對開發機車空氣制動機的看法

李岳恒

（鐵道部運輸局 裝備部，北京100844）

從世界鐵路安全管理的實踐來看，采用不同的安全裝備、不同的管理思路，會構成不同的鐵路固有安全性。固有安全性是指依靠系統自身良好的安全設計、具有完備的安全措施和功能完好的安全裝備，在發生人員誤操作或故障時，設備和系統仍能安全運行的能力［1］。影響鐵路固有安全性主要有：規章的水平和有效性、設備和系統的可靠性保障、安全方面的人工干預程度等。固有安全性高的鐵路其規章水平和有效性、設備和系統可靠性保障水平高，安全方面的人工干預少；反之亦然。機車空氣制動機是機車的重要設備，不僅影響到鐵路運輸安全，其設計水平還關系到鐵路的固有安全性，應該引起足夠的重視。

1 開發機車制動機的有關問題

機車制動機關系到列車的制動控制，除保證列車制動系統的基本性能外，開發制動機時還應對可靠性方面提出要求，要進行安全評估、失效分析，采用故障安全設計和設計后的風險評估等。在設計中特別在采用人工干預（如人工后備制動）時，要注意對鐵路固有安全性的影響，不應忽視單機運行工況制動失效的分析。

1．1 可靠性

機車空氣制動機應具有控制列車的制動功能，除充風、減壓排風、緊急制動、單機制動性能指標等必須滿足我國鐵路的要求外，還必須有可靠性方面的要求，即在規定的工作條件下、在規定的工作時間內保證列車的制動安全。沒有可靠性保障，機車制動機的性能無法正常體現，鐵路的安全運輸將受到影響。制動機的可靠性涉及到整個機車制動系統中每個零部件的可靠性，包括軟件的可靠性。評價可靠性要有量化的指標，在設計時就應該按照可靠性指標進行設計，在制造、使用、維修環節中，對制動機能夠達到的可靠性指標加以驗證，對不能實現的指標要開展工作，直至滿足可靠性要求?？煽啃缘牧炕笜耸强煽啃怨芾淼幕A［2］，模糊地描述可靠性高低是不能滿足現代安全管理要求的［1］。

1．2 故障—安全

對于列車的制動應該是故障—安全的設計。在列車分離、制動機故障時，制動系統都應使系統導向安全，即故障失效后不延長給定條件下的停車距離，如果是電氣控制的制動機應是故障后不延長電控制動條件下的停車距離，而不應該在電控故障失效后把控制權交給空氣制動機來制動停車。前者的結果是故障后以最快的反應實施制動動作；后者則是故障導致電控失效，失去了電氣控制作用，把任務交給空氣制動機去執行，延誤了停車命令，有可能造成事故，沒有起到故障—安全的作用。因此，對于制動機的故障—安全設計，不僅限于故障發生時能夠停車，而應是不會延誤停車命令，不延長系統特定的停車距離來保證安全。

1．3 安全評估，失效分析

在進行制動機開發時，除采用低故障率的零部件外，還應該對每個零部件（含模塊、軟件）在使用的所有工況下失效導致的后果進行分析確定，要避免失效后狀態不確定的設計，根據失效后果采取可靠性設計。然后再次對整體設計進行失效分析工作，最終提出各零部件（含模塊、軟件）和整個系統失效的分析報告。例如某機車制動機曾經導致旅客列車連掛作業沖突事故，究其原因，是設計時沒有對制動機作用部進行失效分析。若進行失效分析，就會發現其作用部故障雖然不會影響列車制動，牽引列車時可以利用車輛制動機將列車停下，但是單機運行就會表現出制動失靈，使機車的制動失效。若按照現代安全管理的要求，不允許存在僥幸，就能采取措施改進設計，避免發生事故。如此看來，失效分析和安全評估是必不可少的，這就是現代安全管理中的危險性辨識［1］。

1．4 冗余設計

在可靠性指標不能滿足需要時，可以考慮冗余設計，即采用一套以上的完成給定任務的設備。技術引進以來，國外機車制動機模塊化設計帶來了新的設計思路，其設計思想之一就是當某個模塊故障后其他模塊最大限度地實現自動轉換、替代故障模塊，減少系統的故障率，使列車正常運行，這是制動機的一種冗余設計。

1．5 風險評估

運輸工作牽涉到安全和效率的問題，實際上是爭取最大運輸效益下的安全風險問題。在鐵路安全管理中，應該進行風險評估。鐵路企業必須明確為了經濟效益和社會效益所能承受的最大事故風險［1］。機車制動機屬于安全設備，設計原則是故障導向安全。上述機車制動機作用部的故障不能導致安全停車，是不應該容忍的。

1．6 對鐵路固有安全性的影響

這里著重討論人工冗余即人工后備制動問題。人工后備制動是在電氣控制類型的機車空氣制動機故障時，由電氣控制人工轉換到氣動控制方式的列車制動，目的是維持列車的繼續運行。這在早期故障率高的電控制動機上是無奈的設計。隨著可靠性技術的發展，故障率的降低，先進的機車制動裝備已不再強調必須設置人工后備制動。

設置后備制動會帶來以下問題：⑴增加機車的整備時間。乘務員交接班需要檢查后備制動設備的時間；⑵增加機車的維修量。需要檢修后備制動設備；⑶降低鐵路固有安全性。增加人工干預安全的程度，對于偶爾使用不經常發生故障的設備，司機操作的正確和熟練程度存在更多的不確定性，還增加了對人行為管理的要求。設置人工后備制動會帶來上述問題，用戶提出要求設置的理由意味著設備存在瑕疵。筆者認為，解決機車制動機途中故障的設計，應該對可靠性提出要求，采用可靠性保障技術，如自動冗余，而不是設置人工轉換，增大人工干預的程度，增加對人行為管理的要求。從提高鐵路固有安全性看，設置機車人工后備制動是不妥的。

1．7 其他

在微機控制的機車制動機中，應有事件記錄的功能，能夠將故障事件的時間、命令狀態、執行狀態等加以記錄保存，以便事故分析和系統的改進。在制動機結構方面采用模塊化設計時應盡量集成化，要考慮人機關系、操作習慣、操作繁簡程度、可維修性、與機車系統的通訊、鐵路大系統控制結構等方面的問題。如果開發對列車制動管貫通的檢測功能，應該是實時的自動監測，這樣能夠發現列車制動系統折角塞門突然關閉事件，給機車乘務員處理突發故障創造條件。

2 結束語

系統安全采用事前預防模式［1］的鐵路，注重危險性辨識和危險性預測。對危險性進行辨識是現代安全管理的要求，在開發機車制動機等安全裝備時，必須進行失效分析，進行危險性辨識工作，以便對危害程度進行確定、采取對策。設備、系統的可靠性保障水平和安全方面的人工干預程度，直接影響鐵路的固有安全性，應該使安全管理的重點由傳統的對人行為的管理，向對安全設備的可靠性管理方面轉移。在開發、改造設備、系統時，應遵循有利于提高鐵路固有安全性的原則，使我國鐵路固有安全性達到世界先進水平。

［1］李岳恒．關于鐵路運輸安全的探討［J］．鐵道安全，1998，（3）：62－65．

［2］李岳恒，江 淦．機車可靠性管理探討［J］．內燃機車，1997，（5）：13－16．