0引言

故障樹是一種分析可靠性的手段,是由上往下的演繹式失效分析法,可以分析系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的狀態(tài),客觀直接地表達(dá)出問(wèn)題所在,并對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷、制定維修策略,或是確認(rèn)某一安全事故或特定系統(tǒng)失效的發(fā)生率^[1]。隨著故障樹分析方法的 不斷發(fā)展,故障樹診斷分析在電氣系統(tǒng)與機(jī)械設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用不斷得到推廣^[2—6]。

站臺(tái)門系統(tǒng)是軌道交通系統(tǒng)中重要的安全設(shè)施,它的主要功能是通過(guò)控制站臺(tái)門的開關(guān),確保乘客安全進(jìn)出站臺(tái),并防止乘客的不當(dāng)行為。如果站臺(tái)門系統(tǒng)出現(xiàn)故障,可能會(huì)導(dǎo)致乘客意外傷害或者列車運(yùn)行延誤,嚴(yán)重影響乘客的出行體驗(yàn)和安全性。因此,提高站臺(tái)門系統(tǒng)的可靠性,是確保軌道交通系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要條件。站臺(tái)門是一個(gè)高度系統(tǒng)化的領(lǐng)域,各子系統(tǒng)之間相互協(xié)作、相互配合,控制系統(tǒng)的正常工作影響機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)能否準(zhǔn)確執(zhí)行命令,機(jī)械傳動(dòng)狀態(tài)影響電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。提高站臺(tái)門的可靠性取決于兩個(gè)方面,一是降低站臺(tái)門控制系統(tǒng)的故障率,二是提升故障處理效率,從而防止系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停止工作。

本文建立站臺(tái)門系統(tǒng)故障樹,通過(guò)定性定量分析得出底事件故障概率,根據(jù)重要度計(jì)算結(jié)果找出站臺(tái)門系統(tǒng)典型故障原因和薄弱環(huán)節(jié),針對(duì)存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的改善措施,從而降低站臺(tái)門故障率。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)站臺(tái)門系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),通過(guò)與故障樹進(jìn)行比對(duì),找出引起故障發(fā)生的底事件,能使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)故障的高效準(zhǔn)確處理。

1 站臺(tái)門系統(tǒng)

站臺(tái)門系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)兩部分組 成。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括門體結(jié)構(gòu)和門機(jī)系統(tǒng)。門體結(jié)構(gòu)由滑動(dòng)門、端門、應(yīng)急門和固定門組成,門機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)裝置、鎖緊裝置等組成。電氣部分主要包括監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由中央控制器、DCU、就地控制面板、緊急控制面板及就地控制盒組成,電源系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電源、控制電源及蓄電池組成。

2站臺(tái)門系統(tǒng)故障樹建立

2.1確立頂事件

站臺(tái)門頂事件通常是指在地鐵站臺(tái)門系統(tǒng)中發(fā)生的與站臺(tái)門相關(guān)的故障或事故。以某地鐵2022年的故障數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù),分析故障統(tǒng)計(jì)表后發(fā)現(xiàn),故障現(xiàn)象主要包括站臺(tái)門無(wú)法正常開關(guān)、電源系統(tǒng)故障、其他故障等類別,其中站臺(tái)門無(wú)法正常開關(guān)占比88.3%,電源系統(tǒng)故障占比7.2%,其他故障占比4.5%。站臺(tái)門無(wú)法正常開關(guān)故障現(xiàn)象最多,包含滑動(dòng)門延遲關(guān)閉、運(yùn)行過(guò)程中有異響、無(wú)法打開、無(wú)法關(guān)閉、門鎖故障等,所以將站臺(tái)門無(wú)法開關(guān)故障作為頂事件。

2.2站臺(tái)門無(wú)法打開或關(guān)閉故障樹模型

以站臺(tái)門無(wú)法開啟或關(guān)閉的頂事件,篩選出站臺(tái)門無(wú)法關(guān)閉或開啟的故障信息,構(gòu)建站臺(tái)門無(wú)法打開或關(guān)閉故障樹,如圖1所示。

在站臺(tái)門系統(tǒng)的故障樹分析中,底事件通常指的是導(dǎo)致站臺(tái)門系統(tǒng)故障的具體原因。運(yùn)用下行法求出故障事件的底事件,從頂事件開始逐層向下查找割集,遇到“或”門便增加割集個(gè)數(shù),即將“或”門的輸入事件在下一列縱向依次展開。圖1中,Mi(i=1,2,… ,6)代表中間事件,Xi (i=1,2,… ,16)代表底事件?！盎颉遍T表示至少一門輸入事件發(fā)生時(shí),輸出事件就發(fā)生,根據(jù)“或”門的邏輯關(guān)系,圖1中的16個(gè)底事件只要有1個(gè)出現(xiàn),就會(huì)發(fā)生故障風(fēng)險(xiǎn)。

2.3故障樹定量分析

P為頂事件故障概率,P_M1、P_M2、P_M3、P_M4、P_M5、P_M6為對(duì)應(yīng)的中間事件的故障概率,P_X1、P_X2、P_X3、…、P_X16為對(duì)應(yīng)的底事件的故障概率。

式中:P為頂事件概率;P_Xi為底事件概率。

由圖1故障樹模型可知,共有16個(gè)最小底事件,其中發(fā)生概率最大的是影響站臺(tái)門無(wú)法關(guān)閉或打開故障的主要原因。根據(jù)故障數(shù)據(jù)收集和分析,各底事件概率P_Xi如表1所示。

故障樹中各個(gè)底事件對(duì)頂事件發(fā)生影響程度不同,各底事件發(fā)生概率與頂事件發(fā)生概率的比值表示該底事件的重要度,重要度計(jì)算公式為:

I_i=P_Xi/P

式中:I_i為底事件重要度;P_Xi為底事件概率;P為頂事件概率。

根據(jù)重要度公式,各底事件重要度及重要度排序如表1所示。

根據(jù)重要度計(jì)算結(jié)果,X₁₂ 電機(jī)線松動(dòng)重要度最高,因此站臺(tái)門無(wú)法關(guān)閉系統(tǒng)最主要的影響因素為電機(jī)線松動(dòng)或損壞。

3 改進(jìn)措施及結(jié)果

3.1 改進(jìn)措施

優(yōu)化電機(jī)線接頭,改良前的電機(jī)線接口存在接觸不良、易脫落、耐用性差等問(wèn)題,電機(jī)線插頭如圖2所示。

經(jīng)過(guò)深入分析研究,電機(jī)線接頭連接處沒(méi)有緊固措施,設(shè)備運(yùn)動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)會(huì)造成連接松動(dòng),通過(guò)增加緊固措施改良電機(jī)線插頭,改良后的電機(jī)線接頭如圖3所示,該電機(jī)線插頭從結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)有卡扣進(jìn)行固定,能有效防止端子向后退針和晃動(dòng),而且可以有效控制及鎖定端子插入時(shí)的高度位置,從而保證端子在連接器內(nèi)部不會(huì)存在轉(zhuǎn)動(dòng)及左右晃動(dòng)的現(xiàn)象,保證其連接的可靠性。

3.2 改進(jìn)結(jié)果

實(shí)施改進(jìn)措施后3個(gè)月后,分析改進(jìn)措施對(duì)站臺(tái)門可靠性的影響,統(tǒng)計(jì)改進(jìn)后故障發(fā)生數(shù)據(jù)如表2所示。對(duì)比表1和表2可得出,改進(jìn)后的底事件概率之和小于改進(jìn)前底事件概率之和,說(shuō)明站臺(tái)門系統(tǒng)的故障率降低了,站臺(tái)門系統(tǒng)可靠性提升。

4站臺(tái)門系統(tǒng)故障樹診斷實(shí)例

使用站臺(tái)門故障樹能夠?qū)σl(fā)各種故障的原因進(jìn)行全面排查,精準(zhǔn)定位故障點(diǎn),使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員能夠快速高效地解決故障,提高故障修復(fù)效率,提升站臺(tái)門可靠性。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)站臺(tái)門滑動(dòng)門在關(guān)門的過(guò)程中發(fā)生故障時(shí),現(xiàn)場(chǎng)維保人員可以利用站臺(tái)門故障樹模型以及表3故障現(xiàn)象與排除方法進(jìn)行故障判斷。

以滑動(dòng)門門體無(wú)法關(guān)閉故障為例,首先觀察滑動(dòng)門有無(wú)夾人夾物的情況,若沒(méi)有排除X₁夾人夾物;只有單個(gè)滑動(dòng)門無(wú)法關(guān)閉,排除X₃未收到信號(hào);滑動(dòng)門能夠正常打開,說(shuō)明不是滑動(dòng)門阻力過(guò)大引起的關(guān)門故障,且打開過(guò)程中沒(méi)有異響,排除X8滾輪故障、X₉皮帶張緊力過(guò)大、X₁₀ 門體剮蹭三個(gè)部位;檢查門體若無(wú)異常,排除X₆ 門體故障、X₇門到位開關(guān)故障;檢查門鎖,若無(wú)異常,排除X₁₃行程開關(guān)損壞、X₁₄鎖叉/鎖銷松動(dòng)、X₁₅電磁鎖間隙故障、X₁₆手動(dòng)解鎖開關(guān)故障;經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)DCU異常,因此將故障點(diǎn)確定為X₄ DCU故障,維修預(yù)案為更換DCU。

5結(jié)束語(yǔ)

故障樹分析是一種有效的工具,能夠系統(tǒng)性地識(shí)別、分析和預(yù)測(cè)站臺(tái)門系統(tǒng)中可能導(dǎo)致故障的各種因素。通過(guò)構(gòu)建故障樹,可以清晰地展現(xiàn)故障發(fā)生的邏輯關(guān)系,從而準(zhǔn)確地定位故障的根本原因。通過(guò)故障樹定量分析,深入了解站臺(tái)門系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),并對(duì)站臺(tái)門系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),可提升系統(tǒng)的可靠性和安全性。例如,可以采用電機(jī)線接頭改進(jìn)、重點(diǎn)部位精準(zhǔn)檢修等方式,降低底事件的發(fā)生概率。同時(shí),也可以加強(qiáng)員工的安全教育和技能培訓(xùn),提高其對(duì)站臺(tái)門系統(tǒng)故障的識(shí)別和處理能力。

隨著站臺(tái)門系統(tǒng)的使用和環(huán)境的變化,新的故障模式和底事件可能會(huì)出現(xiàn)。因此,需要定期對(duì)故障樹進(jìn)行更新,確保其始終能夠準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的實(shí)際情況。基于故障樹的站臺(tái)門故障診斷和可靠性提升研究有助于提升站臺(tái)門系統(tǒng)的安全性和可靠性,減少故障發(fā)生,降低維護(hù)成本,提高乘客的滿意度和出行安全性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]周海京,遇今.故障模式、影響及危害性分析與故障樹分析[M].北京:航空工業(yè)出版社,2003.

[2]戴煜林.故障樹及振動(dòng)包絡(luò)分析在風(fēng)電機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用[D].北京:華北電力大學(xué)(北京),2016.

[3]金美華,王曉勇.故障樹分析在船舶起貨機(jī)液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用仿真[J].艦船科學(xué)技術(shù),2017,39(14):152-154.

[4]趙傳洋,劉紅兵,蔣哲,等.基于故障樹的浮式風(fēng)機(jī)系泊系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)分析[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào),2023,44(8):1263-1269.

[5]劉若君,張幼振,姚克.基于T-S模糊故障樹的煤礦坑道鉆機(jī)液壓動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷研究[J].煤田地質(zhì)與勘探,2022,50(12):194-202.

[6]楊晶.基于動(dòng)態(tài)故障樹的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析方法[D].成都:西南交通大學(xué),2009.

2024年第14期第21篇