基于故障树的站台门系统可靠性提升研究

0引言

故障树是一种分析可靠性的手段,是由上往下的演绎式失效分析法,可以分析系统中不希望出现的状态,客观直接地表达出问题所在,并对系统的故障进行诊断、制定维修策略,或是确认某一安全事故或特定系统失效的发生率^[1]。随着故障树分析方法的 不断发展,故障树诊断分析在电气系统与机械设备故障诊断中的应用不断得到推广^[2—6]。

站台门系统是轨道交通系统中重要的安全设施,它的主要功能是通过控制站台门的开关,确保乘客安全进出站台,并防止乘客的不当行为。如果站台门系统出现故障,可能会导致乘客意外伤害或者列车运行延误,严重影响乘客的出行体验和安全性。因此,提高站台门系统的可靠性,是确保轨道交通系统安全运行的必要条件。站台门是一个高度系统化的领域,各子系统之间相互协作、相互配合,控制系统的正常工作影响机械传动结构能否准确执行命令,机械传动状态影响电气系统的正常运行。提高站台门的可靠性取决于两个方面,一是降低站台门控制系统的故障率,二是提升故障处理效率,从而防止系统长时间停止工作。

本文建立站台门系统故障树,通过定性定量分析得出底事件故障概率,根据重要度计算结果找出站台门系统典型故障原因和薄弱环节,针对存在的问题提出相应的改善措施,从而降低站台门故障率。当现场站台门系统发生故障时,通过与故障树进行比对,找出引起故障发生的底事件,能使现场维护人员实现故障的高效准确处理。

1 站台门系统

站台门系统由机械结构和电气系统两部分组 成。机械结构主要包括门体结构和门机系统。门体结构由滑动门、端门、应急门和固定门组成,门机系统由驱动电机、减速器、传动装置、锁紧装置等组成。电气部分主要包括监控系统和电源系统。监控系统由中央控制器、DCU、就地控制面板、紧急控制面板及就地控制盒组成,电源系统由驱动电源、控制电源及蓄电池组成。

2站台门系统故障树建立

2.1确立顶事件

站台门顶事件通常是指在地铁站台门系统中发生的与站台门相关的故障或事故。以某地铁2022年的故障数据库为依据,分析故障统计表后发现,故障现象主要包括站台门无法正常开关、电源系统故障、其他故障等类别,其中站台门无法正常开关占比88.3%,电源系统故障占比7.2%,其他故障占比4.5%。站台门无法正常开关故障现象最多,包含滑动门延迟关闭、运行过程中有异响、无法打开、无法关闭、门锁故障等,所以将站台门无法开关故障作为顶事件。

2.2站台门无法打开或关闭故障树模型

以站台门无法开启或关闭的顶事件,筛选出站台门无法关闭或开启的故障信息,构建站台门无法打开或关闭故障树,如图1所示。

在站台门系统的故障树分析中,底事件通常指的是导致站台门系统故障的具体原因。运用下行法求出故障事件的底事件,从顶事件开始逐层向下查找割集,遇到“或”门便增加割集个数,即将“或”门的输入事件在下一列纵向依次展开。图1中,Mi(i=1,2,… ,6)代表中间事件,Xi (i=1,2,… ,16)代表底事件。“或”门表示至少一门输入事件发生时,输出事件就发生,根据“或”门的逻辑关系,图1中的16个底事件只要有1个出现,就会发生故障风险。

2.3故障树定量分析

P为顶事件故障概率,P_M1、P_M2、P_M3、P_M4、P_M5、P_M6为对应的中间事件的故障概率,P_X1、P_X2、P_X3、…、P_X16为对应的底事件的故障概率。

式中:P为顶事件概率;P_Xi为底事件概率。

由图1故障树模型可知,共有16个最小底事件,其中发生概率最大的是影响站台门无法关闭或打开故障的主要原因。根据故障数据收集和分析,各底事件概率P_Xi如表1所示。

故障树中各个底事件对顶事件发生影响程度不同,各底事件发生概率与顶事件发生概率的比值表示该底事件的重要度,重要度计算公式为:

I_i=P_Xi/P

式中:I_i为底事件重要度;P_Xi为底事件概率;P为顶事件概率。

根据重要度公式,各底事件重要度及重要度排序如表1所示。

根据重要度计算结果,X₁₂ 电机线松动重要度最高,因此站台门无法关闭系统最主要的影响因素为电机线松动或损坏。

3 改进措施及结果

3.1 改进措施

优化电机线接头,改良前的电机线接口存在接触不良、易脱落、耐用性差等问题,电机线插头如图2所示。

经过深入分析研究,电机线接头连接处没有紧固措施,设备运动过程中振动会造成连接松动,通过增加紧固措施改良电机线插头,改良后的电机线接头如图3所示,该电机线插头从结构上设计有卡扣进行固定,能有效防止端子向后退针和晃动,而且可以有效控制及锁定端子插入时的高度位置,从而保证端子在连接器内部不会存在转动及左右晃动的现象,保证其连接的可靠性。

3.2 改进结果

实施改进措施后3个月后,分析改进措施对站台门可靠性的影响,统计改进后故障发生数据如表2所示。对比表1和表2可得出,改进后的底事件概率之和小于改进前底事件概率之和,说明站台门系统的故障率降低了,站台门系统可靠性提升。

4站台门系统故障树诊断实例

使用站台门故障树能够对引发各种故障的原因进行全面排查,精准定位故障点,使现场维护人员能够快速高效地解决故障,提高故障修复效率,提升站台门可靠性。当现场站台门滑动门在关门的过程中发生故障时,现场维保人员可以利用站台门故障树模型以及表3故障现象与排除方法进行故障判断。

以滑动门门体无法关闭故障为例,首先观察滑动门有无夹人夹物的情况,若没有排除X₁夹人夹物;只有单个滑动门无法关闭,排除X₃未收到信号;滑动门能够正常打开,说明不是滑动门阻力过大引起的关门故障,且打开过程中没有异响,排除X8滚轮故障、X₉皮带张紧力过大、X₁₀ 门体剐蹭三个部位;检查门体若无异常,排除X₆ 门体故障、X₇门到位开关故障;检查门锁,若无异常,排除X₁₃行程开关损坏、X₁₄锁叉/锁销松动、X₁₅电磁锁间隙故障、X₁₆手动解锁开关故障;经查看发现DCU异常,因此将故障点确定为X₄ DCU故障,维修预案为更换DCU。

5结束语

故障树分析是一种有效的工具,能够系统性地识别、分析和预测站台门系统中可能导致故障的各种因素。通过构建故障树,可以清晰地展现故障发生的逻辑关系,从而准确地定位故障的根本原因。通过故障树定量分析,深入了解站台门系统的薄弱环节,并对站台门系统进行优化设计,可提升系统的可靠性和安全性。例如,可以采用电机线接头改进、重点部位精准检修等方式,降低底事件的发生概率。同时,也可以加强员工的安全教育和技能培训,提高其对站台门系统故障的识别和处理能力。

随着站台门系统的使用和环境的变化,新的故障模式和底事件可能会出现。因此,需要定期对故障树进行更新,确保其始终能够准确地反映系统的实际情况。基于故障树的站台门故障诊断和可靠性提升研究有助于提升站台门系统的安全性和可靠性,减少故障发生,降低维护成本,提高乘客的满意度和出行安全性。

[参考文献]

[1]周海京,遇今.故障模式、影响及危害性分析与故障树分析[M].北京:航空工业出版社,2003.

[2]戴煜林.故障树及振动包络分析在风电机组故障诊断中的应用[D].北京:华北电力大学(北京),2016.

[3]金美华,王晓勇.故障树分析在船舶起货机液压系统中的应用仿真[J].舰船科学技术,2017,39(14):152-154.

[4]赵传洋,刘红兵,蒋哲,等.基于故障树的浮式风机系泊系统失效风险分析[J].哈尔滨工程大学学报,2023,44(8):1263-1269.

[5]刘若君,张幼振,姚克.基于T-S模糊故障树的煤矿坑道钻机液压动力系统故障诊断研究[J].煤田地质与勘探,2022,50(12):194-202.

[6]杨晶.基于动态故障树的地铁综合监控系统可靠性分析方法[D].成都:西南交通大学,2009.

2024年第14期第21篇