基于運行信息的軌道車輛電氣開關的故障率預測方法

楊海 劉美惠 曹鵬

摘要：在現(xiàn)代城軌交通設備中，主要有有軌電車、地鐵等，而在軌道交通車輛中，對車輛的整體設計以及生產中都需要對其系統(tǒng)采取全方位的檢測和預判，最直接的因素還是保證軌道車輛的整體指標是達到生產標準的，且在驗證的期間，所得的分析數據結果更新到前期設計當中。因此，本文根據運行信息的軌道車輛的電氣開關，提出了一種故障率預測方法，并作出了相應的額定故障率的計算模型，且將計算出的數據結果運用到軌道車輛的電氣開關的設計當中，使產生的故障率最小化。

Abstract： In modern urban rail transit equipment， there are mainly trams and subways， while in rail transit vehicles， the overall design and production of vehicles need to take all-round detection and prediction of their systems. The most direct factor is to ensure that the overall target of rail vehicles is up to the production standard. Therefore， according to the electrical switch of rail vehicle with operation information， this paper puts forward a failure rate prediction method， and makes the corresponding calculation model of rated failure rate. The calculated data results are applied to the design of electric switch of rail vehicle to minimize the failure rate.

關鍵詞：軌道車輛;電氣開關;故障預測

Key words： rail vehicle;electrical switch;fault prediction

中圖分類號：TU391? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0130-02

0? 引言

本篇文章，主要是根據軌道車輛的運行信息問題，提出了一種對電氣開關的故障率預測方法。該方法的主要作用是，除去對設計的應力影響外，還在軌道車輛的其他項目中，也設立了關于電氣開關的額定故障率的計算模型，設計的模型將檢測好的故障率的數據應用到對新型軌道車輛的電氣開關故障分析當中。故障率預測方法不僅提高了它的檢測數據的精確性，也使得相關設計人員在對其開關選型規(guī)劃時，更加具有穩(wěn)定性[1]?，F(xiàn)階段，在故障率預測方法中，對軌道車輛系統(tǒng)中的電氣開關等電子元器件主要是以國軍標、美軍標為主，而這些標志主要以電子元器件來做標準的，且標準的不考量廠家、型號的特點和運行軌跡等，但這些傳統(tǒng)的預測結果都沒有科學合理性。所以，筆者就傳統(tǒng)的預測方式的結果提出了一種符合現(xiàn)代化且具有推廣價值的故障率預測方法。

1? 故障分析法（FMECA）

故障分析英文表示FMECA，它的檢測方式是同過故障模式為基準，分析出的故障結果以及被影響的因素為主要手段，在通過相關的工作人員對本項目進行實質性的總結和歸納的分析方法[2]。這種分析方法最終的目標是進行一個具有整體性的規(guī)?；南到y(tǒng)故障分析[4]。所謂故障分析法就是將按照規(guī)定的辦法及操作規(guī)章順序給予被分析的對象內部整體結構進行詳細的分析統(tǒng)計，也可以將其整體的制作工藝及檢修流程進行規(guī)模化的統(tǒng)計分析，將產生的故障模式分別對應被分析對象的設備性能及安全運行所受到的影響大小;此外，相關人員也要及時的根據掌握以往經驗來分析故障發(fā)生概率對其造成的危險性，并及時的找出影響因素的重要零件，并采取相對應的解決辦法，降低因故障而發(fā)生的其它意外發(fā)生，所以，被叫做故障分析法，別稱也可以為總結歸納分析法[3]。

2? 計算的環(huán)節(jié)

故障分析法主要有兩個方面，第一是故障模式和影響分析（FAMEA），第二是危害性分析（CA）。FAMEA包含：確定好分析對象，并對其設備零件的性能進行故障分析，并明確采取的分析方法及解決措施。

在CA法的計算公式當中， Cij表示危險度，所得公式為Cij=？琢ij？茁ij？姿ij，？琢ij中i是故障模式，而j為所發(fā)生的頻率比例;？茁ij中，i是在j的故障模式中所產生的故障概率，部件的故障發(fā)生數值各有不同，詳見由表1所示;？姿i中i為部件的發(fā)生故障概率;t表示運行的時長。

故障等級評定從年均發(fā)生次數和事件后果嚴重程度主要以這兩個方面分析考察的。若故障的發(fā)生率在每年出現(xiàn)的次數較嚴重時，會導致乘客的出行次數降低，且計劃好的出行交通工具變化頻繁，造成出行不便，還會使得相關的運營公司加大了人力維修的提高，更大程度上使生產成本也變高了。通過往年的故障的發(fā)生次數，相關研究人員及專業(yè)人士總結經驗，以五年的故障發(fā)生次數為基準，分析出均發(fā)生次數以及事故后果嚴重程度為最終的評判標準。詳細的評判標準由表2為準。

事件后果嚴重程度，主要以三個方面進行分析決定的，分別是線路運營安全評價、運營狀況的整體表現(xiàn)和車輛設備的檢修及損壞的情況、還有發(fā)生故障造成相關人員的死亡率。以這三種評判標準為主，對比分析，選取綜合指標分數值最高的事件后果嚴重度的評分標準，分數越高表示越嚴重。詳細數據由表3所示。

3? 電氣開關設計應力參數的確定

美軍標MIL-HDBK-217F中提出關于電氣開關故障率的計算公式是：

在上述公式當中：？姿p表示失效概率;？姿b表示根本失效概率;？仔L承載力的系數;？仔C表示連接點的系數;？仔Q表示設備整體品質系數;？仔E 表示所處處境的系數。單位：10-6/h。

3.1根本失效概率？姿b? ？姿b主要含義是元器件中的接電感應力以及發(fā)電所產生的的溫度對應的失效概率，除了電應力和溫度應力這兩方面外，它的根本失效率對元器件的質量問題、環(huán)境應力以及電氣開關的整體結構忽略不計。在同一個廠家所生產的電氣開關都是相同的，且他們的根本失效率也是一致的，參數不變。

3.2 承載力的系數？仔L? ？仔L主要是有開關的屬性通過電氣開關所承載的電流以及它的屬性中的阻性承載電流之間相互對比的數值進行調節(jié)的應力系數。而它的整體開關承載屬性會更具電路穩(wěn)定設備性能的改變而變化，電流也會因其而改變。

3.3 連接觸點的系數因素？仔C? ？仔C主要的應力系數是以電氣開關連接的觸點以及其設備的類型對應調整的。但是每個電氣開關的使用方式都各不相同，所以他的連接觸點的數值和它的種類因電路的影響而變化[5]。

4? 故障分析的提出以及驗算

對于電氣開關的故障率來講，預測其率值，必須要根據上述公式中的五個參考系數，通過參考的系數，可方便計算出應力數值，并得到最終的預測故障率。但是，這種查表以及不同的計算的方式太過繁瑣，對于工作的積極性不高，時間消耗太長，且這種預測方法，沒有根據最根本的廠家以及設備的類型的特點而考察。所以筆者以之前的預測方法而提出了一種較符合現(xiàn)代計算的預測故障率分析法。在上述的分析結果中可以看到，在同一廠家所生產的相同的電氣開關設備的類型中？仔Q、？仔E以及？姿b的參數值都是穩(wěn)定一致的。承載力系數因素和連接觸點的系數都是隨著方案的改變而變化，所以最新的出的計算公式可以表示為，設計系數為C，所得公式就是：C=？仔L×？仔C，最終設計好的？仔L和？仔C在相關的承載電流以承載類型等依據可在MIL-HDBK-217F的文獻中查閱。

當設計人員確定好設計后，那么設計系數也就根據計算公式驗算而成。在文章中也對的內涵做出了相應的介紹，它也可以表示為1的設計應力預測故障率，也不會受到質量以及處境因素的應力影響而改變。

詳細對額定故障率？姿r的闡述為：？姿W是軌道車輛電氣開關的實際運行故障率，它的計算方式可以過大范圍，通過各個城市的軌道車輛的運行時長以及全程公里數還有故障發(fā)生的次數可以計算得出。各個城市的軌道的電路線路的電氣開關也都各不相同，而確定的實際工作故障率為？姿j，kw兩者的計算公式為：

Nj，k表示j為k的故障數量;Tj，k表示k是線路j的運行時間。功能k額定故障率？姿j，krr：

其中：Cj，k表示線路j是k的設計應力系數。線路j額定故障率？姿j，r：

在線路j的運用時間是tj：部件額定故障率？姿j，r：

部件額定故障率？姿r：

5? 以預測出的故障率設計新路線故障率值

設計新的設計方案時，也要必須考慮到電氣開關設備是在同一廠家生產的，將部件額定故障率？姿r與最新提出設計好的設計應力系數cd相互乘積，就是得出的新設計故障率預測值。最終的預測故障率值為：？姿p=？姿r×cd

6? 總結

文章根據電氣開關的故障率預測方法進行研究討論的，主要有這三點，具體如下：①對電氣開關的故障率進行故障分析統(tǒng)計，對其進行一種消除設計應力的模型，主要計算的是額定故障率參數，以這個標準來創(chuàng)新出最新的，且具有應用價值的電氣開關故障的預測方法來應用到軌道車輛當中去。這種新型的預測方式的計算的精準性更高，且有助于提高軌道車輛電氣系統(tǒng)的預測穩(wěn)定性。②通過上文的開關額定故障率分析可得，相關設計人員針對電氣的選型的問題，有效的完成了開關的具體選擇，沒有過多的考量，都是以相應的電氣所需要匹配的開關類型進行選擇的。本文的研究結果可以看出不同廠家以及生產出的電氣開關的類型，都各有不同，相關工作人員對產品設計期間，要結合之前的電氣開關的運行的情況，保證對設計所需的部件能夠達到最優(yōu)的效果。③對于本次研究的后續(xù)工作，仍然要將整體的工作內容規(guī)劃好，只有將軌道車輛的具體運行數據統(tǒng)計分析規(guī)劃完善，才能夠保證得出的數據更加精確有效。

參考文獻：

[1]劉光義，顧本蘭.軌道車輛用變位機防墜落系統(tǒng)優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2020（04）：123-124.

[2]王紅強，馬錫敏.基于PLC控制的軌道車輛給排水系統(tǒng)技術研究[J].機車車輛工藝，2019（02）：46-48.

[3]張勇慧，宗立明，崔霆銳，劉碩.一種軌道交通車輛用新型微動開關設計優(yōu)化方法[J].機電元件，2018，38（05）：6-10.