摘 要 本文从机车部件的设计寿命、使用寿命、运用环境、经济性分析等方面，分析了寿命研究的方法及现状，提出了寿命研究的具体方法、措施及未来发展方向。
关键词 机车部件 寿命 经济性 现状 研究
1 前言
机车车辆及其主要零部件的寿命是机车车辆设计制造和运用维修中的一个重要问题。在设计过程中应充分考虑部件寿命配置的合理性，避免个别部件较其他部件寿命过长，造成浪费，同时应通过工艺手段使整体机车的寿命更长。在运用维修过程中，应根据部件的寿命，制定合理的维修策略，保证机车在全寿命周期内的可靠运用，降低全寿命周期内的运维成本。本文聚焦于部件的寿命研究方法，从部件设计寿命、使用寿命、运用环境摸索、经济性分析等方面，分析研究部件寿命的方法及意义。
2 寿命研究方法概述
研究机车的使用寿命，应该从关键部件的设计寿命着手，结合机车的实际运用情况，得出关键部件的使用寿命，通过分析关键部件检修的经济性，得出机车检修的经济性。在机车到达临界状态（临界状态指修复产品的经济性过低，或在现有技术条件下部件因衰减或磨耗已经无法修复）时，即视为机车到达使用寿命，换句话说，只要机车还有修复价值，则认为机车还有剩余使用寿命。
3 寿命研究的三个方面
3.1 部件的设计寿命
部件的设计寿命主要依据其子供应商提供的基础零部件的设计寿命得出。但对于复杂部件，尤其是电子类部件，因部件运用环境的千差万别，无法有效的进行模拟，所以设计寿命只能作为研究部件寿命的理论基础，需要结合部件使用寿命的研究不断进行修正，得出部件的实际寿命。
3.2 部件的使用寿命
研究部件的使用寿命有三个方向，一是通过部件随机车运用各阶段的数据对比，预测部件的使用寿命。二是通过加速老化试验的方法预测部件的使用寿命。三是通过整理部件的故障率，结合“浴盆曲线”，判断部件的可靠使用寿命。
3.2.1 数据对比法
运用数据对比法进行分析，有如下有利因素：
（1）目前国内铁路和谐型交流机车已经运用10年左右，可以通过拆解不同运用年限及里程机车的部件，以直观的识别影响部件寿命的因素，为寿命研究提供可靠的运用数据，作为建立、修正模拟试验模型的依据。
（2）可以与全产业链供应商一道，识别影响部件寿命的零部件的关键参数，有针对性的积累运用与检修数据，作为使用寿命研究的依据。
首先应对机车部件进行深度拆解，甚至破坏性拆解，识别其内部的影响部件寿命的基础零部件。例如变流装置中的IGBT单元，应拆解到汇流排、散热基板、绝缘基板及芯片等；对接触器，应拆解到触头、线圈、弹簧等；更进一步对电子类部件，应拆解到电阻、电容，甚至芯片，分析影响上述零部件寿命的结构、参数，在后续运用及检修过程中对数据进行积累，为使用寿命研究提供依据。
同时与机务段及供应商合作，结合和谐机车20年内的部件运用数据，从部件中的基础零部件的可靠性开始进行分析。例如通过拆解运用一段时间的薄膜电容，观察薄膜的形变量、失效量等影响寿命因素，做出变化曲线，模拟机车达到报废条件（机车使用超过20年，且状态不良时-依据《铁运[2006]25号 机车报废管理办法》）前的形变趋势，同时分析各种形变状态对电容的影响，摸索其使用寿命。类似方法也可以运用在分析IGBT的热循环次数对其可靠性的影响，散热原件的热膨胀系数对整体部件散热效果的影响，过分相冲击电流循环次数对高压电缆寿命的影响，运行里程不同对轴箱轴承和抱轴箱轴承的使用寿命的影响等。
目前阶段，对大多数部件的影响寿命因素认识不充分，无法有针对性的开展数据积累，虽然中国国家铁路集团有限公司对检修数据积累已有明确要求，但数据采集的范围仍有不足，较少包含整个部件中的基础零部件的内部状态。接下来应在充分识别影响机车部件寿命因素的前提下，更加深入的对部件进行分析，同时结合检修及运维数据，开展机车部件使用寿命研究。
3.2.2 老化试验法
老化试验即在实验室内，模拟产品在实际使用条件中涉及到的各种对产品产生老化情况的因素，进行相应条件加强试验的过程。
对于结构简单的部件，比如继电器、接触器等开关类及轴箱拉杆和电机吊杆橡胶关节、橡胶旁承类橡胶部件可以采用该方法预测其使用寿命。
同时某些研究项目需要数据对比法及老化试验法结合实施，例如在研究变压器绝缘油使用寿命时，对于添加抗氧化剂的产品，在依据氧化动力学方程建立分析模型后，通过实验室内理想条件下的加速老化试验，预测使用寿命可达数十年。但在按照DL/T 429.6-2015《电力用油开口杯老化测定法》加入催化条件以模拟实际工况，同时将绝缘油运用过程中的检测数据带入模型后对模型进行修正后，才能更加准确的预测产品的使用寿命。
但目前，如果想要使用老化试验法，多数部件没有施加负载及工况（例如振动、温度、湿度、冲击等）的标准依据，真实模拟比较困难。例如线缆寿命研究时，目前老化试验只能分析温度因素对其寿命的影响，而湿度、振动等环境因素影响并没有相关标准可以参考，想要制定相关标准需要铁科院牵头实施，时间不可控，研究周期过长，且试验费用较高。
3.3 故障统计
预测使用寿命的一项主要依据为产品的故障情况，即可靠性，所以常用故障率λ(t)曲线-浴盆曲线表示。可以根据耗损期的故障率曲线的上升点来确定其使用寿命。
图一
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但对于复杂产品来说，若没有占支配地位的耗损型故障模式，则没有明显的耗损故障期，因此使用寿命就不能单凭故障率来确定。
4对运用环境的摸索
在进行部件的使用寿命研究时，需要结合运用过程中，外界条件对部件的影响进行分析，例如过分相冲击对高压电缆寿命的影响，热循环次数对IGBT单元寿命的影响，动作次数对开关类部件寿命的影响，充放电次数对蓄电池寿命的影响等。
未来需要加强对机车运用相关的数据摸索，例如线路上坡数量、分相区数量、司机操作习惯等，为研究部件的使用寿命提供依据。
5经济性分析
对于机车的寿命，运用经济性也是需要参考的重要指标之一。产品经济寿命一般根据使用时的总收益来确定。
若设备的购置费为A，设备使用到t年，则设备的年购置费为：
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在运用维修费中，一部分为与年限无关的维护费用a；另一部分则为检修费用b。因此年运用维修费用为：a+tb（设备第t年的运用维修费）。因此，设备t年中年平均运用维修费用为：
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设备的年平均总费用为设备的年购置费加运用维修费之和，求得最经济的寿命点为：
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可据此公式确认机车的经济寿命。
此外，也可根据一次性大修费用所占设备现行价格的百分数来规定经济寿命的，按照《铁运[2006]25号 机车报废管理办法》，一次性修理费用超过该车型新造价格的60%，则应办理报废申请手续。
为了从经济性角度分析机车的寿命，接下来，需要根据现有机车状况，对各个维保、检修工序的材料费用、人工费用等进行写实，得出机车的固定维护费用及各级修程的检修费用。
目前由于机车检修范围、工艺流程及管理仍待优化，所以目前的写实结果并不能作为分析依据。而且目前并不完全掌握和谐机车段修成本和日常维护成本，未来需要加强与运用段及检修段的沟通，一方面协助用户完善检修范围，另一方面要深入了解成本构成，为计算运用维修费提供支撑。
6未来发展
在掌握了部件的使用寿命后，应在机车设计阶段，加强对部件使用寿命的管理，将部件区分为段修件、大修件及全寿命件。
全寿命件即在规定的使用和维护条件下，该件在总寿命期内能够满足可靠性指标的要求。
段修件即寿命小于一个大修期的部件，此类部件设计时，部件供应商应充分考虑其内部影响整体部件寿命的零部件在段检修时的可更换性，即将该类零部件设计成机务段内可更换单元，若存在较大困难而无法实现，在机车结构设计时必须充分考虑在机务段内整体部件的易拆卸性，以方便部件的返厂检修。同时应研究如何提高段修件的可靠性和寿命，使其逐渐变成大修件。
大修件即在规定的使用和维护条件下，该件在大修期内能满足可靠性指标要求。该类部件及段修件在部件设计时，应明确各级修程的检修范围，从而为制定全寿命周期维保检修方案提供依据，为制定产品的维修计划打下坚实基础，明确配件库存、人员配备、现场条件等一系列规划，为企业由产品输出型逐步扩展为产品、技术、服务输出型提供强有力的支撑。
参考文献
[1] 董锡明．机车车辆寿命及其管理[J]．铁道机车车辆，2005,12.