铁路客车电伴热装置可靠性分析

张 平，张 健，范自斌，刘泉龙，刘长伟

（中国铁路济南局集团有限公司 济南车辆段，1.政工师，2.工程师，3.助理工程师，山东 济南 250000）

在中国铁路客车发展的几十年里，电伴热装置已逐步安装至25G、25K、25T型客车，其主要用于冬季及高寒地区的水管、排水筒和集便器等管路。铁路客车伴热装置包括伴热带和伴热排水筒两种，其主要分布在车上管路及温水箱、车下排水筒和集便器中。

由于相关书籍对伴热装置并未做介绍，其他资料也鲜有记载，因此导致诸多从事客车检修的一线职工并不熟悉电伴热装置的故障原因及预防措施，以至于在排除电伴热故障时耗时较大、耗费人力物力。因此，铁路客车电伴热装置故障模式及影响分析（FMEA）亟待研究。为分析电伴热装置的故障危害性的大小，确定其故障补偿措施的先后顺序，铁路客车电伴热装置故障危害性分析也是必要的。

1 电伴热装置故障模式及影响分析（FMEA）

FMEA包括故障模式分析、故障原因分析、故障影响分析及故障补偿措施等内容。通过电伴热装置的故障模式分析可以找出系统中每一零部件所有可能出现的故障模式；通过电伴热装置的故障原因分析可以找出导致故障模式产生的每一个原因；电伴热装置的故障影响分析是找出每一故障模式可能产生的影响；电伴热装置的故障补偿措施分析是针对故障模式提出的设计改进与使用补偿措施［1］。在此，以电伴热装置过去使用过程中发生的故障模式为基础，总结铁路客车电伴热装置的故障模式及影响分析，给出各故障模式的故障原因、故障影响和相应的补偿措施的分析。

铁路客车电伴热装置的故障模式主要表现为电伴热空气开关跳闸、伴热带打火冒烟、伴热带不热、伴热排水筒不热、伴热装置绝缘不良、伴热排水筒腐蚀。表1对铁路客车电伴热装置各故障进行逐一分析。

表1 铁路客车电伴热装置FEMA表

?

2 电伴热装置的危害性分析（CA）

危害性分析（CA）既是故障模式及影响分析（FMEA）的补充和延续，也是设备可靠性分析必不可少的研究手段。危害性分析是把FMEA中的每一种故障模式按其影响的严酷度类别和发生的概率综合加以分析，以便全面地评价各种故障模式的影响［2-3］。由于关键零件的失效，往往会导致整个系统功能的丧失，因此通过危害性分析找出危害度较高的故障模式，为铁路客车电伴热装置的预防型维修和可靠性研究提供科学依据。

2.1 严酷度等级和概率等级的划分

为划分不同电伴热装置故障模式产生最终影响的严重程度，需要对各故障模式按其严重程度进行划分、定义，最终影响的严重程度的等级称为严酷度［1］。在参考大量设备严酷度定义表划分原则的基础上，按照造成重大损失、性能严重降低、性能轻度下降和非计划性维修4个划分原则，制订了铁路客车电伴热装置的严酷度定义表，如表2所示。

表2 铁路客车电伴热装置严酷度定义表

铁路客车电伴热装置的故障概率等级的划分，则参照国家军用标准GJB1391中给出的故障概率等级执行划分，划分详情见表3［1］所示。

表3 铁路客车电伴热装置故障概率等级定义表

结合现场实际，统计梳理了2020年度中国铁路济南局集团有限公司济南车辆段客车电伴热装置的各故障发生率，如图1所示。基于严酷度定义表、故障概率等级定义表和电伴热装置的各故障发生率，归纳、整理了铁路客车电伴热装置故障模式的严酷度等级和概率等级情况，如表4所示。

图1 铁路客车电伴热装置各故障发生率

表4 铁路客车电伴热装置各故障模式严酷度和概率等级表

2.2 危害性矩阵图分析

对于铁路客车电伴热装置的危害度分析，采用较为常用的危害性矩阵法。危害性矩阵图是危害性矩阵法的具体表现形式，是在某一个特定严酷度等级下，一种比较各故障模式危害性的方法。用来比较各故障模式的危害程度的大小，以此确定各故障模式补偿措施的先后顺序。危害性矩阵图中横坐标表示严酷度等级，纵坐标表示故障概率等级；各故障模式通过其严酷度等级及概率等级确定的分布点分别向对角线做垂线，垂线的交点到原点的距离作为衡量该故障模式危害性的依据，距离越大，表示其危害性越大，越应该引起单位重视，并采取补偿措施或改进措施［4-6］。铁路客车电伴热装置的危害性矩阵图如图2所示。

图2 铁路客车电伴热装置故障危害性矩阵图

由危害性矩阵图可知，铁路客车电伴热装置各故障模式危害性由大到小依次为：05-伴热装置绝缘不良、03-伴热带不热、04-伴热排水筒不热、02-伴热带打火冒烟、01-空气开关跳闸、08-伴热排水筒锈蚀、06-伴热带捆扎不到位、07-伴热排水筒固定螺丝松动。因此电伴热装置故障处理的先后顺序应为：伴热装置绝缘不良、伴热带不热、伴热排水筒不热、伴热带打火冒烟、空气开关跳闸、伴热排水筒锈蚀、伴热带捆扎不到位、伴热排水筒固定螺丝松动。

3 结论

分析铁路客车电伴热装置的相关研究背景，立足现场实际，归纳、分析、总结了铁路客车电伴热装置已发生的各故障模式、影响分析和对应措施。最后，根据各故障模式对铁路客车电伴热装置的故障危害性进行了分析，确定了电伴热装置故障处理的优先级。