证整个生命周期数据的完整性，需要产品生命周期各个阶段的活动参与部门的全力支持，管理更加复杂。数据的应用和定期维护对确定零件状况具有重要意义，但维修数据的实际应用性和连续性不强，需要组建全生命周期数据交换平台，才能充分发挥技术优势设计组织，不断优化和提高产品质量。同时打造贯穿全生命周期的产品+服务模式，是管理、提高效率和可靠性的有效途径。对产品的技术状况进行管理，应成立专门的综合策划管理委员会，并任命工艺负责人。健康管理平台可对产品进行跟踪，当突发故障时，可快速完成下架响应。初始状态数据的记录和修复后数据的规范化记录形式对于后续的数据统计分析非常重要，例如对数型和数型数据的详细记录对于数据分析是非常必要的。

参考文献

［1］李良巧.可靠性工程师手册［M］.2版.北京：中国人民大学出版社，2017.

［2］ISO/TS22163：2017铁路应用质量管理体系铁路组织业务管理体系要求：ISO9001：2015及铁路领域应用的特定要求［S］.出版社不详，2017.

［3］全国质量管理和质量保证标准化技术委员会.ISO10007：2017质量管理技术状态管理指南［S］.北京：中国标准出版社，2017.

［4］全国质量管理和质量保证标准化技术委员会.GB/T19017—2020质理管理体系技术状态管理指南［S］.北京：中国标准出版社，2020.