基于FMECA的客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵故障分析

0 引言

客室車門作為城軌列車運(yùn)營過程中使用最頻繁的部件之一，一旦發(fā)生故障將影響列車安全運(yùn)營，甚至威脅著乘客的人身、財(cái)產(chǎn)安全，造成嚴(yán)重的社會影響。客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)直接帶動(dòng)車門動(dòng)作，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)化成車門系統(tǒng)的塞拉動(dòng)作，其主要由直流無刷電機(jī)、行星齒輪箱、同步帶傳動(dòng)、傳動(dòng)絲桿、螺母組件等部件組成

。若該系統(tǒng)某些故障未被發(fā)現(xiàn)和及時(shí)處理可能對會造成非常危險(xiǎn)的后果。因此對客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，找出該系統(tǒng)的關(guān)鍵故障，可為維保人員制定和完善維保計(jì)劃提供基礎(chǔ)理論和決策支持。

近年來，針對客室車門運(yùn)行的可靠性和安全性，多位學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。劉萍等人針對塞拉門系統(tǒng)中部件故障發(fā)生概率不確定等因素，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論構(gòu)建概率模糊數(shù)，并采用重要度分析算法對故障樹進(jìn)行了定量分析

。劉光武等人提出了FTA定性分析和模糊推理Petri網(wǎng)定量分析相結(jié)合的方法，并在客室車門系統(tǒng)的可靠性分析中驗(yàn)證了該方法的有效性

。牟穎運(yùn)用FMECA對塞拉門的關(guān)鍵部件進(jìn)行可靠性分析，確定了不同故障模式對塞拉門系統(tǒng)的影響程度并對關(guān)鍵部件的故障模式進(jìn)行了綜合性危害評估

。彭瑋從車門系統(tǒng)的正向運(yùn)行邏輯出發(fā)，采用時(shí)間約束Petri網(wǎng)搭建了車門系統(tǒng)異常監(jiān)測模型，實(shí)現(xiàn)了以時(shí)間為依據(jù)對車門系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行異常監(jiān)測的功能

。段毅剛等人將模糊數(shù)學(xué)理論與故障樹方法相結(jié)合，對CHR5型動(dòng)車組塞拉門系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了分析，得到了影響塞拉門系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)

?；魤阎镜热诉\(yùn)用模糊故障樹并引入專家評估系統(tǒng)，對城軌車輛客室塞拉門系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性分析，為故障檢測優(yōu)先順序提供了理論指導(dǎo)

。

綜上，關(guān)于客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵故障分析的文獻(xiàn)未見報(bào)道，為了得到該系統(tǒng)關(guān)鍵故障對系統(tǒng)的影響和表現(xiàn)，本文利用FMECA分析方法獲取客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)對客室車門正常運(yùn)行有嚴(yán)重影響的故障，為維修中的故障檢測和診斷提供參考，以及為后續(xù)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

研究發(fā)現(xiàn)石渠縣南部強(qiáng)度負(fù)向人為干擾最為集中；中度負(fù)向人為干擾區(qū)域集中在甘孜縣、色達(dá)縣以及壤塘縣；輕度負(fù)向人為干擾區(qū)域在整個(gè)研究區(qū)分布較為均勻；甘孜縣與色達(dá)縣無明顯人為干擾區(qū)域占比較大；輕度正向人為干擾區(qū)域則主要分布在石渠縣、若爾蓋縣以及紅原縣；中度正向人為干擾區(qū)域主要集中在石渠縣，其余各縣均有分布；強(qiáng)度正向人為干擾區(qū)域，僅在甘孜最南端有分布。

1 FMECA分析方法

FMECA分析方法是分析系統(tǒng)中每一部件可能產(chǎn)生的所有故障模式及其對系統(tǒng)所造成的所有可能影響，并按每一種故障模式發(fā)生的頻度、被檢測的難易程度以及其影響系統(tǒng)的嚴(yán)酷度進(jìn)行分類的一種歸納分析方法

。FMECA由故障模式與影響分析(Failure Modes and Effects Analysis，F(xiàn)MEA)及危害性分析(Criticality Analysis，CA)兩部分構(gòu)成，CA是對FMEA的補(bǔ)充和擴(kuò)展，F(xiàn)MEA是CA的基礎(chǔ)。因FMECA實(shí)用、高效的分析特點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、電子、電氣、機(jī)械、汽車等工業(yè)領(lǐng)域

。

文化的缺失，即使繪畫技巧爐火純青，留下的則也是千古憾品，如某大家之作品“老子下山”圖，畫面上一仙骨老者坐牛背，并馱有一布袋，可遺憾之處是袋口趙開露幾捆竹簡，竹簡是戰(zhàn)國至魏晉時(shí)代的書寫工具，而老子下山遠(yuǎn)于夏商時(shí)代，另還有一些藝人在藝術(shù)陶瓷創(chuàng)作中畫古代仕女留劉海，這也是不尊重歷史，可見，此類作品畫工精湛，技藝高超也是一件敗筆之作。

2 客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)定義

2.1 功能及組成

在故障模式的嚴(yán)酷度、發(fā)生頻度和可檢測度的等級評定后，即可利用危害性矩陣對系統(tǒng)所有故障模式進(jìn)行危害性分析。定性危害性矩陣是以故障模式發(fā)生頻度等級和嚴(yán)酷度等級來評定故障模式的危害性。其橫坐標(biāo)軸表示故障模式發(fā)生的頻度等級(A、B、C、D、E)，縱坐標(biāo)軸表示故障模式嚴(yán)酷度等級(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)。同時(shí)將坐標(biāo)系分成4個(gè)不同的區(qū)域以表示故障模式的危害性等級，分別為“藍(lán)色”區(qū)域表示沒有危害的，“黃色”區(qū)域表示需及時(shí)檢查的，“橙色”區(qū)域表示需要避免的，“紅色”區(qū)域表示難以接受的

，如圖2所示。

2.2 功能層次與結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)圖

系統(tǒng)的功能層次與結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)圖能直觀、清楚地表示各組成部分功能的相互關(guān)系和約定層次，可以輔助進(jìn)行故障模式分析與故障影響分析。根據(jù)客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理和各零部件功能，其功能層次與結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)圖如圖1所示。

3 客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)FMECA分析

3.1 客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)FMEA分析

3.1.1 故障模式嚴(yán)酷度、頻度和可檢測度等級定義

2.3 急性缺血性腦卒中相關(guān)性分析 脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2、D-二聚體水平、高血壓病史與急性腦卒中發(fā)生呈明顯正相關(guān)(r=0.491、0.209、0.243，P<0.01)；高密度脂蛋白水平與急性腦卒中發(fā)生呈負(fù)相關(guān)(r=-0.178，P<0.01)。

3.1.2 FMEA分析

在FMEA分析過程中需要對故障模式的嚴(yán)酷度、發(fā)生頻度和可檢測度按照所定義的等級對每個(gè)故障模式進(jìn)行評定。其中，故障模式的嚴(yán)酷度表示故障發(fā)生后對系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度，故障發(fā)生頻度表示故障發(fā)生的頻率，故障可檢測度表示故障發(fā)生后可被檢測到的可能性。在客室車門故障診斷和可靠性分析領(lǐng)域中，故障模式的嚴(yán)酷度、發(fā)生頻度和可檢測度的評定等級標(biāo)準(zhǔn)見表2、表3和表4。

Sharmila Parmanand用六句話(六個(gè)話題)闡述了本場辯論的總話題(實(shí)行幫助婦女在立法機(jī)構(gòu)保持一定席位的特殊政策)擬解決的問題，即婦女在當(dāng)?shù)鼗驀覍用娴恼螜C(jī)構(gòu)中仍然沒有足夠的代表的問題。

3.2.1 定性危害性矩陣分析方法

近年來，國內(nèi)外開展FMECA中常用的CA分析方法有：風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)方法(RPN)和危害性矩陣方法。危害性矩陣方法又可分為定量、定性的危害性矩陣分析方法。由于危害性矩陣方法能將每一種故障模式的危害性程度直接在矩陣圖上表示出來，更為簡明直觀，比較適用于大型復(fù)雜系統(tǒng)的分析，且因客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)無具體故障數(shù)據(jù)并難以獲取

。因此本文選取定性的危害性矩陣分析方法分析客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵故障。

根據(jù)文獻(xiàn)[1-6]、[10]可得客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的一些故障，表5是運(yùn)用FMEA所得到的客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)故障詳細(xì)結(jié)果。

3.2 客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)CA分析

根據(jù)上述功能層次與結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)圖，針對各主要部件進(jìn)行FEMA分析。FMEA用歸納法來分析系統(tǒng)不同的故障模式，運(yùn)用此方法不僅可以對系統(tǒng)所有可能的故障模式進(jìn)行識別和劃分，而且能夠根據(jù)表2、表3和表4的評定等級標(biāo)準(zhǔn)對故障造成系統(tǒng)正常運(yùn)行影響的大小程度進(jìn)行定級。

在本文中，分析對象為某款客室車門的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，功能分析是將系統(tǒng)各個(gè)部件拆分，并對系統(tǒng)各部件功能進(jìn)行描述，同時(shí)列舉出對應(yīng)部件的輸入與輸出。結(jié)合客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的部件組成和功能分析，表1列出了客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及功能分析。

從圖中的分布情況可以看出，共28種故障模式，其中嚴(yán)酷度等級Ⅱ類14種，嚴(yán)酷度Ⅲ類14種，故障模式危害性等級需要避免的有7種，需及時(shí)檢查的有21種。

3.2.2 客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)CA分析

根據(jù)上述表5的分析結(jié)果，將各個(gè)部件對應(yīng)故障模式按故障發(fā)生的頻度及嚴(yán)酷度等級繪制故障危害性矩陣圖，得到各個(gè)故障模式危害性的分布情況，如圖3所示。

(8)種類8。主要研究創(chuàng)客教育與教師發(fā)展間的關(guān)系。因?yàn)閯?chuàng)客教育對于教師要求很高，所以創(chuàng)客教育有利于教師的創(chuàng)新能力的提高，促進(jìn)智慧教師的養(yǎng)成。

4 客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵故障分析

關(guān)鍵故障的分析旨在能夠利用現(xiàn)行檢測設(shè)備和方案能夠快速預(yù)測和定位故障，在故障對系統(tǒng)影響較小時(shí)及時(shí)處理故障，防止造成更大的影響和不可預(yù)料的后果，為后續(xù)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。因此關(guān)鍵故障的獲取與分析不僅要以CA結(jié)果為基礎(chǔ)，還要結(jié)合故障模式的可檢測度評估系統(tǒng)各個(gè)故障，進(jìn)而確定客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵故障。

根據(jù)表5的分析結(jié)果和圖3危害性矩陣分布情況，客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵故障如下表6所示，并針對各部件的關(guān)鍵故障提出其在使用階段的維護(hù)防護(hù)措施。

5 結(jié)論

本文針對某款客室車門的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，利用FMECA方法分析了系統(tǒng)存在的關(guān)鍵故障，主要結(jié)論如下：

從式(3)可知,變壓器效應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢對磁通門信號來說是非常大的噪聲來源,所以在實(shí)際應(yīng)用中一般選擇如圖1所示的差分結(jié)構(gòu)磁通門傳感器,該結(jié)構(gòu)上下兩個(gè)鐵芯參數(shù)完全對稱,激勵(lì)線圈反向串聯(lián),因此激勵(lì)繞組在磁芯中產(chǎn)生的磁場大小相等方向相反。但是被測磁場在兩鐵芯中分量大小方向均相同。所以在檢測線圈上,激勵(lì)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢互相抵消,而被測磁場呈兩倍效果,則檢測線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢可表示為:

(1)通過分析系統(tǒng)的功能組成、確定約定層次和繪制系統(tǒng)的功能層次與結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)圖，為全面分析系統(tǒng)部件的故障模式與影響分析奠定了基礎(chǔ)。

(2)對客室車門的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障模式進(jìn)行分析，并結(jié)合故障模式嚴(yán)酷度、頻度和可檢測度評定等級標(biāo)準(zhǔn)，得到的客室車門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的FMEA分析表。

(3)利用定性危害性矩陣分析方法，并綜合故障模式的可檢測度，得到某款客室車門的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的五種關(guān)鍵故障，提出了關(guān)鍵故障在使用階段的維護(hù)防護(hù)措施。為故障的預(yù)測、定位和排除提供了重要的參考依據(jù)，有助于提高客室車門維保效率、運(yùn)營可靠性和降低維保成本。

[1]牟穎. 地鐵列車車門故障診斷與可靠性分析[D].大連交通大學(xué),2018.

[2]劉萍,程曉卿,秦勇,張媛,邢宗義.基于模糊故障樹的塞拉門系統(tǒng)可靠性分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,44(S1):310-314.

[3]劉光武,蔡昌俊,陳剛,楊玲芝,邢宗義.基于故障樹和模糊推理petri網(wǎng)的塞拉門系統(tǒng)可靠性分析[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2015,44(03):146-149.

[4]彭瑋. 城軌列車客室車門故障診斷方法研究[D].蘭州交通大學(xué),2019.

[5]段毅剛,齊金平.基于模糊故障樹的動(dòng)車組塞拉門系統(tǒng)可靠性分析[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué),2019,33(05):166-174.

[6]霍壯志,王云霞,曹芳芳,劉潤波.基于模糊故障樹的城軌列車客室塞拉門的可靠性分析[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019,17(02):48-54.

[7]Carmignani G . An integrated structural framework to cost-based FMECA: The priority-cost FMECA[J]. Reliability Engineering & System Safety, 2009, 94(4):861-871.

[8]陳穎, 康銳. FMECA技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 國防工業(yè)出版社, 2014.

[9]鄭長松,馮毓慶,汪宇,何春平,黃靜秋.綜合傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)速和溫度傳感器FMECA分析[J].車輛與動(dòng)力技術(shù),2021(1):55-59+64.

[10]吳飛翔. 城軌車門系統(tǒng)中無刷直流電機(jī)退化試驗(yàn)的研究[D].東南大學(xué),2019.

[11]Bertolini M , Bevilacqua M , Massini R . FMECA approach to product traceability in the food industry[J]. Food Control, 2006, 17(2):137-145.