一种轨道交通电气设备可靠性试验方法
专利名称：一种轨道交通电气设备可靠性试验方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道交通电气设备试验方法，尤其是涉及ー种应用于轨道交通路内和路外电气设备等的可靠性试验评价方法。
背景技术：
目前轨道交通领域正朝着高速与重载两个方向飞速发展，鉄路产品的功能不断增カロ，结构日趋复杂，引发了人们对质量与安全的日益关注，这就对机车车辆产品的可靠性提出了更高的要求。轨道交通电气设备可靠性试验剖面是轨道交通电气设备进行可靠性试验的核心内容，目前国内官方正式文件资料中尚无可执行的相关可靠性试验标准，更未见合适的轨道交通电气设备可靠性试验剖面，可靠性寿命指标要求目前为止尚未制定出版。另外，通过调研国内轨道交通电气设备生产厂家在该领域开展的工作表明该工作均处于起步阶段，相关的试验方法均未涉及可靠性试验剖面的概念，在产品出厂时仅完成主要是为考核其单ー环境适应性的型式试验，并没有考虑综合环境模拟以及可靠性指标评价。现有可靠性评价方法中并未涉及合理的轨道交通电气设备可靠性试验剖面，轨道交通电气设备生产厂家多是采用各种性能试验以及型式试验中所积累的试验数据开展可靠性指标的评价，产品所经历的试验环境与实际环境差异较大，这与可靠性试验应模拟产品实际使用的环境的基本原则就相违背，更谈不上合理的准确评价。
发明内容
本发明的目的是提供一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，在研究了大量轨道交通电气设备环境试验标准并结合实测数据的基础上产生的，经过合理的工程化处理后能够较为真实地模拟轨道交通电气设备在实际运行中所历经的寿命及环境条件，为准确评价其各项可靠性指标奠定了基础。为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种轨道交通电气设备可靠性试验方法的技术实现方案，一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，包括一个或几个试验周期的试验过程，试验过程包括湿度应カ试验过程、温度应カ试验过程、振动应カ试验过程和电应力试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合，以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的ー种或几种试验的过程；通过试验过程使被试轨道交通电气设备在早期研制阶段充分暴露其潜在的缺陷。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，湿度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的相对高温段对被试轨道交通电气设备施加90 100% RH湿度应カ的步骤；温度应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤；振动应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验、提高随机振动量级的模拟长寿命试验和冲击试验的步骤；电应カ试验过程包括根据被试轨道交通电气设备的充电机或蓄电池供电情况施加电应カ的试验步骤。
作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，通断试验过程包括在温度应カ试验过程中的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备进行通/断电，以验证被试轨道交通电气设备在高、低温极限环境条件下启动能力的步骤；抗扰度试验过程包括在对被试轨道交通电气设备施加非周期的短暂的浪涌电压或电流的步骤，以及对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤；性能试验过程包括在对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验的步骤中，同时对被试轨道交通电气设备施加电应カ试验过程和抗扰度试验过程。
作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在温度应カ试验过程的相对高温段进行性能试验吋，使用強迫去湿方式使试验箱内的湿度降低到45% RH以下，并保持足够的时间，使试验箱及被试轨道交通电气设备内的湿气全部干燥后进行通电，防止因湿度过大造成短路而损坏被试轨道交通电气设备。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，被试轨道交通电气设备的ー个试验周期为480 5670min，被试轨道交通电气设备的试验周期为I 100个，总的振动应カ施加时间不超过依据Miner模型计算出的等效于被试轨道交通电气设备设计总体寿命的2倍，其振动加速因子取2. I 10. 7之间。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，振动应カ试验过程根据被试轨道交通电气设备的安装位置不同分为四个试验量级，分别为被试轨道交通电气设备按照安装位置不同分为直接安装在车体上方或车体下方的部件；安装在固定于车体底架下箱体内的部件、安装在固定于车体上的大柜体内的部件和安装在固定于车体上的柜体内组件中的部件；安装于轨道机车车辆转向架上的柜体、组件、设备及部件；安装于轨道机车车辆车轴总组件上的组件、设备及部件或总成。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在电应カ试验过程中对被试轨道交通电气设备施加电应カ的范围为0. 3 2. 5Un之间；其中，Un为被试轨道交通电气设备的额定电压。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤中，对被试轨道交通电气设备施加的温度应カ变化率为±5 ±70°C /min之间。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在性能试验过程中对被试轨道交通电气设备施加的湿度应カ< 45% RH，即只有在对被试轨道交通电气设备施加的湿度应カ< 45% RH的条件下，才能通电进行性能试验过程。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、S、t、u，共21个连续的试验时间点，两个时间试验点之间为试验时间段。湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ai段保持常规环境湿度状态，持续时间为115min 420min ;在ij段进行注湿，湿度为90% RH 95% RH，持续时间为120min 600min ;在jo段强迫去湿，将湿度降至不高于45% RH的范围，持续时间为30min 240min，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程；在op阶段进行注湿，湿度为90% RH 95% RH，持续时间为120min 600min ;在pu段强迫去湿，将湿度降低至不高于45% RH的范围，持续时间为30min 300min。
通断试验过程包括在每个试验周期内的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备通/断2次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电。被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电。温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的ab段，将试验温度保持在25°C持续30min 120min ;在be段，以_5 -30°C /min的温变率在2min 5min内将试验温度降至-25°C ±3°C ;在ce段，于-25°C _50°C条件下保持120 240min;在de段，保持-25°C _50°C低温状态保持30 120min的环境下，对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在ef段的2 5min内以5 30°C /min温变率将试验温度升至20 30°C,并在fh段内保持30min 120min ;在gh段的30min 120min内，保持20 30°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行低温恢复阶段的性能试验；性能试验完成后，以5 30°C /min的温变率在hi段的2 5min内将试验温度升至55 85°C，并在55 85°C的状态下在ik段内保持120 600min，其中jk段的30 120min时间对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后以_5 _30°C /min的温变率在kl段的2 5min内将温度降至20 30°C，并在20 30°C状态下在In段内保持30 240min，其中mn段的30 120min对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行高温恢复阶段的性能试验；在no段的I 3min内，以5 30°C /min温变率将试验温度升至55 85°C，并在55 85°C状态下在oq段保持120 720min，其中pq段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；在qr段的I 3min内，以_5 -30°C /min温变率将试验温度降至20 30°C，并保持在ru段60 240min，其中tu段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电，并进行恢复阶段的性能试验。功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入0. 0041 8. 74 (m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz。提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在cd段的60 600min、ij段的60 900min、op段的60 900min和st段的30 120min中的一段或多段，持续加入0. 25 545. 2(m/s2)2/Hz的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz。冲击试验步骤在Cd段、ij段、st段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行。电应カ试验过程包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段的时间施加30 120min的电应カ；在DC137. 5V、110V和77V的电压水平上分別通电并保持至少lOmin，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至137. 5V，然后由137. 5V突变至77V。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，抗扰度试验在抗扰度试验过程的ab段、de段、jk段和tu段中的一段或多段加入；对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌电压或电流；对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个周期的脉冲群；性能试验在所述性能试验过程中的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段分别施加30 120min。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的另ー种改进，可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j,共10个连续的试验时间点，两个试验时间点之间为试验时间段。湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ae段保持常规环境湿度状态，持续时间为60 900min ;在ef段进行60 840mi n的加湿操作，湿度为80 95% RH ;在fj段进行60 560min的強迫去湿操作，将湿度降至不高于45% RH的范围，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程。通断试验过程包括在每个试验周期内的-20 _40°C低温段的c点和55 85°C高温段的g点分别通/断2 10次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电。被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电。温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程ab段的2 15min内，从正常试验环境温度25°C以-5 -30°C /min的温变率降至-20 _40°C ±3°C ;随后在_20 _40°C的条件下保持bd段60 600min的时间，并在cd段的30 120min保持低温-20 _40°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在de段的2 36min内以5 30°C /min速率将试验温度升至55 85°C，在55 85°C条件下保持eh段的60 1200min，并在gh段的30 120min内，保持55 85°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后，试验箱温度在hi段的I 12min内以-5 _30°C /min的速率降温至25°C，并保持ij段的60 600min。功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入0. 0041 8. 74(m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz。提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在性能试验过程的be段60 900min和eg段60 900min时间内的一段或多段，每段持续加入0. 25 545. 2 (m/s2) 2/Hz的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz。冲击试验步骤在性能试验过程be段和eg段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行；在ij段的60 600min时段内，则在j点前加入。电应カ试验过程包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段分别施加30 120min的电应カ；在DC137. 5V、IIOV和77V的电压水平上分別通电并保持至少lOmin，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至137. 5V，然后由137. 5V突变至 77V。作为前述本发明ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法另ー种技术方案的进ー步改进，抗扰度试验在所述抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入；对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌；对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加土 I 4kV，各5 20个周期的脉冲群，分别在抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入；性能试验在所述性能试验过程中的Cd段和gh段中的一段或多段分别施カロ 30 120min。通过实施上述本发明ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法的技术方案，具有以下技术效果(I)本发明可以利用该试验方法在机车电子装置的早期研制阶段充分暴露其潜在缺陷，以增长其可靠性，有效地降低了机车电子装置在全寿命周期内的维修成本；(2)量化的可靠性水平可以反映出机车电子装置随用户使用时间的变化规律，为 制定质量保证期提供决策依据；(3)轨道交通电气设备的可靠性指标要求可以分配到各相关元器件的可靠性指标，通过将其纳入质量合同中，可以进ー步约束元器件供应商的产品质量，促使供应商不断改进质量水平，提高元器件的可靠性，从而保证整个轨道交通电气设备的可靠性水平；(4)最为重要的是，轨道交通电气设备制造商可以凭借质量可靠的产品赢得顾客的认同，确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明ー种典型实施方式的轨道交通电气设备可靠性试验方法剖面；图2是本发明另ー种典型实施方式的轨道交通电气设备可靠性试验方法剖面；图3是本发明轨道交通电气设备可靠性试验方法在振动应カ试验过程中I类A、1类B级、2类试验的ASD谱示意图；图4是本发明轨道交通电气设备可靠性试验方法在振动应カ试验过程中3类ASD谱示意图；图5是本发明轨道交通电气设备可靠性试验方法在振动应カ试验过程中给出的冲击波形。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如附图I至附图5所示，给出了本发明ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法应用于轨道交通电气设备可靠性试验剖面制定的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进ー步说明。轨道交通电气设备可靠性试验剖面是ー种用于轨道交通电气设备可靠性试验的图谱，是进行轨道交通电气设备可靠性试验的依据，通常由多族单项试验的剖面组成。使用者可以利用完整的可靠性试验剖面根据被试轨道交通电气设备的不同应用场合、类型和需要(一般包括路内设备和路外设备，承受振动的设备和非振动设备，路内设备又分为安装在车辆不同部位的设备，路外设备又分暴露设备和非暴露设备等等)选择不同的单项试验剖面项目及其组合。根据轨道交通电气设备实际应用情况、各种实测应力水平和可靠性要求编制轨道交通电气设备可靠性试验剖面的标准，并依照可靠性试验剖面开展轨道交通电气设备可靠性试验过程能够使利用该试验剖面在轨道交通电气设备的早期研制阶段充分暴露其潜在缺陷，以增强其安全性和可靠性，并大幅提升我国軌道交通领域的安全性水平。一种轨道交通电气设备可靠性试验方法的具体实施方式
，根据轨道交通电气设备故障激发的主要因素及现有试验设施的能力，轨道交通电气设备可靠性试验方法包括一个或几个试验周期的试验过程，试验过程包括湿度应カ试验过程、温度应カ试验过程、振动 应カ试验过程和电应カ试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合，以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的ー种或几种试验的过程。其中，抗扰度试验是EMC(电磁兼容性)试验的ー种类型，在本发明具体实施方式
中包括浪涌试验和电快速瞬变脉冲群试验。(I)湿度应カ的确定在轨道交通电气设备可靠性试验方法中，湿度应カ一般施加在高温段，在对湿度诱发的故障机理分析的同时要考虑到高温及后期的综合作用。在机械特性方面，湿度侵入材料的表面和内部，会使材料的強度、硬度、弾性等物理特性发生变化，在同时施加的高温和后期的低温作用下，会导致产品的机械强度变坏，促使材料分解、长霉、及变形等。如果在高温下同时作用，绝缘材料的吸湿加快，甚至会产生吸附、扩散及吸收现象和呼吸作用，使材料表面肿胀、变形、起泡、变粗，还会使活动部件摩擦増加甚至卡死，在电气方面，由干潮湿，在温度变化时容易产生凝露现象，从而造成电气断裂，潮湿引起的有机材料的表面劣化也会导致电性能的劣化，同时在高温下潮湿会导致接触部件的触点污染，使接触不良。湿度诱发的主要故障模式有电气短路，活动元器件卡死，电路板腐蚀，表层损坏，绝缘材料性能降低等。湿度应カ的确定主要考虑轨道交通电气设备的实际使用环境条件，參考目前已经积累的试验和应用数据确定。湿度应カ的加入分为两种一种为安装在机车车辆内部的轨道交通电气设备，因为安装在车体内，不直接与外界环境接触，因此这类轨道交通电气设备在进行可靠性试验时可以不要加入湿度应力。另ー种为安装在机车车辆车体底部或顶部等直接与外界环境接触的地方，这类电子装置在进行可靠性试验时应在高温阶段加入湿度应力，其湿度为90 100% RH之间，也可以采用该轨道交通电气设备的实测湿度值。除了路内设备，应用于轨道交通路外的电气设备由于未处于暴露环境，在进行可靠性试验时也无需加入湿度应カ。如果采用喷水产生湿度，水的电阻率不应低于500 Q，防止冷凝水滴落到被试设备上，轨道交通电气设备所在的试验箱内气候条件应尽量保持均匀。在高温段需要进行性能试验吋，须使用強迫去湿方式使试验箱内湿度降低到45%RH以下，并保持足够的时间，使试验箱及轨道交通电气设备内的湿气全部干燥方可通电，以防止因湿度太大造成短路而损坏电气设备。
(2)温度应カ的确定在温度应カ的循环作用下，高热应カ的热疲劳交互作用在轨道交通电气设备上，影响着产品的机械性能、物理化学性能和电气性能。在机械方面，由于产品由不同的材料组成，材料膨胀系数的差异产生机械应力，在承受高低温双向变化的热应カ时，应カ差变化在结合部位产生有效作用，使缺陷暴露；在物理化学方面，产品中的橡胶和有机塑料材料在低温时变硬发脆，高温时软化松弛，超出使用温度范围吋，其机械性能和抗减振特性均会发生变化，导致产品失效；在电气性能方面，高温能够导致电路发生温漂，增大电路发热量，加速绝缘体的老化甚至热击穿，影响半导体器件如三极管的放大倍数和穿透电压，导致产品失效。温度循环诱发的故障模式主要有 參数漂移与电路稳定性，电路板开路、短路、分层等缺陷，电路板腐蚀，电路板裂纹，表面和过孔缺陷，元器件缺陷，元器件松动，装备不当或错装，结击穿，开焊冷焊和焊料不足等缺陷，连线伸张或松脱以及电线掉头，连接不好等，接触不良，粘接不牢，紧固件缺陷，脆性断裂，电迁移，热匹配，浪涌电流，金属化，密封失效等。在编制轨道交通电气设备可靠性试验方法的试验剖面前，最好通过步进应カ方法来测得用于试验的轨道交通电气设备所能适应的高、低温度极限值。低温极限值的确定根据轨道交通电气设备的实际情况从表I中选取，考虑到轨道交通电气设备的实际环境情况，低温极限值一般不超过_55°C。表I
权利要求
1.一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于，所述试验方法包括ー个或几个试验周期的试验过程，所述的试验过程包括湿度应カ试验过程、温度应カ试验过程、振动应カ试验过程和电应カ试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合，以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的ー种或几种试验的过程。
2.根据权利要求I所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 所述湿度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的相对高温段对被试轨道交通电气设备施加90 100% RH湿度应カ的步骤； 所述温度应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤； 所述振动应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验、提高随机振动量级的模拟长寿命试验和冲击试验的步骤； 所述电应カ试验过程包括根据被试轨道交通电气设备的充电机或蓄电池供电情况施加电应カ的试验步骤。
3.根据权利要求2所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 所述通断试验过程包括在温度应カ试验过程中的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备进行通/断电，以验证被试轨道交通电气设备在高、低温极限环境条件下启动能力的步骤； 所述抗扰度试验过程包括在对被试轨道交通电气设备施加非周期的短暂的浪涌电压或电流的步骤，以及对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤； 所述性能试验过程包括在对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验的步骤中，同时对被试轨道交通电气设备施加电应カ试验过程和抗扰度试验过程。
4.根据权利要求3所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 在所述温度应カ试验过程的相对高温段进行性能试验时，使用強迫去湿方式使试验箱内的湿度降低到45% RH以下，并保持足够的时间，使试验箱及被试轨道交通电气设备内的湿气全部干燥后进行通电，防止因湿度过大造成短路而损坏被试轨道交通电气设备。
5.根据权利要求I至4中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 被试轨道交通电气设备的ー个试验周期为480 5670min,被试轨道交通电气设备的试验周期为I 100个,总的振动应カ施加时间不超过依据Miner模型计算出的等效于被试轨道交通电气设备设计总体寿命的2倍，其振动加速因子取2. I 10. 7之间。
6.根据权利要求5所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法,其特征在于 所述振动应カ试验过程根据被试轨道交通电气设备的安装位置不同分为四个试验量级，分别为 被试轨道交通电气设备按照安装位置不同分为直接安装在车体上方或车体下方的部件； 安装在固定于车体底架下箱体内的部件、安装在固定于车体上的大柜体内的部件和安装在固定于车体上的柜体内组件中的部件； 安装于轨道机车车辆转向架上的柜体、组件、设备及部件；安装于轨道机车车辆车轴总组件上的组件、设备及部件或总成。
7.根据权利要求5所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于在所述电应力试验过程中对被试轨道交通电气设备施加电应カ的范围为O. 3 2. 5Un之间；其中，Un为被试轨道交通电气设备的额定电压。
8.根据权利要求2至4、6、7中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于在所述对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤中，对被试轨道交通电气设备施加的温度应カ变化率为±5 ±70°C /min之间。
9.根据权利要求8所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于在所述性能试验过程中对被试轨道交通电气设备施加的湿度应カ< 45% RH。
10.根据权利要求3、4、6、7、9中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 所述可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、C、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、s、t、u,共21个试验时间点，两个试验时间点之间为试验时间段； 所述湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ai段保持常规环境湿度状态，持续时间为115 420min ;在ij段进行注湿，湿度为90% 95% RH，持续时间为120 600min ;在jo段强迫去湿，将湿度降至不高于45% RH的范围，持续时间为30 240min，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程；在op阶段进行注湿，湿度为90% 95%RH，持续时间为120 600min ;在pu段强迫去湿，将湿度降低至不高于45% RH的范围，持续时间为30 300min ； 所述通断试验过程包括在每个试验周期内的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备通/断2次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电； 被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电； 所述温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的ab段，将试验温度保持在25°C持续30 120min，对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；在be段，以_5 _30°C /min的温变率在2min 5min内将试验温度降至_25°C ± 3°C;在ce段，于_25°C _50°C条件下保持120 240min ;在de段，保持_25°C _50°C低温状态保持30 120min的环境下，对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在ef段的2 5min内以5 30°C /min温变率将试验温度升至20 30°C，并在fh段内保持30 120min ;在gh段的30 120min内，保持20 30°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行低温恢复阶段的性能试验；性能试验完成后，以5 30°C /min的温变率在hi段的2 5min内将试验温度升至55 85°C，并在55 85 °C的状态下在ik段内保持120 600min，其中jk段的30 120min时间对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后以-5 -30°C /min的温变率在kl段的2 5min内将温度降至20 30°C，并在20 30°C状态下在In段内保持30 240min，其中mn段的30 120min对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行高温恢复阶段的性能试验；在no段的I 3min内，以5 30°C /min温变率将试验温度升至55 85°C，并在55 85°C状态下在oq段保持120 720min，其中pq段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电,并进行性能试验；在qr段的I 3min内，以-5 -30°C /min温变率将试验温度降至20 30°C，并保持在ru段60 240min，其中tu段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电，并进行恢复阶段的性能试验；所述功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入O. 0041 8. 74 (m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz ；所述提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在Cd段的60 600min、ij段的.60 900min、op段的60 900min和st段的30 120min中的一段或多段，持续加入 .O.25 545. 2(m/s2)2/Hz的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz ；所述冲击试验步骤在Cd段、ij段、st段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行；所述电应力试验过程包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段施加30 120min的电应カ；在DC137. 5V、110V和77V的电压水平上分别通电并保持至少lOmin，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至.137. 5V，然后由137. 5V突变至77V。
11.根据权利要求10所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 抗扰度试验在所述抗扰度试验过程的ab段、de段、jk段和tu段中的一段或多段加入； 对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌电压或电流； 对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个周期的脉冲群； 性能试验在所述性能试验过程中的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段分别施加30 120min。
12.根据权利要求3、4、6、7、9中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在干 所述可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j，共10试验时间点，两个试验时间点之间为试验时间段； 所述湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ae段保持常规环境湿度状态，持续时间为60 900min ;在ef段进行60 840min的加湿操作，湿度为80 95% RH ;在fj段进行60 560min的強迫去湿操作，将湿度降至不高于45% RH的范围，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程； 所述通断试验过程包括在每个试验周期内的-20 _40°C低温段的c点和55 85°C高温段的g点分别通/断2 10次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电； 被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电； 所述温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程ab段的2 15min内，从正常试验环境温度25°C以-5 -30°C /min的温变率降至-20 _40°C ±3°C ;随后在_20 _40°C的条件下保持bd段60 600min的时间，并在cd段的30 120min保持低温-20 _40°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在de段的2 .36min内以5 30°C /min速率将试验温度升至55 85°C，在55 85°C条件下保持eh段的60 1200min，并在gh段的30 120min内，保持55 85°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后，试验箱温度在hi段的I 12min内以-5 _30°C /min的速率降温至25°C，并保持ij段的60 600min ； 所述功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入O. 0041 8. 74(m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz ； 所述提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在性能试验过程的be段60 .900min和eg段60 900min时间内的一段或多段，每段持续加入O. 25 545. 2 (m/s2) 2/Hz 的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz ； 所述冲击试验步骤在性能试验过程be段和eg段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行；在ij段的60 600min时段内，则在j点前加入； 所述电应力试验过程包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段分别施加.30 120min的电应カ；在DC137. 5￥、110￥和77￥的电压水平上分别通电并保持至少101^11，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至137. 5V，然后由137. 5V突变至 77V。
13.根据权利要求12所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 抗扰度试验在所述抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入； 对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入.1lOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌； 对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入.1lOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个周期的脉冲群，分别在抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入； 性能试验在所述性能试验过程中的Cd段和gh段中的一段或多段分别施加30 .120mino
全文摘要
本发明公开了一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，包括一个或几个试验周期的试验过程，试验过程包括湿度应力试验过程、温度应力试验过程、振动应力试验过程和电应力试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合；以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的一种或几种试验的过程。利用本发明可以使被试轨道交通电气设备在早期研制阶段充分暴露其潜在缺陷，增长其可靠性，有效降低其在全寿命周期内的维修成本；可反映出被试设备随用户使用时间的变化规律，为质量保证提供依据；使设备的可靠性指标可以分配到相关的元器件，通过提高元器件的可靠性提高轨道交通电气设备的可靠性。
文档编号G01R31/00GK102628901SQ20121008989
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者丁荣军, 王益民, 王鹏, 陈高华 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种轨道交通电气设备试验方法，尤其是涉及ー种应用于轨道交通路内和路外电气设备等的可靠性试验评价方法。
背景技术：
目前轨道交通领域正朝着高速与重载两个方向飞速发展，鉄路产品的功能不断增カロ，结构日趋复杂，引发了人们对质量与安全的日益关注，这就对机车车辆产品的可靠性提出了更高的要求。轨道交通电气设备可靠性试验剖面是轨道交通电气设备进行可靠性试验的核心内容，目前国内官方正式文件资料中尚无可执行的相关可靠性试验标准，更未见合适的轨道交通电气设备可靠性试验剖面，可靠性寿命指标要求目前为止尚未制定出版。另外，通过调研国内轨道交通电气设备生产厂家在该领域开展的工作表明该工作均处于起步阶段，相关的试验方法均未涉及可靠性试验剖面的概念，在产品出厂时仅完成主要是为考核其单ー环境适应性的型式试验，并没有考虑综合环境模拟以及可靠性指标评价。现有可靠性评价方法中并未涉及合理的轨道交通电气设备可靠性试验剖面，轨道交通电气设备生产厂家多是采用各种性能试验以及型式试验中所积累的试验数据开展可靠性指标的评价，产品所经历的试验环境与实际环境差异较大，这与可靠性试验应模拟产品实际使用的环境的基本原则就相违背，更谈不上合理的准确评价。
发明内容
本发明的目的是提供一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，在研究了大量轨道交通电气设备环境试验标准并结合实测数据的基础上产生的，经过合理的工程化处理后能够较为真实地模拟轨道交通电气设备在实际运行中所历经的寿命及环境条件，为准确评价其各项可靠性指标奠定了基础。为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种轨道交通电气设备可靠性试验方法的技术实现方案，一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，包括一个或几个试验周期的试验过程，试验过程包括湿度应カ试验过程、温度应カ试验过程、振动应カ试验过程和电应力试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合，以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的ー种或几种试验的过程；通过试验过程使被试轨道交通电气设备在早期研制阶段充分暴露其潜在的缺陷。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，湿度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的相对高温段对被试轨道交通电气设备施加90 100% RH湿度应カ的步骤；温度应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤；振动应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验、提高随机振动量级的模拟长寿命试验和冲击试验的步骤；电应カ试验过程包括根据被试轨道交通电气设备的充电机或蓄电池供电情况施加电应カ的试验步骤。
作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，通断试验过程包括在温度应カ试验过程中的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备进行通/断电，以验证被试轨道交通电气设备在高、低温极限环境条件下启动能力的步骤；抗扰度试验过程包括在对被试轨道交通电气设备施加非周期的短暂的浪涌电压或电流的步骤，以及对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤；性能试验过程包括在对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验的步骤中，同时对被试轨道交通电气设备施加电应カ试验过程和抗扰度试验过程。
作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在温度应カ试验过程的相对高温段进行性能试验吋，使用強迫去湿方式使试验箱内的湿度降低到45% RH以下，并保持足够的时间，使试验箱及被试轨道交通电气设备内的湿气全部干燥后进行通电，防止因湿度过大造成短路而损坏被试轨道交通电气设备。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，被试轨道交通电气设备的ー个试验周期为480 5670min，被试轨道交通电气设备的试验周期为I 100个，总的振动应カ施加时间不超过依据Miner模型计算出的等效于被试轨道交通电气设备设计总体寿命的2倍，其振动加速因子取2. I 10. 7之间。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，振动应カ试验过程根据被试轨道交通电气设备的安装位置不同分为四个试验量级，分别为被试轨道交通电气设备按照安装位置不同分为直接安装在车体上方或车体下方的部件；安装在固定于车体底架下箱体内的部件、安装在固定于车体上的大柜体内的部件和安装在固定于车体上的柜体内组件中的部件；安装于轨道机车车辆转向架上的柜体、组件、设备及部件；安装于轨道机车车辆车轴总组件上的组件、设备及部件或总成。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在电应カ试验过程中对被试轨道交通电气设备施加电应カ的范围为0. 3 2. 5Un之间；其中，Un为被试轨道交通电气设备的额定电压。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤中，对被试轨道交通电气设备施加的温度应カ变化率为±5 ±70°C /min之间。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，在性能试验过程中对被试轨道交通电气设备施加的湿度应カ< 45% RH，即只有在对被试轨道交通电气设备施加的湿度应カ< 45% RH的条件下，才能通电进行性能试验过程。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、S、t、u，共21个连续的试验时间点，两个时间试验点之间为试验时间段。湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ai段保持常规环境湿度状态，持续时间为115min 420min ;在ij段进行注湿，湿度为90% RH 95% RH，持续时间为120min 600min ;在jo段强迫去湿，将湿度降至不高于45% RH的范围，持续时间为30min 240min，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程；在op阶段进行注湿，湿度为90% RH 95% RH，持续时间为120min 600min ;在pu段强迫去湿，将湿度降低至不高于45% RH的范围，持续时间为30min 300min。
通断试验过程包括在每个试验周期内的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备通/断2次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电。被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电。温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的ab段，将试验温度保持在25°C持续30min 120min ;在be段，以_5 -30°C /min的温变率在2min 5min内将试验温度降至-25°C ±3°C ;在ce段，于-25°C _50°C条件下保持120 240min;在de段，保持-25°C _50°C低温状态保持30 120min的环境下，对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在ef段的2 5min内以5 30°C /min温变率将试验温度升至20 30°C,并在fh段内保持30min 120min ;在gh段的30min 120min内，保持20 30°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行低温恢复阶段的性能试验；性能试验完成后，以5 30°C /min的温变率在hi段的2 5min内将试验温度升至55 85°C，并在55 85°C的状态下在ik段内保持120 600min，其中jk段的30 120min时间对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后以_5 _30°C /min的温变率在kl段的2 5min内将温度降至20 30°C，并在20 30°C状态下在In段内保持30 240min，其中mn段的30 120min对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行高温恢复阶段的性能试验；在no段的I 3min内，以5 30°C /min温变率将试验温度升至55 85°C，并在55 85°C状态下在oq段保持120 720min，其中pq段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；在qr段的I 3min内，以_5 -30°C /min温变率将试验温度降至20 30°C，并保持在ru段60 240min，其中tu段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电，并进行恢复阶段的性能试验。功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入0. 0041 8. 74 (m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz。提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在cd段的60 600min、ij段的60 900min、op段的60 900min和st段的30 120min中的一段或多段，持续加入0. 25 545. 2(m/s2)2/Hz的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz。冲击试验步骤在Cd段、ij段、st段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行。电应カ试验过程包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段的时间施加30 120min的电应カ；在DC137. 5V、110V和77V的电压水平上分別通电并保持至少lOmin，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至137. 5V，然后由137. 5V突变至77V。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的进ー步改进，抗扰度试验在抗扰度试验过程的ab段、de段、jk段和tu段中的一段或多段加入；对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌电压或电流；对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个周期的脉冲群；性能试验在所述性能试验过程中的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段分别施加30 120min。作为本发明一种轨道交通电气设备可靠性试验方法技术方案的另ー种改进，可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j,共10个连续的试验时间点，两个试验时间点之间为试验时间段。湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ae段保持常规环境湿度状态，持续时间为60 900min ;在ef段进行60 840mi n的加湿操作，湿度为80 95% RH ;在fj段进行60 560min的強迫去湿操作，将湿度降至不高于45% RH的范围，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程。通断试验过程包括在每个试验周期内的-20 _40°C低温段的c点和55 85°C高温段的g点分别通/断2 10次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电。被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电。温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程ab段的2 15min内，从正常试验环境温度25°C以-5 -30°C /min的温变率降至-20 _40°C ±3°C ;随后在_20 _40°C的条件下保持bd段60 600min的时间，并在cd段的30 120min保持低温-20 _40°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在de段的2 36min内以5 30°C /min速率将试验温度升至55 85°C，在55 85°C条件下保持eh段的60 1200min，并在gh段的30 120min内，保持55 85°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后，试验箱温度在hi段的I 12min内以-5 _30°C /min的速率降温至25°C，并保持ij段的60 600min。功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入0. 0041 8. 74(m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz。提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在性能试验过程的be段60 900min和eg段60 900min时间内的一段或多段，每段持续加入0. 25 545. 2 (m/s2) 2/Hz的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz。冲击试验步骤在性能试验过程be段和eg段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行；在ij段的60 600min时段内，则在j点前加入。电应カ试验过程包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段分别施加30 120min的电应カ；在DC137. 5V、IIOV和77V的电压水平上分別通电并保持至少lOmin，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至137. 5V，然后由137. 5V突变至 77V。作为前述本发明ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法另ー种技术方案的进ー步改进，抗扰度试验在所述抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入；对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌；对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加土 I 4kV，各5 20个周期的脉冲群，分别在抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入；性能试验在所述性能试验过程中的Cd段和gh段中的一段或多段分别施カロ 30 120min。通过实施上述本发明ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法的技术方案，具有以下技术效果(I)本发明可以利用该试验方法在机车电子装置的早期研制阶段充分暴露其潜在缺陷，以增长其可靠性，有效地降低了机车电子装置在全寿命周期内的维修成本；(2)量化的可靠性水平可以反映出机车电子装置随用户使用时间的变化规律，为 制定质量保证期提供决策依据；(3)轨道交通电气设备的可靠性指标要求可以分配到各相关元器件的可靠性指标，通过将其纳入质量合同中，可以进ー步约束元器件供应商的产品质量，促使供应商不断改进质量水平，提高元器件的可靠性，从而保证整个轨道交通电气设备的可靠性水平；(4)最为重要的是，轨道交通电气设备制造商可以凭借质量可靠的产品赢得顾客的认同，确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明ー种典型实施方式的轨道交通电气设备可靠性试验方法剖面；图2是本发明另ー种典型实施方式的轨道交通电气设备可靠性试验方法剖面；图3是本发明轨道交通电气设备可靠性试验方法在振动应カ试验过程中I类A、1类B级、2类试验的ASD谱示意图；图4是本发明轨道交通电气设备可靠性试验方法在振动应カ试验过程中3类ASD谱示意图；图5是本发明轨道交通电气设备可靠性试验方法在振动应カ试验过程中给出的冲击波形。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如附图I至附图5所示，给出了本发明ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法应用于轨道交通电气设备可靠性试验剖面制定的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进ー步说明。轨道交通电气设备可靠性试验剖面是ー种用于轨道交通电气设备可靠性试验的图谱，是进行轨道交通电气设备可靠性试验的依据，通常由多族单项试验的剖面组成。使用者可以利用完整的可靠性试验剖面根据被试轨道交通电气设备的不同应用场合、类型和需要(一般包括路内设备和路外设备，承受振动的设备和非振动设备，路内设备又分为安装在车辆不同部位的设备，路外设备又分暴露设备和非暴露设备等等)选择不同的单项试验剖面项目及其组合。根据轨道交通电气设备实际应用情况、各种实测应力水平和可靠性要求编制轨道交通电气设备可靠性试验剖面的标准，并依照可靠性试验剖面开展轨道交通电气设备可靠性试验过程能够使利用该试验剖面在轨道交通电气设备的早期研制阶段充分暴露其潜在缺陷，以增强其安全性和可靠性，并大幅提升我国軌道交通领域的安全性水平。一种轨道交通电气设备可靠性试验方法的具体实施方式
，根据轨道交通电气设备故障激发的主要因素及现有试验设施的能力，轨道交通电气设备可靠性试验方法包括一个或几个试验周期的试验过程，试验过程包括湿度应カ试验过程、温度应カ试验过程、振动 应カ试验过程和电应カ试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合，以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的ー种或几种试验的过程。其中，抗扰度试验是EMC(电磁兼容性)试验的ー种类型，在本发明具体实施方式
中包括浪涌试验和电快速瞬变脉冲群试验。(I)湿度应カ的确定在轨道交通电气设备可靠性试验方法中，湿度应カ一般施加在高温段，在对湿度诱发的故障机理分析的同时要考虑到高温及后期的综合作用。在机械特性方面，湿度侵入材料的表面和内部，会使材料的強度、硬度、弾性等物理特性发生变化，在同时施加的高温和后期的低温作用下，会导致产品的机械强度变坏，促使材料分解、长霉、及变形等。如果在高温下同时作用，绝缘材料的吸湿加快，甚至会产生吸附、扩散及吸收现象和呼吸作用，使材料表面肿胀、变形、起泡、变粗，还会使活动部件摩擦増加甚至卡死，在电气方面，由干潮湿，在温度变化时容易产生凝露现象，从而造成电气断裂，潮湿引起的有机材料的表面劣化也会导致电性能的劣化，同时在高温下潮湿会导致接触部件的触点污染，使接触不良。湿度诱发的主要故障模式有电气短路，活动元器件卡死，电路板腐蚀，表层损坏，绝缘材料性能降低等。湿度应カ的确定主要考虑轨道交通电气设备的实际使用环境条件，參考目前已经积累的试验和应用数据确定。湿度应カ的加入分为两种一种为安装在机车车辆内部的轨道交通电气设备，因为安装在车体内，不直接与外界环境接触，因此这类轨道交通电气设备在进行可靠性试验时可以不要加入湿度应力。另ー种为安装在机车车辆车体底部或顶部等直接与外界环境接触的地方，这类电子装置在进行可靠性试验时应在高温阶段加入湿度应力，其湿度为90 100% RH之间，也可以采用该轨道交通电气设备的实测湿度值。除了路内设备，应用于轨道交通路外的电气设备由于未处于暴露环境，在进行可靠性试验时也无需加入湿度应カ。如果采用喷水产生湿度，水的电阻率不应低于500 Q，防止冷凝水滴落到被试设备上，轨道交通电气设备所在的试验箱内气候条件应尽量保持均匀。在高温段需要进行性能试验吋，须使用強迫去湿方式使试验箱内湿度降低到45%RH以下，并保持足够的时间，使试验箱及轨道交通电气设备内的湿气全部干燥方可通电，以防止因湿度太大造成短路而损坏电气设备。
(2)温度应カ的确定在温度应カ的循环作用下，高热应カ的热疲劳交互作用在轨道交通电气设备上，影响着产品的机械性能、物理化学性能和电气性能。在机械方面，由于产品由不同的材料组成，材料膨胀系数的差异产生机械应力，在承受高低温双向变化的热应カ时，应カ差变化在结合部位产生有效作用，使缺陷暴露；在物理化学方面，产品中的橡胶和有机塑料材料在低温时变硬发脆，高温时软化松弛，超出使用温度范围吋，其机械性能和抗减振特性均会发生变化，导致产品失效；在电气性能方面，高温能够导致电路发生温漂，增大电路发热量，加速绝缘体的老化甚至热击穿，影响半导体器件如三极管的放大倍数和穿透电压，导致产品失效。温度循环诱发的故障模式主要有 參数漂移与电路稳定性，电路板开路、短路、分层等缺陷，电路板腐蚀，电路板裂纹，表面和过孔缺陷，元器件缺陷，元器件松动，装备不当或错装，结击穿，开焊冷焊和焊料不足等缺陷，连线伸张或松脱以及电线掉头，连接不好等，接触不良，粘接不牢，紧固件缺陷，脆性断裂，电迁移，热匹配，浪涌电流，金属化，密封失效等。在编制轨道交通电气设备可靠性试验方法的试验剖面前，最好通过步进应カ方法来测得用于试验的轨道交通电气设备所能适应的高、低温度极限值。低温极限值的确定根据轨道交通电气设备的实际情况从表I中选取，考虑到轨道交通电气设备的实际环境情况，低温极限值一般不超过_55°C。表I
权利要求
1.一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于，所述试验方法包括ー个或几个试验周期的试验过程，所述的试验过程包括湿度应カ试验过程、温度应カ试验过程、振动应カ试验过程和电应カ试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合，以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的ー种或几种试验的过程。
2.根据权利要求I所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 所述湿度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的相对高温段对被试轨道交通电气设备施加90 100% RH湿度应カ的步骤； 所述温度应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤； 所述振动应カ试验过程包括对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验、提高随机振动量级的模拟长寿命试验和冲击试验的步骤； 所述电应カ试验过程包括根据被试轨道交通电气设备的充电机或蓄电池供电情况施加电应カ的试验步骤。
3.根据权利要求2所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 所述通断试验过程包括在温度应カ试验过程中的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备进行通/断电，以验证被试轨道交通电气设备在高、低温极限环境条件下启动能力的步骤； 所述抗扰度试验过程包括在对被试轨道交通电气设备施加非周期的短暂的浪涌电压或电流的步骤，以及对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤； 所述性能试验过程包括在对被试轨道交通电气设备进行功能性随机振动试验的步骤中，同时对被试轨道交通电气设备施加电应カ试验过程和抗扰度试验过程。
4.根据权利要求3所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 在所述温度应カ试验过程的相对高温段进行性能试验时，使用強迫去湿方式使试验箱内的湿度降低到45% RH以下，并保持足够的时间，使试验箱及被试轨道交通电气设备内的湿气全部干燥后进行通电，防止因湿度过大造成短路而损坏被试轨道交通电气设备。
5.根据权利要求I至4中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 被试轨道交通电气设备的ー个试验周期为480 5670min,被试轨道交通电气设备的试验周期为I 100个,总的振动应カ施加时间不超过依据Miner模型计算出的等效于被试轨道交通电气设备设计总体寿命的2倍，其振动加速因子取2. I 10. 7之间。
6.根据权利要求5所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法,其特征在于 所述振动应カ试验过程根据被试轨道交通电气设备的安装位置不同分为四个试验量级，分别为 被试轨道交通电气设备按照安装位置不同分为直接安装在车体上方或车体下方的部件； 安装在固定于车体底架下箱体内的部件、安装在固定于车体上的大柜体内的部件和安装在固定于车体上的柜体内组件中的部件； 安装于轨道机车车辆转向架上的柜体、组件、设备及部件；安装于轨道机车车辆车轴总组件上的组件、设备及部件或总成。
7.根据权利要求5所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于在所述电应力试验过程中对被试轨道交通电气设备施加电应カ的范围为O. 3 2. 5Un之间；其中，Un为被试轨道交通电气设备的额定电压。
8.根据权利要求2至4、6、7中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于在所述对被试轨道交通电气设备施加_55°C 155°C温度应カ的步骤中，对被试轨道交通电气设备施加的温度应カ变化率为±5 ±70°C /min之间。
9.根据权利要求8所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于在所述性能试验过程中对被试轨道交通电气设备施加的湿度应カ< 45% RH。
10.根据权利要求3、4、6、7、9中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 所述可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、C、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、s、t、u,共21个试验时间点，两个试验时间点之间为试验时间段； 所述湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ai段保持常规环境湿度状态，持续时间为115 420min ;在ij段进行注湿，湿度为90% 95% RH，持续时间为120 600min ;在jo段强迫去湿，将湿度降至不高于45% RH的范围，持续时间为30 240min，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程；在op阶段进行注湿，湿度为90% 95%RH，持续时间为120 600min ;在pu段强迫去湿，将湿度降低至不高于45% RH的范围，持续时间为30 300min ； 所述通断试验过程包括在每个试验周期内的相对低温段和相对高温段分别对被试轨道交通电气设备通/断2次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电； 被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电； 所述温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程的ab段，将试验温度保持在25°C持续30 120min，对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；在be段，以_5 _30°C /min的温变率在2min 5min内将试验温度降至_25°C ± 3°C;在ce段，于_25°C _50°C条件下保持120 240min ;在de段，保持_25°C _50°C低温状态保持30 120min的环境下，对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在ef段的2 5min内以5 30°C /min温变率将试验温度升至20 30°C，并在fh段内保持30 120min ;在gh段的30 120min内，保持20 30°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行低温恢复阶段的性能试验；性能试验完成后，以5 30°C /min的温变率在hi段的2 5min内将试验温度升至55 85°C，并在55 85 °C的状态下在ik段内保持120 600min，其中jk段的30 120min时间对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后以-5 -30°C /min的温变率在kl段的2 5min内将温度降至20 30°C，并在20 30°C状态下在In段内保持30 240min，其中mn段的30 120min对用于被试轨道交通电气设备通电，并进行高温恢复阶段的性能试验；在no段的I 3min内，以5 30°C /min温变率将试验温度升至55 85°C，并在55 85°C状态下在oq段保持120 720min，其中pq段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电,并进行性能试验；在qr段的I 3min内，以-5 -30°C /min温变率将试验温度降至20 30°C，并保持在ru段60 240min，其中tu段的30 120min用于对被试轨道交通电气设备通电，并进行恢复阶段的性能试验；所述功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入O. 0041 8. 74 (m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz ；所述提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在Cd段的60 600min、ij段的.60 900min、op段的60 900min和st段的30 120min中的一段或多段，持续加入 .O.25 545. 2(m/s2)2/Hz的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz ；所述冲击试验步骤在Cd段、ij段、st段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行；所述电应力试验过程包括在性能试验过程的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段施加30 120min的电应カ；在DC137. 5V、110V和77V的电压水平上分别通电并保持至少lOmin，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至.137. 5V，然后由137. 5V突变至77V。
11.根据权利要求10所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 抗扰度试验在所述抗扰度试验过程的ab段、de段、jk段和tu段中的一段或多段加入； 对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌电压或电流； 对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入IlOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个周期的脉冲群； 性能试验在所述性能试验过程中的ab段、de段、gh段、jk段、mn段、pq段、tu段中的一段或多段分别施加30 120min。
12.根据权利要求3、4、6、7、9中任ー权利要求所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在干 所述可靠性试验方法在一个试验周期内的试验过程按照步骤分为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j，共10试验时间点，两个试验时间点之间为试验时间段； 所述湿度应カ试验过程包括在湿度应カ试验过程的ae段保持常规环境湿度状态，持续时间为60 900min ;在ef段进行60 840min的加湿操作，湿度为80 95% RH ;在fj段进行60 560min的強迫去湿操作，将湿度降至不高于45% RH的范围，以便对被试轨道交通电气设备进行性能试验过程； 所述通断试验过程包括在每个试验周期内的-20 _40°C低温段的c点和55 85°C高温段的g点分别通/断2 10次进行通断试验，在通/断2次后间隔一定时间，便可恢复通电； 被试轨道交通电气设备在电应カ试验过程、抗扰度试验过程和性能试验过程中，且湿度应カ< 45% RH的条件下保持通电，其余阶段均断电； 所述温度应カ试验过程包括在温度应カ试验过程ab段的2 15min内，从正常试验环境温度25°C以-5 -30°C /min的温变率降至-20 _40°C ±3°C ;随后在_20 _40°C的条件下保持bd段60 600min的时间，并在cd段的30 120min保持低温-20 _40°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；性能试验完成后，在de段的2 .36min内以5 30°C /min速率将试验温度升至55 85°C，在55 85°C条件下保持eh段的60 1200min，并在gh段的30 120min内，保持55 85°C状态下对被试轨道交通电气设备通电，并进行性能试验；然后，试验箱温度在hi段的I 12min内以-5 _30°C /min的速率降温至25°C，并保持ij段的60 600min ； 所述功能性随机振动试验步骤包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段，每段持续时间均为30 120min，并加入O. 0041 8. 74(m/s2)2/Hz的振动应力，功能性随机振动试验振动应カ的频率范围为2 1300Hz ； 所述提高随机振动量级的模拟长寿命试验步骤包括在性能试验过程的be段60 .900min和eg段60 900min时间内的一段或多段，每段持续加入O. 25 545. 2 (m/s2) 2/Hz 的振动应力，该振动应カ的频率范围为2 1300Hz ； 所述冲击试验步骤在性能试验过程be段和eg段中的一段或多段的振动应カ加入结束后进行；在ij段的60 600min时段内，则在j点前加入； 所述电应力试验过程包括在性能试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段分别施加.30 120min的电应カ；在DC137. 5￥、110￥和77￥的电压水平上分别通电并保持至少101^11，前述三种电压水平通电保持完成后，将输入电压从77V突变至137. 5V，然后由137. 5V突变至 77V。
13.根据权利要求12所述的ー种轨道交通电气设备可靠性试验方法，其特征在于 抗扰度试验在所述抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入； 对被试轨道交通电气设备施加浪涌电压或电流的步骤包括将抗扰度试验设备加入.1lOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个，周期为10 50s的浪涌； 对被试轨道交通电气设备施加电快速瞬变脉冲群的步骤包括将抗扰度试验设备加入.1lOV电源端，正、负线各对地施加±1 4kV，各5 20个周期的脉冲群，分别在抗扰度试验过程的Cd段和gh段中的一段或多段加入； 性能试验在所述性能试验过程中的Cd段和gh段中的一段或多段分别施加30 .120mino
全文摘要
本发明公开了一种轨道交通电气设备可靠性试验方法，包括一个或几个试验周期的试验过程，试验过程包括湿度应力试验过程、温度应力试验过程、振动应力试验过程和电应力试验过程中一种或几种试验过程的任意应力水平和时序的组合；以及在一个试验周期的特定时段中加入通断试验过程、性能试验过程和抗扰度试验过程中的一种或几种试验的过程。利用本发明可以使被试轨道交通电气设备在早期研制阶段充分暴露其潜在缺陷，增长其可靠性，有效降低其在全寿命周期内的维修成本；可反映出被试设备随用户使用时间的变化规律，为质量保证提供依据；使设备的可靠性指标可以分配到相关的元器件，通过提高元器件的可靠性提高轨道交通电气设备的可靠性。
文档编号G01R31/00GK102628901SQ20121008989
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者丁荣军, 王益民, 王鹏, 陈高华 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司
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