楊海 劉美惠 曹鵬

摘要：在現(xiàn)代城軌交通設(shè)備中，主要有有軌電車、地鐵等，而在軌道交通車輛中，對(duì)車輛的整體設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)中都需要對(duì)其系統(tǒng)采取全方位的檢測(cè)和預(yù)判，最直接的因素還是保證軌道車輛的整體指標(biāo)是達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的，且在驗(yàn)證的期間，所得的分析數(shù)據(jù)結(jié)果更新到前期設(shè)計(jì)當(dāng)中。因此，本文根據(jù)運(yùn)行信息的軌道車輛的電氣開(kāi)關(guān)，提出了一種故障率預(yù)測(cè)方法，并作出了相應(yīng)的額定故障率的計(jì)算模型，且將計(jì)算出的數(shù)據(jù)結(jié)果運(yùn)用到軌道車輛的電氣開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，使產(chǎn)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(guān)鍵詞：軌道車輛;電氣開(kāi)關(guān);故障預(yù)測(cè)

Key words： rail vehicle;electrical switch;fault prediction

中圖分類號(hào)：TU391? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0130-02

0? 引言

本篇文章，主要是根據(jù)軌道車輛的運(yùn)行信息問(wèn)題，提出了一種對(duì)電氣開(kāi)關(guān)的故障率預(yù)測(cè)方法。該方法的主要作用是，除去對(duì)設(shè)計(jì)的應(yīng)力影響外，還在軌道車輛的其他項(xiàng)目中，也設(shè)立了關(guān)于電氣開(kāi)關(guān)的額定故障率的計(jì)算模型，設(shè)計(jì)的模型將檢測(cè)好的故障率的數(shù)據(jù)應(yīng)用到對(duì)新型軌道車輛的電氣開(kāi)關(guān)故障分析當(dāng)中。故障率預(yù)測(cè)方法不僅提高了它的檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確性，也使得相關(guān)設(shè)計(jì)人員在對(duì)其開(kāi)關(guān)選型規(guī)劃時(shí)，更加具有穩(wěn)定性[1]?，F(xiàn)階段，在故障率預(yù)測(cè)方法中，對(duì)軌道車輛系統(tǒng)中的電氣開(kāi)關(guān)等電子元器件主要是以國(guó)軍標(biāo)、美軍標(biāo)為主，而這些標(biāo)志主要以電子元器件來(lái)做標(biāo)準(zhǔn)的，且標(biāo)準(zhǔn)的不考量廠家、型號(hào)的特點(diǎn)和運(yùn)行軌跡等，但這些傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)結(jié)果都沒(méi)有科學(xué)合理性。所以，筆者就傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方式的結(jié)果提出了一種符合現(xiàn)代化且具有推廣價(jià)值的故障率預(yù)測(cè)方法。

1? 故障分析法（FMECA）

故障分析英文表示FMECA，它的檢測(cè)方式是同過(guò)故障模式為基準(zhǔn)，分析出的故障結(jié)果以及被影響的因素為主要手段，在通過(guò)相關(guān)的工作人員對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的總結(jié)和歸納的分析方法[2]。這種分析方法最終的目標(biāo)是進(jìn)行一個(gè)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(duì)象內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析統(tǒng)計(jì)，也可以將其整體的制作工藝及檢修流程進(jìn)行規(guī)模化的統(tǒng)計(jì)分析，將產(chǎn)生的故障模式分別對(duì)應(yīng)被分析對(duì)象的設(shè)備性能及安全運(yùn)行所受到的影響大小;此外，相關(guān)人員也要及時(shí)的根據(jù)掌握以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析故障發(fā)生概率對(duì)其造成的危險(xiǎn)性，并及時(shí)的找出影響因素的重要零件，并采取相對(duì)應(yīng)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(jié)歸納分析法[3]。

2? 計(jì)算的環(huán)節(jié)

故障分析法主要有兩個(gè)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(duì)象，并對(duì)其設(shè)備零件的性能進(jìn)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(jì)算公式當(dāng)中， Cij表示危險(xiǎn)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(chǎn)生的故障概率，部件的故障發(fā)生數(shù)值各有不同，詳見(jiàn)由表1所示;？姿i中i為部件的發(fā)生故障概率;t表示運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)。

故障等級(jí)評(píng)定從年均發(fā)生次數(shù)和事件后果嚴(yán)重程度主要以這兩個(gè)方面分析考察的。若故障的發(fā)生率在每年出現(xiàn)的次數(shù)較嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致乘客的出行次數(shù)降低，且計(jì)劃好的出行交通工具變化頻繁，造成出行不便，還會(huì)使得相關(guān)的運(yùn)營(yíng)公司加大了人力維修的提高，更大程度上使生產(chǎn)成本也變高了。通過(guò)往年的故障的發(fā)生次數(shù)，相關(guān)研究人員及專業(yè)人士總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以五年的故障發(fā)生次數(shù)為基準(zhǔn)，分析出均發(fā)生次數(shù)以及事故后果嚴(yán)重程度為最終的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)由表2為準(zhǔn)。

事件后果嚴(yán)重程度，主要以三個(gè)方面進(jìn)行分析決定的，分別是線路運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)、運(yùn)營(yíng)狀況的整體表現(xiàn)和車輛設(shè)備的檢修及損壞的情況、還有發(fā)生故障造成相關(guān)人員的死亡率。以這三種評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為主，對(duì)比分析，選取綜合指標(biāo)分?jǐn)?shù)值最高的事件后果嚴(yán)重度的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，分?jǐn)?shù)越高表示越嚴(yán)重。詳細(xì)數(shù)據(jù)由表3所示。

3? 電氣開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)力參數(shù)的確定

美軍標(biāo)MIL-HDBK-217F中提出關(guān)于電氣開(kāi)關(guān)故障率的計(jì)算公式是：

在上述公式當(dāng)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(shù);？仔C表示連接點(diǎn)的系數(shù);？仔Q表示設(shè)備整體品質(zhì)系數(shù);？仔E 表示所處處境的系數(shù)。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(yīng)力以及發(fā)電所產(chǎn)生的的溫度對(duì)應(yīng)的失效概率，除了電應(yīng)力和溫度應(yīng)力這兩方面外，它的根本失效率對(duì)元器件的質(zhì)量問(wèn)題、環(huán)境應(yīng)力以及電氣開(kāi)關(guān)的整體結(jié)構(gòu)忽略不計(jì)。在同一個(gè)廠家所生產(chǎn)的電氣開(kāi)關(guān)都是相同的，且他們的根本失效率也是一致的，參數(shù)不變。

3.2 承載力的系數(shù)？仔L? ？仔L主要是有開(kāi)關(guān)的屬性通過(guò)電氣開(kāi)關(guān)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(duì)比的數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)的應(yīng)力系數(shù)。而它的整體開(kāi)關(guān)承載屬性會(huì)更具電路穩(wěn)定設(shè)備性能的改變而變化，電流也會(huì)因其而改變。

3.3 連接觸點(diǎn)的系數(shù)因素？仔C? ？仔C主要的應(yīng)力系數(shù)是以電氣開(kāi)關(guān)連接的觸點(diǎn)以及其設(shè)備的類型對(duì)應(yīng)調(diào)整的。但是每個(gè)電氣開(kāi)關(guān)的使用方式都各不相同，所以他的連接觸點(diǎn)的數(shù)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(yàn)算

對(duì)于電氣開(kāi)關(guān)的故障率來(lái)講，預(yù)測(cè)其率值，必須要根據(jù)上述公式中的五個(gè)參考系數(shù)，通過(guò)參考的系數(shù)，可方便計(jì)算出應(yīng)力數(shù)值，并得到最終的預(yù)測(cè)故障率。但是，這種查表以及不同的計(jì)算的方式太過(guò)繁瑣，對(duì)于工作的積極性不高，時(shí)間消耗太長(zhǎng)，且這種預(yù)測(cè)方法，沒(méi)有根據(jù)最根本的廠家以及設(shè)備的類型的特點(diǎn)而考察。所以筆者以之前的預(yù)測(cè)方法而提出了一種較符合現(xiàn)代計(jì)算的預(yù)測(cè)故障率分析法。在上述的分析結(jié)果中可以看到，在同一廠家所生產(chǎn)的相同的電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備的類型中？仔Q、？仔E以及？姿b的參數(shù)值都是穩(wěn)定一致的。承載力系數(shù)因素和連接觸點(diǎn)的系數(shù)都是隨著方案的改變而變化，所以最新的出的計(jì)算公式可以表示為，設(shè)計(jì)系數(shù)為C，所得公式就是：C=？仔L×？仔C，最終設(shè)計(jì)好的？仔L和？仔C在相關(guān)的承載電流以承載類型等依據(jù)可在MIL-HDBK-217F的文獻(xiàn)中查閱。

當(dāng)設(shè)計(jì)人員確定好設(shè)計(jì)后，那么設(shè)計(jì)系數(shù)也就根據(jù)計(jì)算公式驗(yàn)算而成。在文章中也對(duì)的內(nèi)涵做出了相應(yīng)的介紹，它也可以表示為1的設(shè)計(jì)應(yīng)力預(yù)測(cè)故障率，也不會(huì)受到質(zhì)量以及處境因素的應(yīng)力影響而改變。

詳細(xì)對(duì)額定故障率？姿r的闡述為：？姿W是軌道車輛電氣開(kāi)關(guān)的實(shí)際運(yùn)行故障率，它的計(jì)算方式可以過(guò)大范圍，通過(guò)各個(gè)城市的軌道車輛的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)以及全程公里數(shù)還有故障發(fā)生的次數(shù)可以計(jì)算得出。各個(gè)城市的軌道的電路線路的電氣開(kāi)關(guān)也都各不相同，而確定的實(shí)際工作故障率為？姿j，kw兩者的計(jì)算公式為：

Nj，k表示j為k的故障數(shù)量;Tj，k表示k是線路j的運(yùn)行時(shí)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(shè)計(jì)應(yīng)力系數(shù)。線路j額定故障率？姿j，r：

在線路j的運(yùn)用時(shí)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(yù)測(cè)出的故障率設(shè)計(jì)新路線故障率值

設(shè)計(jì)新的設(shè)計(jì)方案時(shí)，也要必須考慮到電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備是在同一廠家生產(chǎn)的，將部件額定故障率？姿r與最新提出設(shè)計(jì)好的設(shè)計(jì)應(yīng)力系數(shù)cd相互乘積，就是得出的新設(shè)計(jì)故障率預(yù)測(cè)值。最終的預(yù)測(cè)故障率值為：？姿p=？姿r×cd

6? 總結(jié)

文章根據(jù)電氣開(kāi)關(guān)的故障率預(yù)測(cè)方法進(jìn)行研究討論的，主要有這三點(diǎn)，具體如下：①對(duì)電氣開(kāi)關(guān)的故障率進(jìn)行故障分析統(tǒng)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行一種消除設(shè)計(jì)應(yīng)力的模型，主要計(jì)算的是額定故障率參數(shù)，以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)創(chuàng)新出最新的，且具有應(yīng)用價(jià)值的電氣開(kāi)關(guān)故障的預(yù)測(cè)方法來(lái)應(yīng)用到軌道車輛當(dāng)中去。這種新型的預(yù)測(cè)方式的計(jì)算的精準(zhǔn)性更高，且有助于提高軌道車輛電氣系統(tǒng)的預(yù)測(cè)穩(wěn)定性。②通過(guò)上文的開(kāi)關(guān)額定故障率分析可得，相關(guān)設(shè)計(jì)人員針對(duì)電氣的選型的問(wèn)題，有效的完成了開(kāi)關(guān)的具體選擇，沒(méi)有過(guò)多的考量，都是以相應(yīng)的電氣所需要匹配的開(kāi)關(guān)類型進(jìn)行選擇的。本文的研究結(jié)果可以看出不同廠家以及生產(chǎn)出的電氣開(kāi)關(guān)的類型，都各有不同，相關(guān)工作人員對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)期間，要結(jié)合之前的電氣開(kāi)關(guān)的運(yùn)行的情況，保證對(duì)設(shè)計(jì)所需的部件能夠達(dá)到最優(yōu)的效果。③對(duì)于本次研究的后續(xù)工作，仍然要將整體的工作內(nèi)容規(guī)劃好，只有將軌道車輛的具體運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析規(guī)劃完善，才能夠保證得出的數(shù)據(jù)更加精確有效。

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