基于城市軌道列車制動系統(tǒng)FMECA分析

王海瑞，張曉坤，王哲，徐朝林

基于城市軌道列車制動系統(tǒng)FMECA分析

王海瑞1，張曉坤1，王哲1，徐朝林2

（1.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062；2.中車大連機(jī)車車輛廠，遼寧 大連 116600）

介紹了RAM分析方法中常用的故障模式影響及危害性分析（FMECA）方法和城市軌道列車制動系統(tǒng)的分類及其功能描述。通過FMECA方法對中車長春軌道客車股份有限公司生產(chǎn)的地鐵列車制動系統(tǒng)的故障模式、故障影響及危害進(jìn)行定性及定量的系統(tǒng)性分析，找出制動系統(tǒng)故障發(fā)生的所有潛在誘因及對城市軌道列車的影響后果，并通過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)及維修維護(hù)等方面的糾正措施提高城市軌道列車制動系統(tǒng)的可靠性、可用性及維修性水平。

故障；制動系統(tǒng)；RAM分析；FMECA方法

城市軌道列車作為城市軌道交通系統(tǒng)的主體，不僅承擔(dān)運(yùn)送旅客和緩解城市日益緊張的交通的職能，而且需要快速、安全、舒適地將乘客運(yùn)送到目的地，因此軌道車輛制動系統(tǒng)功能完整、安全可靠對運(yùn)營起著非常關(guān)鍵的作用。制動系統(tǒng)作為保證車輛運(yùn)行的最主要裝備，在車輛整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備中起著舉足輕重的作用，因此需要具有較高的安全性和可靠性。為保證車輛營運(yùn)水平，要求制動系統(tǒng)具有高的可用性和可維護(hù)性，因此在車輛設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)及維修維護(hù)等階段必須運(yùn)用RAM方法進(jìn)行制動系統(tǒng)管理。

1 RAM分析

軌道車輛的RAM是列車經(jīng)過長期運(yùn)行所表現(xiàn)出來的特性，是在系統(tǒng)整個(gè)壽命周期中，通過已有的工程概念、方法、工具和技術(shù)獲得的。RAM分析方法作為RAM工程重要工具，在整個(gè)項(xiàng)目執(zhí)行階段起到非常關(guān)鍵的作用。

RAM分析主要包含如下方法：故障模式、影響及危害性分析（FMECA）、可靠性指標(biāo)分配、故障樹分析（FTA）、可靠性建模與預(yù)計(jì)、故障報(bào)告分析和糾正措施系統(tǒng)（FRACAS）、RAM驗(yàn)證等[1]。

2 制動系統(tǒng)描述

制動控制系統(tǒng)包含如下設(shè)備：供風(fēng)設(shè)備、制動控制設(shè)備、轉(zhuǎn)向架上安裝的制動設(shè)備、微處理器控制的車輪防滑保護(hù)設(shè)備、空氣懸掛設(shè)備、氣動信號設(shè)備、受電弓激活設(shè)備和車鉤操作設(shè)備。

供風(fēng)設(shè)備安裝在動車上，集成在一個(gè)膜式模塊當(dāng)中，能夠防沙防塵。供風(fēng)設(shè)備為列車提供干燥的、清潔的空氣。

對于制動系統(tǒng)來說，它包含常用制動和緊急制動。常用制動可以施加在每輛車轉(zhuǎn)向架上。它可以根據(jù)局部的空氣彈簧的壓力和與所需的摩擦制動相當(dāng)?shù)臎_擊極限，進(jìn)行載荷補(bǔ)償，以滿足總制動力的要求。緊急制動也可以施加在每輛車轉(zhuǎn)向架上。緊急制動可以根據(jù)局部的空氣彈簧壓力進(jìn)行載荷補(bǔ)償。制動控制指令信號是由司控器發(fā)出的。

停放制動的施加是由彈簧來實(shí)現(xiàn)的，而緩解靠的是壓縮空氣。停放制動的施加和緩解是由電控的脈沖閥來控制的，而如果出現(xiàn)電氣故障的話，則通過閥上面的手動按鈕來施加或緩解停放制動。對于一列超載（AW4）的列車來說，停放制動能夠使列車停放在坡度為4%的斜坡上。

3 故障模式影響與危害性分析（FMECA）

故障模式、影響與危害性分析（Failure Mode and Effect and Criticality Analysisi，F(xiàn)MECA）是FMEA和危害分析的組合分析方法，即對每一故障模式按其嚴(yán)酷度分類及對該故障模式的出現(xiàn)概率二者進(jìn)行綜合分析，提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。FMEA和FMECA是單因素分析方法，即假定只發(fā)生一種故障模式，研究這種故障模式對局部和系統(tǒng)的影響[2]。

4 FMECA分析過程與步驟

FMECA分析過程和基本步驟為：①定義系統(tǒng)的功能和工作最低要求；②擬定功能及可靠性框圖以及其他圖表或數(shù)學(xué)模型，并做文字說明；③確定分析的基本原則和用于完成分析的相應(yīng)文件；④找出故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序；⑤找出故障的檢測、隔離措施和方法；⑥設(shè)計(jì)改進(jìn)措施和使用補(bǔ)償措施分析；⑦通過風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)方法和危害性矩陣方法來確定事件的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先度；⑧運(yùn)用可靠性建模與預(yù)計(jì)方法確定故障概率；⑨對考慮的多重故障的特性組合進(jìn)行調(diào)差[3]。

5 制動系統(tǒng)FMECA分析

為了推進(jìn)FMECA分析，需要將制動系統(tǒng)的功能識別出來，其中包括制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要功能和系統(tǒng)將利用其他額外的輔助功能。制動系統(tǒng)的功能性分析工作表如表1所示?；谥苿酉到y(tǒng)功能與接口分析的國內(nèi)某地鐵項(xiàng)目FMECA分析表如表2所示。

表1 制動系統(tǒng)功能性分析工作表

子系統(tǒng)制動和供風(fēng) 主要功能向列車的主風(fēng)缸管提供壓縮空氣，監(jiān)測主風(fēng)缸管壓力和制動管壓力，提供制動缸壓力，調(diào)節(jié)車體高度 輔助功能保護(hù)系統(tǒng)免受過高的操作壓力的損害，為壓縮機(jī)控制提供壓力信號，存儲壓力空氣，將供風(fēng)系統(tǒng)與主風(fēng)缸管隔離，隔離有缺陷的制動，壓力指示，指示制動是否施加，讀取壓力調(diào)節(jié)器和壓力傳感器的狀態(tài)，混合的控制

表2 國內(nèi)某地鐵項(xiàng)目制動系統(tǒng)的FMECA分析表

故障識別故障影響保護(hù)/減輕措施恢復(fù)系統(tǒng)/后續(xù)行動 部件功能故障模式原因子系統(tǒng)系統(tǒng)安全 防滑控制閥調(diào)節(jié)制動缸壓力空氣泄漏腐蝕，老化，疲勞功能喪失，壓力微量下降壓力可能微量下降無影響由風(fēng)源通過總風(fēng)管補(bǔ)風(fēng)定期專業(yè)的預(yù)防性維修 遠(yuǎn)程控制閥切斷主調(diào)節(jié)閥與下游通路空氣泄漏腐蝕，老化，疲勞功能喪失，壓力微量下降壓力可能微量下降無影響由風(fēng)源通過總風(fēng)管補(bǔ)風(fēng)定期專業(yè)的預(yù)防性維修

在完成FMECA工作后，要輸出FEMCA報(bào)告。報(bào)告一般包括概述，制動系統(tǒng)的功能原理、定義，填寫FMEA表、CA表及其說明，結(jié)論與建議，F(xiàn)MEA清單（即可靠性關(guān)鍵重要產(chǎn)品清單、單點(diǎn)故障模式清單等）。

6 結(jié)語

隨著城市軌道列車的快速發(fā)展，對制動系統(tǒng)的可靠性要求越來越高。對城市軌道列車制動系統(tǒng)的RAM研究，是提高列車設(shè)計(jì)制造和運(yùn)營水平的重要理論基礎(chǔ)，也是進(jìn)行列車維護(hù)的重要依據(jù)。對制動系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的故障分析，可以使列車處于良好的技術(shù)狀態(tài)，為乘客提供安全、快捷、舒適的旅行。本文介紹了故障模式影響及危害性分析（FMECA）法，并提供國內(nèi)某地鐵項(xiàng)目的分析方法，要求設(shè)計(jì)師制定和實(shí)施各種改進(jìn)措施，提高整個(gè)制動系統(tǒng)的可靠性。

［1］康迎賓.基于FMECA的水閘安全評價(jià)適用性研究［J］.人民黃河，2017，39（5）：135-139.

［2］華鵬，李艷嬌，辛久元.高速列車門系統(tǒng)FMEA及風(fēng)險(xiǎn)評估案例研究［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2018（3）：18-21.

［3］劉東山.基于可靠性分析的維修間隔確定模型的建立［J］.維護(hù)與修理，2019（2）：71-73.

U270

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.051

2095－6835（2020）18－0128－02

王海瑞（1987—），男，碩士，RAMS工程師，工程師，研究方向?yàn)檐壍澜煌≧AMS。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕