基于故障樹的站臺門系統(tǒng)可靠性提升研究

摘 要：通過構(gòu)建故障樹模型，系統(tǒng)地識別了導(dǎo)致站臺門故障的各種因素，并分析了它們之間的邏輯關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電機(jī)線松動是影響站臺門可靠性的主要底事件，提出了改良電機(jī)線接頭降低底事件發(fā)生概率，從而提升站臺門系統(tǒng)整體可靠性的應(yīng)對措施，不僅為站臺門故障診斷提供了新的思路和方法，也為提升站臺門系統(tǒng)的安全性和可靠性提供了重要的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：故障樹；站臺門；電機(jī)線

中圖分類號：U121" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）14-0089-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.14.021

0" " 引言

故障樹是一種分析可靠性的手段，是由上往下的演繹式失效分析法，可以分析系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的狀態(tài)，客觀直接地表達(dá)出問題所在，并對系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷、制定維修策略，或是確認(rèn)某一安全事故或特定系統(tǒng)失效的發(fā)生率[1]。隨著故障樹分析方法的不斷發(fā)展，故障樹診斷分析在電氣系統(tǒng)與機(jī)械設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用不斷得到推廣[2-6]。

站臺門系統(tǒng)是軌道交通系統(tǒng)中重要的安全設(shè)施，它的主要功能是通過控制站臺門的開關(guān)，確保乘客安全進(jìn)出站臺，并防止乘客的不當(dāng)行為。如果站臺門系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致乘客意外傷害或者列車運(yùn)行延誤，嚴(yán)重影響乘客的出行體驗(yàn)和安全性。因此，提高站臺門系統(tǒng)的可靠性，是確保軌道交通系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要條件。站臺門是一個高度系統(tǒng)化的領(lǐng)域，各子系統(tǒng)之間相互協(xié)作、相互配合，控制系統(tǒng)的正常工作影響機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)能否準(zhǔn)確執(zhí)行命令，機(jī)械傳動狀態(tài)影響電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。提高站臺門的可靠性取決于兩個方面，一是降低站臺門控制系統(tǒng)的故障率，二是提升故障處理效率，從而防止系統(tǒng)長時間停止工作。

本文建立站臺門系統(tǒng)故障樹，通過定性定量分析得出底事件故障概率，根據(jù)重要度計(jì)算結(jié)果找出站臺門系統(tǒng)典型故障原因和薄弱環(huán)節(jié)，針對存在的問題提出相應(yīng)的改善措施，從而降低站臺門故障率。當(dāng)現(xiàn)場站臺門系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過與故障樹進(jìn)行比對，找出引起故障發(fā)生的底事件，能使現(xiàn)場維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)故障的高效準(zhǔn)確處理。

1" " 站臺門系統(tǒng)

站臺門系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)兩部分組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括門體結(jié)構(gòu)和門機(jī)系統(tǒng)。門體結(jié)構(gòu)由滑動門、端門、應(yīng)急門和固定門組成，門機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)、減速器、傳動裝置、鎖緊裝置等組成。電氣部分主要包括監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由中央控制器、DCU、就地控制面板、緊急控制面板及就地控制盒組成，電源系統(tǒng)由驅(qū)動電源、控制電源及蓄電池組成。

2" " 站臺門系統(tǒng)故障樹建立

2.1" " 確立頂事件

站臺門頂事件通常是指在地鐵站臺門系統(tǒng)中發(fā)生的與站臺門相關(guān)的故障或事故。以某地鐵2022年的故障數(shù)據(jù)庫為依據(jù)，分析故障統(tǒng)計(jì)表后發(fā)現(xiàn)，故障現(xiàn)象主要包括站臺門無法正常開關(guān)、電源系統(tǒng)故障、其他故障等類別，其中站臺門無法正常開關(guān)占比88.3%，電源系統(tǒng)故障占比7.2%，其他故障占比4.5%。站臺門無法正常開關(guān)故障現(xiàn)象最多，包含滑動門延遲關(guān)閉、運(yùn)行過程中有異響、無法打開、無法關(guān)閉、門鎖故障等，所以將站臺門無法開關(guān)故障作為頂事件。

2.2" " 站臺門無法打開或關(guān)閉故障樹模型

以站臺門無法開啟或關(guān)閉的頂事件，篩選出站臺門無法關(guān)閉或開啟的故障信息，構(gòu)建站臺門無法打開或關(guān)閉故障樹，如圖1所示。

在站臺門系統(tǒng)的故障樹分析中，底事件通常指的是導(dǎo)致站臺門系統(tǒng)故障的具體原因。運(yùn)用下行法求出故障事件的底事件，從頂事件開始逐層向下查找割集，遇到“或”門便增加割集個數(shù)，即將“或”門的輸入事件在下一列縱向依次展開。圖1中，Mi（i=1，2，…，6）代表中間事件，Xi（i=1，2，…，16）代表底事件?！盎颉遍T表示至少一門輸入事件發(fā)生時，輸出事件就發(fā)生，根據(jù)“或”門的邏輯關(guān)系，圖1中的16個底事件只要有1個出現(xiàn)，就會發(fā)生故障風(fēng)險。

2.3" " 故障樹定量分析

P為頂事件故障概率，PM1、PM2、PM3、PM4、PM5、PM6為對應(yīng)的中間事件的故障概率，PX1、PX2、PX3、…、PX16為對應(yīng)的底事件的故障概率。

式中：P為頂事件概率；PXi為底事件概率。

由圖1故障樹模型可知，共有16個最小底事件，其中發(fā)生概率最大的是影響站臺門無法關(guān)閉或打開故障的主要原因。根據(jù)故障數(shù)據(jù)收集和分析，各底事件概率PXi如表1所示。

故障樹中各個底事件對頂事件發(fā)生影響程度不同，各底事件發(fā)生概率與頂事件發(fā)生概率的比值表示該底事件的重要度，重要度計(jì)算公式為：

Ii=PXi/P

式中：Ii為底事件重要度；PXi為底事件概率；P為頂事件概率。

根據(jù)重要度公式，各底事件重要度及重要度排序如表1所示。

根據(jù)重要度計(jì)算結(jié)果，X12電機(jī)線松動重要度最高，因此站臺門無法關(guān)閉系統(tǒng)最主要的影響因素為電機(jī)線松動或損壞。

3" " 改進(jìn)措施及結(jié)果

3.1" " 改進(jìn)措施

優(yōu)化電機(jī)線接頭，改良前的電機(jī)線接口存在接觸不良、易脫落、耐用性差等問題，電機(jī)線插頭如圖2所示。

經(jīng)過深入分析研究，電機(jī)線接頭連接處沒有緊固措施，設(shè)備運(yùn)動過程中振動會造成連接松動，通過增加緊固措施改良電機(jī)線插頭，改良后的電機(jī)線接頭如圖3所示，該電機(jī)線插頭從結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)有卡扣進(jìn)行固定，能有效防止端子向后退針和晃動，而且可以有效控制及鎖定端子插入時的高度位置，從而保證端子在連接器內(nèi)部不會存在轉(zhuǎn)動及左右晃動的現(xiàn)象，保證其連接的可靠性。

3.2" " 改進(jìn)結(jié)果

實(shí)施改進(jìn)措施后3個月后，分析改進(jìn)措施對站臺門可靠性的影響，統(tǒng)計(jì)改進(jìn)后故障發(fā)生數(shù)據(jù)如表2所示。對比表1和表2可得出，改進(jìn)后的底事件概率之和小于改進(jìn)前底事件概率之和，說明站臺門系統(tǒng)的故障率降低了，站臺門系統(tǒng)可靠性提升。

4" " 站臺門系統(tǒng)故障樹診斷實(shí)例

使用站臺門故障樹能夠?qū)σl(fā)各種故障的原因進(jìn)行全面排查，精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)，使現(xiàn)場維護(hù)人員能夠快速高效地解決故障，提高故障修復(fù)效率，提升站臺門可靠性。當(dāng)現(xiàn)場站臺門滑動門在關(guān)門的過程中發(fā)生故障時，現(xiàn)場維保人員可以利用站臺門故障樹模型以及表3故障現(xiàn)象與排除方法進(jìn)行故障判斷。

以滑動門門體無法關(guān)閉故障為例，首先觀察滑動門有無夾人夾物的情況，若沒有排除X1夾人夾物；只有單個滑動門無法關(guān)閉，排除X3未收到信號；滑動門能夠正常打開，說明不是滑動門阻力過大引起的關(guān)門故障，且打開過程中沒有異響，排除X8滾輪故障、X9皮帶張緊力過大、X10門體剮蹭三個部位；檢查門體若無異常，排除X6門體故障、X7門到位開關(guān)故障；檢查門鎖，若無異常，排除X13行程開關(guān)損壞、X14鎖叉/鎖銷松動、X15電磁鎖間隙故障、X16手動解鎖開關(guān)故障；經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)DCU異常，因此將故障點(diǎn)確定為X4 DCU故障，維修預(yù)案為更換DCU。

5" " 結(jié)束語

故障樹分析是一種有效的工具，能夠系統(tǒng)性地識別、分析和預(yù)測站臺門系統(tǒng)中可能導(dǎo)致故障的各種因素。通過構(gòu)建故障樹，可以清晰地展現(xiàn)故障發(fā)生的邏輯關(guān)系，從而準(zhǔn)確地定位故障的根本原因。通過故障樹定量分析，深入了解站臺門系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，并對站臺門系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可提升系統(tǒng)的可靠性和安全性。例如，可以采用電機(jī)線接頭改進(jìn)、重點(diǎn)部位精準(zhǔn)檢修等方式，降低底事件的發(fā)生概率。同時，也可以加強(qiáng)員工的安全教育和技能培訓(xùn)，提高其對站臺門系統(tǒng)故障的識別和處理能力。

隨著站臺門系統(tǒng)的使用和環(huán)境的變化，新的故障模式和底事件可能會出現(xiàn)。因此，需要定期對故障樹進(jìn)行更新，確保其始終能夠準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的實(shí)際情況?；诠收蠘涞恼九_門故障診斷和可靠性提升研究有助于提升站臺門系統(tǒng)的安全性和可靠性，減少故障發(fā)生，降低維護(hù)成本，提高乘客的滿意度和出行安全性。

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收稿日期：2024-04-01

作者簡介：肖萍（1991—），女，陜西咸陽人，碩士研究生，工程師，研究方向：地鐵機(jī)電設(shè)備運(yùn)營。