基于故障树分析法的道岔故障诊断与可靠性评估方法

基于故障树分析法的道岔故障诊断与可靠性评估方法

吴吉男

（沈阳局集团有限公司大连电务段，辽宁省大连市116000）

摘要：随着社会的发展，我国的现代化建设水平的发展也越来越迅速。随着高速铁路的快速发展，列车速度不断提高，对铁路信号设备的安全与可靠性提出了更高的要求。道岔作为铁路信号车站联锁系统的重要组成部分，是排列列车进路和实现进路转换的关键设备。由现场调研发现，道岔故障常常是造成重大事故的主要原因之一。目前，我国使用微机监测系统，实现了对车站信号设备的实时监测。而该系统尚缺乏完善的状态监测与故障诊断于一体的综合功能，使得道岔故障原因仍需依靠人工经验分析判断，且故障处理时间较长，效率较低，检修人员经验不足时还可能影响行车安全。所以当道岔出现故障时，快速准确地诊断出故障，并及时修理故障，成为一项重要的研究内容。故障树分析法(FTA)是一种分析、判断系统可靠性和可用性的重要方法，通过对可能造成系统失效的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为等因素)进行分析，建造故障树，从而确定系统失效原因的各种可能组合方式及其发生概率，以预测系统的失效概率，并采取相应的纠正措施来提高系统的可靠性和安全性。本文以ZD6型道岔转辙机为例，详细说明了故障树分析法在道岔转辙机故障诊断中的应用。采用故障树分析法可快速有效地诊断出道岔故障，从而提高检修效率及系统可靠性，保证行车安全。

关键词：基于故障树分析法；道岔故障诊断；可靠性评估方法

引言

故障树分析法(FTA)采用逻辑化方法，直观反映故障、故障原因与系统部件之间的逻辑关系。利用FTA对道岔空转故障建立故障树，逐层分析其故障原因，并对此故障树进行定性与定量分析，为道岔故障诊断和日常维护提供一些参考。故障树分析法将所要分析的系统问题以图形的形式进行表达处理，在分析步骤中，将所分析的系统发生故障设为顶事件，将无法再细分的事件称为底事件，将其余剩下的所有事件称为中间事件。故障树分析法将整个系统的最终故障及形成每一级故障的原因通过一个倒置的树形图来表达，对于系统处理计算，找出影响较大的环节进行分析，为系统运行和维修提供信息参考，在可靠性处理研究方法中所占的比重逐渐增大。由于该方法对于可靠性分析所具有的很多优势，因此近几年国内外各领域不断对其进行研究，促成其继续发展。

1道岔结构

道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道时必不可少的线路设备，是铁路轨道的一个重要组成部分。道岔的主要组成部分为转辙机、辙叉、护轨、道岔连接部分。转辙机是道岔控制系统的执行机构，用于转换锁闭道岔尖轨或心轨，表示监督联锁区内道岔尖轨或心轨的位置和状态。ZD6型电动转辙机整体动作过程为:解锁→转换→锁闭。首先，电动机得电旋转，通过齿轮带动减速器;其次，输出轴通过起动片带动主轴，锁闭齿轮随主轴逆时针方向旋转;最后，拨动齿条块，使动作杆带动道岔尖轨运动，转换过程中，通过自动开闭器的接点完成表示。

2道岔常见故障分类

道岔常见故障按现象可分为3类:道岔不启动、道岔无表示和道岔空转。道岔不启动即道岔启动电路发生故障。道岔无表示即道岔扳动到侧向通过状态时，信号无表示的故障。道岔空转即道岔因故转换不到位，电机一直转动，道岔无表示信号而造成的故障。常见的道岔空转故障又可分为不解锁空转、解锁空转与密贴空转。不解锁空转最明显的特点是齿条块不动，解锁空转为齿轮转动32．9°后发生的空转，密贴空转为道岔密贴过紧而造成电动机空转。列车通过道岔时，道岔转换设备必须保证道岔可动部分固定在开通直股或侧股位置。一旦出现道岔空转故障，使得道岔未转换到位，行驶列车就有可能出现进入异线、翻车、掉道等严重后果。然而，导致道岔空转故障的原因复杂且繁多，若无法直接、准确地找到导致道岔空转故障的原因，此时，即可对其建立故障树，以快速寻找排查故障原因，提高检修效率及道岔可靠性，保证行车安全。

3故障树的建立

在故障树分析中，位于故障树顶端的是故障树分析的目标和关心的结果事件，定义为“顶事件”，将所分析系统的各种故障和失效、不正常情况等定义为“故障事件”，用“成功事件”定义所分析系统各种正常状态和完好情况。将位于顶事件与底事件之间的中问结果事件定义为中间事件。常用的符号包括事件符号、逻辑门符号和转移符号等。

在建立故障树前，首先要对系统进行全面深入的了解。系统的设计、制造、安装调整、使用运行、维修保养等方面的技术文件和数据资料等都要被分析和研究。除了要考虑系统本身的因素外，还要考虑人为因素及环境因素的影响。对系统及单元的功能和失效以及人为因素及环境因素，应给予明确的定义。在故障树分析中，将由单元本身引起的事件称为“一次事件”，将由人的因素或环境条件引起的事件称为“二次事件”。建立故障树的具体步骤如下。

3.1确定顶事件

通常将所分析系统最不希望发生的致命性故障或灾难性危险作为该系统故障树分析的顶事件。因此，对一个系统而言，顶事件并不唯一，可以有多个。任何需要分析的系统故障或灾难性危险，只要是可以分解且有明确定义，则都可以作为该系统故障树的顶事件。

3.2确定其他层级事件

确定了系统的顶事件之后，把顶事件作为起始端向下建立故障树。先是找出导致顶事件发生的所有可能直接原因，将其作为第一级中间事件。用相应的事件符号表示第一级中间事件，再选取恰当的能表达中间事件与上一级事件逻辑关系的逻辑门符号连接中间事件与上一级事件。依此逐级向下建立故障树，直到找出所有能够引起系统故障的无法再向下追究的原因为止，将最末层事件作为底事件，至此，建树完成。

3.3需注意的问题

建立故障树的过程中需要注意以下几个方面的问题。

一是通常采用以系统的功能为主线来确立故障树各层级事件进而建立完整故障树，建树过程始终按照演绎的逻辑进行。同时要注意到复杂系统通常有多个流程分支，主流程不唯一，因此在建树时要依据具体系统情况而定。

二是在建立故障树前要合理地选取和设定所分析系统及单元（部件）的边界条件。所谓边界条件是指系统和单元（部件）的若干变动参数，参数设定合理，将有助于在建故障树过程中抓住主线和明确范围。

三是故障树各层级事件的定义要精确唯一，不易造成歧义。

四是故障树各层级事件间有清楚、严谨的逻辑关系。

五是应注意逻辑多余事件的删减，尽量简化故障树，且故障树应便于定性和定量分析。

结语

本文详细分析了道岔空转故障中的解锁空转故障，对此建立了故障树模型。当出现道岔解锁空转故障时，可根据故障树快速查找故障类型，减少误诊断事件，提高检修准确性。对道岔解锁空转故障树进行了定性与定量分析，找出系统薄弱环节，计算系统可靠性，合理制定部件检修周期，提高检修效率。但是由于条件限制，本文并没有获得具体数据，因此还需要进一步跟踪底事件发生的概率数据，为系统可靠性的评估提供理论依据。

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