基于城市轨道列车制动系统FMECA分析

王海瑞，张晓坤，王哲，徐朝林

基于城市轨道列车制动系统FMECA分析

王海瑞1，张晓坤1，王哲1，徐朝林2

（1.中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062；2.中车大连机车车辆厂，辽宁 大连 116600）

介绍了RAM分析方法中常用的故障模式影响及危害性分析（FMECA）方法和城市轨道列车制动系统的分类及其功能描述。通过FMECA方法对中车长春轨道客车股份有限公司生产的地铁列车制动系统的故障模式、故障影响及危害进行定性及定量的系统性分析，找出制动系统故障发生的所有潜在诱因及对城市轨道列车的影响后果，并通过设计、生产、试验及维修维护等方面的纠正措施提高城市轨道列车制动系统的可靠性、可用性及维修性水平。

故障；制动系统；RAM分析；FMECA方法

城市轨道列车作为城市轨道交通系统的主体，不仅承担运送旅客和缓解城市日益紧张的交通的职能，而且需要快速、安全、舒适地将乘客运送到目的地，因此轨道车辆制动系统功能完整、安全可靠对运营起着非常关键的作用。制动系统作为保证车辆运行的最主要装备，在车辆整个系统设备中起着举足轻重的作用，因此需要具有较高的安全性和可靠性。为保证车辆营运水平，要求制动系统具有高的可用性和可维护性，因此在车辆设计、生产、试验及维修维护等阶段必须运用RAM方法进行制动系统管理。

1 RAM分析

轨道车辆的RAM是列车经过长期运行所表现出来的特性，是在系统整个寿命周期中，通过已有的工程概念、方法、工具和技术获得的。RAM分析方法作为RAM工程重要工具，在整个项目执行阶段起到非常关键的作用。

RAM分析主要包含如下方法：故障模式、影响及危害性分析（FMECA）、可靠性指标分配、故障树分析（FTA）、可靠性建模与预计、故障报告分析和纠正措施系统（FRACAS）、RAM验证等[1]。

2 制动系统描述

制动控制系统包含如下设备：供风设备、制动控制设备、转向架上安装的制动设备、微处理器控制的车轮防滑保护设备、空气悬挂设备、气动信号设备、受电弓激活设备和车钩操作设备。

供风设备安装在动车上，集成在一个膜式模块当中，能够防沙防尘。供风设备为列车提供干燥的、清洁的空气。

对于制动系统来说，它包含常用制动和紧急制动。常用制动可以施加在每辆车转向架上。它可以根据局部的空气弹簧的压力和与所需的摩擦制动相当的冲击极限，进行载荷补偿，以满足总制动力的要求。紧急制动也可以施加在每辆车转向架上。紧急制动可以根据局部的空气弹簧压力进行载荷补偿。制动控制指令信号是由司控器发出的。

停放制动的施加是由弹簧来实现的，而缓解靠的是压缩空气。停放制动的施加和缓解是由电控的脉冲阀来控制的，而如果出现电气故障的话，则通过阀上面的手动按钮来施加或缓解停放制动。对于一列超载（AW4）的列车来说，停放制动能够使列车停放在坡度为4%的斜坡上。

3 故障模式影响与危害性分析（FMECA）

故障模式、影响与危害性分析（Failure Mode and Effect and Criticality Analysisi，FMECA）是FMEA和危害分析的组合分析方法，即对每一故障模式按其严酷度分类及对该故障模式的出现概率二者进行综合分析，提出可能采取的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种设计方法。FMEA和FMECA是单因素分析方法，即假定只发生一种故障模式，研究这种故障模式对局部和系统的影响[2]。

4 FMECA分析过程与步骤

FMECA分析过程和基本步骤为：①定义系统的功能和工作最低要求；②拟定功能及可靠性框图以及其他图表或数学模型，并做文字说明；③确定分析的基本原则和用于完成分析的相应文件；④找出故障模式、原因和影响，以及它们之间相对的重要性和顺序；⑤找出故障的检测、隔离措施和方法；⑥设计改进措施和使用补偿措施分析；⑦通过风险优先数方法和危害性矩阵方法来确定事件的风险优先度；⑧运用可靠性建模与预计方法确定故障概率；⑨对考虑的多重故障的特性组合进行调差[3]。

5 制动系统FMECA分析

为了推进FMECA分析，需要将制动系统的功能识别出来，其中包括制动系统设计中的主要功能和系统将利用其他额外的辅助功能。制动系统的功能性分析工作表如表1所示。基于制动系统功能与接口分析的国内某地铁项目FMECA分析表如表2所示。

表1 制动系统功能性分析工作表

子系统制动和供风 主要功能向列车的主风缸管提供压缩空气，监测主风缸管压力和制动管压力，提供制动缸压力，调节车体高度 辅助功能保护系统免受过高的操作压力的损害，为压缩机控制提供压力信号，存储压力空气，将供风系统与主风缸管隔离，隔离有缺陷的制动，压力指示，指示制动是否施加，读取压力调节器和压力传感器的状态，混合的控制

表2 国内某地铁项目制动系统的FMECA分析表

故障识别故障影响保护/减轻措施恢复系统/后续行动 部件功能故障模式原因子系统系统安全 防滑控制阀调节制动缸压力空气泄漏腐蚀，老化，疲劳功能丧失，压力微量下降压力可能微量下降无影响由风源通过总风管补风定期专业的预防性维修 远程控制阀切断主调节阀与下游通路空气泄漏腐蚀，老化，疲劳功能丧失，压力微量下降压力可能微量下降无影响由风源通过总风管补风定期专业的预防性维修

在完成FMECA工作后，要输出FEMCA报告。报告一般包括概述，制动系统的功能原理、定义，填写FMEA表、CA表及其说明，结论与建议，FMEA清单（即可靠性关键重要产品清单、单点故障模式清单等）。

6 结语

随着城市轨道列车的快速发展，对制动系统的可靠性要求越来越高。对城市轨道列车制动系统的RAM研究，是提高列车设计制造和运营水平的重要理论基础，也是进行列车维护的重要依据。对制动系统进行相应的故障分析，可以使列车处于良好的技术状态，为乘客提供安全、快捷、舒适的旅行。本文介绍了故障模式影响及危害性分析（FMECA）法，并提供国内某地铁项目的分析方法，要求设计师制定和实施各种改进措施，提高整个制动系统的可靠性。

［1］康迎宾.基于FMECA的水闸安全评价适用性研究［J］.人民黄河，2017，39（5）：135-139.

［2］华鹏，李艳娇，辛久元.高速列车门系统FMEA及风险评估案例研究［J］.现代城市轨道交通，2018（3）：18-21.

［3］刘东山.基于可靠性分析的维修间隔确定模型的建立［J］.维护与修理，2019（2）：71-73.

U270

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.051

2095－6835（2020）18－0128－02

王海瑞（1987—），男，硕士，RAMS工程师，工程师，研究方向为轨道交通RAMS。

〔编辑：严丽琴〕