基于运行信息的轨道车辆电气开关的故障率预测方法

杨海 刘美惠 曹鹏

摘要：在现代城轨交通设备中，主要有有轨电车、地铁等，而在轨道交通车辆中，对车辆的整体设计以及生产中都需要对其系统采取全方位的检测和预判，最直接的因素还是保证轨道车辆的整体指标是达到生产标准的，且在验证的期间，所得的分析数据结果更新到前期设计当中。因此，本文根据运行信息的轨道车辆的电气开关，提出了一种故障率预测方法，并作出了相应的额定故障率的计算模型，且将计算出的数据结果运用到轨道车辆的电气开关的设计当中，使产生的故障率最小化。

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.

关键词：轨道车辆;电气开关;故障预测

Key words： rail vehicle;electrical switch;fault prediction

中图分类号：TU391                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）21-0130-02

0  引言

本篇文章，主要是根据轨道车辆的运行信息问题，提出了一种对电气开关的故障率预测方法。该方法的主要作用是，除去对设计的应力影响外，还在轨道车辆的其他项目中，也设立了关于电气开关的额定故障率的计算模型，设计的模型将检测好的故障率的数据应用到对新型轨道车辆的电气开关故障分析当中。故障率预测方法不仅提高了它的检测数据的精确性，也使得相关设计人员在对其开关选型规划时，更加具有稳定性[1]。现阶段，在故障率预测方法中，对轨道车辆系统中的电气开关等电子元器件主要是以国军标、美军标为主，而这些标志主要以电子元器件来做标准的，且标准的不考量厂家、型号的特点和运行轨迹等，但这些传统的预测结果都没有科学合理性。所以，笔者就传统的预测方式的结果提出了一种符合现代化且具有推广价值的故障率预测方法。

1  故障分析法（FMECA）

故障分析英文表示FMECA，它的檢测方式是同过故障模式为基准，分析出的故障结果以及被影响的因素为主要手段，在通过相关的工作人员对本项目进行实质性的总结和归纳的分析方法[2]。这种分析方法最终的目标是进行一个具有整体性的规模化的系统故障分析[4]。所谓故障分析法就是将按照规定的办法及操作规章顺序给予被分析的对象内部整体结构进行详细的分析统计，也可以将其整体的制作工艺及检修流程进行规模化的统计分析，将产生的故障模式分别对应被分析对象的设备性能及安全运行所受到的影响大小;此外，相关人员也要及时的根据掌握以往经验来分析故障发生概率对其造成的危险性，并及时的找出影响因素的重要零件，并采取相对应的解决办法，降低因故障而发生的其它意外发生，所以，被叫做故障分析法，别称也可以为总结归纳分析法[3]。

2  计算的环节

故障分析法主要有两个方面，第一是故障模式和影响分析（FAMEA），第二是危害性分析（CA）。FAMEA包含：确定好分析对象，并对其设备零件的性能进行故障分析，并明确采取的分析方法及解决措施。

在CA法的计算公式当中， Cij表示危险度，所得公式为Cij=？琢ij？茁ij？姿ij，？琢ij中i是故障模式，而j为所发生的频率比例;？茁ij中，i是在j的故障模式中所产生的故障概率，部件的故障发生数值各有不同，详见由表1所示;？姿i中i为部件的发生故障概率;t表示运行的时长。

故障等级评定从年均发生次数和事件后果严重程度主要以这两个方面分析考察的。若故障的发生率在每年出现的次数较严重时，会导致乘客的出行次数降低，且计划好的出行交通工具变化频繁，造成出行不便，还会使得相关的运营公司加大了人力维修的提高，更大程度上使生产成本也变高了。通过往年的故障的发生次数，相关研究人员及专业人士总结经验，以五年的故障发生次数为基准，分析出均发生次数以及事故后果严重程度为最终的评判标准。详细的评判标准由表2为准。

事件后果严重程度，主要以三个方面进行分析决定的，分别是线路运营安全评价、运营状况的整体表现和车辆设备的检修及损坏的情况、还有发生故障造成相关人员的死亡率。以这三种评判标准为主，对比分析，选取综合指标分数值最高的事件后果严重度的评分标准，分数越高表示越严重。详细数据由表3所示。

3  电气开关设计应力参数的确定

美军标MIL-HDBK-217F中提出关于电气开关故障率的计算公式是：

在上述公式当中：？姿p表示失效概率;？姿b表示根本失效概率;？仔L承载力的系数;？仔C表示连接点的系数;？仔Q表示设备整体品质系数;？仔E 表示所处处境的系数。单位：10-6/h。

3.1根本失效概率？姿b  ？姿b主要含义是元器件中的接电感应力以及发电所产生的的温度对应的失效概率，除了电应力和温度应力这两方面外，它的根本失效率对元器件的质量问题、环境应力以及电气开关的整体结构忽略不计。在同一个厂家所生产的电气开关都是相同的，且他们的根本失效率也是一致的，参数不变。

3.2 承载力的系数？仔L  ？仔L主要是有开关的属性通过电气开关所承载的电流以及它的属性中的阻性承载电流之间相互对比的数值进行调节的应力系数。而它的整体开关承载属性会更具电路稳定设备性能的改变而变化，电流也会因其而改变。

3.3 连接触点的系数因素？仔C  ？仔C主要的应力系数是以电气开关连接的触点以及其设备的类型对应调整的。但是每个电气开关的使用方式都各不相同，所以他的连接触点的数值和它的种类因电路的影响而变化[5]。

4  故障分析的提出以及验算

对于电气开关的故障率来讲，预测其率值，必须要根据上述公式中的五个参考系数，通过参考的系数，可方便计算出应力数值，并得到最终的预测故障率。但是，这种查表以及不同的计算的方式太过繁琐，对于工作的积极性不高，时间消耗太长，且这种预测方法，没有根据最根本的厂家以及设备的类型的特点而考察。所以笔者以之前的预测方法而提出了一种较符合现代计算的预测故障率分析法。在上述的分析结果中可以看到，在同一厂家所生产的相同的电气开关设备的类型中？仔Q、？仔E以及？姿b的参数值都是稳定一致的。承载力系数因素和连接触点的系数都是随着方案的改变而变化，所以最新的出的计算公式可以表示为，设计系数为C，所得公式就是：C=？仔L×？仔C，最终设计好的？仔L和？仔C在相关的承载电流以承载类型等依据可在MIL-HDBK-217F的文献中查阅。

当设计人员确定好设计后，那么设计系数也就根据计算公式验算而成。在文章中也对的内涵做出了相应的介绍，它也可以表示为1的设计应力预测故障率，也不会受到质量以及处境因素的应力影响而改变。

详细对额定故障率？姿r的阐述为：？姿W是轨道车辆电气开关的实际运行故障率，它的计算方式可以过大范围，通过各个城市的轨道车辆的运行时长以及全程公里数还有故障发生的次数可以计算得出。各个城市的轨道的电路线路的电气开关也都各不相同，而确定的实际工作故障率为？姿j，kw两者的计算公式为：

Nj，k表示j为k的故障数量;Tj，k表示k是线路j的运行时间。功能k额定故障率？姿j，krr：

其中：Cj，k表示线路j是k的设计应力系数。线路j额定故障率？姿j，r：

在线路j的运用时间是tj：部件额定故障率？姿j，r：

部件额定故障率？姿r：

5  以预测出的故障率设计新路线故障率值

设计新的设计方案时，也要必须考虑到电气开关设备是在同一厂家生产的，将部件额定故障率？姿r与最新提出设计好的设计应力系数cd相互乘积，就是得出的新设计故障率预测值。最终的预测故障率值为：？姿p=？姿r×cd

6  总结

文章根据电气开关的故障率预测方法进行研究讨论的，主要有这三点，具体如下：①对电气开关的故障率进行故障分析统计，对其进行一种消除设计应力的模型，主要计算的是额定故障率参数，以这个标准来创新出最新的，且具有应用价值的电气开关故障的预测方法来应用到轨道车辆当中去。这种新型的预测方式的计算的精准性更高，且有助于提高轨道车辆电气系统的预测稳定性。②通过上文的开关额定故障率分析可得，相关设计人员针对电气的选型的问题，有效的完成了开关的具体选择，没有过多的考量，都是以相應的电气所需要匹配的开关类型进行选择的。本文的研究结果可以看出不同厂家以及生产出的电气开关的类型，都各有不同，相关工作人员对产品设计期间，要结合之前的电气开关的运行的情况，保证对设计所需的部件能够达到最优的效果。③对于本次研究的后续工作，仍然要将整体的工作内容规划好，只有将轨道车辆的具体运行数据统计分析规划完善，才能够保证得出的数据更加精确有效。

参考文献：

[1]刘光义，顾本兰.轨道车辆用变位机防坠落系统优化[J].现代制造技术与装备，2020（04）：123-124.

[2]王红强，马锡敏.基于PLC控制的轨道车辆给排水系统技术研究[J].机车车辆工艺，2019（02）：46-48.

[3]张勇慧，宗立明，崔霆锐，刘硕.一种轨道交通车辆用新型微动开关设计优化方法[J].机电元件，2018，38（05）：6-10.