動車組車體系統(tǒng)故障樹分析研究

史彬鋒　胡娟　 邵剛

摘? 要：動車組已經逐漸成為我國鐵路客運的主力軍，在國家運輸方面發(fā)揮著重要作用。我國不斷提高鐵路運輸速度，這也就對動車組的安全性方面提出了更高的要求，同時對動車組維修維護提出更嚴格的要求。故障樹分析法是一種圖形演繹方法，能夠清晰地梳理故障間關系，分析結果能夠非常直觀和形象地展示出來。通過故障樹分析，在制定動車組維修方案時就可縮短維修時間，提升維修后的質量，有效保證動車組的安全運行。

關鍵詞：動車組;車體系統(tǒng);故障樹分析

中圖分類號：U266? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

在我國鐵路提速的大背景下，動車組逐漸成為國家客運的主力軍。高速要在安全的前提下進行，如何提高動車組的安全性，如何縮短動車組維修時間，提高動車組維修質量就十分關鍵。故障樹分析法在可靠性分析研究中有著重要作用，此種分析方法已應用于航空航天、武器研究等領域，利用此種方法對系統(tǒng)故障進行分析研究可有效展示故障之間的邏輯關系，能夠較容易地找出系統(tǒng)可靠性存在的薄弱環(huán)節(jié)，能有效地提高系統(tǒng)可靠性分析的精確度。將此種方法應用于動車組車體系統(tǒng)的分析研究中，可提高動車組車體系統(tǒng)故障分析的準確度，從而提高動車組車體系統(tǒng)的安全性和維修可靠性。

1 故障樹分析方法

故障樹分析法又被稱為失效樹分析，全稱FauIt Tree Analysis，簡稱FTA。現代社會的高新技術發(fā)展，大型設備、復雜設備、大型工程建設等都對可靠性和安全性有著更高的要求，所以故障樹分析已廣泛地應用到航空航天、機械制造、采礦等各個領域。

故障樹的分析方法主要是對事件進行研究，事件是指引起設備故障的各種原因，然后建立這些事件的邏輯關系，從而找出設備故障原因的各種組合方式或其發(fā)生概率。故障樹分析還對設備的安全性和可靠性進行了分析。

在故障樹分析中，各種狀態(tài)都稱為“事件”，事件分為“成功事件”和“故障事件”。成功事件是系統(tǒng)正常狀態(tài)和完好情況，故障事件指故障、失效、不正常情況。故障樹分析的最終目標、最終結果為頂事件，頂事件位于故障樹的頂端;導致其他事件發(fā)生，作為頂事件的根本原因稱為底事件，它位于故障樹的最底端;位于頂事件和底事件之間的稱為中間事件，它是底事件產生導致頂事件的中間過程。故障樹就是底事件、中間事件和頂事件之間的邏輯關系。

故障樹分析法具有以下典型的特點：

故障樹分析是一種圖形演繹方法，分析結果能夠非常直觀和形象地展示出來，可直接了解事件之間的關系。故障樹分析將造成最終效果的各種原因都聯(lián)系起來，有利于對系統(tǒng)的故障模式進行分析，同時能夠較容易的找出系統(tǒng)可靠性存在的薄弱環(huán)節(jié)，能有效地提高系統(tǒng)可靠性分析的精確度。

2 故障樹分析中的圖形符號

故障樹分析最終形成了一個圖示模型，事件有專門的事件符號可直觀區(qū)分事件屬性，邏輯關系有專用的邏輯關系符號能夠表達事件之間的邏輯關系。

2.1 邏輯門的符號

邏輯門就是將各種事件之間的關系表現出來的符號，各種邏輯門的符號見表1。無論哪一種邏輯門都可以有一個或多個輸入事件，但只能有一個輸出事件。

2.2 故障樹事件符號

故障樹圖形的主體是事件，各種事件的代表符號見表2。根據事件的性質不同，事件符號可分為3類：初級事件符號、中間事件符號、轉移符號。

3 故障樹分析的步驟

故障樹分析首先需要確定所要分析的對象，并明確通過故障樹分析想解決的問題。其次對研究對象進行合理地劃分并建立故障樹研究模型。

具體故障樹分析步驟見表2。

3.1 系統(tǒng)的定義

在故障樹分析中，系統(tǒng)必須是相互安裝、相互連接的整體，它指能夠實現相應功能的零部件整體。

根據故障樹對系統(tǒng)的定義，在構造故障樹時就需要明確系統(tǒng)的界限，這個界限的根本就是頂事件，把頂事件確定清楚就可以有效地對故障樹進行分析。

3.2 故障樹的建造

故障樹就是系統(tǒng)故障的直觀展示，它通過事件和邏輯門把系統(tǒng)中的故障組合和邏輯關系以圖示的方式表達出來。

建立故障樹最主要的是確定頂事件，只有將頂事件建立好才能按照嚴格的邏輯關系進行分析。從頂事件逐層逐步地尋找造成頂事件的原因，對每個造成頂事件的原因根據實際情況看是否需要繼續(xù)向下分析，這樣直到把所有底事件全部找到為止。從頂事件到底事件這樣構成了一顆倒立的樹結構。在構造故障樹的過程中，必須逐步分析，不可跳過任何一個中間事件，否則構造出的故障樹就是一個錯誤的模型，對其進行分析必然得到的是錯誤的結論。

4 車體系統(tǒng)故障樹的建立

動車組車體系統(tǒng)包括：

支撐作用的零部件：底架、側墻、車頂、外端墻、內端墻、走廊墻、普通車窗、應急車窗、小車窗。

為乘客上下車提供方便零部件：側門、活動式腳蹬、內端門、外端門。

車體連接裝置：車鉤、車鉤緩沖裝置。

電氣路連接裝置：電氣連接器、風管連接器。

密封車體作用：風擋。

在故障樹分析中，系統(tǒng)是指能夠實現相應功能的零部件構成的整體。那么在故障樹分析中，便不是對車體系統(tǒng)每個零部件進行分析，因此車體系統(tǒng)根據模塊化理論進行劃分，分為4個組成部分：車體外殼，車端連接系統(tǒng)，車門，車窗。

在建立車體系統(tǒng)故障時，頂事件即為車體系統(tǒng)故障。4個組成部分都是造成頂事件的次級事件，它們之間的邏輯關系為或門。4個基本組成部分中，車體外殼、車門、車窗在事件關系中為基本事件，因為無論此3個部分中哪一個零部件發(fā)生故障，均是對整體進行修理，所以此3個部分不再細分。車端連接系統(tǒng)組成零部件發(fā)生故障對整體影響不相同，維修亦不相同，所以車端連接系統(tǒng)作為中間事件，其組成零部件作為基本事件。

綜上所述，車體系統(tǒng)故障樹構造如圖1所示。

5 結論

動車組已經逐漸成為我國鐵路客運的主要力量，提高動車組安全性、維修可靠性能夠使之更好地為國民經濟服務。故障樹分析法應用于動車組車體系統(tǒng)的研究可有效分析出車體系統(tǒng)故障之間的邏輯關系，依此在制定動車組車體系統(tǒng)維修方案時就能夠提高維修質量，從而保證動車組運行的安全性。

參考文獻

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[3]王昌，史彬鋒，羅曉紅，等.層次分析法在車體系統(tǒng)零部件劃分中的應用探討[J].鐵道技術監(jiān)督，2018（1）：20-24.