基于城市軌道列車制動系統FMECA分析

王海瑞，張曉坤，王哲，徐朝林

基于城市軌道列車制動系統FMECA分析

王海瑞1，張曉坤1，王哲1，徐朝林2

（1.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062；2.中車大連機車車輛廠，遼寧 大連 116600）

介紹了RAM分析方法中常用的故障模式影響及危害性分析（FMECA）方法和城市軌道列車制動系統的分類及其功能描述。通過FMECA方法對中車長春軌道客車股份有限公司生產的地鐵列車制動系統的故障模式、故障影響及危害進行定性及定量的系統性分析，找出制動系統故障發生的所有潛在誘因及對城市軌道列車的影響后果，并通過設計、生產、試驗及維修維護等方面的糾正措施提高城市軌道列車制動系統的可靠性、可用性及維修性水平。

故障；制動系統；RAM分析；FMECA方法

城市軌道列車作為城市軌道交通系統的主體，不僅承擔運送旅客和緩解城市日益緊張的交通的職能，而且需要快速、安全、舒適地將乘客運送到目的地，因此軌道車輛制動系統功能完整、安全可靠對運營起著非常關鍵的作用。制動系統作為保證車輛運行的最主要裝備，在車輛整個系統設備中起著舉足輕重的作用，因此需要具有較高的安全性和可靠性。為保證車輛營運水平，要求制動系統具有高的可用性和可維護性，因此在車輛設計、生產、試驗及維修維護等階段必須運用RAM方法進行制動系統管理。

1 RAM分析

軌道車輛的RAM是列車經過長期運行所表現出來的特性，是在系統整個壽命周期中，通過已有的工程概念、方法、工具和技術獲得的。RAM分析方法作為RAM工程重要工具，在整個項目執行階段起到非常關鍵的作用。

RAM分析主要包含如下方法：故障模式、影響及危害性分析（FMECA）、可靠性指標分配、故障樹分析（FTA）、可靠性建模與預計、故障報告分析和糾正措施系統（FRACAS）、RAM驗證等[1]。

2 制動系統描述

制動控制系統包含如下設備：供風設備、制動控制設備、轉向架上安裝的制動設備、微處理器控制的車輪防滑保護設備、空氣懸掛設備、氣動信號設備、受電弓激活設備和車鉤操作設備。

供風設備安裝在動車上，集成在一個膜式模塊當中，能夠防沙防塵。供風設備為列車提供干燥的、清潔的空氣。

對于制動系統來說，它包含常用制動和緊急制動。常用制動可以施加在每輛車轉向架上。它可以根據局部的空氣彈簧的壓力和與所需的摩擦制動相當的沖擊極限，進行載荷補償，以滿足總制動力的要求。緊急制動也可以施加在每輛車轉向架上。緊急制動可以根據局部的空氣彈簧壓力進行載荷補償。制動控制指令信號是由司控器發出的。

停放制動的施加是由彈簧來實現的，而緩解靠的是壓縮空氣。停放制動的施加和緩解是由電控的脈沖閥來控制的，而如果出現電氣故障的話，則通過閥上面的手動按鈕來施加或緩解停放制動。對于一列超載（AW4）的列車來說，停放制動能夠使列車停放在坡度為4%的斜坡上。

3 故障模式影響與危害性分析（FMECA）

故障模式、影響與危害性分析（Failure Mode and Effect and Criticality Analysisi，FMECA）是FMEA和危害分析的組合分析方法，即對每一故障模式按其嚴酷度分類及對該故障模式的出現概率二者進行綜合分析，提出可能采取的預防改進措施，以提高產品可靠性的一種設計方法。FMEA和FMECA是單因素分析方法，即假定只發生一種故障模式，研究這種故障模式對局部和系統的影響[2]。

4 FMECA分析過程與步驟

FMECA分析過程和基本步驟為：①定義系統的功能和工作最低要求；②擬定功能及可靠性框圖以及其他圖表或數學模型，并做文字說明；③確定分析的基本原則和用于完成分析的相應文件；④找出故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序；⑤找出故障的檢測、隔離措施和方法；⑥設計改進措施和使用補償措施分析；⑦通過風險優先數方法和危害性矩陣方法來確定事件的風險優先度；⑧運用可靠性建模與預計方法確定故障概率；⑨對考慮的多重故障的特性組合進行調差[3]。

5 制動系統FMECA分析

為了推進FMECA分析，需要將制動系統的功能識別出來，其中包括制動系統設計中的主要功能和系統將利用其他額外的輔助功能。制動系統的功能性分析工作表如表1所示。基于制動系統功能與接口分析的國內某地鐵項目FMECA分析表如表2所示。

表1 制動系統功能性分析工作表

子系統制動和供風 主要功能向列車的主風缸管提供壓縮空氣，監測主風缸管壓力和制動管壓力，提供制動缸壓力，調節車體高度 輔助功能保護系統免受過高的操作壓力的損害，為壓縮機控制提供壓力信號，存儲壓力空氣，將供風系統與主風缸管隔離，隔離有缺陷的制動，壓力指示，指示制動是否施加，讀取壓力調節器和壓力傳感器的狀態，混合的控制

表2 國內某地鐵項目制動系統的FMECA分析表

故障識別故障影響保護/減輕措施恢復系統/后續行動 部件功能故障模式原因子系統系統安全 防滑控制閥調節制動缸壓力空氣泄漏腐蝕，老化，疲勞功能喪失，壓力微量下降壓力可能微量下降無影響由風源通過總風管補風定期專業的預防性維修 遠程控制閥切斷主調節閥與下游通路空氣泄漏腐蝕，老化，疲勞功能喪失，壓力微量下降壓力可能微量下降無影響由風源通過總風管補風定期專業的預防性維修

在完成FMECA工作后，要輸出FEMCA報告。報告一般包括概述，制動系統的功能原理、定義，填寫FMEA表、CA表及其說明，結論與建議，FMEA清單（即可靠性關鍵重要產品清單、單點故障模式清單等）。

6 結語

隨著城市軌道列車的快速發展，對制動系統的可靠性要求越來越高。對城市軌道列車制動系統的RAM研究，是提高列車設計制造和運營水平的重要理論基礎，也是進行列車維護的重要依據。對制動系統進行相應的故障分析，可以使列車處于良好的技術狀態，為乘客提供安全、快捷、舒適的旅行。本文介紹了故障模式影響及危害性分析（FMECA）法，并提供國內某地鐵項目的分析方法，要求設計師制定和實施各種改進措施，提高整個制動系統的可靠性。

［1］康迎賓.基于FMECA的水閘安全評價適用性研究［J］.人民黃河，2017，39（5）：135-139.

［2］華鵬，李艷嬌，辛久元.高速列車門系統FMEA及風險評估案例研究［J］.現代城市軌道交通，2018（3）：18-21.

［3］劉東山.基于可靠性分析的維修間隔確定模型的建立［J］.維護與修理，2019（2）：71-73.

U270

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.051

2095－6835（2020）18－0128－02

王海瑞（1987—），男，碩士，RAMS工程師，工程師，研究方向為軌道交通RAMS。

〔編輯：嚴麗琴〕