張曉軍

（上海鐵路局 上海動車段，上海201812）

CRH380BL型動車組故障樹分析方法淺析*

張曉軍

（上海鐵路局 上海動車段，上海201812）

隨著我國動車組大量上線運營的時間推移，開始陸續(xù)發(fā)生各類故障。文章主要闡述了故障樹分析法在CRH380BL動車組運行中發(fā)生故障后的分析處理流程和方法，以提高動車組故障處理的及時性、有效性及準確性。

CRH380BL型動車組；故障樹；分析法

隨著我國四縱四橫高鐵線路總體規(guī)劃的建成及投入運營動車組數(shù)量的急劇攀升，動車組新造、檢測、維修技術同步迎來了快速發(fā)展。一方面，動車組因其運營的高標準及功能的高需求，在設計中采用了大量的機械、電子、微機部件及眾多的操作、安全系統(tǒng)，最終決定了其整體系統(tǒng)的龐大性和復雜性，大幅增加了運用維修的難度。但另一方面，隨著社會生活節(jié)奏日趨快速高效，人們對出行的安全性、準時性、舒適性要求也日益提升，運營動車組必須確保優(yōu)質(zhì)、正點方能具備市場競爭能力。這一切都對動車組運用維修部門提出了近乎嚴苛的要求。在不斷提高檢修人員業(yè)務素質(zhì)的同時，如何發(fā)現(xiàn)、選取和推廣高效的分析工具及科學的診斷方法，對解決目前運用動車組安全性能保障艱難這一突出問題顯得尤為重要。

隨著投入運營動車組數(shù)量和走行公里的不斷增加，各類動車組運用故障和入庫故障也不可避免地呈現(xiàn)出增長趨勢。為了在運營途中及檢修庫內(nèi)，能夠快速、準確地分析和解決現(xiàn)車故障，避免或降低對動車組安全、可靠、準點使用所造成的影響，結合自身的工作經(jīng)驗和現(xiàn)場實踐，闡明故障樹分析法在CRH380BL動車組故障分析中的應用思考。

1 故障樹分析法的闡述

故障樹分析法是通過對可能造成設備故障的所有硬件、軟件、環(huán)境、人為等因素進行歸納和羅列，畫出故障樹圖，從而確定設備故障原因的各種可能組合方式的一種分析方法。故障樹分析法以一個特定的、具體的設備故障事件，即頂事件作為分析的目標，通過自上而下按層次的故障因果邏輯分析，采用演繹推理的方法，逐層找出故障事件的充分和必要原因，最終找出導致事件發(fā)生的所有原因，從而為實施有效的故障檢測、排除提供指導。

2 故障樹分析法在實踐中的運用

無論在動車組途中運營或庫內(nèi)檢修，故障樹分析法均能夠提供可靠的指導和有力的依據(jù)。下面以CRH380B－6472L動車組出現(xiàn)的68C8故障（檢測到軸不旋轉，列車自動停車）分析為例，對該方法的思路和使用進行詳細說明。

2.1 CRH380BL型動車組68C8故障問題描述

2014年5月5日G7151次（CRH380B－6472L動車組擔當，01車主控）運行至南京—寶華山區(qū)間時，司機顯示屏報08車4軸不旋轉（故障代碼：1742）、檢測到軸不旋轉，列車自動停車（故障代碼：68C8）、運行滾動測試（故障代碼：6B0C），司機采取緊急制動停車。機械師確認故障后，申請下車檢查，對08車輪對踏面、車軸電機端蓋、聯(lián)軸器及牽引電機吊裝螺栓等相關部件進行了檢查，發(fā)現(xiàn)08車2軸左側及4軸左側的車輪踏面有輕微擦傷現(xiàn)象，2軸、3軸聯(lián)軸器有油跡，其他可視部位未見異常。用點溫計測量08車4軸電機兩端軸承部位的溫度分別為37℃和38℃，均在正常范圍內(nèi)。靜態(tài)檢查完畢后，操作以5 km/h速度運行約20 m進行滾動試驗，在車下檢查各車軸轉動狀態(tài)，未見異常。將08車空氣制動切除，并將轉向架檢測故障開關43－S12置“關”位，動車組限速200 km/h運行至前方鎮(zhèn)江站。途中使用電腦軟件對故障車故障軸對應的電機溫度進行監(jiān)控，運行過程中未見異常。動車組從鎮(zhèn)江站空送至動車運用所檢修庫進行故障處理。

2.2 68C8故障樹描繪

檢測到軸不旋轉，列車自動停車（故障代碼：68C8）為影響動車組運行安全的故障，一旦出現(xiàn)須實施重點監(jiān)控，查清并排除其真正的故障原因后方可上線運行。為了提高該故障的診斷效率和處理準確度，對該故障按故障樹分析法進行系統(tǒng)梳理，為之后有針對性地開展故障原因確認提供依據(jù)。該故障的故障樹如圖1所示。

2.3 基于68C8故障樹問題的分析處理流程

（1）動車組運行中，故障代碼68C8與故障代碼1742同時出現(xiàn)，而故障代碼68C4并未出現(xiàn)，根據(jù)68C8故障樹所示，可初步斷定故障是由車軸抱死或車軸抱死誤報兩種可能引起。

（2）根據(jù)68C8故障樹，車軸抱死或車軸抱死誤報兩種可能原因中，車軸抱死危害性極大，因此在動車組運行途中須通過以下手段優(yōu)先對其進行確認：

第1步檢測軸溫。停車后，用點溫計測量08車4軸電機兩端軸承部位的溫度分別為37℃和38℃，均在正常范圍內(nèi)。

第2步檢查車輪踏面狀態(tài)。對08車車輪踏面、車軸電機端蓋、聯(lián)軸器及牽引電機吊裝螺栓等相關部件進行檢查，發(fā)現(xiàn)08車2軸左側及4軸左側的車輪踏面存在輕微擦傷，2軸、3軸聯(lián)軸器有油跡，其他可視部位未見異常。有輕微擦傷現(xiàn)象表明存在車軸抱死的風險。

第3步進行滾動試驗。靜態(tài)檢查完畢后，以5 km/h速度運行約20 m進行滾動試驗，在車下檢查各車軸轉動狀態(tài)，未見異常，確認車軸滾動良好。

通過上述步驟可基本判斷，車軸滾動良好，但存在輕微擦傷現(xiàn)象，因此仍須在運行中繼續(xù)加強檢測。為此，在之后的運行中采取了使用電腦軟件對故障車軸對應電機溫度進行監(jiān)控的方法，最終未見異常。

（3）初步排除車軸抱死故障后，根據(jù)68C8故障樹，在動車組到站后的回庫途中，針對17X2系列的另一個原因組——軸抱死誤報，開展了如下驗證工作：

第1步對軸抱死誤報可能性進行確認。在08車使用制動軟件對制動控制單元（BCU）內(nèi)4個軸的轉速數(shù)據(jù)進行了監(jiān)控，其中1，2，3軸的轉速顯示均為75 km/h，4軸顯示速度為0 km/h，且BCU報出的1742故障始終存在。具體監(jiān)控情況如圖2所示。

第2步基于BCU軟件邏輯設定對故障原因做進一步分析。軟件邏輯設定為一是在所有制動控制單元BCU1和牽引控制單元TCU（拖車為BCU2）速度反饋信號都有效時，如果只有BCU或TCU發(fā)送抱死信號，列車控制單元（CCU）立即報出6B0E（自動滾動測試運行），若此抱死信號持續(xù)20 s未消失，報68C8故障，啟動滾動測試（故障代碼6B0C）。如果滾動測試通過，列車正常運行；如果滾動測試不通過，限速40 km/h運行。二是在BCU1和TCU（拖車為BCU2）速度反饋信號存在無效的情況下，如果只有BCU或TCU發(fā)送抱死信號，若此抱死信號持續(xù)5 s未消失，報68C8故障，啟動滾動測試（故障代碼6B0C）。如果滾動測試通過，列車正常運行；如果滾動測試不通過，限速40 km/h。

在現(xiàn)場實際問題處理中，動車組自行啟動滾動測試（故障代碼6B0C）。啟動列車后，動車組提速到36 km/h時，自動滾動測試完成（代碼：6B12），最終動車組以限速200 km/h入庫。這表明動車組這兩套完全獨立且互為冗余的軸不旋轉檢測裝置中至少有一套檢測到車軸轉動正常，進一步為08車4軸實際未發(fā)生軸不旋轉故障的結論提供了依據(jù)。

（4）回庫后，以故障樹為指引，繼續(xù)對車軸抱死及車軸抱死誤報這兩個可能原因組展開更深入的驗證工作。

第1步對車輪踏面進行檢查確認。檢查發(fā)現(xiàn)08車1軸、2軸及4軸左側車輪踏面各有一處輕微擦傷，擦傷深度均為0.1 mm；08車2軸及4軸右側車輪踏面擦傷已消失。同時，檢查動車組其他車輛的輪對，也發(fā)現(xiàn)一些類似的輕微擦傷痕跡，如圖3所示。

依據(jù)擦傷的輕微程度以及存在的自修復現(xiàn)象，同時考慮到多軸均存在相似情況，因此可以判定輕微的擦傷僅是輪軌間的黏著不良引起，而非車軸抱死造成。

通過運行中、回庫途中、入庫后的各種檢查檢測手段及對應分析，可以得出以下結論：故障樹中由車軸抱死超過20 s（17X2系列）原因引起的68C8故障，可基本排除車軸抱死原因，因此應重點分析車軸抱死誤報原因。

第2步開展傳感器監(jiān)測線路檢查。測量傳感器接口到BCU板卡前置插頭線路，確認無短路、開路或接地現(xiàn)象；觀察連接器插針無縮針、歪針等現(xiàn)象，線路導通良好；確認速度傳感器外觀狀態(tài)良好，無磕碰、劃痕等損傷；通過軟件連接BCU，檢查板卡未報通訊故障。

由此，傳感器線路故障可基本排除。

第3步開展傳感器故障檢查。根據(jù)回庫途中在08車使用制動軟件收集的BCU內(nèi)4個車軸轉速監(jiān)控數(shù)據(jù)，其中1，2，3軸數(shù)據(jù)正常，4軸顯示速度為0 km/h，因此須對該軸的速度傳感器進行檢查。利用測速齒輪模擬器對傳感器進行測速檢查，顯示的速度值為0，表明該速度傳感器無輸出信號，如圖4所示。對該故障速度傳感器進行更換后，再次進行模擬測試結果正常，基本確認了傳感器本身無輸出信號是造成本次車軸抱死誤報故障的原因。

第4步對TCU、CCU、BCU、HMI（司機顯示屏）數(shù)據(jù)進行下載分析。雖然已明確速度傳感器損壞這一故障點，但根據(jù)68C8故障樹的復雜性，為了將故障原因分析徹底，需對動車組記錄數(shù)據(jù)實施進一步分析，使分析結論形成相互佐證。

從MVB數(shù)據(jù)獲得的08車各軸速度曲線如圖5所示。

由曲線圖可以看出，08車4軸速度傳感器在2 s的瞬時內(nèi)，速度信號從247 km/h突變?yōu)?。實際上，動車組抱死誤報故障后續(xù)一直存在，但傳感器的速度始終為0，可進一步表明傳感器損壞是導致本次故障的原因。

2.4 68C8故障問題分析處理總結

在以上CRH3型動車組68C8故障問題的分析診斷中我們可以看到，動車組運用故障樹分析方法起到了顯著的指導作用。首先，在動車組運營途中，通過故障樹可直接排除熱軸這一原因組，使機械師可以重點針對車軸抱死這一可能原因，采取點溫、檢查踏面、滾動試驗、電機溫度監(jiān)控等積極的應對措施，同時排除了聯(lián)軸器滲油等誤導因素（實際原因為齒輪箱非接觸式迷宮密封齒磨損，不影響動車組運行），使分秒必爭的途中應急故障處理更為及時有效。在動車組到站后的回庫途中，根據(jù)故障樹中軸抱死誤報這另一原因組，通過制動軟件采集BCU數(shù)據(jù)加以分析的方法，進一步驗證了軸抱死誤報這一可能性。動車組回庫后，根據(jù)故障樹中軸抱死誤報的原因組，可迅速將問題鎖定于傳感器監(jiān)測線路和傳感器本體，為快速找到問題根源提供了可靠指引。

3 結束語

動車組因自身系統(tǒng)集成性和復雜性的特點，必然使故障分析處理的難度加大。而采用故障樹分析法，可有效幫助理清思路，將原本復雜的問題變得較為清晰明了，也使各種先進的動車組故障檢測及數(shù)據(jù)分析手段變得有的放矢，從而在動車組運用檢修一線，提升問題分析的及時性和準確性，降低誤判和漏判的可能性。同時，也為將各種典型問題的處理過程形成規(guī)范化、標準化、模塊化的診斷分析流程提供了一種可靠的方法。

［1］ 孫幫成，安 超，王貴國，等.軌道交通RAMS工程基礎［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2014.

［2］ 左建勇，任利惠，吳萌嶺.鐵道車輛制動系統(tǒng)防滑控制仿真與試驗研究［J］.同濟大學學報（自然科學版），2010，38（6）：912－916.

［3］ 喬英忍.我國鐵路動車和動車組的發(fā)展（上）［J］.內(nèi)燃機車，2006，（1）：2-7.

［4］ 黃學文，劉春明，馮 璨，王 欣，于 鳳.CHR3高速動車組故障診斷系統(tǒng)［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2010，16（10）：2311－2318.

Brief Introduction of Fault Tree Analysis for CRH380BL EMU

ZHANG Xiaojun
（Shanghai EMU Depot，Shanghai Railway Bureau，Shanghai 201812，China）

With more and more EMU trains go on operating，various faults have happened.This paper mainly expounds the processing methods and ways of fault tree analysis when CRH380BL EMU has problems during operation，so that the efficiency and accuracy can be improved when handling problems.

CRH380BL EMU；fault tree；analysis

U266.2

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.22

1008－7842（2014）06－0087－04

*中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題（2013J005－B，2013J005－A）

9—）男，高級工程師（

2014－07－22）