基于RCM的電客車所有停放制動(dòng)繼電器維修決策分析

劉亞楠

摘要：以可靠性為中心的維修（RCM ，Reliability Centered Maintenance）是目前通用的、用以確定設(shè)備預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)方法。RCM注重從系統(tǒng)可靠性分析的結(jié)果選擇狀態(tài)監(jiān)測對象和維護(hù)策略。本文以地鐵電客車為依托，利用RCM分析所有停放制動(dòng)緩解繼電器的狀態(tài)及確定維修決策，重點(diǎn)探討了其故障原因分析及對應(yīng)的決策確定。

關(guān)鍵詞：RCM ;電客車;繼電器;停放制動(dòng)

引言

繼電器廣泛應(yīng)用于地鐵電客車控制電路中，具有通用性強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)化高、可簡化電路等特征。在其大量使用的同時(shí)，繼電器的故障列車的穩(wěn)定運(yùn)營有一定影響。重要控制回路中的繼電器故障可能會(huì)導(dǎo)致列車晚點(diǎn)、清客等故障。因此，研究其故障及維修策略具有必要性。

一、RCM簡介

基于可靠性的設(shè)備維護(hù)（RCM，reliability centered maintenance）通過對系統(tǒng)故障模式分析、故障原因影響分析以及故障后果分析，根據(jù)故障后果的嚴(yán)重程度，選擇合適的維修類型來管理設(shè)備的故障模式，是一種融事后維護(hù)、定期維護(hù)、狀態(tài)維護(hù)為一體的綜合維護(hù)方式。

它的基本思路是對系統(tǒng)進(jìn)行功能與故障分析，明確系統(tǒng)內(nèi)各故障的后果;用規(guī)范化的邏輯決斷程序，確定出各故障后果的預(yù)防性對策;通過現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、專家評估、定量化建模等手段在保證安全性和完好性的前提下，以最小的維修停機(jī)損失和最小的維修資源消耗為目標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)的維修策略。

二、現(xiàn)狀分析

維修決策的分析的前提是研究在現(xiàn)有的使用環(huán)境下，指定的設(shè)備的功能與相關(guān)的性能標(biāo)準(zhǔn)，工作原理與前提條件等內(nèi)容。這些是故障分析及后續(xù)決策的基礎(chǔ)。

2.1繼電器工作原理

地鐵電客車上使用的繼電器通常可分為保護(hù)繼電器和控制繼電器兩大類，常見的繼電器有電磁式繼電器、時(shí)間繼電器。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。線圈兩端達(dá)到一定電壓時(shí)，線圈中流過電流，產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下吸向鐵芯，從而帶動(dòng)常開觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)恢復(fù)原來的狀態(tài)。這樣控制繼電器線圈得電、失電，可以達(dá)到控制電路導(dǎo)通、切斷的目的。

2.2 停放制動(dòng)繼電器

地鐵電客車對繼電器的性能，尤其是可靠性有較為嚴(yán)格的要求[1]。電客車所有停放制動(dòng)繼電器（APBRR，All Parking Brake Released Relay）一般位于列車的兩端司機(jī)室電氣柜內(nèi)，每端司機(jī)室各1個(gè)，部分技術(shù)參數(shù)及線圈特征如下：

1）額定電流：12A

2）無硬件的外殼尺寸：最大26x25.7x26

3）鍍錫熔接密封式金屬盒

4）額定工作電壓：110V

5）最小工作電壓：77V

6）25℃時(shí)線圈電阻：5000Ω

7）工作溫度范圍：-40℃至85℃

2.3停放制動(dòng)功能

停放制動(dòng)是保證地鐵電客車安全停放在坡道上不發(fā)生遛逸一種制動(dòng)方式，也是列車制動(dòng)系統(tǒng)重要組成部分。當(dāng)停放時(shí)間較長時(shí)，列車的風(fēng)管中的壓縮空氣會(huì)逐步泄漏?？紤]安全導(dǎo)向原則，停放制動(dòng)必須設(shè)計(jì)成充氣緩解、排氣施加的模式。一般情況下，地鐵電客車的停放制動(dòng)力應(yīng)能使一列6輛編組的列車在極不利的條件下將滿負(fù)載的列車停放在干燥清潔的3.5%坡度的坡道上。

2.4功能實(shí)現(xiàn)

APBRR連接串聯(lián)了一列電客車上所有單節(jié)車的停放制動(dòng)繼電器（PBRR，Parking Brake Released）的狀態(tài)。一般情況，在電客車每端司機(jī)臺(tái)上，均會(huì)設(shè)置了一個(gè)自鎖式帶紅綠雙色指示燈的停放制動(dòng)按鈕（PBPB）來施加或者緩解停放制動(dòng)，便于司機(jī)操作及判斷：

1）當(dāng)一列電客車6節(jié)車的停放制動(dòng)都緩解后，APBRR所有停放制動(dòng)施加繼電器得電;

2）PBPB按下一次，停放制動(dòng)電磁閥線圈得電，電磁閥動(dòng)作排氣，待所有停放制動(dòng)施加，紅色指示燈亮，綠色燈滅;

3）再次按下，停放制動(dòng)被緩解，停放制動(dòng)電磁閥線圈失電，電磁閥動(dòng)作充氣，待所有停放制動(dòng)緩解，紅色燈滅，綠色燈亮。

4）常開觸點(diǎn)1：所有停放制動(dòng)緩解時(shí)，APBRR線圈得電，觸點(diǎn)動(dòng)作，使停放制動(dòng)緩解指示綠燈亮，APBRR線圈失電，觸點(diǎn)不動(dòng)作，使停放制動(dòng)施加指示紅燈亮。

5）常開觸點(diǎn)2：串接于牽引許可線圈上端，所有停放制動(dòng)緩解后，觸點(diǎn)閉合，作為牽引許可條件之一。

了解APBRR工作原理，便于我們下一步歸納匯總其功能失效的現(xiàn)象、原因、后果，進(jìn)而通過其失效模式、故障發(fā)生過程及后果、故障判據(jù)、故障原因和影響分析探討預(yù)防或者預(yù)測故障的措施等維修策略。

三、故障分析

在對于繼電器故障原因分析過程中，應(yīng)用根本原因分析（Root Cause Analysis）方法可以有效合理地將故障進(jìn)行分類，便于后續(xù)進(jìn)一步處理。根本原因是邏輯上可被識(shí)別和糾正的原因中最基礎(chǔ)的方面。由于APBRR屬于整個(gè)電客車系統(tǒng)中的一個(gè)功能節(jié)點(diǎn)，外部復(fù)雜的電路作為其得電的先決條件。對于繼電器異常得失電的根本原因分析，依據(jù)外部原因、自身原因分為兩大類后再作進(jìn)一步分析。對于繼電器自身原因?qū)е碌漠惓＃稍僖罁?jù)繼電器的結(jié)構(gòu)分為線圈故障、觸點(diǎn)故障。依據(jù)故障的表象可以將故障分為“應(yīng)該得電而未正常得電”“不該得電卻異常得電”的情況分類討論。

四、維修策略制定

當(dāng)?shù)罔F電客車運(yùn)營至一定年限或者公里數(shù)，需進(jìn)行架修、大修等修程，許多繼電器會(huì)被直接替換。相較于傳統(tǒng)理念，RCM模式認(rèn)為定時(shí)技術(shù)維修不一定具有高效性與經(jīng)濟(jì)性，而維修任務(wù)的執(zhí)行情況、已有的維修記錄、故障發(fā)生頻率、檢測方法、維修效果及費(fèi)用等信息，均為維修策略制定的基礎(chǔ)信息，應(yīng)當(dāng)被考慮在內(nèi)。維修策略還包括最佳維修周期、最佳維修策略、最佳維修內(nèi)容等項(xiàng)目以確定最終的故障決斷單。

4.1最佳維修周期確定

最佳維修時(shí)間的確定與設(shè)備節(jié)點(diǎn)的可靠性、預(yù)防保養(yǎng)成本、故障修復(fù)成本均息息相關(guān)。具體可使用下列公式確定：

S.T. R（T）≥Rr

其中：

α、β：表示設(shè)備可靠性與維修經(jīng)濟(jì)性之間的權(quán)重，且二者之和為1;

R（t）：為設(shè)備可靠度函數(shù);繼電器的失效率的變化規(guī)律與”浴盆“曲線相符合[2] ;

F（t）：為設(shè)備不可靠度函數(shù);

C1：預(yù)防保養(yǎng)成本;

C2：故障修復(fù)成本;

Rr：為期望的可靠度，可依據(jù)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的重要性確定;

T：為維修周期變量，一般選擇時(shí)間或者公里數(shù);

4.2最佳維修策略確定

最佳維修策略的選擇是一個(gè)復(fù)雜的決策過程，而是否為隱性故障，是否為關(guān)鍵模式，是否有多重故障風(fēng)險(xiǎn)均為重要的判斷依據(jù)。全面的維修策略同時(shí)也要考慮無法預(yù)防或預(yù)測故障模式的情況下的處理方案。最終設(shè)備故障維修的方式可分為：事后維修、調(diào)整檢修周期、狀態(tài)監(jiān)測維修、計(jì)劃預(yù)防維修、軟硬件重新設(shè)計(jì)、引入故障監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)等方式。

4.3 APBRR故障決斷單

基于RCM分析得出的故障決斷單中需包含：功能位置、故障模式、后果評估、預(yù)防措施、維修頻度等信息。由于APBRR的設(shè)計(jì)帶有指示燈提示其狀態(tài)，所以對于大部分需要糾正維修的故障模式，均可通過測試其功能達(dá)到預(yù)防維護(hù)的目的。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)已經(jīng)很好地幫助故障判斷，不需另外進(jìn)行軟硬件優(yōu)化。而對于其存在的隱性故障，經(jīng)分析確認(rèn)不影響運(yùn)營，則采取故障后維修的策略。

五、結(jié)語

為提高設(shè)備的可靠性，降低維修成本，本文基于RCM模式，以電客車APBRR故障分析與維修決策制定為切入點(diǎn)，為分析電客車所有設(shè)備的故障及提高可靠性提供了可參考的案例。雖然RCM是目前被廣泛認(rèn)可的設(shè)備管理技術(shù)，但是依然存在一定的局限性。比如，未考慮生命周期中的環(huán)境、技術(shù)狀況及運(yùn)行狀態(tài)的變化，對于長期的維修策略針對性不強(qiáng)。因此，實(shí)際應(yīng)用中，可以將RCM結(jié)合壽命周期費(fèi)用管理（LCC）、軟件大數(shù)據(jù)采集與分析等其他管理技術(shù)，更加科學(xué)、系統(tǒng)、客觀地評估城市軌道交通的安全性，提升安全運(yùn)營的穩(wěn)定率。

參考文獻(xiàn)

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