深圳市在用公交車機(jī)械式立體停車庫可靠性分析

賴穎東

廣東省深圳市質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測研究院 深圳 518024

0 引言

公交系統(tǒng)一個(gè)是城市所必須的運(yùn)行系統(tǒng)，每條線路的終端站點(diǎn)都需要配置一定的停車位，但公交車體型龐大，通常一條公交線路需要配置大量的車輛，從而造成了占用大量土地資源的矛盾，甚至出現(xiàn)了公交車輛由于無位可停，不得不在夜間停在市政道路上的情況。深圳市嘗試使用機(jī)械式立體停車庫來解決這一問題。截至2022年9月，已有3個(gè)公交站場建成并開始使用機(jī)械式立體停車庫，公交車庫的應(yīng)用將有效解決公交總站停車難問題，實(shí)現(xiàn)用地集約化、停放立體化、充電自動化、調(diào)度智能化，滿足城市核心區(qū)新能源公交車停放、充電、洗車、調(diào)度、檢修等方面的一體化需求，極大緩解公交戰(zhàn)場外部道路的通行壓力，提升深圳市交通環(huán)境品質(zhì)，為深圳市公交車機(jī)械立體車庫的建設(shè)發(fā)揮示范作用。

與普通機(jī)械式車庫相比，公交車機(jī)械車庫在可靠性要求上有著很大的不同，若公交機(jī)械車庫出現(xiàn)故障無法存取車輛，將會影響到一條或者多條公交線路的運(yùn)營，極端情況下甚至?xí)斐刹涣嫉纳鐣绊?，這就對公交車機(jī)械車庫的可靠性提出了更高的要求。本文將從機(jī)電設(shè)備的可靠性分析入手，闡述目前深圳市在用的3套機(jī)械式公交車立體車庫之間的可靠性異同和對應(yīng)的提高可靠性策略。

1 系統(tǒng)可靠性建模

1.1 任務(wù)流程分析

1）公交車駛?cè)朕D(zhuǎn)換區(qū)，在轉(zhuǎn)換區(qū)先由傳感器檢測車輛車身尺寸和質(zhì)量，判斷車輛是否?？吭谳d車板指定的位置，生物傳感器檢測轉(zhuǎn)換區(qū)是否有人員未離開轉(zhuǎn)換區(qū)，檢測自動門裝置是否已經(jīng)關(guān)閉，以上數(shù)據(jù)采集確認(rèn)之后，車庫準(zhǔn)備進(jìn)入存車工作狀態(tài)。2）縱移機(jī)構(gòu)將載車板連同公交車一起從轉(zhuǎn)換區(qū)運(yùn)輸至工作區(qū)的升降平臺之上。3）升降平臺提升車輛到指定樓層。4）升降平臺上的防墜落安全裝置運(yùn)行，將防墜插銷伸入插銷孔之中，使升降平臺可靠固定，防止載車板的移動造成的加載或者卸載使升降平臺意外失控墜落。5）橫移機(jī)構(gòu)將載車板橫向移動到對應(yīng)車位的橫向方位上。6）縱移機(jī)構(gòu)將公交車和載車板一起存入指定車位后，返回升降平臺，防墜安全插銷從插銷孔中縮回。7）升降平臺再前往未停放車輛的車位上，通過橫移機(jī)構(gòu)和縱移機(jī)構(gòu)配合取出未存放車輛的載車板。8）升降平臺回到一層，將空車板送入轉(zhuǎn)換區(qū)，等待進(jìn)行下一次存車循環(huán)。

機(jī)械式公交車立體停車庫的取車流程為

1）升降平臺將轉(zhuǎn)換區(qū)的空車板取出，放入無載車板的車位上。2）升降平臺提升至待取車所在樓層。3）升降平臺上的防墜落安全裝置運(yùn)行，將防墜插銷伸入插銷孔之中。4）橫移機(jī)構(gòu)和縱移機(jī)構(gòu)配合將載車板連同公交車一起從車位上運(yùn)輸至升降平臺之上。5）防墜安全插銷從插銷孔中縮回。6）升降平臺回到一層，縱移機(jī)構(gòu)將載車板和公交車送入轉(zhuǎn)換區(qū)，等待進(jìn)行下一次存車循環(huán)。

1.2 系統(tǒng)可靠性框圖

系統(tǒng)由安全保護(hù)裝置檢測、縱移機(jī)構(gòu)、主（備）提升機(jī)構(gòu)、安全防墜裝置、橫移機(jī)構(gòu)、縱移機(jī)構(gòu)等組成，系統(tǒng)可靠性框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)可靠性框圖

2 系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)

采用數(shù)學(xué)模型法，通過直接給出可靠性數(shù)學(xué)模型的串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)、混聯(lián)系統(tǒng)、表決系統(tǒng)、旁聯(lián)系統(tǒng)的有關(guān)公式進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。機(jī)械式公交車立體車庫的組成是由串聯(lián)系統(tǒng)，表決系統(tǒng)和旁聯(lián)組合而成。

1）串聯(lián)系統(tǒng) 串聯(lián)系統(tǒng)的所有單元之間的失效時(shí)間隨機(jī)變量互相獨(dú)立，其中任意一個(gè)單元的故障都會使系統(tǒng)產(chǎn)生故障，其系統(tǒng)可靠度

2）表決系統(tǒng) 表決系統(tǒng)由n個(gè)單元和表決器組成系統(tǒng)，組成系統(tǒng)的n個(gè)單元中，至少r個(gè)單元正常工作，系統(tǒng)才能正常工作，大于（n-r）個(gè)單元失效則系統(tǒng)失效，表決系統(tǒng)是儲備系統(tǒng)的一種形式，是并聯(lián)系統(tǒng)的一種特例。深圳在用的3套車庫中有2套公交車車庫系統(tǒng)的縱移機(jī)構(gòu)采用的是表決系統(tǒng)，其一定數(shù)量的縱移機(jī)構(gòu)異常是可以接受的，并不影響其他車位的出車。其可靠度

3）旁聯(lián)系統(tǒng) 旁聯(lián)系統(tǒng)各個(gè)單元只有一個(gè)處于工作狀態(tài)，另一單元處于非工作狀態(tài)作為儲備，只有工作單元處于故障狀態(tài)，儲備單元才會通過轉(zhuǎn)化裝置接替發(fā)生故障工作單元，假設(shè)轉(zhuǎn)換裝置完全可靠，則該系統(tǒng)失效率之和為

根據(jù)圖1可知，安全保護(hù)裝置串聯(lián)在系統(tǒng)之中，接著串聯(lián)上每個(gè)車位上的縱移機(jī)構(gòu)組成的一個(gè)表決系統(tǒng)，再串聯(lián)的提升機(jī)構(gòu)是由一個(gè)主系統(tǒng)和一個(gè)備用系統(tǒng)組成的旁聯(lián)系統(tǒng)，最后再串聯(lián)上橫移機(jī)構(gòu)和防墜安全裝置，故其總系統(tǒng)可靠度為

整套系統(tǒng)的可靠度不僅與各子系統(tǒng)的可靠度相關(guān)，還與其各個(gè)系統(tǒng)的組合形式有關(guān)。可以在成本允許的情況下，通過將縱移系統(tǒng)和提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)為有冗余的并聯(lián)系統(tǒng)或旁聯(lián)系統(tǒng)，或加大并聯(lián)支路數(shù)量的方法，提高系統(tǒng)整體可靠性，降低系統(tǒng)故障率。

3 系統(tǒng)可靠性分配

本文選取目前在用的3個(gè)不同廠家生產(chǎn)的3種不同類型的機(jī)械車庫，其結(jié)構(gòu)有一定的差異，分別列為A、B、C 3套不同的公交車立體車庫，通過使用評分分配法來進(jìn)行可靠性分配。

3.1 評分因素與評分原則

1）復(fù)雜程度 根據(jù)組成單元的零部件數(shù)量及之間組裝的難易程度來評定，最復(fù)雜的評10分，最簡單的評1分。

2）技術(shù)水平 根據(jù)組成單元目前的技術(shù)水平的成熟度來評定，水平最低的評10分，最高的評1分。

3）工作時(shí)間 根據(jù)組成單元的工作時(shí)間來評定。工作時(shí)間最長的評10分，工作時(shí)間最短的評1分。

4）環(huán)境條件 根據(jù)組成單元所處的環(huán)境來評定。單元工作工程中經(jīng)受極其惡劣或嚴(yán)酷環(huán)境條件的評10分，環(huán)境條件很好的評1分。

3.2 評分結(jié)果

根據(jù)評分原則，最終評分結(jié)果如表1所示。

表1 車庫評分結(jié)果

評分系數(shù)是各個(gè)子系統(tǒng)可靠度占用總系統(tǒng)可靠度的比例關(guān)系，該數(shù)字越大表示該子系統(tǒng)在總系統(tǒng)中需要分配的可靠度越高，由此可知，該子系統(tǒng)需要在設(shè)計(jì)制造階段就開始重點(diǎn)優(yōu)先給予考慮，并且在投入使用后，日常維護(hù)保養(yǎng)也應(yīng)該重點(diǎn)給予關(guān)注，才能更好地保證車庫的正常運(yùn)行，降低該子系統(tǒng)的故障率，從而保證整體的可靠運(yùn)行。

3.3 結(jié)果分析

1）提升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)在3套車庫中評分都是最高的，說明該子系統(tǒng)在系統(tǒng)整體中重要性最高，應(yīng)得到最多的關(guān)注，確保其可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）B庫的提升系統(tǒng)和縱移系統(tǒng)都是最高分，因?yàn)樵撥噹斓目v移系統(tǒng)被集成在升降平臺之上，說明縱移系統(tǒng)也和提升系統(tǒng)可靠性要求高，需要給予重點(diǎn)關(guān)注。

3）C庫的提升系統(tǒng)與橫移系統(tǒng)是各個(gè)子系統(tǒng)中分?jǐn)?shù)最高，是因?yàn)闄M移系統(tǒng)被集成在升降平臺上，工作時(shí)間長，系統(tǒng)復(fù)雜度高，所以該子系統(tǒng)的可靠性要求也高，需要從生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始就保證其可靠性，投入使用之后的維保檢修工作也應(yīng)加強(qiáng)。

4）A庫的評分比較平均，說明除提升機(jī)構(gòu)需要增加一定的關(guān)注以外，其他系統(tǒng)保持一個(gè)比較平均的可靠度分配數(shù)字，相對其他2套車庫而言該車庫的可靠性分布比較平均，也降低了該車庫生產(chǎn)設(shè)計(jì)和維護(hù)保養(yǎng)的難度。

4 可靠性分析與對策

4.1 可靠性分析

1）A車庫和B車庫每層僅有2個(gè)存車位，存取車無需橫移機(jī)構(gòu)來調(diào)整橫向取車位置，C車庫因需要在有限的空間實(shí)現(xiàn)更多的存車量，每層有4個(gè)存車位，需要設(shè)置橫移機(jī)構(gòu)，且橫移機(jī)構(gòu)安裝在升降平臺之上，就系統(tǒng)組包含成子系統(tǒng)的數(shù)量所決定的復(fù)雜程度而言，A車庫和B車庫優(yōu)于C車庫。

2）A車庫和C車庫的每個(gè)車位上都擁有獨(dú)立的縱移機(jī)構(gòu)，B車庫的縱移機(jī)構(gòu)集成在升降裝置之中，所有車位上的縱移動作均由其完成，因此，對于A車庫和C車庫而言，即使個(gè)別縱移機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，只會影響相應(yīng)車位的存取，其他車位不受影響。對于B車庫而言，若縱移機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，整套車庫將無法對所有的車位進(jìn)行存取車操作，車庫將無法正常運(yùn)行。就縱移機(jī)構(gòu)冗余度而言，A車庫和C車庫優(yōu)于B車庫。

3）C車庫車位底座為混凝土樓板，其載車板為整塊無孔鋼板，車庫內(nèi)部除升降通道以外，較少有墜落的空間，該車庫的結(jié)構(gòu)能方便檢修人員攜帶設(shè)備進(jìn)行檢修；A車庫和B車庫車位底座為鋼結(jié)構(gòu)，載車板為框架結(jié)構(gòu)，中間存在大量的空隙，發(fā)生人員墜落的風(fēng)險(xiǎn)很大，不利于檢修人員攜帶工具在車位上面進(jìn)行檢修作業(yè)。就檢修維護(hù)方便性而言，C車庫優(yōu)于A車庫和B車庫。

4）A的備用提升電動機(jī)與主提升電動機(jī)規(guī)格相同，B車庫和C車庫備用提升電動機(jī)功率只有主提升電動機(jī)的1/4，一旦主電動機(jī)出現(xiàn)故障需要使用備用電動機(jī)時(shí)，車庫的提升系統(tǒng)將無法實(shí)現(xiàn)全速運(yùn)作。因此，在備用提升電動機(jī)的工作效率方面，A車庫優(yōu)于B車庫和C車庫。

4.2 應(yīng)對策略

A車庫 車庫框架結(jié)構(gòu)不易進(jìn)行維修，應(yīng)對措施為加強(qiáng)日常保養(yǎng)的次數(shù)，同時(shí)進(jìn)行故障隱患排查，做到早發(fā)現(xiàn)早處理，避免影響車庫的正常運(yùn)行。

B車庫 因橫移機(jī)構(gòu)整合在升降平臺之上，且框架結(jié)構(gòu)不易進(jìn)行維修，故須加強(qiáng)對橫移機(jī)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)頻次，盡量確保其可靠運(yùn)作，避免出現(xiàn)橫移裝置故障導(dǎo)致整套車庫無法存取車輛的情況，同時(shí)因框架結(jié)構(gòu)影響故障的及時(shí)排除；對于備用電動機(jī)功率不足的問題，應(yīng)做到加強(qiáng)主電動機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，盡可能降低故障率，同時(shí)確保備用電動機(jī)可用，擁有足夠的備件，方便在最短的時(shí)間內(nèi)排除故障。

C車庫 利用自身檢修維護(hù)方便的特點(diǎn)，做到對縱移機(jī)構(gòu)進(jìn)行足夠的備件準(zhǔn)備，可保證在最短時(shí)間內(nèi)排除縱移機(jī)構(gòu)故障；對于備用電動機(jī)功率不足的問題，應(yīng)加強(qiáng)主提升電動機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，保證其可靠性，并保證有足夠的備用件以便在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)故障主電動機(jī)的正常運(yùn)作。

5 對未來規(guī)劃公交車立體車庫的結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議

1）各個(gè)子系統(tǒng)須擁有一定的冗余度，使車庫的子系統(tǒng)中盡量形成并聯(lián)系統(tǒng)、旁聯(lián)系統(tǒng)和表決系統(tǒng)，如升降系統(tǒng)配備備用電動機(jī)，供電系統(tǒng)配備雙電源自動切換系統(tǒng)，橫移和縱移機(jī)構(gòu)配備雙驅(qū)動裝置等，可極大提高車庫系統(tǒng)的可靠性。

2）避免過高的集成度，起升、橫移和縱移機(jī)構(gòu)盡量分開設(shè)置，防止其中一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后連帶影響其他子系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3）現(xiàn)場儲備足夠更換備件。準(zhǔn)備足夠的備件應(yīng)對隨機(jī)發(fā)生的故障，做好事后處理，在最短的時(shí)間內(nèi)消除故障影響。

4）預(yù)留足夠的檢修作業(yè)空間和平臺。良好的作業(yè)環(huán)境能極大地提高故障排除的效率，也對作業(yè)人員的人身安全有著重要的影響，充分的設(shè)計(jì)優(yōu)化對車庫的可靠性提高有積極的影響。

5）增加維護(hù)保養(yǎng)頻次。TSG Q5001—2009《起重機(jī)使用管理規(guī)則》中第34條規(guī)定：在用起重機(jī)至少每月進(jìn)行一次日常維護(hù)保養(yǎng)和自行檢查，每年進(jìn)行一次全面檢查，保持起重機(jī)的正常狀態(tài)。第38條規(guī)定：使用單位可以根據(jù)起重機(jī)械工作的繁重程度和環(huán)境條件的惡劣狀況，確定高于本規(guī)則規(guī)定的日常維護(hù)、自行檢查和全面檢查的周期和內(nèi)容。公交車立體車庫的維護(hù)保養(yǎng)頻率可高于使用管理規(guī)定的周期，同時(shí)可根據(jù)其特定的使用要求，增加保養(yǎng)的內(nèi)容，制定更有針對性的保養(yǎng)規(guī)則，特別是對于可靠性分配中系數(shù)比較高的子系統(tǒng)，更應(yīng)重點(diǎn)設(shè)置高頻次、全方面覆蓋的保養(yǎng)計(jì)劃。

6 結(jié)語

當(dāng)前，全國許多城市為緩解交通擁堵，降低能源消耗，改善生態(tài)環(huán)境，都在積極推進(jìn)以新能源公交為重點(diǎn)的公交都市建設(shè)，未來對新能源公交立體車庫的需求將會越來越大。但公交立體車庫不同于傳統(tǒng)車庫，需要滿足好用、耐用的進(jìn)階要求。本文所敘述的方案優(yōu)化方法，將整體提升機(jī)械式公交車停車庫的可靠程度，減少出現(xiàn)車庫出現(xiàn)故障影響公交線路正常出車的情況發(fā)生，提升公交車立體車庫集約化利用土地資源的效果，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)公交的良好社會影響。