看你擅长什么 其实很好写 写个带有限元分析的 一般都很容易发表 机车车辆就那么几套东西 往深的写 你写不出来 阐述结构什么的 又没什么好写 所以你写个结构然后在对这个机车做有限元分析 一般就很好了 可以给你提一两个题目 1、机车或者车辆底架设计优化 2、构架设计优化、3、客车空调风道设计、4、客车车体轻量化设计、很多很多 尽量在毕业论文里带上有限元的东西 对你找工作帮助相当大 目前 南车北车都用的是ANSYS HYPERMESH CAD用的是UG PROE 尽量用这些工具
机车车辆整车可靠性指标的探讨
摘要：通过对机车车辆整车的可靠性指标进行探讨，提出了MDBF、MDBFF和上线率作为机车车辆制造企业产品可
靠性指标的建议，为制造企业进一步满足用户要求、开展产品可靠性的研究奠定基础。
关键词：机车车辆；可靠性指标；平均故障间隔距离；平均功能故障间隔距离；基本可靠性；任务可靠性
0引言
随着我国国民经济的快速发展，交通、物流与日俱
增。铁路运输担负了全国货运总量的70%和客运总量的
60%。作为承担铁路运输的装备———机车车辆运用的安
全准点，是保证铁路运输的关键因素之一。因此要求机车
车辆具有很高的可靠性。最新的国际铁路行业标准IRIS
更是明确提出了对RAMS（可靠性、可用性、可维护性和
安全性）的要求。因此提高产品的可靠性，已是铁路装备
制造企业参与国际竞争的关键因素。由于我国对机车车
辆整车可靠性的相关研究还处于初步阶段，目前只能参
照其他系统的可靠性标准，凭经验及大致的统计数据来
提出可靠性的要求，尚未建立成熟的可靠性指标和验收
体系，使得机车车辆整车可靠性管理不尽人意。因此开展
机车车辆可靠性要求的研究，建立科学规范的机车车辆
可靠性指标和验收体系对于机车车辆制造企业具有深刻
的意义。
由于机车车辆整车的可靠性指标及其验证方法极为
复杂，本文仅对其可靠性指标的建立进行探讨，并提出建
议。
1机车车辆整车可靠性指标现状
目前从机车车辆整车的技术文件中可以看到，涉及
到的可靠性指标基本上为机破率、临修率和碎修率。然
而，在具体使用机破率、临修率和碎修率来考核机车车辆
整车的可靠性时将存在着一些问题。
根据IEC60050（191）的定义，可靠性是“产品在规定
的条件下和规定的时间区间（t1，t）2内完成规定功能的能
力”，它的定量化指标———可靠度，就是“产品在规定的条
件下和规定的时间内完成规定的功能的概率”。因此，实
际上讨论可靠性就是讨论故障概率。机车车辆机破率，是
以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至时间
t=t1的累计机破故障数量而得到的比率。机车车辆临修
率，是以在用机车车辆总运行公里数除以从时间t=0至
时间t=t1的累计机车非修程入库检修的故障数量而得到
的比率。机车车辆碎修率，是以在用机车车辆总运行公里
数除以从时间t=0至时间t=t1的累计机车非修程不入库
检修的故障数量而得到的比率。这都是一种累积故障概
率（F（）t）。
首先，由于这种累积故障概率考核的是所有在用的
特定机型的机车车辆，那么在用的机车车辆的运行公里
数的大小对累积故障概率的影响很大。运行公里数越大，
累积故障概率越小。同时由于每一台（批）机车车辆投入
运用的时间不同，按照产品故障浴盆曲线的原理，出现的
故障类型和概率是不同的。而我们就特定时间统计所有
机车车辆的运用，就可能出现故障类型和概率的偏差。
其次，可靠性分为固有可靠性和使用可靠性，也可分
为基本可靠性和任务可靠性。机破率、临修率和碎修率，
考核的是固有可靠性、基本可靠性，还是考核使用可靠
性、任务可靠性，必须加以说明，否则容易对可靠性产生
不同的理解，从而采取不同的可靠性保证方案。
第三，机破率的统计，以导致任一列车晚点5 min（以
京广线为例）的设备故障为机破故障。然而，在实际运行
中，当设备故障后，影响列车晚点的因素是多方面的，它
不仅与故障类型、系统的可维修性有关，还与司乘人员的
技术水平、产品设计的冗余等有密切关系。如：机车运行
途中硅机组因电容击穿显示主接地故障，司乘人员隔离
部分电机维持运行，正点到达，未造成机破，但实际上产
品出现了故障；有时，也可能因培训不到位，司乘人员对
产品不熟悉，可能操作不当，使得列车晚点而导致机破，但产品本身却未出现故障。
从上述分析可以看出，机破率、临修率和碎修率难以
真实、全面的反映产品的可靠性，对推动制造企业提高产
品可靠性的作用有限。因此，有必要对机车车辆整车的可
靠性指标加以研究与探讨。
2机车车辆整车可靠性指标
国际电工委员会（IEC）、欧洲标准（EN）均针对轨道
交通制定了可靠性要求，即IEC 62278、EN 50126、EN
50128、EN 50129等。但这些标准仅给出了轨道交通适用
的可靠性典型参数示例，不具有实际的操作指导意义。通
过对比IEEE有关标准和机车车辆实际运行经验，在考虑
机车车辆整车可靠性指标时，建议使用平均功能故障间
隔距离（Mean Distance Between Functional Failure，
MDBFF）、平均故障间隔距离（Mean Distance Between Fail-
ure，MDBF）以及机车车辆上线率（On Line Service Rate）
三个指标来综合衡量机车车辆整车的可靠性。
MDBF作为机车车辆整车基本可靠性的特征量，可
以反映出整车运用对维修人员、维修时间、维修费用、备
品备件需求的要求。一个系统基本可靠度低，即使能够满
足任务可靠度的要求，也会导致系统维护成本高。或者说
通过设备冗余的保证，虽然能够满足任务可靠度，但其后
发生的维修成本也是不可忽视的，由此带来的系统复杂
程度增加，系统基本可靠性也会降低。
从国际轨道交通装备制造企业设立的质量指标来
看，有6项指标属于MDBF要衡量的范围。具体如下：
1）零公里故障：产品到段尚未正式投入运用阶段出
现的故障。
2）早期故障：产品投入运用至定义的最短修程阶段
出现的故障。
3）运行故障：产品在正常运行中出现故障但能到达
目的地。
4）非定期检修：不在规定的修程时间所进行入库检
修和不入库检修。
5）停机故障：产品在运行中突然停机，但因重联或连
挂的原因能够被牵引到达目的地。
6）使命故障：产品在运行中故障而不能到达目的地。
MDBFF作为机车车辆整车任务可靠性的特征量，可
以反映出整车在规定的时间段内或任务段内完成规定功
能的能力。这个特征量与我们现行通用的机破率有近似
之处，但量纲不同。作为制造企业，为了保证整车的任务
可靠，不得不在整车设计中考虑一定的设备冗余，同时又
得兼顾系统的简化，这是一对矛盾。
MDBF和MDBFF两项可靠性指标反映的是机车车
辆在承担运输任务过程中的质量状况，它们均不能反映
机车车辆不承担运输任务时的质量状况。有时，上线运行
的机车车辆质量状况良好，没有出现故障，但在段备用的
机车车辆质量状况却不佳，甚至不能上线运行。虽然
MDBF和MDBFF两项可靠性指标能满足要求，但备用机
车车辆的质量状况却无法满足用户的要求。因此，国际铁
路行业引入了上线率这一指标。机车车辆上线率的定义
是上线运行的机车车辆数与良好的备用机车车辆数之和
除以总机车车辆数。上线率指标客观地反映了制造企业
的服务质量、产品的可维护性和可用性水平，也影响了用
户运输的可靠性，是用户目前关注的焦点之一。因此，机
车车辆整车上线率也应当作为可靠性的指标。
综上所述，可以将MDBF作为基本可靠性指标，衡量
机车车辆整车对维修人员、维修时间、维修费用、备品备
件需求的要求。将MDBFF作为任务可靠性指标，衡量机
车车辆整车完成规定功能的能力。上线率作为整车可靠
性的关联指标。
3 MDBF和MDBFF的测算
由于机车车辆是大型机电产品，不能简单以电子零
部件或机械零部件来测算可靠性数据。虽然零部件本身
故障模式的种类并不多，但成为整机产品后，需考虑的因
素就比较多了，如各零部件所具有的故障模式的组合，由
于零部件的组合而组成的（不是来自零部件的故障）故障
模式的复合。因此从整机来看，形成大量近似函数的复
合，其形式变得复杂。
实际测算中，可以用威布尔概率纸测算故障概率直
线的斜率，以获得形状参数m来确定故障的性质（m=1，
偶然性故障；m>1，耗损性故障）。
用指数分布来概算故障率λs，系统的每个单元都服
从指数分布，则单元可靠度R（i）t=e-λit
系统可靠度R（st）=e-λ1te-λ2te-λ3t……e-λnt=e-λst
系统故障率λs=λi
平均故障间隔时间MTBF=1/λs
考虑到传统上机车车辆故障是按照运行公里数进行
统计，加之机车车辆在段备用的时间对平均故障间隔时
间将产生影响，因此建议采用平均无故障间隔距离
（MDBF）来代替平均故障间隔时间进行可靠性的概算，仍
然要统计1/λs。
以配属三个机务段的某车型某年十月份的故障统
计，来测算该车的MDBF和MDBFF，可以看出其与机破、
临修的差异，如表1和表2所示。通时，RC回路中的冲击电流过大（为电容器最大工作电
流的2.55倍），使电容器加速老化，出现降级或损坏。电
阻的功率为最大工作功率的1.55倍，不能满足电阻的工
作要求。
2）采用改造后参数（R=12.4Ω，C=18μF），在整流桥
90°开放，晶闸管导通时，电容的放电电流的峰值只为改
造前取值的1/3，电阻的功率也比改造前参数取值下降
100 W左右。晶闸管关断时，电容器的放电电流峰值为改
造前的1/2，更好地改善了整流元件的工作条件。
3）改造后，在整流桥90°导通时，电容器的极限工
作电流值只为最大工作电流的1.2倍，电阻的极限工作
功率为最大工作功率的1.4倍。考虑到整流桥90°换向
为瞬时发热，电阻有一定的散热时间，电阻出现烧损的可
能性较小。
4结语
2007年底在新乡机务段和准格尔机务段，按照上述
改造方案各试改了5台SS4改型机车，运行至今没有再
次出现RC回路电阻和电容烧损击穿问题。说明该改造
方案能解决SS4改型机车RC回路电阻和电容烧损击穿
故障。并且该改造方案简单，改造成本低，适合在其他SS4
改型机车进行批量改造。
参考文献：
[1]张有松，朱龙驹.韶山4型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，
[2]2001.
[2]蒋家久.电力机车牵引绕组阻尼电路参数匹配对设备安全的影响
[2][J].铁道机车车辆，2005（4）.
模具制造技术与发展趋势
摘要】论述了模具与模具工业概况,以及我国模具工业的现状和发展趋势,指出了我国模
具技术与国外的差距,同时对国内外的模具市场进行了分析。
关键词:模具制造技术;发展;模具工业
1引言
模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工
艺装备,是最重要的工业生产手段和工艺发展方向,
一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具
工业的发展水平,模具工业的发展水平是一个国家工
业水平的重要标志之一。模具工业称作“黄金工业”。
国民经济的5大支柱产业:机械、电子、汽车、石
化、建筑,都要求模具工业的发展与之相适应,模具是
“效益放大器”,用模具生产的最终产品价值,往往是
模具自身价值的几十倍、上百倍,模具生产水平的高
低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标
志,也在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产
品的开发能力,因此,振兴和发展我国的模具工业,日
益受到人们的重视和关注。
2模具与模具工业概述
模具是一种专用工具,用于成形(型)各种金属或
非金属材料所需要零件的形状制品,这种专用工具统
称模具。
模具是工业生产中最基础的设备,是实现少切削
和无切削的不可缺少的工具,广泛用于工业生产中的
各个领域,如汽车、摩托车、家用电器、仪器、仪表、电
子等,它们中60%～80%的零件都需要模具来进行制
造;高效大批量生产的塑料件、螺钉、螺母和垫圈等标
准件也需要模具来生产;工程塑料、粉末冶金、橡胶、
合金压铸、玻璃成型等更需要用模具来成型。
2.1我国模具工业的现状
我国模具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多
世纪,近几年来,我国模具技术水平有了很大的发展
和提高;大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了
一个新台阶,模具质量及寿命明显提高,模具交货期
大大缩短。模具CAD/CAE/CAM技术广泛地得到应
用,并开发出了自主版权的模具CAD/CAE/CAM软
件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了
重要作用。
2.2我国模具工业的发展趋势
当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新
快和市场竞争激烈,在这种情况下,用户对模具制造
要求是“交贷期短”“、精度高”“、质量好”和“价格低”,
模具技术的发展应该与这些要求相适应。
现代模具制造技术是以两大技术的应用为标志
的,一是数控加工技术,二是计算机应用技术。
(1)数控加工技术包括:数控机械加工技术、数控
电加工技术和数控特种加工技术。
数控机械加工技术:模具制造中的数控车削技
术、数控铣削技术,这些技术正在朝着高速切削的方
向发展。
数控电加工技术:如数控电火花加工技术、数控
线切割技术。
数控特种加工技术:通常利用光能、声能和超声
波等来完成加工的,如快速原型制造技术等,它们为
现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径。
(2)计算机技术。
CAD/CAM技术:用于建模和为数控加工提供NC
程序。
CAE技术:主要是针对不同的模具类型,以相应
的基础理论,通过数值模拟方法达到预测产品成型
(形)过程的目的,改善模具设计。
仿真技术:主要是检测模具数控加工的NC程序,
减少实际加工过程中的失误。
网络技术:通过局域网和广域网达到异地同步通
信、及时解决问题的目的。
2.3我国模具技术与国外的差距
虽然我国模具工业在过去10多年中取得了令人
瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较
大的差距。例如,精密加工设备在模具加工设备中占
的比重较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多
先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分
大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
(1)产需矛盾。
工业发展水平的不断提高,工业产品更新速度加
快,对模具的要求越来越高,尽管改革开放以来,模具
工业有了较大的发展,但无论是在数量上,还是在质量
上仍满足不了国内市场的需要,目前满足率只能达到
70%左右,造成产需矛盾突出的原因:一是专业化、标
准化程度低,除少量标准件外购外,大部分工作均需模
具厂去完成,加工企业管理体制上的约束,造成模具制
造周期长,不能适应市场要求;二是设计和工艺技术落
后,如模具CAD/CAM技术普及率不高,加工设备数控
化程度低等,也造成了模具生产效率不高,周期较长。
(2)产品水平。
衡量模具产品的水平,主要有模具加工的制造精
度和表面粗糙度,加工模具的复杂程度、模具的使用
寿命和制造周期等,国内外模具产品水平仍有很大差
距,见表1、表2和表3所示。
(3)工艺装备水平。
我国机床工具行业已经可以提供成套的高精度
模具加工设备,如加工中心、数控铣床、数控仿形铣
床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床和3坐标测量机
等。但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚
性、稳定性、可靠性、刀具和附件的配套性方面,与国
外相比,仍有较大差距。
3我国模具技术的发展趋势
当前,我国工业生产的特点是产品的品种多、更
新快和市场竞争激烈,在这种情况下,用户对模具制
造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低,因此,
模具工业的发展趋势是非常明显的。
3.1模具产品的大型化和精密化
模具产品成型(形)零件的日趋大型化,以及由于
高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几
百腔),使模具日趋大型化。
随着零件微型化和模具结构发展的要求(如多工
位级进模工位数的增加,其步距精度的提高),精密模
具精度已由原来的5μm提高到2～3μm,今后有些模
具加工精度公差要求在1μm以下,这就要求发展超
精加工。
3.2多功能复合模具
新型多功能复合模具是在多工位级进模基础上
开发出来的,一副多功能模具除了冲压成形零件外,
还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务,通
过多功能模具生产出来的不再是单个零件,而是成批
的组件。
3.3新型的热流道模具
塑料模中由于采用热流道技术,可以提高模具制
造的生产效率和质量,并能大幅度节省制作的原材料
和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模的一大
变革,国外模具已有一半用上了热流道技术,有的企
业甚至已达80%以上,效果十分明显。
3.4气体辅助注射模和高压注射成型工艺模具
气体辅助注射成型是一种塑料成型的新工艺,它
具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好、易于成
型、壁厚差异较大等优点,可在保证产品质量的前提
下,大幅度降低成本。
3.5快速经济模具
目前快速经济模具在生产中的比例将达75%以
上,一方面是制品使用周期短和品种更新快,另一方面
制品的花样变化频繁,均要求模具的生产周期越快越
好。因此,开发快速经济模具越来越引起人们的重视。
3.6高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工,主轴转速可达
到40000～100000转/min,快速进给速度可达到30～
40m/min,换刀时间可提高到1～3s,这样就大幅度提高
了加工效率,如在加工压铸模时,可提高7～8倍,并可
获得Ra≤10μm的加工表面粗糙度,形状精度可达
10μm。另外,还可加工硬度达60HRC的模块,形成了
对电火花成型加工的挑战。因此,高速铣削加工技术
的发展,促进了模具加工的发展,特别给汽车、家电行
业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。
4模具市场分析
从模具市场发展的总体趋势来看应该是平稳向
上的,国内外行家都称现代模具工业是不衰亡工业。
模具市场的总体趋势虽然平稳向上,但各类模具的表
现却不可能一致,冲模、塑料模和压铸模的总和一般
占模具总量的80%左右,在未来的模具市场中,塑料
模和压铸模的发展速度将高于冲模,它们在模具总量
中的比例将逐步提高。
模具需要量是根据有关主机产量及其技术发展
来进行预测的,模具需求发展高于主机发展速度是一
般规律。国内的汽车、摩托车行业的模具市场是模具
最大的市场,
4.1家用电器行业
单台电冰箱需用模具生产的零件约150个,共需
模具约350副,价值约400多万元,其中冲模与塑料
模之比为2:1。单台洗衣机需用模具生产的零件约为
500多个,共需模具200副,价值约2000万元到3
000万元,其中冲模与塑料模之比为1:2～1:3。单台空
调器仅塑料模就需近20副,价值约为150万元左右。
单台微波炉共需模具近100副,价值约200万元。
4.2电子及通讯产品
电子产品中,音像产品是模具的主要市场,其中
以彩色电视机为主,单台彩电大约有150个零件需用
模具生产,共需模具约140副,价值约700万元,其中
塑料模约10副,价值120万元左右。
4.3建材行业
随着建筑业的发展,建材的需求量将大幅度增
长,塑料型材和铝合金型材模具需求量将日益增大,其
中塑料型材模具增幅将高于模具行业总体发展水平。
4.4塑料制品
2005年,我国塑料制品将达1800万吨,其中工程
塑料是我国重点支持和优先发展的产业,目前满足率
只有36.2%,预计每年将有25%的增长率。
4.5国际模具市场分析
目前世界模具市场供不应求,近几年,世界模具
市场总量一直为600～650亿美元,美国、日本、法国和
瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的1/
3。我国模具出口数量极少,模具标准件虽已开始向香
港和东南亚地区出口,但为数也不多,1998年模具出
口总额约为0.96亿美元,约为全国模具总产值的
3.6%,与其他先进国家相比差距甚大。我国模具钳工
技术水平高,劳动力成本低,只要配备一些先进的数
控制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通
外贸渠道,模具出口将会有很大发展。
随着经济的高速发展,中、高档模具比例将不断
增大,这也是产品结构调整所带来的市场走势。
综上所述,未来几十年,国内外模具市场需求很
旺,前景很好。
5参考文献
[1]蒋建强.模具数控加工技术[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]李发致.模具先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]孔德音.模具制造学[M].北京:机械工业出版社,1998.
[4]蒋建强.数控加工技术与实训[M].北京:电子工业出版社,
2003
