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产品可靠性设计分析软件PosVim

产品可靠性设计分析软件PosVim——轨道交通牵引系统可靠性建模示例

        

         1、案例概述

        在开展实际可靠性建模工作时,往往会遇到各种类型复杂的可靠性模型。包括多层次结构的可靠性模型,包括使用传统的串联、并联、冗余结构的可靠性模型都无法构建的模型,此时,如何使用PosVim进行复杂结构的可靠性建模呢?通过本实例,可学习多层可靠性模型的构建方法、复杂结构可靠性建模方法(非串联、并联结构)。

        本示例的分析对象为CRH动车组牵引系统。现在需要对CRH动车组牵引系统进行可靠性建模并分析其可靠性。

        根据分析,该牵引系统可划分为高压电器、牵引单元、齿轮箱三部分。

        高压电器主要配置在2号和7号车顶,包括受电弓、主断路器、接地开关、避雷器、电流互感器、电压互感器、高压隔离开关,高压线缆及连接器,具备双冗余功能。

        牵引单元主要由牵引变压器、牵引变流器、牵引电机组成,列车每个动力单元配有一台牵引变压器、两台牵引变流器、每台牵引变流器控制4台牵引电机,每台设备可以单独故障隔离。

         2、可靠性建模

         (1)建立第一层可靠性模型

        首先,建立第一层可靠性模型。从上述可知,牵引系统可划分为高压电器、牵引单元、齿轮箱三部分,且这三部分都是串联关系。因此,第一层可靠性模型可采用串联模型构建。

        步骤1:可靠性建模->添加,RBD名称输入牵引传动系统可靠性模型,点击【保存】。

        步骤2:从右边的模型库中拖拽3个节点,分别修改名称为高压电气、牵引单元、齿轮箱。设置这三个节点的属性时,只输入节点名称,子图选择直接子图。即后续需要建立这些节点的下一层次可靠性模型。比如高压电气节点后续需要进一步细化其可靠性模型,所以,这里使用直接子图方式建立。

        R牵引系统=R高压*R牵引单元*R齿轮箱

        (2)建立第二层可靠性模型

        高压电器可靠性建模(子图):

        高压电器配置在2号和7号车顶,包括受电弓、主断路器、接地开关、避雷器、电流互感器、电压互感器、高压隔离开关,高压线缆及连接器。需要对高压电器的可靠性模型进一步细化。需要绘制高压电器的可靠性模型。

        步骤1:点击高压电器节点的 符号,打开高压电器的子图。

        步骤2:分别拖拽6个节点,分别输入名称受电弓1、断路器1、接地开关1、避雷器1、高压互感器1、网流互感器1。然后依次连接起来。接着选中连接好的这6个单元(全部选中这6个单元),按Ctrl+C拷贝(复制上述的6个节点),然后Ctrl+V粘贴,将粘贴的新的6个节点移动到合适位置。

        步骤3:将开始源点 分别与受电弓1和受电弓2连接。

        步骤4:在右边拖拽两个节点,分别输入名称高压隔离开关、高压线缆和连接器。然后如下图所示连接起来。

牵引系统可靠性模型

(a)创建6个单元并连接

牵引系统可靠性模型

(b)拷贝,粘贴 牵引系统可靠性模型

(c)修改粘贴的6个单元名称,并连接源点 牵引系统可靠性模型

(d)在右边添加2个节点并连接终点

        牵引单元可靠性建模(子图):

        牵引单元主要由牵引变压器、牵引变流器、牵引电机组成,列车每个动力单元配有一台牵引变压器、两台牵引变流器、每台牵引变流器控制4台牵引电机,每台设备可以单独故障隔离。根据牵引单元的组成结构及工作原理,建立其可靠性模型。

        步骤1:点击牵引单元节点的 符号,打开牵引单元的子图。

        步骤2:从右边的模型库选择单元节点模型,拖拽10个节点。名称分别为牵引变压器1、牵引变压器2、牵引变流器1、牵引变流器2、牵引变流器3、牵引变流器4、1车电机4台、3车电机4台、6车电机4台、8车电机4台。设置这10个节点的属性时,只输入节点名称,子图选择直接子图。 牵引系统可靠性模型

         第三层可靠性模型

        牵引变压器可靠性模型(子图):

        牵引变压器配置在2号车底,由主变压器、检测装置、冷却装置等组成,牵引变压器的可靠性模型建模步骤如下:

        步骤1:点击牵引单元的第二层子图中牵引变压器1节点的 符号,打开牵引变压器1的子图。

        步骤2:从右边的模型库选择单元节点模型,拖拽3个节点,并分别连接起来。分别双击各节点,在节点名称输入主变压器、检测装置、冷却装置。

        步骤3:同理,点击牵引变压器2节点的 符号,打开牵引变压器2的子图,参考牵引变压器1的方法建立可靠性模型。(可以拷贝牵引变压器节点的子图,然后直接粘贴。注意,复制时不要复制圆形的开始、结束点)

        牵引变流器可靠性模型(子图):

        牵引变流器主要配置在1,3,6,8号车底,为车辆提供动力,根据故障可进行隔离。单台牵引变流器主要由预充电装置、四象限整流装置、中间直流环节、脉宽调制逆变器、冷却装置组成,可靠性模型建模步骤如下:

        步骤1:点击牵引单元第二层子图中牵引变流器1节点的 符号,打开牵引变流器1的子图。

        步骤2:从右边的模型库选择单元节点模型,拖拽6个节点,并分别连接起来。分别双击各节点,在节点名称输入预充电装置、四象限整流装置、中间直流环节、脉宽调制逆变器、冷却装置、TCU控制单元。

        步骤3:同理,建立牵引变流器2、牵引变流器3、牵引变流器4的可靠性模型。(可以通过复制牵引变流器1的子图模型,然后粘贴)。

        牵引电机可靠性模型(子图):

        牵引电机主要配置在1,3,6,8号动车的车轴上,主要由电机、冷却装置、检测装置组成,可靠性模型建模步骤如下:

        步骤1:点击牵引单元第二层子图中1车电机4台节点的 符号,打开1车电机4台的子图。

        步骤2:从右边的模型库选择单元节点模型,拖拽6个节点,并分别连接起来。分别双击各节点,在节点名称输入电机、检测装置、冷却装置。

        步骤3:同理,其他3个节点的子图也采用相同方法创建,可通过拷贝1车电机4台的子图模型,并粘贴完成建模,注意拷贝时不要把圆形的开始、结束节点拷贝。

         3、输入参数

        完成了可靠性建模后,需要分别录入各节点的参数。若开展了各设备的可靠性预计、分配等工作,可以直接引用可靠性预计、可靠性分配的数据。这里假设使用直接输入方式。

        步骤1:分别双节各模型节点,任务时间输入5h,失效率数据选择分布计算,分布类型选择指数分布,失效率按照下面表格数据录入。比如受电弓输入0.2202E-6/h。注意,高压电器节点等属于子图类节点,双击这些类型节点时,只需输入任务时间5h,节点名称以及子图选择直接子图即可。失效率输入框默认是不能输入的。

         4、可靠性计算结果

        返回最顶层(通过电机 图标返回),然后点击 图标进行计算,即可计算整个牵引系统的可靠性。

        除了可以看到牵引系统的可靠性外,还可以看到各组成节点的可靠性计算结果。

轨道交通牵引系统可靠性计算结果

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