动车组车体系统故障树分析研究

史彬锋　胡娟　 邵刚

摘  要：动车组已经逐渐成为我国铁路客运的主力军，在国家运输方面发挥着重要作用。我国不断提高铁路运输速度，这也就对动车组的安全性方面提出了更高的要求，同时对动车组维修维护提出更严格的要求。故障树分析法是一种图形演绎方法，能够清晰地梳理故障间关系，分析结果能够非常直观和形象地展示出来。通过故障树分析，在制定动车组维修方案时就可缩短维修时间，提升维修后的质量，有效保证动车组的安全运行。

关键词：动车组;车体系统;故障树分析

中图分类号：U266                文献标志码：A

0 引言

在我国铁路提速的大背景下，动车组逐渐成为国家客运的主力军。高速要在安全的前提下进行，如何提高动车组的安全性，如何缩短动车组维修时间，提高动车组维修质量就十分关键。故障树分析法在可靠性分析研究中有着重要作用，此种分析方法已应用于航空航天、武器研究等领域，利用此种方法对系统故障进行分析研究可有效展示故障之间的逻辑关系，能够较容易地找出系统可靠性存在的薄弱环节，能有效地提高系统可靠性分析的精确度。将此种方法应用于动车组车体系统的分析研究中，可提高动车组车体系统故障分析的准确度，从而提高动车组车体系统的安全性和维修可靠性。

1 故障树分析方法

故障树分析法又被称为失效树分析，全称FauIt Tree Analysis，简称FTA。现代社会的高新技术发展，大型设备、复杂设备、大型工程建设等都对可靠性和安全性有着更高的要求，所以故障树分析已广泛地应用到航空航天、机械制造、采矿等各个领域。

故障树的分析方法主要是对事件进行研究，事件是指引起设备故障的各种原因，然后建立这些事件的逻辑关系，从而找出设备故障原因的各种组合方式或其发生概率。故障树分析还对设备的安全性和可靠性进行了分析。

在故障树分析中，各种状态都称为“事件”，事件分为“成功事件”和“故障事件”。成功事件是系统正常状态和完好情况，故障事件指故障、失效、不正常情况。故障树分析的最终目标、最终结果为顶事件，顶事件位于故障树的顶端;导致其他事件发生，作为顶事件的根本原因称为底事件，它位于故障树的最底端;位于顶事件和底事件之间的称为中间事件，它是底事件产生导致顶事件的中间过程。故障树就是底事件、中间事件和顶事件之间的逻辑关系。

故障树分析法具有以下典型的特点：

故障树分析是一种图形演绎方法，分析结果能够非常直观和形象地展示出来，可直接了解事件之间的关系。故障树分析将造成最终效果的各种原因都联系起来，有利于对系统的故障模式进行分析，同时能够较容易的找出系统可靠性存在的薄弱环节，能有效地提高系统可靠性分析的精确度。

2 故障树分析中的图形符号

故障树分析最终形成了一个图示模型，事件有专门的事件符号可直观区分事件属性，逻辑关系有专用的逻辑关系符号能够表达事件之间的逻辑关系。

2.1 逻辑门的符号

逻辑门就是将各种事件之间的关系表现出来的符号，各种逻辑门的符号见表1。无论哪一种逻辑门都可以有一个或多个输入事件，但只能有一个输出事件。

2.2 故障树事件符号

故障树图形的主体是事件，各种事件的代表符号见表2。根据事件的性质不同，事件符号可分为3类：初级事件符号、中间事件符号、转移符号。

3 故障树分析的步骤

故障树分析首先需要确定所要分析的对象，并明确通过故障树分析想解决的问题。其次对研究对象进行合理地划分并建立故障树研究模型。

具体故障树分析步骤见表2。

3.1 系统的定义

在故障树分析中，系统必须是相互安装、相互连接的整体，它指能够实现相应功能的零部件整体。

根据故障树对系统的定义，在构造故障树时就需要明确系统的界限，这个界限的根本就是顶事件，把顶事件确定清楚就可以有效地对故障树进行分析。

3.2 故障树的建造

故障树就是系统故障的直观展示，它通过事件和逻辑门把系统中的故障组合和逻辑关系以图示的方式表達出来。

建立故障树最主要的是确定顶事件，只有将顶事件建立好才能按照严格的逻辑关系进行分析。从顶事件逐层逐步地寻找造成顶事件的原因，对每个造成顶事件的原因根据实际情况看是否需要继续向下分析，这样直到把所有底事件全部找到为止。从顶事件到底事件这样构成了一颗倒立的树结构。在构造故障树的过程中，必须逐步分析，不可跳过任何一个中间事件，否则构造出的故障树就是一个错误的模型，对其进行分析必然得到的是错误的结论。

4 车体系统故障树的建立

动车组车体系统包括：

支撑作用的零部件：底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙、走廊墙、普通车窗、应急车窗、小车窗。

为乘客上下车提供方便零部件：侧门、活动式脚蹬、内端门、外端门。

车体连接装置：车钩、车钩缓冲装置。

电气路连接装置：电气连接器、风管连接器。

密封车体作用：风挡。

在故障树分析中，系统是指能够实现相应功能的零部件构成的整体。那么在故障树分析中，便不是对车体系统每个零部件进行分析，因此车体系统根据模块化理论进行划分，分为4个组成部分：车体外壳，车端连接系统，车门，车窗。

在建立车体系统故障时，顶事件即为车体系统故障。4个组成部分都是造成顶事件的次级事件，它们之间的逻辑关系为或门。4个基本组成部分中，车体外壳、车门、车窗在事件关系中为基本事件，因为无论此3个部分中哪一个零部件发生故障，均是对整体进行修理，所以此3个部分不再细分。车端连接系统组成零部件发生故障对整体影响不相同，维修亦不相同，所以车端连接系统作为中间事件，其组成零部件作为基本事件。

综上所述，车体系统故障树构造如图1所示。

5 结论

动车组已经逐渐成为我国铁路客运的主要力量，提高动车组安全性、维修可靠性能够使之更好地为国民经济服务。故障树分析法应用于动车组车体系统的研究可有效分析出车体系统故障之间的逻辑关系，依此在制定动车组车体系统维修方案时就能够提高维修质量，从而保证动车组运行的安全性。

参考文献

[1]史彬锋，王昌，胡娟.动车组可靠性维修研究分析[J].设备管理与维修，2018（2）：52-53.

[2]蒋守祥.故障树分析法在门式起重机维修中的应用[J].科技传播，2016（6）：119.

[3]王昌，史彬锋，罗晓红，等.层次分析法在车体系统零部件划分中的应用探讨[J].铁道技术监督，2018（1）：20-24.