基于RCM的电客车所有停放制动继电器维修决策分析

刘亚楠

摘要：以可靠性为中心的维修（RCM ，Reliability Centered Maintenance）是目前通用的、用以确定设备预防性维修需求、优化维修制度的一种系统方法。RCM注重从系统可靠性分析的结果选择状态监测对象和维护策略。本文以地铁电客车为依托，利用RCM分析所有停放制动缓解继电器的状态及确定维修决策，重点探讨了其故障原因分析及对应的决策确定。

关键词：RCM ;电客车;继电器;停放制动

引言

继电器广泛应用于地铁电客车控制电路中，具有通用性强、标准化高、可简化电路等特征。在其大量使用的同时，继电器的故障列车的稳定运营有一定影响。重要控制回路中的继电器故障可能会导致列车晚点、清客等故障。因此，研究其故障及维修策略具有必要性。

一、RCM简介

基于可靠性的设备维护（RCM，reliability centered maintenance）通过对系统故障模式分析、故障原因影响分析以及故障后果分析，根据故障后果的严重程度，选择合适的维修类型来管理设备的故障模式，是一种融事后维护、定期维护、状态维护为一体的综合维护方式。

它的基本思路是对系统进行功能与故障分析，明确系统内各故障的后果;用规范化的逻辑决断程序，确定出各故障后果的预防性对策;通过现场故障数据统计、专家评估、定量化建模等手段在保证安全性和完好性的前提下，以最小的维修停机损失和最小的维修资源消耗为目标，优化系统的维修策略。

二、现状分析

维修决策的分析的前提是研究在现有的使用环境下，指定的设备的功能与相关的性能标准，工作原理与前提条件等内容。这些是故障分析及后续决策的基础。

2.1继电器工作原理

地铁电客车上使用的继电器通常可分为保护继电器和控制继电器两大类，常见的继电器有电磁式继电器、时间继电器。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。线圈两端达到一定电压时，线圈中流过电流，产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下吸向铁芯，从而带动常开触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会恢复原来的状态。这样控制继电器线圈得电、失电，可以达到控制电路导通、切断的目的。

2.2 停放制动继电器

地铁电客车对继电器的性能，尤其是可靠性有较为严格的要求[1]。电客车所有停放制动继电器（APBRR，All Parking Brake Released Relay）一般位于列车的两端司机室电气柜内，每端司机室各1个，部分技术参数及线圈特征如下：

1）额定电流：12A

2）无硬件的外壳尺寸：最大26x25.7x26

3）镀锡熔接密封式金属盒

4）额定工作电压：110V

5）最小工作电压：77V

6）25℃时线圈电阻：5000Ω

7）工作温度范围：-40℃至85℃

2.3停放制动功能

停放制动是保证地铁电客车安全停放在坡道上不发生遛逸一种制动方式，也是列车制动系统重要组成部分。當停放时间较长时，列车的风管中的压缩空气会逐步泄漏。考虑安全导向原则，停放制动必须设计成充气缓解、排气施加的模式。一般情况下，地铁电客车的停放制动力应能使一列6辆编组的列车在极不利的条件下将满负载的列车停放在干燥清洁的3.5%坡度的坡道上。

2.4功能实现

APBRR连接串联了一列电客车上所有单节车的停放制动继电器（PBRR，Parking Brake Released）的状态。一般情况，在电客车每端司机台上，均会设置了一个自锁式带红绿双色指示灯的停放制动按钮（PBPB）来施加或者缓解停放制动，便于司机操作及判断：

1）当一列电客车6节车的停放制动都缓解后，APBRR所有停放制动施加继电器得电;

2）PBPB按下一次，停放制动电磁阀线圈得电，电磁阀动作排气，待所有停放制动施加，红色指示灯亮，绿色灯灭;

3）再次按下，停放制动被缓解，停放制动电磁阀线圈失电，电磁阀动作充气，待所有停放制动缓解，红色灯灭，绿色灯亮。

4）常开触点1：所有停放制动缓解时，APBRR线圈得电，触点动作，使停放制动缓解指示绿灯亮，APBRR线圈失电，触点不动作，使停放制动施加指示红灯亮。

5）常开触点2：串接于牵引许可线圈上端，所有停放制动缓解后，触点闭合，作为牵引许可条件之一。

了解APBRR工作原理，便于我们下一步归纳汇总其功能失效的现象、原因、后果，进而通过其失效模式、故障发生过程及后果、故障判据、故障原因和影响分析探讨预防或者预测故障的措施等维修策略。

三、故障分析

在对于继电器故障原因分析过程中，应用根本原因分析（Root Cause Analysis）方法可以有效合理地将故障进行分类，便于后续进一步处理。根本原因是逻辑上可被识别和纠正的原因中最基础的方面。由于APBRR属于整个电客车系统中的一个功能节点，外部复杂的电路作为其得电的先决条件。对于继电器异常得失电的根本原因分析，依据外部原因、自身原因分为两大类后再作进一步分析。对于继电器自身原因导致的异常，可再依据继电器的结构分为线圈故障、触点故障。依据故障的表象可以将故障分为“应该得电而未正常得电”“不该得电却异常得电”的情况分类讨论。

四、维修策略制定

当地铁电客车运营至一定年限或者公里数，需进行架修、大修等修程，许多继电器会被直接替换。相较于传统理念，RCM模式认为定时技术维修不一定具有高效性与经济性，而维修任务的执行情况、已有的维修记录、故障发生频率、检测方法、维修效果及费用等信息，均为维修策略制定的基础信息，应当被考虑在内。维修策略还包括最佳维修周期、最佳维修策略、最佳维修内容等项目以确定最终的故障决断单。

4.1最佳维修周期确定

最佳维修时间的确定与设备节点的可靠性、预防保养成本、故障修复成本均息息相关。具体可使用下列公式确定：

S.T. R（T）≥Rr

其中：

α、β：表示设备可靠性与维修经济性之间的权重，且二者之和为1;

R（t）：为设备可靠度函数;继电器的失效率的变化规律与”浴盆“曲线相符合[2] ;

F（t）：为设备不可靠度函数;

C1：预防保养成本;

C2：故障修复成本;

Rr：为期望的可靠度，可依据系统节点的重要性确定;

T：为维修周期变量，一般选择时间或者公里数;

4.2最佳维修策略确定

最佳维修策略的选择是一个复杂的决策过程，而是否为隐性故障，是否为关键模式，是否有多重故障风险均为重要的判断依据。全面的维修策略同时也要考虑无法预防或预测故障模式的情况下的处理方案。最终设备故障维修的方式可分为：事后维修、调整检修周期、状态监测维修、计划预防维修、软硬件重新设计、引入故障监测设备状态等方式。

4.3 APBRR故障决断单

基于RCM分析得出的故障决断单中需包含：功能位置、故障模式、后果评估、预防措施、维修频度等信息。由于APBRR的设计带有指示灯提示其状态，所以对于大部分需要纠正维修的故障模式，均可通过测试其功能达到预防维护的目的。现有的设计已经很好地帮助故障判断，不需另外进行软硬件优化。而对于其存在的隐性故障，经分析确认不影响运营，则采取故障后维修的策略。

五、结语

为提高设备的可靠性，降低维修成本，本文基于RCM模式，以电客车APBRR故障分析与维修决策制定为切入点，为分析电客车所有设备的故障及提高可靠性提供了可参考的案例。虽然RCM是目前被广泛认可的设备管理技术，但是依然存在一定的局限性。比如，未考虑生命周期中的环境、技术状况及运行状态的变化，对于长期的维修策略针对性不强。因此，实际应用中，可以将RCM结合寿命周期费用管理（LCC）、软件大数据采集与分析等其他管理技术，更加科学、系统、客观地评估城市轨道交通的安全性，提升安全运营的稳定率。

參考文献

[1]薛宝莉.机车车辆继电器和接触器可靠性试验及其成本研究[J]. 铁道技术监督，2011.

[2]胡斌.深圳地铁5号线继电器使用情况及寿命探讨分析[J].电力机车与城轨车辆，2013.