城轨车辆车门故障诊断技术研究

杜亚林，李小英，何劲辉

（四川管理职业学院 城轨车辆系，四川 成都 610000）

城市轨道交通车辆是城市轨道交通系统组成之一，它涉及电气、机械、材料、控制等多领域，而车门系统又是城轨车辆系统的重要组成，在运营过程中，列车车门需要频繁开、闭，并且要具备紧急解锁及障碍物检测基本功能，它的可靠性直接关系到列车运营质量。据国内各地铁运营公司统计，城轨车辆车门系统故障已经达到了城轨车辆系统故障总量的30%，车门系统故障已经严重影响了列车运营质量，因此对城轨车辆车门系统进行故障诊断技术的研究具有重要意义和作用。

本文以成都地铁一号线城轨车辆塞拉门故障历史数据为基础建立城轨车辆车门故障树模型，结合概率理论算法对车门故障数据进行分析，计算其故障概率，并对其部件进行重要度分析，确定系统内的关键部件。

1 故障树理论

1.1 故障树分析

故障树分析，就是通过建立以确定的系统故障事件为顶事件，按照由总体至部分、由顶事件到底事件的故障树，以直接造成故障事件的可能因素为枝干，以不能分解的零部件的故障模式为枝叶，直观展示故障的传播。故障树分析包括定性和定量两种分析方法，通过分析可以发现潜在薄弱环节，便于改进整个系统的设计，指导日常维修和故障诊断，提高系统可靠性。

1.2 定性分析

故障树定性分析是指通过求解最小割集查找导致顶事件发生的所有的故障模式，即所有导致顶事件发生的故障原因及组合。所以求解最小割集是定性分析的主要任务，常用的两种求解最小割集的方法有两种：下行法和上行法。

1.3 定量分析

故障树定量分析是通过已有的底事件最小割集概率，计算顶事件发生概率及各底事件的概率重要度和关键重要度，并根据关键重要度大小排序确定底事件中的薄弱环节。由定量分析内容，确定各任务采用的方法。

（1）确定底事件发生概率。通过收集的成都地铁一号线运营、检修过程中的故障数据，统计计算各底事件发生概率，该数据是故障树定量分析的基础。

（2）计算顶事件发生概率。若各底事件割集发生概率小于0．1，可采用独立近似法减小计算量计算顶事件发生概率Q ，计算公式如式（1）。

（3）计算底事件概率重要度、关键重要度，排序确定底事件中的薄弱环节。故障树分析中重要度种类多达十多种，而其中概率重要度和关键重要度能充分体现底事件对顶事件的影响，故本文主要对这两个重要度进行计算与分析。

概率重要度反映了底事件概率变化对顶事件概率变化产生的影响程度，其值越大表明底事件对顶事件影响越大，计算公式如式（2），式中Q 为顶事件发生概率，qn为底事件发生概率。

关键重要度是表示某个底事件概率变化率引起顶事件概率变化率的大小。当底事件概率不等时，改变概率大的底事件比改变概率小的底事件容易，但概率重要度并未体现这一点，所以通过计算关键重要度反映各底事件在顶事件中的重要程度，计算公式如式（3），式中为第n 个底事件关键重要度，q为第n 个底事n件发生概率，Q 为顶事件发生概率，Ig(n)为第n 个底事件的概率重要度。

2 车门系统故障树建立与分析

2.1 故障树建立

根据成都地铁一号线车门系统近年的故障历史数据及其使用的塞拉门的结构，以车门系统故障为顶事件建立故障树模型，将其子系统故障设置为中间事件，并依次分析推导至各底层执行零部件，逐步深入设计出完整的系统故障树。图1所示为车门系统故障树，图2、图3所示为车门系统A、B故障子树，车门系统故障树事件列表如表1所示。

图1 车门系统故障树

2.2 定性分析

本文采用上行法求得车门系统故障树最小割集，由于

推导得：除割集{X8，X9}外，其他割集均为一阶最小割集，共计35个最小割集，这些最小割集发生均会引起顶事件发生。车门系统故障树中有如此多的一阶最小割集的原因在于车门系统各子系统独立工作且没有冗余。该系统对各子系统工作稳定性要求较高，需要在设计生产、加工装配、保养维护等方面严格要求。

图2 车门系统A故障子树

图3 车门系统B故障子树

2.3 定量分析

2.3.1 顶事件发生概率

根据成都地铁一号线车门历史故障数据，计算得到车门系统各底事件发生概率，如表1所示。因各底事件发生概率均低于0．1，故采用式1计算顶事件发生概率Q(F)和可靠度R为

计算所得车门系统的故障概率为0．078，可靠度为0．922，说明成都地铁一号线车门系统在运营过程中的可靠度较高，与成都地铁一号线车门现场故障率低实际相符。

2.3.2 底事件概率重要度和关键重要度

车门系统各底事件发生概率已知，通过公式（2）和（3）分别计算各底事件概率重要度和关键重要度，结果如表1所示。

由表1可知锁闭开关S1故障、EDCU软件故障概率重要度、关键重要度相较其他故障更大，属于车门系统薄弱环节，在日常检修中应作为维护重点；丝杆螺母副故障，携门架上滚轮偏磨，下摆臂与下导轨固定螺丝干涉，平衡压轮与凹槽干涉，锁闭装置故障的概率重要度、关键重要度次之，在日常检修中应作为维护要点；其他故障的概率重要度、关键重要度相对较低，可进行日常维护保养。

表1 车门系统故障树事件、底事件发生概率、概率重要度及关键重要度列表

3 结语

本文搭建了城轨车辆车门系统故障树模型，利用成都地铁一号线近年车门故障数据，从定性与定量两方面介绍了城轨车辆车门系统故障诊断技术，获得了车门系统故障率、各底事件的概率重要度和关键重要度等城轨车辆车门系统可靠性指标。通过诊断，利用重要度排序，得到了锁闭开关S1、EDCU、丝杆螺母副等为城轨车辆车门的关键部件，为提高列车运营中车门的可靠度，检修人员应加强对这些部件的维护保养。

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