高速列车座椅可靠性设计与分析
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摘 要：高速列车座椅的可靠性在很大程度上取决于设计的正确性。随着轨道列车向高速、重载方向发展，座椅的传统设计方法已经不能满足轨道列车现代化和市场竞争对座椅可靠性和质量的要求，必须采用和推广现代的设计理论和方法，在设计阶段就对高速列车座椅及零部件进行可靠性设计与分析。
关键词：高速列车座椅；可靠度；故障率；平均故障间隔时间
列车座椅从200km/h动车座椅到380km/h高速列车座椅，经历了二轮跨越式发展，带动高速列车座椅从传统设计方法进入采用现代的设计理论和方法。高速列车座椅在引进和消化吸收世界先进技术的同时结合当代中国高速列车特征采用了可靠性设计与分析方法，本文就建立高速列车座椅可靠性模型、可靠性预计与分配、可靠度计算进行讨论。
1、高速列车座椅可靠性模型
在高速列车座椅组成系统中，任何一个高速列车座椅子系统发生故障，都会导致整个高速列车座椅系统发生故障。高速列车一、二等座椅串联系统可靠性逻辑框图如图一、图二所示：
描述座椅串联系统的概率表达式为
Rs=P(A1∩A2∩…∩An)------(式1-1)
式中
Rs―系统的可靠度；
Ri―第i个零件正常点的事件，i=1,2, …,n;
n―系统中零件的总数；
P(.)―概率。
如果各事件的正常或失效是相互独立的事件，则(式1-1)为
Rs=P(A1) P(A2) …P(An)= ------(式1-2)
当第i各单元的故障率函数为λ1，则座椅系统的可靠度为
Rs(t)=
=
=-----------------------(式1-3)
可以看出，座椅串联系统的可靠度总是不能高于各子系统中最小的可靠度；而座椅串联系统的故障率总是不低于各子系统中最高的故障率。
2、高速列车座椅可靠性预计与分配
根据高速列车座椅可靠性串联系统的定义及一、二等座椅串联系统可靠性逻辑框图，假设座椅各子系统寿命服从指数分布，则座椅的可靠性数学模型为:
Rs(t)= -----------(式2-1)
式中
Ri(t)------第i单元的可靠度，i=1,2. …,n。
座椅的故障率函数λs:
λs= (t) -----------(式2-2)
式中
λi(t)------第i单元的故障率，i=1,2. …,n。
座椅的平均故障间隔时间：
MTBF=1/λ-----------(式2-3)
3、高速列车座椅可靠度计算
按上述定义，可得出高速列车座椅各子系统的可靠度Rs、故障率λs和平均故障间隔时间MTBF。
例：已知座椅底架可靠度Rs(t)=0.99，平均故障间隔时间半年(一年按330天计算),每天行车时间为18小时，即t=0.5X330X18=2970h。求底架的故障率λs。
解：由 Rs(t)=
得 =0.99
两边取对数 2970λslne=ln1-ln0.99
得底架故障率λs。 λs =(ln1-ln0.99)/2970
=0.000003383(1/h)
由此类推，座椅子系统和整椅都可按例计算得到可靠度Rs(t)和故障率λs。
4、结束语
⑴、座椅系统可靠性不仅与组成座椅系统的子系统的可靠性有关，还取决于子系统的组合方式和子系统失效之间的相互关系。
⑵、座椅系统可靠性设计的目的是使座椅系统在满足规定的可靠性
指标的前提下，协调、优化座椅系统的技术性能、制造成本等；或者在性能、成本、寿命和其他要求的约束下，设计出高可靠性座椅系统。
⑶、按照已知子系统的可靠性数据，计算座椅系统的可靠性指标，对座椅系统进行可靠性预测。按照给定的座椅系统可靠性指标，对座椅系统的子系统进行可靠性分配。
参考文献：
1、《机械设计手册》（新版）第6卷 第45篇〈可靠性设计〉第45-59页至45-81页 主编 谢里阳 王永岩 机械工业出版社 2005年第3版
2、《轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性(RAMS)》第65页至92页 董锡明 编著 中国铁道出版社 2009年7月第1版
3、国际标准 IEC 62278-2002:Railway applications----The specification and demonstration of Reliabilily,Availability,Maintainability and Safety(RAMS),2002.
4、国家标准 GB/T 21562-2008:轨道交通可靠性、可用性、可维修性和安全性规范及示例〔S〕.中国标准出版社，2008.
5、《可靠性维修性保障性术语集》编写组。可靠性维修性保障性术语集〔S〕.国防工业出版社 2002.
作者简介：韩建国 男 出生1959年10月9日 学士， 工程师。 目前主要从事高速列车座椅研究与设计。工作单位：上海坦达轨道车辆座椅系统有限公司