基于故障樹的站臺門系統可靠性提升研究

摘 要：通過構建故障樹模型，系統地識別了導致站臺門故障的各種因素，并分析了它們之間的邏輯關系。結果發現，電機線松動是影響站臺門可靠性的主要底事件，提出了改良電機線接頭降低底事件發生概率，從而提升站臺門系統整體可靠性的應對措施，不僅為站臺門故障診斷提供了新的思路和方法，也為提升站臺門系統的安全性和可靠性提供了重要的理論依據和實踐指導。

關鍵詞：故障樹；站臺門；電機線

中圖分類號：U121" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）14-0089-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.14.021

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，可以分析系統中不希望出現的狀態，客觀直接地表達出問題所在，并對系統的故障進行診斷、制定維修策略，或是確認某一安全事故或特定系統失效的發生率[1]。隨著故障樹分析方法的不斷發展，故障樹診斷分析在電氣系統與機械設備故障診斷中的應用不斷得到推廣[2-6]。

站臺門系統是軌道交通系統中重要的安全設施，它的主要功能是通過控制站臺門的開關，確保乘客安全進出站臺，并防止乘客的不當行為。如果站臺門系統出現故障，可能會導致乘客意外傷害或者列車運行延誤，嚴重影響乘客的出行體驗和安全性。因此，提高站臺門系統的可靠性，是確保軌道交通系統安全運行的必要條件。站臺門是一個高度系統化的領域，各子系統之間相互協作、相互配合，控制系統的正常工作影響機械傳動結構能否準確執行命令，機械傳動狀態影響電氣系統的正常運行。提高站臺門的可靠性取決于兩個方面，一是降低站臺門控制系統的故障率，二是提升故障處理效率，從而防止系統長時間停止工作。

本文建立站臺門系統故障樹，通過定性定量分析得出底事件故障概率，根據重要度計算結果找出站臺門系統典型故障原因和薄弱環節，針對存在的問題提出相應的改善措施，從而降低站臺門故障率。當現場站臺門系統發生故障時，通過與故障樹進行比對，找出引起故障發生的底事件，能使現場維護人員實現故障的高效準確處理。

1" " 站臺門系統

站臺門系統由機械結構和電氣系統兩部分組成。機械結構主要包括門體結構和門機系統。門體結構由滑動門、端門、應急門和固定門組成，門機系統由驅動電機、減速器、傳動裝置、鎖緊裝置等組成。電氣部分主要包括監控系統和電源系統。監控系統由中央控制器、DCU、就地控制面板、緊急控制面板及就地控制盒組成，電源系統由驅動電源、控制電源及蓄電池組成。

2" " 站臺門系統故障樹建立

2.1" " 確立頂事件

站臺門頂事件通常是指在地鐵站臺門系統中發生的與站臺門相關的故障或事故。以某地鐵2022年的故障數據庫為依據，分析故障統計表后發現，故障現象主要包括站臺門無法正常開關、電源系統故障、其他故障等類別，其中站臺門無法正常開關占比88.3%，電源系統故障占比7.2%，其他故障占比4.5%。站臺門無法正常開關故障現象最多，包含滑動門延遲關閉、運行過程中有異響、無法打開、無法關閉、門鎖故障等，所以將站臺門無法開關故障作為頂事件。

2.2" " 站臺門無法打開或關閉故障樹模型

以站臺門無法開啟或關閉的頂事件，篩選出站臺門無法關閉或開啟的故障信息，構建站臺門無法打開或關閉故障樹，如圖1所示。

在站臺門系統的故障樹分析中，底事件通常指的是導致站臺門系統故障的具體原因。運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”門便增加割集個數，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。“或”門表示至少一門輸入事件發生時，輸出事件就發生，根據“或”門的邏輯關系，圖1中的16個底事件只要有1個出現，就會發生故障風險。

2.3" " 故障樹定量分析

P為頂事件故障概率，PM1、PM2、PM3、PM4、PM5、PM6為對應的中間事件的故障概率，PX1、PX2、PX3、…、PX16為對應的底事件的故障概率。

式中：P為頂事件概率；PXi為底事件概率。

由圖1故障樹模型可知，共有16個最小底事件，其中發生概率最大的是影響站臺門無法關閉或打開故障的主要原因。根據故障數據收集和分析，各底事件概率PXi如表1所示。

故障樹中各個底事件對頂事件發生影響程度不同，各底事件發生概率與頂事件發生概率的比值表示該底事件的重要度，重要度計算公式為：

Ii=PXi/P

式中：Ii為底事件重要度；PXi為底事件概率；P為頂事件概率。

根據重要度公式，各底事件重要度及重要度排序如表1所示。

根據重要度計算結果，X12電機線松動重要度最高，因此站臺門無法關閉系統最主要的影響因素為電機線松動或損壞。

3" " 改進措施及結果

3.1" " 改進措施

優化電機線接頭，改良前的電機線接口存在接觸不良、易脫落、耐用性差等問題，電機線插頭如圖2所示。

經過深入分析研究，電機線接頭連接處沒有緊固措施，設備運動過程中振動會造成連接松動，通過增加緊固措施改良電機線插頭，改良后的電機線接頭如圖3所示，該電機線插頭從結構上設計有卡扣進行固定，能有效防止端子向后退針和晃動，而且可以有效控制及鎖定端子插入時的高度位置，從而保證端子在連接器內部不會存在轉動及左右晃動的現象，保證其連接的可靠性。

3.2" " 改進結果

實施改進措施后3個月后，分析改進措施對站臺門可靠性的影響，統計改進后故障發生數據如表2所示。對比表1和表2可得出，改進后的底事件概率之和小于改進前底事件概率之和，說明站臺門系統的故障率降低了，站臺門系統可靠性提升。

4" " 站臺門系統故障樹診斷實例

使用站臺門故障樹能夠對引發各種故障的原因進行全面排查，精準定位故障點，使現場維護人員能夠快速高效地解決故障，提高故障修復效率，提升站臺門可靠性。當現場站臺門滑動門在關門的過程中發生故障時，現場維保人員可以利用站臺門故障樹模型以及表3故障現象與排除方法進行故障判斷。

以滑動門門體無法關閉故障為例，首先觀察滑動門有無夾人夾物的情況，若沒有排除X1夾人夾物；只有單個滑動門無法關閉，排除X3未收到信號；滑動門能夠正常打開，說明不是滑動門阻力過大引起的關門故障，且打開過程中沒有異響，排除X8滾輪故障、X9皮帶張緊力過大、X10門體剮蹭三個部位；檢查門體若無異常，排除X6門體故障、X7門到位開關故障；檢查門鎖，若無異常，排除X13行程開關損壞、X14鎖叉/鎖銷松動、X15電磁鎖間隙故障、X16手動解鎖開關故障；經查看發現DCU異常，因此將故障點確定為X4 DCU故障，維修預案為更換DCU。

5" " 結束語

故障樹分析是一種有效的工具，能夠系統性地識別、分析和預測站臺門系統中可能導致故障的各種因素。通過構建故障樹，可以清晰地展現故障發生的邏輯關系，從而準確地定位故障的根本原因。通過故障樹定量分析，深入了解站臺門系統的薄弱環節，并對站臺門系統進行優化設計，可提升系統的可靠性和安全性。例如，可以采用電機線接頭改進、重點部位精準檢修等方式，降低底事件的發生概率。同時，也可以加強員工的安全教育和技能培訓，提高其對站臺門系統故障的識別和處理能力。

隨著站臺門系統的使用和環境的變化，新的故障模式和底事件可能會出現。因此，需要定期對故障樹進行更新，確保其始終能夠準確地反映系統的實際情況。基于故障樹的站臺門故障診斷和可靠性提升研究有助于提升站臺門系統的安全性和可靠性，減少故障發生，降低維護成本，提高乘客的滿意度和出行安全性。

[參考文獻]

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收稿日期：2024-04-01

作者簡介：肖萍（1991—），女，陜西咸陽人，碩士研究生，工程師，研究方向：地鐵機電設備運營。