提升轨道交通电机质量可靠性的管理方法探析

摘要：轨道交通车辆牵引电机是车辆的动力源，它的性能直接影响着轨道交通车辆的安全性及可靠性。近年来发生的牵引电机故障暴露了牵引电机在设计理念、生产过程以及使用维护等方面存在的不足之处，给轨道交通运输带来了隐患。因此，文章立足于产品整个生命周期的理念，总结归纳设计环节可靠性前置、生产环节精细化控制、运维环节状态检测及标准体系建立四个维度的管理路线，形成涵盖电机全寿命周期的质量可靠性管理思路，为类似产品的质量管理提供经验和借鉴。

关键词：轨道交通；电机；质量可靠性

引言：轨道交通线网规模持续扩大，运营里程增加，列车开行密度增大，电机系统的运行负荷及环境考验也越来越大，电机故障将导致行车事故甚至安全事故的发生，并带来巨大的社会影响和经济损失；同时，行业内存在普遍的质量管理碎片化现象。设计—制造—运维间缺少有效的信息沟通渠道，致使产品质量问题不能从根本上有效解决。因此，研究轨道交通电机的质量可靠性管理办法有着重要的现实意义及指导作用。

一、轨道交通电机现行质量管理的薄弱环节识别

从目前轨道交通电机质量管理的情况来看，主要存在三个方面的问题^[1]。一是设计方面，在一些电机产品的可靠性设计过程中，没有充分考虑恶劣使用环境下的仿真，如热－磁－力综合场仿真通常仅进行单一磁场或者热场仿真，并未体现真实环境下各场之间的相互影响；对设计裕度估计过小；二是生产方面，生产过程中工艺CPK控制水平总体较低，一些厂家绕线工艺CPK值仅为1～1.33，而航空、汽车行业特殊特性和关键特性要求工艺CPK水平为1.67，SPC应用不充分。三是运维阶段，故障数据分析链条缺失，大量现场故障数据仅保存为纸质记录或分散于各信息系统中的独立条目，并未传递给设计及制造商作为改进依据，“数据孤岛”现象严重；供应链质量协同不足，整机制造商与核心零部件供应商间缺乏畅通的质量信息交互途径，导致原辅材料的质量变化不能被快速发现并加以纠正。

二、设计与制造阶段的质量管控方法

（一）设计阶段的可靠性前置管控

可靠性管理的关键在于尽可能地把质量问题的发现、纠正等活动提前到设计过程完成，而不是等到产品试验或者投运后才发现问题。可靠性设计应当从FMEA出发，针对每个失效模式进行发生可能性、严重性和可检测性的评价，并对风险优先数(RPN)进行排序，从而确定设计改进的先后顺序。对于绝缘系统的可靠度而言，设计人员应该用热寿命模型(Arrhenius模型)来对绝缘材料的不同温度区间的老化速率进行定量化评估，以及借助加速老化实验验证仿真结果的有效性；绝缘等级的选择不应仅满足正常工况条件，同时还应考虑故障电流、过电压等非正常工况的冲击裕度，绝缘系统热设计裕度一般可取大于15K～20K。多物理场耦合仿真能够有效弥补单一场分析的不足，有限元分析软件对电机启停及连续满载运行等工况下的温升场、力学场及电磁场进行耦合分析，可更准确地预判绕组热点温度及转子受力情况；同时，在设计审查中增加可靠性评估，各方案在定案之前需经外部专家进行可靠性设计审查，并有书面结论和后续跟踪闭环措施^[2]。

（二）制造过程的精细化质量管控

设计方案的可靠性指标能否在产品中得到忠实体现，制造过程的质量管控是决定性因素。轨道交通电机制造涉及线圈绕制、绝缘处理（VPI真空压力浸渍）、铁芯叠压、转子铸造及整机装配等多道关键工序，每道工序的工艺参数偏差都会对最终产品的可靠性产生可叠加的累积影响。VPI工艺是影响绕组绝缘质量的最关键工序之一，浸渍树脂的黏度、浸渍时间、固化温度曲线以及真空度参数的控制精度，直接决定绕组绝缘层的致密性和粘接强度；工艺研究表明，固化温度曲线偏差超过±5℃时，树脂交联度不足会导致绝缘层的介电强度出现明显下降，因此须对固化炉的温控精度实施严格的计量溯源管理。制造企业应大力推行SPC方法，在关键特性参数上进行统计过程控制，对CPK持续小于1.33的工序，质量工程师应及时发起原因分析及工艺改善活动，而非仅依赖最终检验把关筛选合格品；PD测试应作为高压试验必要的步骤，PDIV指标应达到IEC60034-18-41的相关规定，避免绝缘层内含有气孔或分层产品的流入；同时，重视供应商管理，整机厂应对重要材料供应商进行周期性的评价，把原料批检结果作为生产过程的质量记录之一，以保证故障溯源时有完整的数据链支撑。

三、运营维护阶段的可靠性保障方法

（一）状态监测与预防性维护策略

传感器及信息处理技术的持续发展推动电机运维策略由按周期计划检修的方式转变为以检测为基础的状态检修方式。在线监测系统通常采集温度、振动、绝缘电阻和电流谐波等多维信号，其中振动信号中的特征频率成分对轴承状态的灵敏度极高——外圈故障特征频率（BPFO）、内圈故障特征频率（BPFI）和滚动体故障特征频率（BSF）的识别，可在轴承进入失效期前数百小时给出预警，为运维人员争取足够的干预时间。而绝缘状况的在线检测相对困难一些，介损角正切值(tanδ)和吸收比(PI值)，这两个指标反映了绝缘的老化情况，PI<2.0应加强跟踪监视，PI<1.0则说明绝缘系统基本已经受潮或老化，应及时安排停电检修。在数据处理方面，采用快速傅里叶变换(FFT)对振动信号进行频域转换，将小波变换应用于非平稳冲击信号的时频域特征提取中能有效提升早期故障特征识别的准确度并降低误报率。维护策略的制定应以设备健康指数为依据，对健康指数处于预警区间的电机，运维部门应缩短状态复核周期，并提前备置相应备件，从而将计划外停车的风险降至最低。

（二）故障数据的闭环管理与持续改进

运营中收集的故障案例是提高电机产品可靠性的重要依据，只有建立起完善的闭环管理，这些案例的价值才得以体现。故障案例的反馈应尽可能地完整详细，除了故障表现形式、时间、处理方法之外，还包括出现故障时车辆的工作状态（线路起伏、乘客人数、气温等），以便后期开展深度根因分析。故障模式统计分析应该定时对设计及制造侧输出分析结果，宜采用季度制，明确高发故障模式分布情况并提供改善意见；设计及制造侧应在限定时间范围内回复整改计划并跟踪确认整改措施的有效性，这也是质量管理PDCA循环在全产业线中的体现。针对批次性故障，应开展专项归零工作，做到“定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三”。此外，维修记录中的更换件信息（包括更换原因、已使用时间、失效模式）须同步录入资产管理系统，长期积累后可形成覆盖不同线路、不同气候条件的电机寿命分布数据库，为后续产品的可靠性设计提供实证依据。

结语

轨道交通车辆牵引传动系统的质量可靠性工作是一个整体的工作体系，涉及设计、生产、运用及规范等多个方面。依据故障树构建可靠性设计准则，在生产过程中落实可靠性设计目标，运用维护中开展健康度评估，最后将故障数据形成闭环，不断改善提升，只有整个流程顺利推进，才能真正使电机可靠性管理工作摆脱被动局面。而标准化建设以及队伍能力建设则是保证以上工作能够长期坚持下去的基础支撑。展望未来，数字孪生、人工智能故障诊断等新技术可进一步丰富轨道交通电机质量管理的技术手段，但技术工具的价值，最终还需落实到科学完整的管理体系之中，才能真正转化为产品可靠性的持续提升。

参考文献：

[1]冯程程,杜凯军,曹江. 轨道交通机车车辆牵引系统电磁噪声抑制与研究[J].内燃机与配件,2025,(18):50-52.

[2]左佳. 地铁轨道交通车辆新型牵引系统的研发与性能优化研究[J].运输经理世界,2025,(11):10-12.