對(duì)開發(fā)機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)的看法

李岳恒

（鐵道部運(yùn)輸局 裝備部，北京100844）

從世界鐵路安全管理的實(shí)踐來看，采用不同的安全裝備、不同的管理思路，會(huì)構(gòu)成不同的鐵路固有安全性。固有安全性是指依靠系統(tǒng)自身良好的安全設(shè)計(jì)、具有完備的安全措施和功能完好的安全裝備，在發(fā)生人員誤操作或故障時(shí)，設(shè)備和系統(tǒng)仍能安全運(yùn)行的能力［1］。影響鐵路固有安全性主要有：規(guī)章的水平和有效性、設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性保障、安全方面的人工干預(yù)程度等。固有安全性高的鐵路其規(guī)章水平和有效性、設(shè)備和系統(tǒng)可靠性保障水平高，安全方面的人工干預(yù)少；反之亦然。機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)是機(jī)車的重要設(shè)備，不僅影響到鐵路運(yùn)輸安全，其設(shè)計(jì)水平還關(guān)系到鐵路的固有安全性，應(yīng)該引起足夠的重視。

1 開發(fā)機(jī)車制動(dòng)機(jī)的有關(guān)問題

機(jī)車制動(dòng)機(jī)關(guān)系到列車的制動(dòng)控制，除保證列車制動(dòng)系統(tǒng)的基本性能外，開發(fā)制動(dòng)機(jī)時(shí)還應(yīng)對(duì)可靠性方面提出要求，要進(jìn)行安全評(píng)估、失效分析，采用故障安全設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。在設(shè)計(jì)中特別在采用人工干預(yù)（如人工后備制動(dòng)）時(shí)，要注意對(duì)鐵路固有安全性的影響，不應(yīng)忽視單機(jī)運(yùn)行工況制動(dòng)失效的分析。

1．1 可靠性

機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)應(yīng)具有控制列車的制動(dòng)功能，除充風(fēng)、減壓排風(fēng)、緊急制動(dòng)、單機(jī)制動(dòng)性能指標(biāo)等必須滿足我國鐵路的要求外，還必須有可靠性方面的要求，即在規(guī)定的工作條件下、在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)保證列車的制動(dòng)安全。沒有可靠性保障，機(jī)車制動(dòng)機(jī)的性能無法正常體現(xiàn)，鐵路的安全運(yùn)輸將受到影響。制動(dòng)機(jī)的可靠性涉及到整個(gè)機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)中每個(gè)零部件的可靠性，包括軟件的可靠性。評(píng)價(jià)可靠性要有量化的指標(biāo)，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該按照可靠性指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在制造、使用、維修環(huán)節(jié)中，對(duì)制動(dòng)機(jī)能夠達(dá)到的可靠性指標(biāo)加以驗(yàn)證，對(duì)不能實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)要開展工作，直至滿足可靠性要求?？煽啃缘牧炕笜?biāo)是可靠性管理的基礎(chǔ)［2］，模糊地描述可靠性高低是不能滿足現(xiàn)代安全管理要求的［1］。

1．2 故障—安全

對(duì)于列車的制動(dòng)應(yīng)該是故障—安全的設(shè)計(jì)。在列車分離、制動(dòng)機(jī)故障時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)都應(yīng)使系統(tǒng)導(dǎo)向安全，即故障失效后不延長給定條件下的停車距離，如果是電氣控制的制動(dòng)機(jī)應(yīng)是故障后不延長電控制動(dòng)條件下的停車距離，而不應(yīng)該在電控故障失效后把控制權(quán)交給空氣制動(dòng)機(jī)來制動(dòng)停車。前者的結(jié)果是故障后以最快的反應(yīng)實(shí)施制動(dòng)動(dòng)作；后者則是故障導(dǎo)致電控失效，失去了電氣控制作用，把任務(wù)交給空氣制動(dòng)機(jī)去執(zhí)行，延誤了停車命令，有可能造成事故，沒有起到故障—安全的作用。因此，對(duì)于制動(dòng)機(jī)的故障—安全設(shè)計(jì)，不僅限于故障發(fā)生時(shí)能夠停車，而應(yīng)是不會(huì)延誤停車命令，不延長系統(tǒng)特定的停車距離來保證安全。

1．3 安全評(píng)估，失效分析

在進(jìn)行制動(dòng)機(jī)開發(fā)時(shí)，除采用低故障率的零部件外，還應(yīng)該對(duì)每個(gè)零部件（含模塊、軟件）在使用的所有工況下失效導(dǎo)致的后果進(jìn)行分析確定，要避免失效后狀態(tài)不確定的設(shè)計(jì)，根據(jù)失效后果采取可靠性設(shè)計(jì)。然后再次對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行失效分析工作，最終提出各零部件（含模塊、軟件）和整個(gè)系統(tǒng)失效的分析報(bào)告。例如某機(jī)車制動(dòng)機(jī)曾經(jīng)導(dǎo)致旅客列車連掛作業(yè)沖突事故，究其原因，是設(shè)計(jì)時(shí)沒有對(duì)制動(dòng)機(jī)作用部進(jìn)行失效分析。若進(jìn)行失效分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其作用部故障雖然不會(huì)影響列車制動(dòng)，牽引列車時(shí)可以利用車輛制動(dòng)機(jī)將列車停下，但是單機(jī)運(yùn)行就會(huì)表現(xiàn)出制動(dòng)失靈，使機(jī)車的制動(dòng)失效。若按照現(xiàn)代安全管理的要求，不允許存在僥幸，就能采取措施改進(jìn)設(shè)計(jì)，避免發(fā)生事故。如此看來，失效分析和安全評(píng)估是必不可少的，這就是現(xiàn)代安全管理中的危險(xiǎn)性辨識(shí)［1］。

1．4 冗余設(shè)計(jì)

在可靠性指標(biāo)不能滿足需要時(shí)，可以考慮冗余設(shè)計(jì)，即采用一套以上的完成給定任務(wù)的設(shè)備。技術(shù)引進(jìn)以來，國外機(jī)車制動(dòng)機(jī)模塊化設(shè)計(jì)帶來了新的設(shè)計(jì)思路，其設(shè)計(jì)思想之一就是當(dāng)某個(gè)模塊故障后其他模塊最大限度地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換、替代故障模塊，減少系統(tǒng)的故障率，使列車正常運(yùn)行，這是制動(dòng)機(jī)的一種冗余設(shè)計(jì)。

1．5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

運(yùn)輸工作牽涉到安全和效率的問題，實(shí)際上是爭(zhēng)取最大運(yùn)輸效益下的安全風(fēng)險(xiǎn)問題。在鐵路安全管理中，應(yīng)該進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。鐵路企業(yè)必須明確為了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益所能承受的最大事故風(fēng)險(xiǎn)［1］。機(jī)車制動(dòng)機(jī)屬于安全設(shè)備，設(shè)計(jì)原則是故障導(dǎo)向安全。上述機(jī)車制動(dòng)機(jī)作用部的故障不能導(dǎo)致安全停車，是不應(yīng)該容忍的。

1．6 對(duì)鐵路固有安全性的影響

這里著重討論人工冗余即人工后備制動(dòng)問題。人工后備制動(dòng)是在電氣控制類型的機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)故障時(shí)，由電氣控制人工轉(zhuǎn)換到氣動(dòng)控制方式的列車制動(dòng)，目的是維持列車的繼續(xù)運(yùn)行。這在早期故障率高的電控制動(dòng)機(jī)上是無奈的設(shè)計(jì)。隨著可靠性技術(shù)的發(fā)展，故障率的降低，先進(jìn)的機(jī)車制動(dòng)裝備已不再強(qiáng)調(diào)必須設(shè)置人工后備制動(dòng)。

設(shè)置后備制動(dòng)會(huì)帶來以下問題：⑴增加機(jī)車的整備時(shí)間。乘務(wù)員交接班需要檢查后備制動(dòng)設(shè)備的時(shí)間；⑵增加機(jī)車的維修量。需要檢修后備制動(dòng)設(shè)備；⑶降低鐵路固有安全性。增加人工干預(yù)安全的程度，對(duì)于偶爾使用不經(jīng)常發(fā)生故障的設(shè)備，司機(jī)操作的正確和熟練程度存在更多的不確定性，還增加了對(duì)人行為管理的要求。設(shè)置人工后備制動(dòng)會(huì)帶來上述問題，用戶提出要求設(shè)置的理由意味著設(shè)備存在瑕疵。筆者認(rèn)為，解決機(jī)車制動(dòng)機(jī)途中故障的設(shè)計(jì)，應(yīng)該對(duì)可靠性提出要求，采用可靠性保障技術(shù)，如自動(dòng)冗余，而不是設(shè)置人工轉(zhuǎn)換，增大人工干預(yù)的程度，增加對(duì)人行為管理的要求。從提高鐵路固有安全性看，設(shè)置機(jī)車人工后備制動(dòng)是不妥的。

1．7 其他

在微機(jī)控制的機(jī)車制動(dòng)機(jī)中，應(yīng)有事件記錄的功能，能夠?qū)⒐收鲜录臅r(shí)間、命令狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)等加以記錄保存，以便事故分析和系統(tǒng)的改進(jìn)。在制動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面采用模塊化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量集成化，要考慮人機(jī)關(guān)系、操作習(xí)慣、操作繁簡(jiǎn)程度、可維修性、與機(jī)車系統(tǒng)的通訊、鐵路大系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)等方面的問題。如果開發(fā)對(duì)列車制動(dòng)管貫通的檢測(cè)功能，應(yīng)該是實(shí)時(shí)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，這樣能夠發(fā)現(xiàn)列車制動(dòng)系統(tǒng)折角塞門突然關(guān)閉事件，給機(jī)車乘務(wù)員處理突發(fā)故障創(chuàng)造條件。

2 結(jié)束語

系統(tǒng)安全采用事前預(yù)防模式［1］的鐵路，注重危險(xiǎn)性辨識(shí)和危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。對(duì)危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識(shí)是現(xiàn)代安全管理的要求，在開發(fā)機(jī)車制動(dòng)機(jī)等安全裝備時(shí)，必須進(jìn)行失效分析，進(jìn)行危險(xiǎn)性辨識(shí)工作，以便對(duì)危害程度進(jìn)行確定、采取對(duì)策。設(shè)備、系統(tǒng)的可靠性保障水平和安全方面的人工干預(yù)程度，直接影響鐵路的固有安全性，應(yīng)該使安全管理的重點(diǎn)由傳統(tǒng)的對(duì)人行為的管理，向?qū)Π踩O(shè)備的可靠性管理方面轉(zhuǎn)移。在開發(fā)、改造設(shè)備、系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循有利于提高鐵路固有安全性的原則，使我國鐵路固有安全性達(dá)到世界先進(jìn)水平。

［1］李岳恒．關(guān)于鐵路運(yùn)輸安全的探討［J］．鐵道安全，1998，（3）：62－65．

［2］李岳恒，江 淦．機(jī)車可靠性管理探討［J］．內(nèi)燃機(jī)車，1997，（5）：13－16．