基于RCM的電客車所有停放制動繼電器維修決策分析

劉亞楠

摘要：以可靠性為中心的維修（RCM ，Reliability Centered Maintenance）是目前通用的、用以確定設備預防性維修需求、優化維修制度的一種系統方法。RCM注重從系統可靠性分析的結果選擇狀態監測對象和維護策略。本文以地鐵電客車為依托，利用RCM分析所有停放制動緩解繼電器的狀態及確定維修決策，重點探討了其故障原因分析及對應的決策確定。

關鍵詞：RCM ;電客車;繼電器;停放制動

引言

繼電器廣泛應用于地鐵電客車控制電路中，具有通用性強、標準化高、可簡化電路等特征。在其大量使用的同時，繼電器的故障列車的穩定運營有一定影響。重要控制回路中的繼電器故障可能會導致列車晚點、清客等故障。因此，研究其故障及維修策略具有必要性。

一、RCM簡介

基于可靠性的設備維護（RCM，reliability centered maintenance）通過對系統故障模式分析、故障原因影響分析以及故障后果分析，根據故障后果的嚴重程度，選擇合適的維修類型來管理設備的故障模式，是一種融事后維護、定期維護、狀態維護為一體的綜合維護方式。

它的基本思路是對系統進行功能與故障分析，明確系統內各故障的后果;用規范化的邏輯決斷程序，確定出各故障后果的預防性對策;通過現場故障數據統計、專家評估、定量化建模等手段在保證安全性和完好性的前提下，以最小的維修停機損失和最小的維修資源消耗為目標，優化系統的維修策略。

二、現狀分析

維修決策的分析的前提是研究在現有的使用環境下，指定的設備的功能與相關的性能標準，工作原理與前提條件等內容。這些是故障分析及后續決策的基礎。

2.1繼電器工作原理

地鐵電客車上使用的繼電器通常可分為保護繼電器和控制繼電器兩大類，常見的繼電器有電磁式繼電器、時間繼電器。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。線圈兩端達到一定電壓時，線圈中流過電流，產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下吸向鐵芯，從而帶動常開觸點吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會恢復原來的狀態。這樣控制繼電器線圈得電、失電，可以達到控制電路導通、切斷的目的。

2.2 停放制動繼電器

地鐵電客車對繼電器的性能，尤其是可靠性有較為嚴格的要求[1]。電客車所有停放制動繼電器（APBRR，All Parking Brake Released Relay）一般位于列車的兩端司機室電氣柜內，每端司機室各1個，部分技術參數及線圈特征如下：

1）額定電流：12A

2）無硬件的外殼尺寸：最大26x25.7x26

3）鍍錫熔接密封式金屬盒

4）額定工作電壓：110V

5）最小工作電壓：77V

6）25℃時線圈電阻：5000Ω

7）工作溫度范圍：-40℃至85℃

2.3停放制動功能

停放制動是保證地鐵電客車安全停放在坡道上不發生遛逸一種制動方式，也是列車制動系統重要組成部分。當停放時間較長時，列車的風管中的壓縮空氣會逐步泄漏。考慮安全導向原則，停放制動必須設計成充氣緩解、排氣施加的模式。一般情況下，地鐵電客車的停放制動力應能使一列6輛編組的列車在極不利的條件下將滿負載的列車停放在干燥清潔的3.5%坡度的坡道上。

2.4功能實現

APBRR連接串聯了一列電客車上所有單節車的停放制動繼電器（PBRR，Parking Brake Released）的狀態。一般情況，在電客車每端司機臺上，均會設置了一個自鎖式帶紅綠雙色指示燈的停放制動按鈕（PBPB）來施加或者緩解停放制動，便于司機操作及判斷：

1）當一列電客車6節車的停放制動都緩解后，APBRR所有停放制動施加繼電器得電;

2）PBPB按下一次，停放制動電磁閥線圈得電，電磁閥動作排氣，待所有停放制動施加，紅色指示燈亮，綠色燈滅;

3）再次按下，停放制動被緩解，停放制動電磁閥線圈失電，電磁閥動作充氣，待所有停放制動緩解，紅色燈滅，綠色燈亮。

4）常開觸點1：所有停放制動緩解時，APBRR線圈得電，觸點動作，使停放制動緩解指示綠燈亮，APBRR線圈失電，觸點不動作，使停放制動施加指示紅燈亮。

5）常開觸點2：串接于牽引許可線圈上端，所有停放制動緩解后，觸點閉合，作為牽引許可條件之一。

了解APBRR工作原理，便于我們下一步歸納匯總其功能失效的現象、原因、后果，進而通過其失效模式、故障發生過程及后果、故障判據、故障原因和影響分析探討預防或者預測故障的措施等維修策略。

三、故障分析

在對于繼電器故障原因分析過程中，應用根本原因分析（Root Cause Analysis）方法可以有效合理地將故障進行分類，便于后續進一步處理。根本原因是邏輯上可被識別和糾正的原因中最基礎的方面。由于APBRR屬于整個電客車系統中的一個功能節點，外部復雜的電路作為其得電的先決條件。對于繼電器異常得失電的根本原因分析，依據外部原因、自身原因分為兩大類后再作進一步分析。對于繼電器自身原因導致的異常，可再依據繼電器的結構分為線圈故障、觸點故障。依據故障的表象可以將故障分為“應該得電而未正常得電”“不該得電卻異常得電”的情況分類討論。

四、維修策略制定

當地鐵電客車運營至一定年限或者公里數，需進行架修、大修等修程，許多繼電器會被直接替換。相較于傳統理念，RCM模式認為定時技術維修不一定具有高效性與經濟性，而維修任務的執行情況、已有的維修記錄、故障發生頻率、檢測方法、維修效果及費用等信息，均為維修策略制定的基礎信息，應當被考慮在內。維修策略還包括最佳維修周期、最佳維修策略、最佳維修內容等項目以確定最終的故障決斷單。

4.1最佳維修周期確定

最佳維修時間的確定與設備節點的可靠性、預防保養成本、故障修復成本均息息相關。具體可使用下列公式確定：

S.T. R（T）≥Rr

其中：

α、β：表示設備可靠性與維修經濟性之間的權重，且二者之和為1;

R（t）：為設備可靠度函數;繼電器的失效率的變化規律與”浴盆“曲線相符合[2] ;

F（t）：為設備不可靠度函數;

C1：預防保養成本;

C2：故障修復成本;

Rr：為期望的可靠度，可依據系統節點的重要性確定;

T：為維修周期變量，一般選擇時間或者公里數;

4.2最佳維修策略確定

最佳維修策略的選擇是一個復雜的決策過程，而是否為隱性故障，是否為關鍵模式，是否有多重故障風險均為重要的判斷依據。全面的維修策略同時也要考慮無法預防或預測故障模式的情況下的處理方案。最終設備故障維修的方式可分為：事后維修、調整檢修周期、狀態監測維修、計劃預防維修、軟硬件重新設計、引入故障監測設備狀態等方式。

4.3 APBRR故障決斷單

基于RCM分析得出的故障決斷單中需包含：功能位置、故障模式、后果評估、預防措施、維修頻度等信息。由于APBRR的設計帶有指示燈提示其狀態，所以對于大部分需要糾正維修的故障模式，均可通過測試其功能達到預防維護的目的。現有的設計已經很好地幫助故障判斷，不需另外進行軟硬件優化。而對于其存在的隱性故障，經分析確認不影響運營，則采取故障后維修的策略。

五、結語

為提高設備的可靠性，降低維修成本，本文基于RCM模式，以電客車APBRR故障分析與維修決策制定為切入點，為分析電客車所有設備的故障及提高可靠性提供了可參考的案例。雖然RCM是目前被廣泛認可的設備管理技術，但是依然存在一定的局限性。比如，未考慮生命周期中的環境、技術狀況及運行狀態的變化，對于長期的維修策略針對性不強。因此，實際應用中，可以將RCM結合壽命周期費用管理（LCC）、軟件大數據采集與分析等其他管理技術，更加科學、系統、客觀地評估城市軌道交通的安全性，提升安全運營的穩定率。

參考文獻

[1]薛寶莉.機車車輛繼電器和接觸器可靠性試驗及其成本研究[J]. 鐵道技術監督，2011.

[2]胡斌.深圳地鐵5號線繼電器使用情況及壽命探討分析[J].電力機車與城軌車輛，2013.