動車組車體系統故障樹分析研究

史彬鋒　胡娟　 邵剛

摘? 要：動車組已經逐漸成為我國鐵路客運的主力軍，在國家運輸方面發揮著重要作用。我國不斷提高鐵路運輸速度，這也就對動車組的安全性方面提出了更高的要求，同時對動車組維修維護提出更嚴格的要求。故障樹分析法是一種圖形演繹方法，能夠清晰地梳理故障間關系，分析結果能夠非常直觀和形象地展示出來。通過故障樹分析，在制定動車組維修方案時就可縮短維修時間，提升維修后的質量，有效保證動車組的安全運行。

關鍵詞：動車組;車體系統;故障樹分析

中圖分類號：U266? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

在我國鐵路提速的大背景下，動車組逐漸成為國家客運的主力軍。高速要在安全的前提下進行，如何提高動車組的安全性，如何縮短動車組維修時間，提高動車組維修質量就十分關鍵。故障樹分析法在可靠性分析研究中有著重要作用，此種分析方法已應用于航空航天、武器研究等領域，利用此種方法對系統故障進行分析研究可有效展示故障之間的邏輯關系，能夠較容易地找出系統可靠性存在的薄弱環節，能有效地提高系統可靠性分析的精確度。將此種方法應用于動車組車體系統的分析研究中，可提高動車組車體系統故障分析的準確度，從而提高動車組車體系統的安全性和維修可靠性。

1 故障樹分析方法

故障樹分析法又被稱為失效樹分析，全稱FauIt Tree Analysis，簡稱FTA。現代社會的高新技術發展，大型設備、復雜設備、大型工程建設等都對可靠性和安全性有著更高的要求，所以故障樹分析已廣泛地應用到航空航天、機械制造、采礦等各個領域。

故障樹的分析方法主要是對事件進行研究，事件是指引起設備故障的各種原因，然后建立這些事件的邏輯關系，從而找出設備故障原因的各種組合方式或其發生概率。故障樹分析還對設備的安全性和可靠性進行了分析。

在故障樹分析中，各種狀態都稱為“事件”，事件分為“成功事件”和“故障事件”。成功事件是系統正常狀態和完好情況，故障事件指故障、失效、不正常情況。故障樹分析的最終目標、最終結果為頂事件，頂事件位于故障樹的頂端;導致其他事件發生，作為頂事件的根本原因稱為底事件，它位于故障樹的最底端;位于頂事件和底事件之間的稱為中間事件，它是底事件產生導致頂事件的中間過程。故障樹就是底事件、中間事件和頂事件之間的邏輯關系。

故障樹分析法具有以下典型的特點：

故障樹分析是一種圖形演繹方法，分析結果能夠非常直觀和形象地展示出來，可直接了解事件之間的關系。故障樹分析將造成最終效果的各種原因都聯系起來，有利于對系統的故障模式進行分析，同時能夠較容易的找出系統可靠性存在的薄弱環節，能有效地提高系統可靠性分析的精確度。

2 故障樹分析中的圖形符號

故障樹分析最終形成了一個圖示模型，事件有專門的事件符號可直觀區分事件屬性，邏輯關系有專用的邏輯關系符號能夠表達事件之間的邏輯關系。

2.1 邏輯門的符號

邏輯門就是將各種事件之間的關系表現出來的符號，各種邏輯門的符號見表1。無論哪一種邏輯門都可以有一個或多個輸入事件，但只能有一個輸出事件。

2.2 故障樹事件符號

故障樹圖形的主體是事件，各種事件的代表符號見表2。根據事件的性質不同，事件符號可分為3類：初級事件符號、中間事件符號、轉移符號。

3 故障樹分析的步驟

故障樹分析首先需要確定所要分析的對象，并明確通過故障樹分析想解決的問題。其次對研究對象進行合理地劃分并建立故障樹研究模型。

具體故障樹分析步驟見表2。

3.1 系統的定義

在故障樹分析中，系統必須是相互安裝、相互連接的整體，它指能夠實現相應功能的零部件整體。

根據故障樹對系統的定義，在構造故障樹時就需要明確系統的界限，這個界限的根本就是頂事件，把頂事件確定清楚就可以有效地對故障樹進行分析。

3.2 故障樹的建造

故障樹就是系統故障的直觀展示，它通過事件和邏輯門把系統中的故障組合和邏輯關系以圖示的方式表達出來。

建立故障樹最主要的是確定頂事件，只有將頂事件建立好才能按照嚴格的邏輯關系進行分析。從頂事件逐層逐步地尋找造成頂事件的原因，對每個造成頂事件的原因根據實際情況看是否需要繼續向下分析，這樣直到把所有底事件全部找到為止。從頂事件到底事件這樣構成了一顆倒立的樹結構。在構造故障樹的過程中，必須逐步分析，不可跳過任何一個中間事件，否則構造出的故障樹就是一個錯誤的模型，對其進行分析必然得到的是錯誤的結論。

4 車體系統故障樹的建立

動車組車體系統包括：

支撐作用的零部件：底架、側墻、車頂、外端墻、內端墻、走廊墻、普通車窗、應急車窗、小車窗。

為乘客上下車提供方便零部件：側門、活動式腳蹬、內端門、外端門。

車體連接裝置：車鉤、車鉤緩沖裝置。

電氣路連接裝置：電氣連接器、風管連接器。

密封車體作用：風擋。

在故障樹分析中，系統是指能夠實現相應功能的零部件構成的整體。那么在故障樹分析中，便不是對車體系統每個零部件進行分析，因此車體系統根據模塊化理論進行劃分，分為4個組成部分：車體外殼，車端連接系統，車門，車窗。

在建立車體系統故障時，頂事件即為車體系統故障。4個組成部分都是造成頂事件的次級事件，它們之間的邏輯關系為或門。4個基本組成部分中，車體外殼、車門、車窗在事件關系中為基本事件，因為無論此3個部分中哪一個零部件發生故障，均是對整體進行修理，所以此3個部分不再細分。車端連接系統組成零部件發生故障對整體影響不相同，維修亦不相同，所以車端連接系統作為中間事件，其組成零部件作為基本事件。

綜上所述，車體系統故障樹構造如圖1所示。

5 結論

動車組已經逐漸成為我國鐵路客運的主要力量，提高動車組安全性、維修可靠性能夠使之更好地為國民經濟服務。故障樹分析法應用于動車組車體系統的研究可有效分析出車體系統故障之間的邏輯關系，依此在制定動車組車體系統維修方案時就能夠提高維修質量，從而保證動車組運行的安全性。

參考文獻

[1]史彬鋒，王昌，胡娟.動車組可靠性維修研究分析[J].設備管理與維修，2018（2）：52-53.

[2]蔣守祥.故障樹分析法在門式起重機維修中的應用[J].科技傳播，2016（6）：119.

[3]王昌，史彬鋒，羅曉紅，等.層次分析法在車體系統零部件劃分中的應用探討[J].鐵道技術監督，2018（1）：20-24.